Microstructural analysis of pulse gas tungsten arc welding (GTAW) in Ti-6Al-4V alloy

Abstract

Uzay ve havacılık imalat endüstrisinde, yüksek kaliteli, vasıflı, hassas işler ve üretim operasyonlarında güvenilirlik beklenmektedir. Tungsten asal gaz kaynağı (argon kaynağı) uzay ve havacılık uygulamalarında bu amaca hizmet eden kaynak yöntemlerinden bir tanesidir. Darbeli gaz kaynağı, argon kaynağının bir türüdür ve Ti-6Al-4V alaşımının kusursuz kaynaklanması için tercih edilmektedir. Bu çalışma, darbeli argon kaynağı performansının Ti-6Al-4V alaşımına etkilerini araştırmaktadır. Yapılan deneysel çalışmalarda, tungsten gas kaynağı parametrelerinden darbe ve akım şiddetinin, malzemenin tanecik boyutuna, ısıdan etkilenmiş alanın genişliğine ve ısıdan etkilenmiş alandaki mikro sertlik değerlerine etkileri analiz edilmiştir. Deneyler, deney tasarımı yöntemi ile belirlenmiş ve sonuçlar istatistiksel olarak ANOVA yöntemi değerlendirilmiştir. Girdi ve çıktı ilişki performanslarının değerlendirilmesinde tepkisel yüzey metodolojisi yöntemi kullanılmış ve girdi ve çıktı parametreleri (tanecik boyutu, ısıdan etkilenmiş alan genişliği ve ısıdan etkilenmiş alandaki mikro sertlik) arasında matematiksel modellemeler kurulmuştur. Ti-6Al-4V alaşımında, tanecik büyüklüğü akım gücünün artması ile ters olarak etkilenmektedir. Diğer taraftan, tanecik büyüklüğü darbelenme ile doğru orantılıdır. ısıdan etkilenmiş alanın genişliğine akım şiddetinin artması ile genişler, tam zıt bir biçimde ısıdan etkilenmiş alanın genişliğine darbelenme arttırıldıkça daralır. Isıdan etkilenmiş alandaki mikro sertlik, darbe miktarının arttırılması ile önemli ölçüde artış gösterir fakat akım şiddetinin arttırılması ile ters biçimde karşılık verir.

Aerospace manufacturing industry needs high quality, skilled, accuracy work and reliability manufacturing operations. Tungsten Inert Gas (TIG) welding is one of the welding process methods where it is used effectively in aerospace manufacturing applications. Pulse TIG welding is a part of TIG welding and it is preferred to weld Ti-6AL-4V alloy in order to have sound welding. This work investigates the effects of pulse current TIG welding performance on Ti-6AL-4V. Effects of TIG welding parameters, such as pulse and amperage on material grain size (Gs), heat affected area (HAA) and micro hardness of heat affected zone Mh (HAZ) were analyzed throughout the experiment works. The experimental procedure was carried out according to the design of experiment (DOE) and the results were statistically evaluated by using analysis of variance (ANOVA). Response surface methodology (RMS) was used in evaluating the input factors performance with the responses or outputs and mathematical modeling of TIG welding input parameters for Gs, HAA and Mh (HAZ) were established. Gs is adversely affected by increasing amperage on Ti-6AL-4V alloy. On the other hand, Gs is directly proportional to pulsing. HAA is getting wider with increasing amperage on the contrary HAA is getting narrower when the pulsing increases. Mh HAZ shows a significant increase of hardness with the increasing of pulsing, but inversely reacting with the increasing in amperage.