2219 alüminyum alaşımının sürtünme karıştırma nokta kaynaklı bağlantılarının özellikleri ve deneysel tasarımla optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, yaygın olarak uzay fırlatma sistemi ve süpersonik uçakların parçalarının imalatı için kullanılan ve vazgeçilmez bir havacılık malzemesi olan 2219 alüminyum alaşımının sürtünme karıştırma nokta kaynaklı bağlantılarının özellikleri incelenmiştir. Takım dönme hızı, dalma ve omuz derinlikleri ve kaynak süresi gibi kaynak parametrelerinin kontrolü altında değişen takım morfolojileri kullanılarak bu alaşımın sürtünme karıştırma nokta kaynağı gerçekleştirilmiştir. Mekanik özellikler, makro ve mikro özellikler ve plastikleştirilmiş malzeme akışının özellikleri açısından kaynak bağlantıları karakterize edilmiştir. Oluşturulan bağlantıların mekanik özellikleri, çekmede kırılma yükü, eğilmeli yorulma dayanımı ve kaynak bölgelerinin mikro sertlik dağıtımı özellikleri incelenmiştir. Sürtünme karıştırma nokta kaynağı ile elde edilen bağlantıların çıkarılan çapak hacmi ve plastikleştirilmiş miktarını hesaplanmak için matematiksel türetimler geliştirilmiştir. Ek olarak, optik mikroskop (OM) ve taramalı elektron mikroskobu (TEM) altında monoton eksenel yüklenme ve eğilmeli yorulma yüklenmesi koşullarına maruz kalan bağlantıların kırılma modları incelenmiştir. Tepe sıcaklığında kaynakların karıştırılmış bölgesinin enerjisi ile çıkarılan çapak hacmi arasındaki ilişki ve kırılma yükleri ve genel çapak hacmi arasındaki ilişki incelenmiştir. Kaynak kalitelerinin tek ve hibrid/melez çok tepkili optimizasyonları gerçekleştirilmiştir. Hibrid çok tepkili optimizasyon için Taguchi metodu (TM), temel bileşenler analizi (TBA) ve Gri ilişkisel analizin (GİA) tümleştirmesi gerçekleştirilmiştir.

An indispensable aerospace aluminium alloy typically used for the fabrication of space launch system and other parts of supersonic aircrafts was investigated. Solid state friction stir spot welding of the alloy was performed with varying tool morphologies such as pinless-featureless and conical pin tools; and under the control of welding parameters like tool rotational speed, plunge and shoulder depths, and dwell time. The welded joints were characterized in terms of mechanical properties, macro- and microstructural properties, and plasticized material-flow properties. The mechanical properties of joints examined are the lap shear failure loads, bending fatigue strength and micro-hardness of weld zones. Mathematical derivations were developed for the computation of expelled flash volume and penetrated volume of plasticized materials of friction stir spot welds. Equally, the fracture modes under monotonic axial loading and bending fatigue loading conditions were examined via the use of optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM). The stir zone energy of welds at peak temperature was correlated with the volume of expelled flash. The relationship between lap shear failure loads and overall volume of flash was examined. Single and hybrid multi response optimizations of weld qualities were carried out. Hybrid multi response optimization of weld qualities was carried out via the integration of Taguchi method (TM), principal component analysis (PCA) and Grey relational analysis (GRA).