TIG, MIG ve FSW yöntemleri kullanılarak birleştirilen AA7075/AA5182 kaynaklı bağlantıların mikroyapı ve mekanik özeliklerinin belirlenmesi

Abstract

Alüminyum ve alaşımları; düşük yoğunluk, yüksek mukavemet, iyi korozyon direnci ve iyi kaynak kabiliyeti gibi özeliklere sahip olduğundan dolayı günümüzde en yaygın kullanılan yapı malzemeleridir. Alüminyum ve alaşımları, ergitme esaslı ve basınç esaslı (katı faz) kaynak yöntemleri ile birleştirilebilmektedirler. TIG ve MIG kaynak yöntemleri en çok tercih edilen ergitme esaslı kaynak yöntemleridir. Ancak ergitme esaslı kaynak yöntemlerinde yüksek ısıdan dolayı kaynak metalinde bazı metalurjik problemler oluşmakta ve bu durum kaynaklı bağlantılarda mekanik özeliklerin zayıflamasına sebebiyet vermektedir. Bu amaçla, alüminyum ve alaşımlarının kaynağı için ergitme oluşturmaksızın gerçekleştirilebilecek bir yöntem arayışı sonucu İngiliz Kaynak Enstitüsü tarafında Sürtünme Karıştırma Kaynağı (FSW) bulunmuş ve geliştirilmiştir. Böylece alüminyum plakaların alın alına birleştirilmesi için FSW yöntemi de kullanılmaya başlanmıştır. Bu yöntem ergitme esaslı kaynak yöntemlerine göre birçok avantaj sunmaktadır ve başarılı uygulamaları sayesinde havacılık, uzay, denizcilik, otomotiv, raylı ve zırhlı taşıt endüstrilerinde kullanım alanı bulmaktadırlar. Bu çalışmada, farklı özelliklerdeki AA7075 ve AA5182 alüminyum alaşım plakaları TIG, MIG ve FSW yöntemleriyle birleştirilmiştir. TIG ve MIG ile yapılan birleştirme işlemlerinde farklı amper (130, 140 ve 150 A) değerleri ve iki farlı kaynak ağzı (V ve X) kullanılmıştır. FSW kaynağında ise farklı dönme devirleri (980, 1325 ve 1800 dev/dk), kaynak ilerleme hızları (108 ve 233 mm/dk) ve iki farklı geometriye sahip karıştırıcı uç (konik helisel ve üçgen) kombinasyonları kullanılarak kaynaklar yapılmıştır. Kaynaklı bağlantıların mikroyapıları optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Her kaynaklı plakadan çıkarılan numunelerin kaynak bölgesindeki Vickers sertlik ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca kaynaklı plakalardan alınan deney numunelerine çekme ve yorulma testleri uygulanmıştır. Çekme testi sonrası oluşan kırılma yüzeyleri ve olası kaynak hataları SEM ile analiz edilmiştir. FSW yöntemi ile birleştirilen kaynaklı bağlantılarda, kaynak esnasında birleşmenin alüminyum alaşımlarının ergime sıcaklığı altındaki bir sıcaklıkta gerçekleşmesi ve birleşme bölgelerinde daha az boşluklu mikroyapı oluşumu bu kaynaklı bağlantılara ait mekanik özeliklerinin TIG ve MIG kaynaklı bağlantıların mekanik özeliklerinden daha iyi olmasına katkı sağladığı görülmüştür. En iyi mekanik özellikler FSW yönteminde 980 dev/dk dönme devrinde, 108 mm/dk kaynak ilerleme hızı ve konik helisel kanala sahip karıştırıcı ucun kullanıldığı deneylerde elde edilmiştir. Bu değerler çekme testi için 264,7 MPa, yorulma testi için ise 158,8 MPa'dır. Sertlik değeri ise bir birine oldukça yakın olup dönme devrine bağlı olarak değişiklik göstermiştir. En yüksek sertlik 1325 dev/dk dönme devrindeki bağlantıda 87 HV olarak elde edilmiştir.

Aluminum and its alloys are the most commonly used building materials today because of their properties such as low densities, high strengths, good corrosion resistance and good weldability. Aluminium and its alloys can be joined with melting-based and pressure-based (solid phase) welding methods. TIG and MIG methods are the most preferred welding methods based on melting. However, due to the high temperature in melting-based welding methods, some metallurgical problems occur in the weld metal, which causes the mechanical properties to weaken in the welded joints. For this purpose, friction stir welding (FSW) has been found and developed by the British Welding Institute in the result of method research, which can be carried out without melting, for the weld of aluminium and its alloys. Thus, FSW method is also started to use for joining to the forehead of aluminium plates. This method offers many advantages over melting-based welding methods, and thanks to its successful applications, it finds usage area in the aerospace, space, marine, automotive, railway and armoured vehicles industries. In this study, AA7075 and AA5182 aluminium alloy plates in different specifications were joined by TIG, MIG and FSW methods. Different amperes (130, 140 and 150 A) values and two different weld groove (V and X) were used in joining with TIG and MIG. At the FSW, welds were made using different rotation speeds (980, 1325 and 1800 rpm), welding feed rate (108 and 233 mm/min) and stirred tips having two different geometries (conical helical and triangular). Microstructures of welded joints were investigated by an optical microscope and scanning electron microscope (SEM). Vickers hardness measurements were made in the weld zone of samples removed from each welded plate. Tensile and fatigue tests were also applied to the test specimens from welded plates. After the tensile test, the fracture surfaces and possible welding defects were analysed by SEM. In welded connections joined with the FSW method, it has been seen to contribute that the mechanical properties belonging to these welded joints better than the mechanical properties belonging to the TIG and MIG welded joints. Because the weld carried out at a temperature below the melting temperature of the aluminium alloys, and the microstructure had less porosity. The best mechanical properties were obtained from FSW method in a rotational speed of 980 rpm, a feed rate of 108 mm/min, and a stirrer tip having conical helical. These values are 264.7 MPa for tensile test and 158.8 MPa for fatigue test. The hardness value was very close to each other and varied depending on the rotation speed. The highest hardness was obtained as 87 HV at the connection at 1325-rpm rotation speed.