i

T.C.

SÜLEYMAN DEMĐREL ÜNĐVERSĐTESĐ

FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ

SÜRTÜNME KAYNAK MAKĐNASININ ĐMALATI ve

KULLANILABĐLĐRLĐĞĐ

Makbule Betül UZUN

Danışman

Yrd. Doç. Dr. Fevzi BEDĐR

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ

MAKĐNA MÜHENDĐSLĐĞĐ ANA BĐLĐM DALI

ISPARTA-2007

ii

i

ĐÇĐNDEKĐLER

ĐÇĐNDEKĐLER..............................................................................................................i

ÖZET.......................................................................................................................... iii

ABSTRACT ................................................................................................................iv

TEŞEKKÜR .................................................................................................................v

ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ.....................................................................................................vi

ÇĐZELGELER DĐZĐNĐ...............................................................................................vii

KISALTMALAR ..................................................................................................... viii

1.GĐRĐŞ.........................................................................................................................1

1.1. Alüminyum............................................................................................................2

1.1.1. Alüminyumun Elde Edilmesi .............................................................................2

1.1.2. Alüminyum ve Kullanımı...................................................................................3

1.1.3. Alüminyumun Özellikleri...................................................................................4

1.1.4. Alüminyum Alaşımları.......................................................................................5

1.1.5. Alüminyum Alaşımlarının Kısa Gösterilişi........................................................6

2. SÜRTÜNME KAYNAK YÖNTEMĐ ......................................................................8

2.1. Sürtünme Kaynağı Tanımı ....................................................................................9

2.2. Sürtünme Kaynağı Đşlem Basamakları ................................................................10

2.3. Sürtünme Kaynağı Parametreleri ........................................................................11

2.3.1. Çevresel Hız .....................................................................................................11

2.3.2. Kaynak Yapılacak Đki Parça Arasındaki Basınç Kuvveti.................................11

2.3.3. Sürtünme Süresi ...............................................................................................11

2.3.4. Yığma Süresi ....................................................................................................11

2.3.5. Yığma Basınç Kuvveti .....................................................................................12

2.4. Sürtünme Kaynağı Çeşitleri ................................................................................12

2.4.1. Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynağı .................................................................12

2.4.1.1. Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynak Yöntemi Değişkenleri ...........................14

2.4.2. Volan Tahrikli Sürtünme Kaynağı ...................................................................14

2.4.2.1. Volan Tahrikli Sürtünme Kaynak Yöntemi Değişkenleri .............................16

2.4.3. Kombine Edilmiş (Hibrit) Sürtünme Kaynağı .................................................16

ii

2.4.3.1. Kombine Edilmiş Sürtünme Kaynak Yöntemi Değişkenleri ........................18

2.5. Sürtünme Kaynağının Uygulama Alanları ..........................................................18

3. KAYNAK BĐLGĐSĐ ...............................................................................................21

4. MATERYAL ve YÖNTEM...................................................................................26

4.1. Sürtünme Kaynak Makinesinin Đmalatı...............................................................26

4.1.2. Sürtünme Kaynak Makinesi Deney Düzeneği .................................................26

4.1.3. Sürtünme Kaynak Makinesinin Çalışma Prensibi............................................29

4.2. Deneyde Kullanılan Numuneler ve Özellikleri ...................................................30

4.2.1. AA 2024 Mekanik Özellikleri ..........................................................................30

4.2.2. AA 6063 Mekanik Özellikleri ..........................................................................31

4.4. Kaynakta Seçilen Parametreler ...........................................................................35

4.5. Numunelere Uygulanan Deneyler .......................................................................36

4.5.1. Basınç Flambaj Kontrolü..................................................................................37

4.5.2. Çekme Deneyi ..................................................................................................37

4.5.3. Sertlik Deneyi...................................................................................................38

5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA.....................................................39

5.1. Flambaj Deneyi ...................................................................................................39

5.2. Çekme Deneyi .....................................................................................................39

5.3. Sertlik Deneyi......................................................................................................42

6. SONUÇLAR ..........................................................................................................45

7. KAYNAKLAR.......................................................................................................48

ÖZGEÇMĐŞ................................................................................................................51

iii

ÖZET

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ

SÜRTÜNME KAYNAK MAKĐNASININ ĐMALATI ve

KULLANILABĐLĐRLĐĞĐ

Makbule Betül UZUN

Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Makine Mühendisliği Bölümü

Jüri: Doç. Dr. Abdullah ÖZSOY

Yrd. Doç. Dr. Kamil DELĐKANLI

Yrd. Doç. Dr. Fevzi BEDĐR (Danışman)

Kaynak, malzemeleri birbiri ile birleştirmek için kullanılan bir imalat yöntemidir.

Metali keşfettikten sonra günlük hayatında verimli bir şekilde kullanmak isteyen

insan metallerin eritilmesi ve birleştirilmesi hususunda derin araştırmalarda

bulunmuş ve bu araştırmalar günümüzdeki kaynak teknolojisine yön vermiştir.

Bu çalışmada deneysel amaçlı bir sürtünme kaynak tezgâhı tasarlanmış ve

kullanılabilirliği araştırılmıştır. Sanayi uygulamalarında en çok tercih edilen

malzeme olan AA 2024 ve AA 6063 alaşımları imalatı gerçekleştirilen sürtünme

kaynak tezgâhı kullanılarak birleştirilmiştir. Deney numuneleri mekanik testlere tabi

tutularak çekme ve sertlik dayanımları incelenmiştir.

Yapılan tüm çalışmalar sonucunda, alüminyum malzemelerin sürtünme kaynağı ile

deneysel amaçlı olarak üretilen tezgâhta kaynak edilebilirliliği görülmüştür.

ANAHTAR SÖZCÜKLER: Kaynak, sürtünme kaynağı, alüminyum. 2007, 51 sayfa

iv

ABSTRACT

M. Sc. Thesis

PRODUCTION AND USABILITY OF FRICTION WELDING MACHINE

Makbule Betül UZUN

Süleyman Demirel University Graduate School of Natural and Applied Sciences

Mechanical Engineering Department

Thesis Committee: Assoc. Prof. Dr. Abdullah ÖZSOY

Asst. Prof. Dr. Kamil DELĐKANLI

Asst. Prof. Dr. Fevzi BEDĐR (Supervisor)

Welding is a means of manufacturing used for connecting materials. After the

invention of metal, human explored the ways to melt and connect the materials to

utilize them efficiently in daily life. Consequently, these researches and explorations

led to the welding technology of today.

This study proposes the design and manufacturing of a friction-welding machine and

explores its usability by means of several experiments. AA 2024 and AA 6063,

which are the most preferred materials in industrial applications, are connected by

the manufactured friction-welding machinery. The samples of the experiment are

mechanically tested; and their tensile strength and hardness levels are checked.

The analyses results show that aluminum materials could be connected by friction

welding on the experimentally manufactured machinery.

KEYWORDS: Welding, friction welding, aluminum. 2007, 51 pages

v

TEŞEKKÜR

Bu araştırma için beni yönlendiren, çalışmalarımın yürütülmesinde yardımlarını

gördüğüm danışmanım Sayın Yrd. Doç. Dr. Fevzi BEDĐR’e teşekkür ederim.

Deneysel çalışmalarım sırasında sürtünme kaynak makinesi deney düzeneğinin

imalatını gerçekleştiren abim Levent UZUN’a teşekkürlerimi sunarım.

Ayrıca tezimin yazım aşamasında benden manevi desteğini esirgemeyen ve

yardımlarıyla bana destek olan kuzenim Saadet TOKER’e teşekkürlerimi sunarım.

Makbule Betül UZUN

Isparta, 2007

vi

ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ

Şekil 1.1. Alüminyumun doğadan eldesi.....................................................................2

Şekil 2.1. Şematik bir sürtünme kaynağı tezgahı .........................................................9

Şekil 2.2. Sürtünme Kaynağı Đşlem Basamakları .......................................................10

Şekil 2.3. Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynağının Şematik Gösterimi .......................13

Şekil 2.4. Volan tahrikli sürtünme kaynağının şematik gösterimi .............................14

Şekil 2.5. Kombine edilmiş sürtünme kaynağının şematik gösterilişi .......................17

Şekil 2.6. Malzemelerin Sürtünme Kaynağı ile Kaynak Edilebilme Kabiliyetleri ....19

Şekil 3.1. Đmalatı Gerçekleştirilen Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynak Makinesi......23

Şekil 3.2. NCT Sürtünme Kaynağıyla üretilen direksiyon mili .................................25

Şekil 4.1. Sürtünme Kaynak Makinesi Şematik Resmi..............................................27

Şekil 4.2. Montajı Tamamlanmış Halde Sürtünme Kaynak Makinesi Deney Düzeneği

........................................................................................................................28

Şekil 4.3. Kaynakta Kullanılan Numunelerin Birleştirilme Bölgesinin Üç Boyutlu

Görünümü.......................................................................................................33

Şekil 4.4. Kaynakta Kullanılan Numunelerin Birleştirilme Bölgesinin Teknik Resmi

........................................................................................................................33

Şekil 4.5. Ön Đşlemleri Tamamlanmış Parçaların Aynaya Bağlanmış Hali ...............34

Şekil 4.6. Numunelerin sürtünme kaynağı ile birleştirilmiş hali................................36

Şekil 4.7. Numunenin Çekme Anındaki Görünümü .................................................37

Şekil 4.8. Numunelerin Sertlik Ölçme Deneyi Öncesi Hazırlanması ........................38

Şekil 5.1. AA 2024 Deney Numuneleri Kopma Değerleri.........................................39

Şekil.5.2. Orijinal Kaynaksız AA2024 Numune Gerilme-Şekil Değiştirme Grafiği .40

Şekil 5.3. AA6063 Deney Numuneleri Kopma Değerleri..........................................41

Şekil 5.4. Orijinal Kaynaksız AA6063 Numune Gerilme-Şekil Değiştirme Grafiği .41

Şekil 5.5. Numunelerin Sertlik Ölçümü .....................................................................43

vii

ÇĐZELGELER DĐZĐNĐ

Çizelge 1.1. Sektörlere göre Alüminyum kullanımı.....................................................4

Çizelge 1.2. Alaşım elementlerinin alüminyumun özelliklerine etkisi ........................6

Çizelge 1.3. Alüminyum alaşımlarının Amerikan Standartlar Birliği tarafından

belirlenen simgeler ...........................................................................................7

Çizelge 2.1. Kaynak teknolojisinde kullanılan yöntemlerin tarihsel gelişimine toplu

bakış..................................................................................................................8

Çizelge 3.1. Seçilen Kaynak Parametreleri ................................................................21

Çizelge 4.1. AA 2024 Alaşımının %’de Bileşimi ......................................................30

Çizelge 4.2. AA 2024 Mekanik Özellikleri...............................................................31

Çizelge 4.3. AA 6063 Alaşımının % Bileşimi ..........................................................31

Çizelge 4.4. AA 6063 Mekanik Özellikleri ...............................................................32

Çizelge 4.5. AA 2024 Numuneler Đçin Deney Esnasında Uygulanan Kaynak

Parametreleri ..................................................................................................35

Çizelge 4.6. AA 6063 Numuneler Đçin Deney Esnasında Uygulanan Kaynak

Parametreleri ..................................................................................................36

Çizelge 5.1. D Grubu Numune Kaynak Parametreleri ...............................................40

Çizelge 5.2. A Grubu Numune Kaynak Parametreleri ...............................................42

Çizelge 5.3. AA 2024 Numunelerinin Sertlik Değerleri ............................................43

Çizelge 5.4. AA 6063 Numunelerinin Sertlik Değerleri ............................................44

viii

KISALTMALAR

ASA Amerikan Standartlar Birliği ASTM Amerikan Malzeme Muayenesi ve Malzeme Kurumu CSA Kanada Standartları DIN Alman Standartları GOST Rus Standartları ISO Uluslar arası Standartlar Birliği SAE Amerikan Otomotiv Mühendisleri Birliği TS Türk Standartları

1

1.GĐRĐŞ

Alüminyum günümüzde demir ve çelikten sonra en çok kullanılan genç bir metaldir.

Son yıllarda alüminyumun imalatta kullanımı daha yaygın hale gelmiş ve çeliğe bir

alternatif malzeme olarak görülmeye başlanmıştır. Endüstri ve teknoloji geliştikçe,

alüminyum kullanımı artmaktadır. Daha hafif, daha sağlam, daha verimli, daha uzun

ömürlü ve sonuçta daha ekonomik ürünler için, alüminyum tercih edilmektedir. Uzay

araçları dahil olmak üzere hava taşıtları, daha sağlam binalar ve köprüler, elektrik

nakil hatları, diğer mühendislik uygulamaları için alüminyum vazgeçilmez bir

malzemedir. Alüminyum endüstrisi, yeni alaşımlar, teknolojik gelişmeler, üretim

metotları, ürün tasarımı ve kalite kontrol için araştırma ve geliştirme çalışmalarına

devam etmektedir.

Alüminyum endüstrisinde en çok kullanılan birleştirme yöntemlerinden birisi de

kaynak yöntemidir. Kaynak yöntemi, endüstrinin birçok sektöründe ve alüminyumun

birleştirilmesinde başarılı bir şekilde ve artarak kullanılmaktadır. Malzemeleri uygun

şekilde birleştirebilmek için kaynak yöntemleri geliştirilmiştir.

Kaynak, malzemeleri birbiri ile birleştirmek için kullanılan bir imalat yöntemidir.

Metali keşfettikten sonra günlük hayatında verimli bir şekilde kullanmak isteyen

insan metallerin eritilmesi ve birleştirilmesi hususunda derin araştırmalarda

bulunmuş ve bu araştırmalar sonucunda da günümüzdeki kaynak teknolojisine yön

vermiştir. Teknolojinin ilerlemesiyle değişik kaynak teknikleri ortaya çıkmış ve

farklı malzemeler başarılı bir şekilde birleştirilmiştir.

Sürtünme kaynağı, çalışma parçalarının ara yüzeylerinde mekanik olarak oluşturulan

sürtünme yoluyla üretilen mekanik enerjinin termal enerjiye dönüştürülmesiyle elde

edilen ısıdan yararlanılarak yapılan bir katı hal kaynak tekniğidir (Yılmaz ve Kaluç,

1993).

2

Bu tezde deneysel amaçlı bir sürtünme kaynak tezgâhı tasarlanarak, çalıştırılmış ve

alüminyum çubuklar kaynak edilerek yöntemin uygulanabilirliği gösterilmeye

çalışılmıştır.

1.1. Alüminyum

1.1.1. Alüminyumun Elde Edilmesi

Alüminyum, yüzyıldan beri tüm dünyada aynı yöntemle elde edilmektedir.

Şekil 1.1’de alüminyumun doğadan nasıl elde edildiği gösterilmektedir.

Şekil 1.1. Alüminyumun doğadan eldesi (Anonim, 2000)

3

Alüminyum eldesi, iki aşamada gerçekleşir. Birinci aşamada, Bayer metodu ile

boksit cevherinden alümina elde edilir. Đkinci aşamada ise, elektroliz ile alümina'dan

alüminyum elde edilir. Alümina tesisleri, genellikle boksit cevherlerinin yanına

kurulur. Madenden çıkarılan boksit cevheri, sudkostik eriyiği ile muamele edilerek

alüminyum hidroksit eldesi gerçekleşir. Bu işlem sonucunda oluşan erimeyen

kalıntılar (kırmızı çamur) ayrılır ve alüminyum hidroksitin kalsinasyonu ile

"alümina" (alüminyum oksit) elde edilir. Bundan sonraki aşama, "alümina"nın

"alüminyum"a dönüştürülmesidir. Beyaz bir toz görünümündeki alümina, elektroliz

işleminin yapılacağı hücre adı verilen özel yerlere alınır. Burada amaç, alüminyumu

oksijenden ayırmaktır. Elektroliz işlemi için 4-5 volt gerilimde doğru akım

uygulanır. Dipte biriken alüminyumun alınması ile işlem tamamlanır (Ulucak, 2007).

Genel olarak, ağırlıkça 4 birim boksitten 2 birim alümina ve 2 birim alüminadan da 1

birim alüminyum elde edilir (Anonim, 2006a).

Đlk zamanlarda üretilen birincil alüminyumun her tonu için 42.000 kwh olan enerji

sarfiyatı, günümüzde ortalama 16.500 kwh değerine düşmüştür. Bu değer, en yeni

teknoloji ile çalışıldığında 13.000 kwh/t olmaktadır (Ulucak, 2007).

Yukarıda söz edilen işlemler ile elde edilen alüminyum "birincil alüminyum"

(primary aluminium) olarak tanımlanır. Daha sonra Alüminyum, ekstrüzyon,

haddeleme ve döküm işlemleri ile çeşitli yarı- ürün ve ürünler haline dönüştürülür.

1.1.2. Alüminyum ve Kullanımı

Alüminyum, diğer metallerin birlikte hafiflik, mukavemet, üstün korozyon direnci,

yüksek derecede ısı ve elektrik iletkenliği, kolay şekillendirilme, işleme ve ısıl işlem

yapılabilirliği özellikleriyle inşaat, otomotiv, ambalaj, savunma sanayii, boya ve

taşımacılık sanayiinde geniş kullanım alanları bulmuştur. Sektörlere göre alüminyum

kullanımı çizelge 1,1’de verilmiştir. Alüminyum her geçen gün çeşitlilik ve miktar

bakımından önemli ilerlemeler kaydetmektedir.

4

Dünyada 730.000.000 ton/yıl ile ilk sırada yer alan demir-çelikten sonra 22.000.000

ton/yıl ile alüminyum, en çok üretilen ikinci metal konumundadır (Kılıç, 2003).

Çizelge 1.1. Sektörlere göre Alüminyum kullanımı (Anonim, 2007a)

Đnşaat %25

Ulaşım %24

Ambalaj %15

Elektrik/Elektronik %10

Genel Mühendislik %9

Mobilya, Ofis Eşyaları %6

Demir Çelik, Metalurji %3

Kimya ve Tarım Ürünleri Sanayi %1

Diğer %7

TOPLAM %100

Gelişmiş ülkeler ile kıyaslanıldığında alüminyumun ülkemizde kısa bir geçmişi

vardır. 1960’lardan itibaren, özellikle dayanıklı tüketim mallarının üretimine

başlanması ve otomotiv sektöründeki gelişmeler, alüminyuma olan talebi arttırmış,

tüketim 1970 yılında 20.000 tondan günümüzde 200.000 tona yükselmiştir.

Türkiye’de 3 kg/yıl olan kişi başına tüketim, gelişmiş ülkelerdeki 30 kg/yıl

seviyesindeki tüketimin çok altındadır (Anonim, 2007a).

1.1.3. Alüminyumun Özellikleri

%99,99 saflıktaki alüminyum için geçerli olan özellikler aşağıda belirtilmiştir. Bu

özellikler alaşım elementlerine bağlı olarak değişmektedir

Sembol: Al

Atom Numarası: 13

Dövme Sıcaklığı: 300-500 °C

Yeniden Kristalleşme Sıcaklığı: 250-300 °C

5

Buharlaşma Sıcaklığı: 2450 °C

Elastiklik Modülü: 61782 N/ mm2

Çekme Dayanımı: 101,99 N/ mm2

Akma Dayanımı: 25,5 N/ mm2

Isı Đletkenliği (K): 2,37 W/cm/K (25 °C'de)

% Uzama: 60

Sertlik: 17 (BHN)

Kristal Çeşidi: Kübik Yüzey Merkezli (KYM)

Maddenin Hali: Katı

Yoğunluk: 2,7 gr/cm3

Atom Ağırlığı: 27

Ergime Derecesi: 660 °C

Kaynama Derecesi: 2300 °C

1.1.4. Alüminyum Alaşımları

Alüminyum saf haldeyken yumuşak ve elastiktir. Yüksek mukavemet istenildiği

zaman alaşımlandırılır. Alaşım elementleri yüksek uzama kabiliyeti ve korozyona

dayanıklılık gibi özellikleri kötü yönde etkilemeden saf alüminyumun düşük akma

sınırını yükseltmektedir. En genel alaşım elementleri bakır, silisyum, çinko, mangan

ve magnezyumdur. Alüminyuma alaşım elemanlarının ilavesiyle değişen özellikler

çizelge 1.2’de verilmiştir.

6

Çizelge 1.2. Alaşım elementlerinin alüminyumun özelliklerine etkisi (Anonim, 2006)

1.1.5. Alüminyum Alaşımlarının Kısa Gösterilişi

Alüminyum alaşımlarının TS (Türk standartları), DIN (Alman standartları), ASA

(Amerikan Standartlar Birliği), CSA (Kanada standartları), ASTM (Amerikan

malzeme muayenesi ve malzeme kurumu), ISO (Uluslar arası standartlar birliği),

GOST (Rus standartları), SAE (Amerikan otomotiv mühendisleri birliği) tarafından

verilmiş çeşitli standartlardaki gösterimi mevcuttur. Alüminyum alaşımlarının her

ülkede hatta ülke içindeki kurumlarda bile farklı gösterim standardı olduğundan

teknik anlamda sorunlar yaşanmaktadır.

Fakat en yaygın olarak kullanılan Amerikan Standartlar Birliği (ASA)’nın

oluşturduğu isimlendirme metodudur. Bu sistem çizelge 1.3’de verilmiştir ve

isimlendirme dört rakamdan oluşmuştur.

7

Çizelge 1.3. Alüminyum alaşımlarının Amerikan Standartlar Birliği tarafından belirlenen simgeler

Simge Temel Alaşım Elementleri Yapısı 1XXX Arı Alüminyum Tek fazlı 2XXX Bakır Đki fazlı 3XXX Mangan Tek fazlı 4XXX Silisyum Đki fazlı 3XXX Magnezyum Tek fazlı 6XXX Magnezyum-Silis Đki fazlı 7XXX Çinko Đki fazlı 8XXX Diğer elementler 9XXX Kullanılmayan dizi

Sayısal simgenin ilk rakamı alüminyum alaşımın hangi temel alaşım elementini

içerdiğini belirtir. 1XXX dizisi % 99.00 oranında saf alüminyumu belirtir. Son iki

rakam %99 değerinin noktadan sonraki rakamlarını belirtir. Sondan ikinci rakam ise

özel olarak denetlenen elementlerin sayısını belirtir ve 1’den 9’a kadar değişebilir.

2XXX’den 8XXX’e kadar olan alüminyum alaşımlarında, ilk rakam alaşım türünü

ikinci rakam değişimleri simgeler, son iki rakamın özel bir anlamı yoktur. Alaşımı

diğer alaşımlardan ayıran sıra numarası gibi kullanılır.

8

2. SÜRTÜNME KAYNAK YÖNTEMĐ

Yaklaşık 3500 yıl önce, iki metal parçası sıcak durumda çekiçlenerek ilk kaynaklı

birleştirme gerçekleştirilmiştir. Tarih içerisinde kaynak teknolojisi gelimseler

göstererek günümüzdeki modern kaynak teknikleri kullanılmaya başlanmıştır.

Çizelge 2.1’de tarihsel gelişim sürecinde kaynak teknolojisinin gelişimi verilmiştir.

Çizelge 2.1. Kaynak teknolojisinde kullanılan yöntemlerin tarihsel gelişimine toplu bakış (Kaluç’dan, 2004)

M.Ö. 3500- M.Ö. 1000 Lehimleme ve Demirci Kaynağı

1890 *Karbon elektrod ile ark kaynağı *Elektrik direnç kaynağı *Tel elektrod ile kaynak *Ergiyen elektrod ile kaynak

1900 *Havanın sıvılaştırılması *Asetilenin aseton içinde çözündürülmesi *Đlk kaynak üfleci (oksi-asetilen)

1910 *Örtülü elektrod ile ark kaynağı 1920 *Oksijenle kesme

*Gazaltı kaynağı 1930 *tozaltı kaynağı 1940 *Soğuk basınç kaynağı

*Sürtünme kaynağı *Ultrasonik kaynak

1950 *Plazma arkı ile kesme *Elektron ışın kaynağı *Difüzyon kaynağı

1960 *Plazma ark kaynağı 1970 *Lazer kaynağı

*Kaynak yöntemlerinin mekanizasyon ve otomasyonu *Kaynak robotları

1980 *Kaynak robotlarının yaygın kullanıma girmesi 1990 *Özel kaynak yöntemlerinin geliştirilmesi

*Sürtünen elemanla birleştirme kaynağı *Manyetik alan kaynağı

2000 *Hybrid kaynak yöntemlerinin geliştirilmesi (Lase-MIG/MAG, Laser –TIG, TIG-PlazmaArk)

9

2.1. Sürtünme Kaynağı Tanımı

Mühendislikte karşılaşılan sorunların en önemlisi malzemelerin birleştirilmesidir. Bu

zorlukları ortadan kaldırarak, malzemeleri uygun bir şekilde kaynak yapmak için katı

hal kaynak yöntemleri geliştirilmiş ve imalat sektörü sürtünme kaynağı ile 1940

yılında tanışmıştır. Sürtünme kaynağı da bir katı hal kaynak yöntemidir. Sürtünme

kaynağı malzemenin içyapısında çok fazla değişikliğe sebebiyet vermediğinden

dolayı imalat sektöründe kaynak parametrelerinde karşılaşılan sorunların üstesinden

gelinebilir.

Sürtünme kaynağı, elektriksel enerji veya diğer enerji çeşitlerinden yararlanmaksızın

çalışma parçalarının ara yüzeylerinde mekanik olarak oluşturulan sürtünme yoluyla

üretilen mekanik enerjinin termal enerjiye dönüştürülmesiyle elde edilen ısıdan

yararlanılarak yapılan bir katı hal kaynak tekniğidir (Yılmaz ve Kaluç, 1993).

Sürtünme kaynağı, biri dönel diğeri sabit olmak üzere aynı hizadaki iki parçanın

basınçla birbiriyle temasıyla uygulanan bir kaynak yöntemidir (Olson vd., 2000).

Dizayn olarak sürtünme kaynak makineleri torna, matkap gibi metal işleme

makinelerini andırmaktadırlar. Şekil 2,1’de şematik bir sürtünme kaynağı tezgahı

verilmiştir.

Şekil 2.1. Şematik bir sürtünme kaynağı tezgahı (Uzkurt ve Ünlü’den, 2004)

10

Sürtünme kaynağı ile kaynak yapma fikri çok eskilere dayanmaktadır. Ancak konu

ile ilgili ilk patent 1891 yılında Amerikalı makinist I.H. Bevington tarafından

alınmıştır. Başlangıçta boru ve plastiklerin kaynağında kullanılan sürtünme kaynağı

yöntemiyle ilgili ilk bilimsel çalışmalar, 1956 yılında Rus bilimci A.J. Chdicov’un

iki metal çubuğu sürtünme kaynağıyla birleştirmesinden sonra başlamıştır. Sürtünme

kaynağının uygulama alanlarının geliştirilmesi konusundaki çalışmalar halen daha

devam etmektedir (Özdemir ve Orhan, 2002).

2.2. Sürtünme Kaynağı Đşlem Basamakları

Sürtünme kaynağı temel işlem basamakları Şekil 2.2’de gösterilmektedir. Đlk

aşamada birleştirilecek olan iş parçaları aynı hizaya getirilir, bu parçalardan biri

dönerken diğeri sabit konumdadır. Daha önceden tayin edilen dönme hızına

geldiğinde iş parçaları birbirine temas ettirilerek sürtünme basıncı uygulanır. Daha

sonraki aşamalarda ise temas eden yüzeyler arasında sürtünmeden kaynaklı bölgesel

bir ısınma başlar ve uygulanan basınçtan dolayı da yığılma gözlemlenir. Kaynağın

son aşamasında ise dönen iş parçası durdurulur ve kaynak işlemi tamamlanır.

Şekil 2.2. Sürtünme Kaynağı Đşlem Basamakları (Illus’den, 2007)

11

2.3. Sürtünme Kaynağı Parametreleri

Sürtünme kaynağı işlem esnasında kontrol edilmesi gereken malzemeden ve

işlemden kaynaklanan parametreler vardır. Parametrelerin kaynak bağlantılarının

özellikleri üzerinde önemli etkileri vardır.

2.3.1. Çevresel Hız

Sürtünme kaynağında kaynak hızı, ısı girdisi miktarında çok önemli bir unsur

olduğundan kaynak hızına bağlı olarak hem mikro yapı hem de sertlik ve çekme gibi

mekanik özelliklerde de etkili olmaktadır. Artan kaynak hızı, kaynak metalinin ısı

girdisini azaltır (Kurt vd., 2003).

2.3.2. Kaynak Yapılacak Đki Parça Arasındaki Basınç Kuvveti

Kaynak işlemi boyunca basınç değişmektedir. Basınç başlangıçta çok düşüktür, fakat

sürtünme ısısı oluşturabilmek için artırılmaktadır. Dönme hareketinin

durdurulmasından hemen önce veya sonra parçada dövme meydana getirmek

amacıyla, dönme durduğu zaman basınç hızla artırılır. Basınç kuvveti kaynak

bölgesindeki sıcaklık ile ayarlanabilir (Karabörk ve Dilmeç, 2007).

2.3.3. Sürtünme Süresi

Sürtünme süresi, malzemenin türüne ve şekline göre değişiklik göstermektedir.

Normalde birkaç saniyedir. Birleştirilecek parçalar için hazırlanan bir programa göre

üniform plastik şekil değiştirme sıcaklığına ulaşacak şekilde işlem operatörü

tarafından kontrol edilir.

2.3.4. Yığma Süresi

Murti ve Sundersan (1983), Yığma süresi, malzeme çifti ara yüzeyinde gerekli

plastik deformasyonu oluşturmak ve sürtünme kaynağının oluşum

mekanizmalarından biri olan difüzyonu hızlandırmak için yığma basınç kuvvetinin

uygulandığı süre olduğunu belirtmişlerdir (Özdemir ve Orhan, 2002).

12

2.3.5. Yığma Basınç Kuvveti

Sürtünme süresi sonrasında özel bir yığma basıncının uygulanması bağlantı kalitesini

arttırır. Yığma basıncı malzemenin sıcak akma sınırına bağlıdır; ne aşırı kaynak

yığılmasına sebep olacak kadar yüksek, ne de elverişsiz şekillendirmeye dolayısıyla

yetersiz kaynaklanmaya sebep olacak kadar düşük olmalıdır. Yığma basınç kuvveti,

sürtünme süresi sonrasında iş parçaları arasında difüzyon mekanizmasını

hızlandırmak amacıyla uygulanır. Đki malzemenin sürtünme kaynağında yığma

basıncını hesaplarken, iki önemli faktör ortaya çıkmaktadır.

1. Yığma işlemi, plastik şekil değiştirme kurallarına göre meydana gelmektedir.

2. Yığma öncesi sürtünen yüzeyleri etkileyen ısı derinliği, plastik şekil değiştirme

oranı ve derecesi ile saptanır. Söz konusu sürtünme etkisiyle meydana gelen ısı

derinliği, malzemenin uç formunda yapılacak konstrüktif değişikliklerle direkt olarak

şekillendirilebilir veya arzu edilen dereceye getirilebilir.

2.4. Sürtünme Kaynağı Çeşitleri

Endüstride uygulanan klasik (sürekli tahrikli ), volan tahrikli (atalet) ve kombine

edilmiş hibrit (volan) olmak üzere üç çeşit sürtünme kaynağı vardır.

Bu üç yöntemi birbirinden farklı yapan özellik, tahrik ve ilave basınç işleminin

uygulama şeklidir.

2.4.1. Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynağı

Direkt sürtünme kaynağı olarak da tanımlanabilir (Şekil 2.3). Sürekli tahrikli

sürtünme kaynağında, enerji girdisi sürekli tahrikle yani bir motor vasıtasıyla, sabit

dönme hızında sağlanarak işlem yapılır (Anık vd., 1993).

Kaynağı yapılacak olan iş parçalarından bir tanesi motora bağlanarak sabit dönme

hızında döner, diğeri ise aynı hizada, merkezde sabitlenmiş aynaya sıkı bir şekilde

tutturulur. Đş parçaları daha önceden kaynak parametrelerine göre belirlenen bir süre,

13

belirlenen boy kısalması oluşuncaya kadar temasta kalır ve ani frenleme yapılarak

durdurulur. Daha sonra iş parçaları kendi halinde soğumaya bırakılır.

Şekil 2.3. Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynağının Şematik Gösterimi (Anık vd.’den, 1993)

Sürekli tahrikli sürtünme kaynak makinesinin üzerinde bulunan parçalar şunlardır:

1. Tahrik motoru

2. Fren

3. Dönen iş parçasının bağlandığı ayna

4. Sabit iş parçasının bağlandığı ayna

5. Dönen iş parçası

6. Sabit iş parçası

7. Yığma silindiri

Sürekli tahrikli sürtünme kaynağında işlem ısıtma ve yığma olmak üzere iki aşamada

gerçekleşir. Birleştirilen yüzeyler plastik şekil değiştirme sıcaklığına kadar ısıtılır,

yüzeylerin basınç altında döndürülmesiyle birbirlerine sürtünürler. Sürtünme

esnasında basınç gerekli seviye çıkartılarak kaynak işlemi tamamlanır. Kaynak

yapılacak olan alaşımın özelliğine göre bazı durumlarda ön ısıtmaya ihtiyaç

duyulabilir. Uygulanan ön ısıtma, kaynağın ısıdan etkilenen bölgesindeki soğuma

değerini düşürür. Böylece yumuşak bir birleşim sağlanır ve soğuma çatlaklarının

oluşum ihtimali azaltılmış olur. Isıtma aşamasından sonraki aşama ise yığma

aşamasıdır. Sürtünme kaynağının tamamlanması aşamasında ani fren uygulanır.

14

Frenleme sırasında birleştirilen parçaların yüzeyleri arasında şişme meydana gelir.

Bu şekil yüzey taşlama ve tornalama işlemleriyle ortadan kaldırılabilir.

2.4.1.1. Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynak Yöntemi Değişkenleri

Kaynak işleminde etkili olan parametreler vardır. Bu parametreler kaynak kalitesi

üzerinde etkilidir. Kaynak kalitesinde etkili olan parametreler; yüzeye bağlı yığma

kuvveti, dönme momenti devir sayısı, eksenel boy kısalması ve yüzeye bağlı

sürtünme kuvvetinin etkisidir.

2.4.2. Volan Tahrikli Sürtünme Kaynağı

Volan tahrikli sürtünme kaynak yönteminde iş parçalarından bir tanesi volana

bağlıdır, volan belirli hızda ivmelendirilerek mekanik enerjinin volanda depolanması

sağlanır (Şekil 2.4). Đki iş parçasının temas ettirilmesiyle, basınç altında sürtünme

meydana gelir ve volandaki enerji hızının azalmasıyla kaynak bölgesindeki ısınmaya

sebep olur. Bazı uygulamalarda volan tamamen durmadan basınç arttırılarak

kaynaklanmanın oluştuğu görülmüştür.

Şekil 2.4. Volan tahrikli sürtünme kaynağının şematik gösterimi (Anık vd’den, 1993)

Volan tahrikli sürtünme kaynak makinesinin üzerinde bulunan parçalar şunlardır:

1. Tahrik motoru

2. Değiştirilebilir volan

3. Dönen iş parçasının bağlandığı ayna

4. Sabit iş parçasının bağlandığı ayna

5. Dönen iş parçası

15

6. Sabit iş parçası

7. Yığma silindiri

Volan tahrikli sürtünme kaynağında birbirine bağlı üç safha sonucunda kaynak

işlemi gerçekleştirilmektedir. Sürekli tahrikli sürtünme kaynak yöntemine benzer

şekilde birinci aşamada iş parçalarının yüzeyleri birbirine temas eder, momentin

maksimum safhaya çıkıp daha sonra sabit bir düzeye inmesiyle birinci safha

tamamlanmış olur. Đkinci safhada ısı direk olarak yüzeylerden uzağa doğru iletilir.

Volandaki enerji azaldıkça, volanın hızı da düşmeye devam eder. Üçüncü safhada,

hız belirli bir seviyeye düştüğünde, yüzeyler arasında alınan enerji volan tarafından

dağıtılan enerjiden daha fazladır. Hız ve sıcaklık azalmaya devam ederken yığma

başlar. Kaynak soğurken moment ve hız sıfır olur (Kearns, 1980).

Proses esnasında herhangi bir zamanda volandaki enerji,

L s² Wk²s² E = = (1.1)

7964 7964

Burada;

E=Enerji (J)

L=Atalet momenti (kg.m2)

W=Volan sisteminin ağırlığı (kg)

s=Hız (rad/s)

k=Dönme yarıçapı (m) olarak tanımlanır.

Volandaki enerji, onun herhangi bir andaki dönme hızı ile bulunur. Eğer volanın

kütlesi değişirse kullanılabilir enerji de değişir. Ancak, volan tahrikli sürtünme

kaynak yönteminde makineye bağlanabilecek volanın kütlesi, makinenin

kapasitesine bağlıdır.

16

Volan hızı; ani teğetsel hız, yarıçap ve dönüş hızı arasındaki bağıntı ise;

V= 0,2128.r.s (1.2)

eşitliğiyle bulunur.

Burada;

Vt = Teğetsel hız (m/s)

s = Ani hız (rad/s)

r = Yarıçap (m) olarak tanımlanır.

2.4.2.1. Volan Tahrikli Sürtünme Kaynak Yöntemi Değişkenleri

Volan tahrikli sürtünme kaynağında temel kaynak parametreleri, yüzeye bağlı yığma

kuvveti, devir sayısı, dönme momenti, eksenel boy kısalmasıdır.

2.4.3. Kombine Edilmiş (Hibrit) Sürtünme Kaynağı

Kombine edilmiş sürtünme kaynağı sürekli tahrikli ve volan tahrikli sürtünme

kaynağının bir kombinasyonudur (Şekil 2.5). Bu yöntemle büyük kapasiteli

parçaların birleştirilmesi avantajlıdır.

Bu kaynak yönteminde, volan kavramayla hareketli bir motor miline bağlanır. Volan

sistemi motor sayesinde sürekli dönerken, iş parçası istenilen hıza ulaştığında, motor

mili volandan ayrılır. Düşük atalet momentine sahip olan milin, volan frenlemesi

olmadan hızlı bir şekilde durması ile kaynak işlemi tamamlanır ( Anık ve Gülbahar,

1982).

17

Şekil 2.5. Kombine edilmiş sürtünme kaynağının şematik gösterilişi (Anık ve

Gülbahar’dan, 1982)

Kombine edilmiş sürtünme kaynak makinesinin üzerinde bulunan parçalar şunlardır:

1. Tahrik motoru

2. Fren

3. Dönen iş parçasının bağlandığı ayna

4. Sabit iş parçasının bağlandığı ayna

5. Dönen iş parçası

6. Sabit iş parçası

7. Yığma silindiri

Kombine edilmiş kaynak yönteminde, sürtünme ve yığma olmak üzere iki aşama

bulunmaktadır. Sürtünme aşamasında, kaynağın başlangıcında, kuru sürtünmeyle

moment eğrisi bir zirve yaptıktan sonra dengeye ulaşır. Bu esnada temas eden

yüzeyler arasında atomsal bağlar meydana gelir. Ancak, sürtünme hareketi devam

ettiğinden oluşan bağlar koparılmaya çalışılır. Bunun sonucunda moment artar ve

sıcaklık istenilen seviyeye ulaşır, kuvvetli adhezyan bağları oluşur. Frenleme sonrası

hız çok çabuk bir şekilde azalırken, moment de sıfıra düşer.

Đkinci aşamaya gelindiğinde ise, kaynak edilecek parçalar sürtünme ile yeterince

ısıtıldığı zaman, atalet momentine sahip olan mil durdurulur. Yığma işlemi için,

basınç korunur veya artırılır. Bu basınç, kaynak edilecek malzemelerin sıcaklık

mukavemetine göre belirlenir (Paylaşan 2000).

18

2.4.3.1. Kombine Edilmiş Sürtünme Kaynak Yöntemi Değişkenleri

Kombine edilmiş sürtünme kaynağında temel kaynak parametreleri, yüzeye bağlı

yığma kuvveti, devir sayısı, dönme momenti, yüzeye bağlı sürtünme kuvveti, eksenel

boy kısalması ve yüzeye bağlı yığma kuvvetidir.

2.5. Sürtünme Kaynağının Uygulama Alanları

Sürtünme kaynağı çok uzun yıllardan bilinmesine rağmen, imalat sektörü tarafından

fazla tanınmamıştır. Çoğu teknik personel sürtünme kaynağından haberdar değildir;

fakat son yıllarda alışılmış kaynak yöntemlerinden doğan sorunlarla uğraşmak

istemeyen teknik personelin yeni çözüm arayışlarına gitmesi sonucu bu uygulama

önemli hale gelmiştir. Đçyapıda en az değişikliğe yol açacak bir yöntem olması,

ayrıca aynı ya da farklı metallerin birleştirilebilmesi sürtünme kaynağının uygulama

alanlarının geniş olmasına olanak sağlamıştır.

Çoğu demir ve demir dışı alaşımlar, alüminyum ve alaşımları, bakır ve alaşımları,

nikel ve alaşımları, moliblen ve niyobyum gibi malzemeler sürtünme kaynağı ile

birleştirilebilirler. Ayrıca sürtünme kaynak yöntemiyle mekanik ve ısıl açıdan çok

farklı olan malzemelerde birleştirilebilir (Bayındır vd., 2004).

Şekil 2.6’da çeşitli malzemelerin sürtünme kaynağı yöntemiyle kaynak edilebilirliği

verilmiştir.

19

Şekil 2.6. Malzemelerin Sürtünme Kaynağı ile Kaynak Edilebilme Kabiliyetleri

(Anonim, 2007)

20

Sürtünme kaynağının endüstride en çok kullanılan uygulama alanları:

Makine imalatı ve yedek parça endüstrisinde; dişli çarklar, piston kolları, hidrolik

silindirler, radyal pompa pistonları, krank milleri, sonsuz vidalı miller, matkap uçları,

valfler;

Otomotiv endüstrisinde; supaplar, supap yuvaları, kardan milleri, vites kolları, aks

bağlantıları, şanzıman parçaları, fren milleri, taşıyıcı aks milleri;

Havacılık ve uzay endüstrisinde; itme jetleri, yanma odaları, miller, türbinler,

rotorlar, borular, flanşlar;

Đş takımları endüstrisi; spiral matkaplar, freze bıçakları, delik zımbaları, raybalar,

çelik kalemler;

Elektrik, elektroteknik ve kimya endüstrisi; gaz analizleri için alıcı kameraları,

röntgen cihazı tüpleri için döner anot milleri, sürekli lehim uçları, boru tesisatı

bağlantılarıdır (Olson vd., 2007, Karabörk ve Dilmeç, 2007).

21

3. KAYNAK BĐLGĐSĐ

Bu bölümde, sürtünme kaynak yöntemiyle ilgili literatür araştırması yapılmış olup,

özet şeklinde aşağıda verilmiştir.

Gürleyik (1984), II. Ulusal Alüminyum Sanayi Kongresinde Alüminyum ve

Alüminyum Alaşımlarının Sürtünme Kaynağı ile Birleştirilmesi adlı sunumunda, Al-

Cu, Al-St ve AlSi12’nin sürtünme kaynağı için yaptığı çalışmalardan bahsetmiştir.

Al-Cu alaşımı kaynak yapılırken sürtünme süresi kısa tutularak şişirme basıncı

artırılarak kaynak bağlantısının mekanik özelliklerinin olumsuz etkilerinin yok

edilebileceğinden bahsetmiştir. Al-St alaşımında atomların karşılıklı difüzyonu

sonucu metaller arasında gevrek bir faz meydana geldiği ve faz tabakasının

genişliğinin kısa tutularak kaynak bağlantı yerinin özellikleri iyileştirilebileceğini

belirtmiştir. Sonuç olarak Prof. Dr. Gürleyik; Sürtünme kaynağının en büyük

avantajının az enerji tüketimi olduğu, ikinci önemli avantajının ise farklı iki cins

metali bildiğimiz yöntemlerle kaynak edemezken bu yöntemle kaynak edebilmemiz

olarak belirtmiştir.

Sathian (1999), Mettalurgical and mechanical properties of Ni-Based Süpperalloy

Friction Welds isimli yüksek lisans tezinde; temel amacı, kaynak parametrelerindeki

optimizasyonla, aynı yada farklı olan Nikel alaşımlarını sürtünme kaynağı

kaynaklamak ve mikroyapısal analizlerini incelemektir.

Yapılan optimizasyonlar sonucunda seçilen kaynak parametreleri çizelge 3.1’de

verilmektedir.

Çizelge 3.1. Seçilen Kaynak Parametreleri

Numuneler Sürtünme

Süresi (t1)

Sürtünme

Basıncı (P1)

Yığma

Süresi (t1)

Yığma

Basıncı (P2)

Dönme

Devri (n)

AA 2024 10 sn 350 MPa 2 sn 350 MPa 1000 rpm

Çizelge 3.1’de kullanılan parametrelerle başarılı kaynaklar elde edilmiştir.

22

325-375 MPa aralığında seçilen sürtünme basıncında yüksek mukavemet değerleri

gözlemlenmiştir. Bu aralığın dışındaki sürtünme basınç değerlerinde istenilen

seviyelerde mukavemet elde edilememiştir.

Yılmaz ve Çöl (2000), Sürtünme Kaynaklı Alüminyum ve Çelik Bağlantıları isimli

makalesinde; Farklı metallerin sürtünme kaynağında oluşan problemleri incelemiş.

Bu problemlerin farklı sertlik ve erime noktalarından kaynaklanmamakta olup, aynı

zamanda ara yüzey reaksiyonları ile meydana gelen gevrek intermetalik fazlar, düşük

erime noktalı otektikler gibi ürünlerinde etkili olduğunu, farklı metal bağlantısı olan

Al-Çelik bağlantılarında alüminyumun yüksek elektriksel iletkenliği, yüksek ısıl

iletkenliği ve düşük yoğunluğu çelik tarafının ise yüksek mukavemeti ve aşınma

direncinin bu bağlantıları cazip kılacağına değinmiştir. Bağlantı ara yüzeylerinde

yüksek mukavemet değerlerine ulaşmak için sürtünme alın yüzeylerini çok iyi

hazırlayarak yüzeyleri birbirine paralel bağlayarak kaynak yapılmıştır.

Sonuç olarak; Alüminyum-çelik bağlantılarının sürtünme kaynağı ile elverişli

mukavemet değerlerinde üretilmesi mümkün olduğunu ve bağlantının başarısının

tamamen ara yüzeyde oluşabilecek intermetalik faz ile ilişkilendirmiştir. Bu

intermetalik fazın büyük oranda kaynak parametrelerine bağlı ve bu fazın ara

yüzeyde oluşması arzu edilmediği için ara yüzeyde intermetalik faz oluşumu 1

mikron gibi çok düşük kalınlık değerleri ile sınırlamıştır. Bunun için kaynak

parametrelerinin uygun bir korelasyonu kullanarak, bu oluşumu engellemek için

gümüş insert malzemeler kullanmakta yararlı sonuçlar vereceğine değinilmiştir.

Özdemir ve Orhan (2002), Yeni Tasarlanmış Bir Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynak

Makinesinin Đmalatı adlı makalesinde; Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi

Metal Eğitimi Bölümü atölyelerinde sürtünme kaynak makinesi imal edilmiştir.

Sistem, bir torna tezgahı gövdesi üzerine çeşitli mekanik, hidrolik ve elektronik

aksamlar ilave edilerek, sürekli tahrikli kaynak makinesine dönüştürülmüştür. Şekil

3.1’de deney düzeneği görülmektedir.

23

Şekil 3.1. Đmalatı Gerçekleştirilen Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynak Makinesi

Deney düzeneğinde 11.1 Kw’lık simens marka DC Motor ve bu tahrik motorunu

kontrol eden 11.1 Kw’lık simens marka midi vektör invertör kullanılmıştır. Dönerli

torna aynasını kumanda eden tahrik motoru, 0-5 V arası DC gerilime sahip hız

kontrol cihazı potansiyometresi tarafından kontrol edilmiştir. Sistem çalışır durumda

iken, hız kontrol cihazı lineer potansiyometresi minimum 0 V değerinden 5 V değere

kadar belirli aralıklar ile artırılarak, bu değerlere karşılık gelen motor devri bir dijital

takometre yardımıyla tespit edilmiştir. Sürtünme ve yığma basıncı, eksenel basınç

kuvvetinin uygulanmasında kullanılan hidrolik devre üzerindeki basınç kontrol

göstergesi ve hız kontrol valf yardımıyla analog olarak kontrol edilmiştir. Sürtünme

kaynağında önemli bir parametre olan frenleme ve frenleme süresi, invertör

üzerinden tahrik motoruna DC gerilim uygulanarak kontrol edilmiştir.

Tasarım ve imalatı yapılmış olunan sürekli tahrikli sürtünme kaynak makinesinde

yapılan deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen verilere dayanarak aşağıdaki

sonuçlar verilmiştir.

24

1. Bu makinede, sürtünme kaynağının temel parametreleri olan devir sayısı,

sürtünme basıncı, sürtünme süresi, yığma basıncı ve yığma süresi parametrelerinin

geniş bir aralıkta değişimi ile kaynak yapma imkanı sağlanmıştır.

2. Bu parametrelerin kontrolü, değişik kombinasyonlardaki malzeme çiftlerinin

birleştirilmesine imkan sağlamıştır.

3. Dönerli aynayı tahrik eden motorun bir invertör tarafından kontrol edilmesi geniş

bir devir sayısı aralığı sağlamıştır.

4. Sürtünme kaynağında önemli parametre olan frenleme ve frenleme süresi, invertör

üzerinden motora DC gerilim uygulanarak kontrol edilmesi büyük bir avantaj

sağlamıştır. Aynı zamanda bir frenleme ünitesine ihtiyaç kalmamıştır.

5. Parametrelerin geniş bir aralıkta kontrol edilebilmesi, aynı veya farklı

kombinasyonlardaki malzeme çiftlerinin birleştirilmesi için gerekli olan optimum

kaynak şartlarının elde edilmesini kolaylaştırmıştır.

Lee vd. (2003), Effect Of Friction Welding Parameters On Mechanical And

Metallurjical Properties Of Alluminium Alloy 5052-A36 Steel Joint isimli

makalesinde; AA 5052 ve A36 çelik kullanılarak yapılan bu çalışmada birleşme

bölgesindeki mukavemetin yığma basıncı ve sürtünme zamanının kritik değerlere

ulaşmasıyla ilgili olduğu göstermiştir. Düşük sürtünme hızıyla yapılan çalışmalarda

birleşim bölgelerinde intermetalik fazların oluştuğu görülmüştür. Ayrıca oksitlenme

de gözlenmiştir. Yapılan çalışmalarda yığma basıncı 137,5 MPa, yığma süresi 0,5 sn

olarak alınmış ve AA 5052 malzemede 202 MPa kopma dayanımı tespit edilmiştir.

Yapılan sertlik kontrollerinde AA 5052 malzemenin ara yüzeylerinde yumuşamaların

meydana geldiği 8 mm uzaklıktaki noktaya kadar görülmüştür.

Bayındır, vd. (2004), Bir Sürtünme Kaynak makinesi için PIC Kontrollü Kontrol

Ünitesinin Tasarımı ve Uygulaması isimli makalesinde; denetleyici tabanlı

programlanabilir sürtünme kaynağı kontrol ünitesi tasarlanmış ve uygulaması

yapılmıştır. Büyük silindirin ilerleme süresi, sürtünme süresi, kuvveti, yığma süresi,

25

parçanın bırakılması ve büyük silindirin geri çekilmesi gibi kaynak yapılabilmesi için

gerekli olan kaynak parametreleri parçaya göre yapılan kontrol sistemi ile tuş takımı

yardımıyla ayarlanabilmektedir. Bu amaçla PIC16F877 denetleyici kontrol

sisteminin gerçekleştirilmesi için kullanılmıştır. Kolay programlandırılan, düşük

maliyetli bir sürtünme kaynak makinesi kontrol ünitesi tasarlanarak gerçekleştirilmiş

ve kontrol devresinin tasarımında denetleyici kullanılmıştır.

Yapılan deneyler sonucunda, sürtünme süresi, sürtünme basıncı, yığma süresi ve

yığma basıncı gibi kaynak parametreleri ve uygulama süreleri farklı malzemeler için

tuş takım yardımıyla değiştirilerek daha pratik ve kolay bir şekilde ayarlanmaktadır.

Tuş takımı yardımıyla kaynak parametrelerinin görerek çok hassas kontrollü, değişik

bileşimlerdeki malzeme çiftlerinin birleştirilmelerine ve optimum kaynak

parametrelerinin tespitine imkan sağlamıştır.

NCT (2007), NCT firması 1983’ten beri Amerika, Kanada ve Meksika ülkelerine

sürtünme kaynak makinesi imalatı yapmaktadır. Sürtünme kaynağını “düşük ısıya

ihtiyaç duyan, ergimenin görülmediği tekrarlanabilir CNC kontrollü yüksek kaliteli

kaynak bağlantısı” olarak tanımlamakta olan firma, kaynaklama işlemi sonucunda

atık gazların oluşmayarak, ilave temizlemeye ihtiyaç duyulmadığı için çevreci ve

enerji tasarruflu bir kaynak yöntemi olarak tanımlamıştır. NCT firmasının ürettiği

kaynak makinesinin başta otomotiv sektörü olmak üzere, birçok sektörde kullanım

alanı vardır. Şekil 3.2’de üretimi gerçekleştirilen bir direksiyon mili görülmektedir.

Şekil 3.2. NCT Sürtünme Kaynağıyla üretilen direksiyon mili

26

4. MATERYAL ve YÖNTEM

4.1. Sürtünme Kaynak Makinesinin Đmalatı

Sürtünme kaynağı deneyleri için kullanılacak olan sürtünme kaynak makinesi

Süleyman Demirel Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü ve Levent Tarım

Makineleri Sanayi işbirliği ile imal edilmiştir. Sürtünme kaynak makinesinin imalatı

Levent Tarım Makineleri Sanayi desteğiyle yapılmıştır.

4.1.2. Sürtünme Kaynak Makinesi Deney Düzeneği

Tasarımı yapılmış bulunan sürtünme kaynak makinesi mekanik, pnomatik ve

elektronik aksamlardan meydana gelmektedir. Deney düzeneğinde 3 Kw’lık Gamak

marka motor, bu motoru kontrol eden start ve stop düğmeleri bulunmaktadır. Deney

düzeneğinin elektrik sisteminde bulunan zaman rolesi, diyod ve yönlendiricilerle

motorun hareketi sağlanmaktadır. 1400 d/d olan tahrik motorunun devri kayış kasnak

sistemi yardımıyla 3500 d/d’ya çıkartılmaktadır. Sürtünme ve yığma basıncı, eksenel

basınç kuvvetinin uygulanılmasında kullanılan havalı pistonun yanındaki basınç

kontrol göstergesi (regülatör) ve hız kontrol valfi yardımıyla analog olarak kontrol

edilmiştir. Sürtünme kaynağındaki en önemli parametrelerden biri olan frenleme ve

frenleme süresi zaman rolesi yardımıyla motor tarafından direkt olarak

yapılmaktadır. Ayrıca deney cihazında kaynak edilecek numunelerin tutturulması

için 2 adet ayna, kaynak için gerekli basınç kuvvetinin temini için pnömatik tahrikli

piston silindir düzeneği ve pistonun hareketi amacıyla havayı sağlamak için

kompresör bulunmaktadır. Ayrıca kaynak sırasında sürtünme kaynak makinesinin

kontrol ve kumandası için kısma vanası, kaçırma vanası, regülatör, basınca dayanıklı

hava boruları (hortum) ve çeşitli valfler kullanılmıştır. Şekil 4.1’de imalatı

gerçekleştirilen tezgahın şematik bir resmi bulunmaktadır.

27

Şekil 4.1. Sürtünme Kaynak Makinesi Şematik Resmi

1. Tahrik Motoru

2. Kayış-Kasnak Mekanizması

3. Yatak

4. Yatak dayama Noktası

5. Yatak

6. Hareketli Ayna

7. Sabit Ayna

8. Havalı Piston

9. Regülatör

10. Elektrik Panosu

Montajı tamamlandıktan sonra deneysel amaçlı olarak kullanılan kaynak makinesi

tezgahı şekil 4.2’de gösterilmektedir.

28

Şekil 4.2. M

ontajı Tam

amlanm

ış Halde Sürtünm

e Kaynak Makinesi Deney Düzeneği

29

4.1.3. Sürtünme Kaynak Makinesinin Çalışma Prensibi

Deney düzeneğimizde kullanılan motorun gücü 1400 d/d’dır. Optimum kaynak

parametreleri ve konuyla ilgili olan literatür taramaları göz önüne alınarak sürtünme

kaynağının gereksinim duyduğu devir tespit edilmeye çalışılmış, kullanılan motorun

gücü doğrultusunda 1400 d/d olarak seçilen motor devri kayış kasnak mekanizması

yardımıyla 3500 d/d’ya çıkartılmıştır. Kaynaklama deneyleri sabit devirde

gerçekleştirilmiştir. Tasarımını ve imalatını gerçekleştirilen sürtünme kaynak

makinesi deney düzeneğin en önemli özelliği ek frenleme ünitesine ihtiyaç

duyulmadan motora ters akım verilerek frenlemenin direk olarak sağlanmasıdır.

Frenleme elektrik panosunun üzerinde bulunan stop düğmesine basılarak

gerçekleştirilmektedir.

Değişken parametreler esas alınarak tasarımı ve imalatı yapılmış olunan sürekli

tahrikli sürtünme kaynak makinesinde çalışma prensibi aşağıdaki sıralamaya göre

gerçekleşmektedir;

1. Birleştirilecek numuneler, biri sabit diğeri hareketli aynaya en az eksen

kaçıklığında (< 0.2 mm) emniyetli bir şekilde bağlanır,

2. Tahrik motorunu kumanda eden start düğmesi çalıştırılır,

3. Tahrik motoru hareketlendirilerek kayış-kasnak sistemi vasıtasıyla gerekli devir

sayısına çıkılır,

4. Eksenel basıncı sağlayan havalı piston çalıştırılarak numunelerin yüzey teması

sağlanır,

5. Önceden belirlenen sürtünme basınç kuvveti, basınç manometresi üzerinden

kontrol edilerek artan değerlerle ulaşılır,

6. Birleşme bölgesinde plastik deformasyon için yeterli olan sıcaklığa ulaşıldığında

(sürtünme süresi sonunda), dönme hareketi 1-3 sn aralığında motora ters akım

verilerek durdurulur,

7. Eksenel basınç kuvveti (yığma basınç kuvveti) yaklaşık iki kat artırılıp yığma

oluşturularak birleşme işlemi tamamlanır.

30

4.2. Deneyde Kullanılan Numuneler ve Özellikleri

Deneyler 2000 ve 6000 serisi Alüminyum alaşımlarıyla yapılmıştır. Kullanım alanı

yaygın ve sanayi uygulamalarında tercih edilen malzemeler göz önüne alınarak,

deneylerimiz AA 2024 ve AA 6063 alaşımlarla gerçekleştirilmiştir.

4.2.1. AA 2024 Mekanik Özellikleri

Etial 24 olarak ta bilinen AA 2024’ün kompozisyonu çizelge 4.1’de verilmiştir. AA

2024 bileşiminde maksimum % 93,50 oranında alüminyum içerir.

Çizelge 4.1. AA 2024 Alaşımının %’de Bileşimi (Anonim, 2007b)

Alaşım

Elemanı

Al Cu Mn Mg

% 93,50 4,4 0,6 1,5

AA 2024 alaşımının mekanik özellikleri çizelge 4. 2’de verilmiştir.

31

Çizelge 4.2. AA 2024 Mekanik Özellikleri (Anonim, 2007b)

Özellikler Değerler T (ºC)

Yoğunluk (X1000kg/m3) 2,77 25

Poisson Oranı 0,33 25

Elastisite Modülü (GPa) 70-80 -

Çekme Dayanımı (MPa) 185 -

Akma Dayanımı (MPa) 76 25

Uzama (%) 20 25

Sertlik (HB 500) 47 25

Kopma Dayanımı (MPa) 125 25

Yorulma Dayanımı (MPa) 90 25

Termal Genleşme (10-6/ ºC) 22,8 20-100

Isı Đletkenliği (W/m-K) 190 25

Elektrik Direnci (10-9Ω 34 25

4.2.2. AA 6063 Mekanik Özellikleri

AA 6063 alaşımının % bileşimi çizelge 4.3’de verilmiştir.

Çizelge 4.3. AA 6063 Alaşımının % Bileşimi (Anonim, 2007b)

Alaşım Elemanı Al Si Mg

% 98,9 0,40 0,70

AA 6063 alaşımının mekanik özellikleri çizelge 4.4’de verilmiştir.

32

Çizelge 4.4. AA 6063 Mekanik Özellikleri (Anomin, 2007b)

Özellikler Değerler T (ºC)

Yoğunluk (X1000kg/m3) 2,7 25

Poisson Oranı 0,33 25

Elastisite Modülü (GPa) 70-80 -

Çekme Dayanımı (MPa) 90 -

Akma Dayanımı (MPa) 48 25

Uzama (%) 25

Sertlik (HB 500) 25 25

Kopma Dayanımı (MPa) 69 25

Yorulma Dayanımı (MPa) 55 25

Termal Genleşme (10-6/ ºC) 23,4 20-100

Isı Đletkenliği (W/m-K) 218 25

Elektrik Direnci (10-9Ω 30 25

4.3. Kaynak Deneyi Numune Hazırlığı

Sürtünme kaynağı ile birleştirilecek olan numuneler torna tezgâhlarında silindirik

hale getirilmiş. Numuneler aynı boyda kesilmiştir. Kullanılan malzeme çiftlerinin

kaynak edilecek kısımlarında, sürtünme yüzey alanını arttırarak istediğimiz sıcaklığa

ulaşabilmek için bir tanesinde içbükey bir tanesinde dışbükey olacak şekilde hafif bir

yuvarlatma yapılmıştır.

Hazırlanan numunelerin üç boyutlu resimleri şekil 4.3’de ve teknik resimleri de şekil

4.4’de gösterilmektedir.

33

Şekil 4.3. Kaynakta Kullanılan Numunelerin Birleştirilme Bölgesinin Üç Boyutlu Görünümü

Şekil 4.4. Kaynakta Kullanılan Numunelerin Birleştirilme Bölgesinin Teknik Resmi

Kullanılan malzeme çiftlerinin ön hazırlığı bittikten sonra, şekil 4.5’de tezgah

aynasına bağlanmış hali verilmektedir.

34

Ş

ekil 4.5. Ö

n Đşlemleri Tam

amlanm

ış Parçaların Aynaya Bağlanm

ış Hali

35

4.4. Kaynakta Seçilen Parametreler

Deneyde kullanılan AA 2024 ve AA 6063 deney çubuklarının sürtünme kaynağı

esnasında, kaynak kalitesi üzerine bazı parametreler etki etmektedir. Bunlar;

sürtünme süresi (t1), sürtünme basıncı (P1), yığma süresi (t2), yığma basıncı (P2)ve

dönme devri (n)’dir. Bu değerlerin en uygun şekilde seçilmesi kaynak kabiliyetini

arttırmaktadır. Bu değerlerin optimizasyonu literatür araştırmaları ve yaptığımız

deneylerden elde ettiğimiz sonuçlar doğrultusunda yapılmıştır. Deneyler sırasında

sabit 3500 d/d motor devri kullanılmıştır.

Sürtünme kaynak deneyi sırasında her grupta üçer adet olacak şekilde numuneler

gruplandırılmış.

Dört ana grup, on iki adet AA 2024 çubuk deney düzeneğinde değişken kaynak

parametreleriyle kaynak işlemine tabi tutulmuştur. Deney esnasında AA 2024

numuneler için kullandığımız parametreler çizelge 4.5’de verilmiştir.

Çizelge 4.5. AA 2024 Numuneler Đçin Deney Esnasında Uygulanan Kaynak Parametreleri

AA 2024 Numuneler

Sürtünme Süresi (t1)

Sürtünme Basıncı (P1)

Yığma Süresi (t2)

Yığma Basıncı (P2)

A Grubu 21 sn 2 Bar 2,5 sn 3,5 Bar

B Grubu 22 sn 2 Bar 1,5 sn 3 Bar

C Grubu 23 sn 3 Bar 2 sn 4 Bar

D Grubu 24 sn 4 Bar 2 sn 4 Bar

Üç ana grup, dokuz adet AA 6063 çubuk deney düzeneğinde değişken kaynak

parametreleri ile kaynak işlemine tabi tutulmuştur. Deney esnasında AA 6063

numuneler için kullanılan parametreler çizelge 4.6’da verilmiştir.

36

Çizelge 4.6. AA 6063 Numuneler Đçin Deney Esnasında Uygulanan Kaynak Parametreleri

Numuneler AA 6063

Sürtünme Süresi (t1)

Sürtünme Basıncı (P1)

Yığma Süresi (t2)

Yığma Basıncı (P2)

A Grubu 20 sn 2,5 Bar 3 sn 2,5 Bar

B grubu 24 sn 3 Bar 3 sn 4 Bar

C Grubu 21 sn 2,5 Bar 2 sn 3 Bar

Numuneler aynaya sabitlendikten sonra elektrik panosunun üzerindeki start

düğmesine basılarak kaynaklama işlemi başlatılır. Kaynaklama işlemi bittiğinde

numunelerin birleşim bölgesinde dudak kısmı olarak tanımlanan dışa doğru bir

açılma meydana gelir. Kaynak işlemi bitirildiğinde numunelerin görünümü şekil

4.6’da verilmiştir.

Şekil 4.6. Numunelerin sürtünme kaynağı ile birleştirilmiş hali

4.5. Numunelere Uygulanan Deneyler

Numunelere sürtünme kaynağı uygulandıktan sonra flambaj- çekme ve sertlik

deneyleri uygulanmıştır. Bu deneyler sonucunda numunelerin kaynak işlemi sonrası

mukavemet değerleri saptanmıştır.

37

4.5.1. Basınç Flambaj Kontrolü

AA 6063 ve AA 2024 deney numuneleri kaynaklama işlemi bittikten sonra çenelere

sabitlenerek 5 Bar basınç verilerek flambaj kontrolü yapılmıştır.

4.5.2. Çekme Deneyi

Sürtünme kaynağı ile birleştirilen AA 2024 ve AA 6063 deney numuneler Süleyman

Demirel Üniversitesi Makine Mühendisliği bölümü atölyelerinde kalibrasyonu 2007

yılı ocak ayında yapılan Alşa marka üniversal çekme deney cihazında çekmeye tabi

tutulmuşlardır. Çekme deneyi esnasında numunelerin mukavemet değerleri

ölçülmüştür.

Numunelerin deney cihazına bağlı haldeki görünümü şekil 4.7’de verilmiştir.

Şekil 4.7. Numunenin Çekme Anındaki Görünümü

38

4.5.3. Sertlik Deneyi

Malzemeler üzerinde yapılan en genel deney, sertliğinin ölçülmesidir. Bu deneyin

yapılmasının en büyük sebebi, malzemenin sertliği ile diğer mekanik özellikleri

arasında paralel bir ilişkinin bulunmasıdır.

Ölçümü yapılacak numuneler sağlıklı sonuç vermesi için dudak kısmı, soğutma sıvısı

altında torna tezgâhında işleme tabi tutulmuş (Şekil 4.8).

Şekil 4.8. Numunelerin Sertlik Ölçme Deneyi Öncesi Hazırlanması

Sürtünme kaynağı yapılan, AA 2024 ve AA 6063 numunelerinin sertlik ölçümleri

Süleyman Demirel Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü laboratuarlarında

bulunan sertlik ölçme cihazında yapılmıştır. Numuneler uygulanan sertlik deneyi

kaynaklı birleştirmelerde geçiş bölgesindeki sertlik değişimi her grup için tespit

edilmiştir. Sertlik için Rockwell H. 1/8 " uç kullanılmıştır.

39

5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA

Değişken kaynak parametreleri “sürtünme süresi (t1), sürtünme basıncı (P1), yığma

süresi (t2), yığma basıncı (P2)” kullanılarak, AA 2024 alaşımı için (Bkz. Çizelge 4.5),

AA 6063 alaşımı için (Bkz. Çizelge 4.6) sürtünme kaynağı deneyleri

gerçekleştirilmiştir. Deneyler esnasında sabit 3500 d/d motor devri kullanılmıştır.

5.1. Flambaj Deneyi

AA 6063 ve AA 2024 deney numuneleri kaynaklama işlemi bittikten sonra çenelere

sabitlenerek 5 Bar basınç verilerek flambaj kontrolü yapılmıştır. Kontrol sonrasında

herhangi bir flambaj etkisi görülmemiştir.

5.2. Çekme Deneyi

Kaynaklama işlemi sonucunda numunelere çekme deneyi uygulanmıştır.

Numunelere uygulanan maksimum değerler ve kopma sınırları şekil 5.1’de

verilmiştir. Kaynak işlemi uygulanmamış numunenin kopma değeri çizelgede kırmızı

renk ile gösterilmiştir.

132

93106 108

130

1

0

20

40

60

80

100

120

140

Orijinal A Grubu B Grubu C Grubu D Grubu

Malzemenin Kopma Gerilimi (MPa)

Şekil 5.1. AA 2024 Deney Numuneleri Kopma Değerleri

Yapılan çekme deneyi sonucunda orijinal kaynaksız AA 2024 numunenin gerilme-

şekil değiştirme grafiği şekil 5.2’de verilmiştir.

40

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Şekil Değişimi (%)

Gerilme (MPa)

Şekil.5.2. Orijinal Kaynaksız AA2024 Numune Gerilme-Şekil Değiştirme Grafiği

Değişken kaynak parametreleri kullanarak yaptığımız sürtünme kaynağı deneyi

sonucunda her gruptaki numunenin kopma değerinin farklı olduğu görülmektedir. D

grubu numunelere uygulanan çizelge 5.1’de verilen kaynak parametreleri sonucu en

iyi mukavemet değerleri gözlenmiş, orijinal numunenin kopma değerlerine

yaklaşılmıştır. D Grubu numunelerde çekme deneyi sonucunda kaynak bölgesinde

kopma görülmemiştir.

Çizelge 5.1. D Grubu Numune Kaynak Parametreleri

AA 2024 Numune

Sürtünme Süresi (t1)

Sürtünme Basıncı (P1)

Yığma Süresi (t2)

Yığma Basıncı (P2)

D Grubu 24 sn 4 Bar 2 sn 4 Bar

Kaynak işlemi uygulanmış AA 6063 Numunelere uygulanan maksimum değerler ve

kopma sınırları şekil 5.3’de verilmiştir. Kaynak işlemi uygulanmamış numunenin

kopma değeri çizelgede kırmızı renk ile gösterilmiştir.

Şekil Değişimi (%)

41

119 114100 100

1

0

20

40

60

80

100

120

140

Orijinal A Grubu B Grubu C Grubu

Malzemenin Kopma Gerilimi (MPa)

Şekil 5.3. AA6063 Deney Numuneleri Kopma Değerleri

Yapılan çekme deneyi sonucunda orijinal kaynaksız AA 6063 numunenin gerilme-

şekil değiştirme grafiği şekil 5.4’te verilmiştir.

Şekil 5.4. Orijinal Kaynaksız AA6063 Numune Gerilme-Şekil Değiştirme Grafiği

Değişken kaynak parametreleri kullanarak yaptığımız sürtünme kaynağı deneyi

sonucunda AA 6063 alaşımları içinde her gruptaki numunenin kopma değerinin

farklı olduğu görülmektedir. A grubu numunelere uygulanan çizelge 5.2’de verilen

kaynak parametreleri sonucu en iyi mukavemet değerleri gözlenmiş, orijinal

numunenin kopma değerlerine yaklaşılmıştır. A grubu numunelerde çekme deneyi

sonucunda kaynak bölgesinde kopma görülmemiştir.

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% Uzama (€)

Gerilme (MPa)

Şekil Değişimi (%)

42

Çizelge 5.2. A Grubu Numune Kaynak Parametreleri

Numuneler AA 6063

Sürtünme Süresi (t1)

Sürtünme Basıncı (P1)

Yığma Süresi (t2)

Yığma Basıncı (P2)

A Grubu 20 sn 2,5 Bar 3 sn 2,5 Bar

Al-H2210 metal çiftiyle yapılan sürtünme kaynak deneylerinde 2500 d/d devir sayısı,

14 kg/cm2 sürtünme basıncı 7 sn kaynak süresi ve 5 kg/cm2 yığma basıncı

uygulanarak deneyler yapılmıştır. Plastik deformasyondan kaynaklanan akma ve

çekme mukavemetlerinde artış gözlenmiştir ve kaynaklı parçaların kopma

mukavemetlerinin ise eşit olduğu görülmüştür. Kopmaların genellikle kaynak

bölgesinin dışında alüminyum ana metali tarafında olması, kaynak metali

bağlantısının ana metalin mukavemetinden daha büyük olduğunu göstermektedir

(Kahraman vd., 1995).

5.3. Sertlik Deneyi

Numunelere sertlik ölçme deneyi uygulanmadan, kaynak bölgesinde dudak kısmı

(Bkz. Şekil 4.6.) soğutma sıvısı altında torna tezgâhında yüzey temizleme işlemine

tabi tutulur ve düzgün yüzeyler elde edilmiştir

Kaynaklı birleştirmelerde geçiş bölgesindeki sertlik değişimi her grup için tespit

edilmiştir. Sertlik için Rockwell H. 1/8 " uç kullanılmıştır. Şekil 5.5’de numulere

uygulanan sertlik ölçümü verilmiştir.

43

Şekil 5.5. Numunelerin Sertlik Ölçümü

Sertlik ölçme deneyleri sonucunda elde edilen değerler tablo haline getirilmiş,

çizelge 5.3’de AA 2024 çizelge 5.4’de AA 6063 numunelerin sertlik değerleri

verilmiştir.

Çizelge 5.3. AA 2024 Numunelerinin Sertlik Değerleri

Bölgeler Kaynaklı Bölgeden Uzaklığı (mm)

Sertlik Değeri (HR H)

1. Bölge 2,5 mm 25

2. Bölge 4 mm 27

3. Bölge 5 mm 40

4. Bölge 7 mm 48

44

Çizelge 5.4. AA 6063 Numunelerinin Sertlik Değerleri

Bölgeler Kaynaklı Bölgeden

Uzaklığı (mm) Sertlik Değeri (HR H)

1. Bölge 2,5 mm 28

2. Bölge 4 mm 27

3. Bölge 5 mm 46

4. Bölge 7 mm 68

Elde edilen sonuçlardan da anlaşılacağı gibi sertlik değerlerinin kaynak bölgesinde

düşük, kaynağın etkisi altında kalmamış bölgelerde (dördüncü bölge) yüksek olduğu

tespit edilmiştir.

AISI-4140, AISI-1060, AISI-1050, AISI-1040 numunelerin paslanmaz çelikle olan

kaynağında hem ısı tesiri altında kalan bölgenin sertliğinde hem de sürtünme kaynak

bölgesinin sertliğinde artış olduğu, AISI-1030, AISI-1020, AISI-1117 numunelerin

paslanmaz çelikle olan kaynağında hem ısı tesirinde kalan bölge, hem de sürtünme

kaynak bölgesinde sertliğin azaldığı gözlenmiştir (Karabulut ve Taşgetiren, 2004).

Bu durum kaynak esnasında sürtünme bölgesinde oluşan yüksek ısının etkisi ve

kaynak sonrası numuneleri havada soğutma yapıldığından dolayı kaynak bölgesinde

yumuşama meydana gelmesinden kaynaklanmaktadır.

45

6. SONUÇLAR

Đlave hiçbir sisteme ihtiyaç duyulmaksızın, sadece dışarıdan bir kompresör desteğiyle

laboratuar şartlarında deneysel amaçlı olarak kullanıma uygun, alüminyum

alaşımlarının kaynağında uygulanabilir devri 3500 d/d olan 10-30 mm numune çapı

ve 100-150 mm numune boyu için uygun bir sürtünme kaynağı tezgâhı tasarlanmış,

montajı yapılmış ve çalıştırılmıştır.

Bu çalışma kapsamında AA 2024 ve AA 6063 alüminyum numuneler ile çalışılarak

kaynak parametrelerinin optimizasyonu yapılmış, en uygun kaynak parametreleri

bulunmuş (Bkz. Çizelge 5.2. ve Bkz. Çizelge 5.3.) ve kaynaklama işlemi

gerçekleştirilmiştir. Ayrıca çekme deneyi sonucunda numunelerin kaynak yerinden

kopmadığı tespit edilmiştir.

Sürtünme kaynak süresi oldukça kısadır. Isıtılan yüzey alanının küçük olmasından

dolayı soğuması da oldukça kısa bir zaman aralığını kapsar. Deneylerde kullanılan

numunelere kaynak işlemi sonrasında havada soğutma uygulanmıştır. Kaynak

bölgesindeki sertlik deney sonuçlarını incelediğimizde, kaynak bölgesinde sertlik

değerinin düşük, kaynağın etkisi altında kalmamış bölgelerde ise yüksek olduğu

gözlemlenmiştir. Havada soğutma sonucunda kaynak bölgesinde yumuşama olduğu

tespit edilmiştir.

Sürtünme kaynağı ile birleştirilecek olan numuneler torna tezgâhlarında silindirik

hale getirilerek daha sağlıklı kaynaklar elde edildiği görülmüştür. Ayrıca yapılan

yuvarlatmalarla kaynak sırasında merkezleme yaparak dönme esnasında kaynak

yüzeylerinin dengeli bir şekilde birleşmesinin sağlandığı gözlemlenmiştir. Bu sayede

yüzeylere piston tarafından düzgün kuvvet yüklenmiştir. Bütün bu sebeplerden

dolayı malzeme çiftlerinin kaynak edilecek kısımlarında yuvarlatma yapmanın

sürtünme kaynağında olumlu etkisi olduğu kanısına varılmıştır. Dezavantaj olarak

dairesellikten dolayı yüzey alanı artmış ve birim yüzeye uygulanan kuvvet azalmıştır.

Đmalatı gerçekleştirilen sürtünme kaynağı deney düzeneğinin en önemli özelliği ilave

fren sistemine ihtiyaç duyulmaksızın, motora ters akım verilerek durdurulmasıdır.

46

Ters akım verilerek frenleme süresi minimuma indirgenmiştir. Frenleme 1-3 sn

aralığında gerçekleştirilmiştir.

Makinenin iyileştirme optimizasyonları maliyeti arttırarak süreyi uzatacağı için bu

çalışmanın kapsamı içerisinde tutulmamıştır. Bu çalışmada deneysel amaçlı bir

sürtünme kaynak tezgâhı tasarlanmıştır. Seri üretim için kullanılıp kullanılamayacağı

incelenmemiştir. Tezgâhın üretimi aşamasında ekonomiklik ön planda tutulduğu için,

deney cihazındaki hassasiyet göz ardı edilmiştir. Göz ardı edilen parametreler

sonucunda aşağıdaki sonuçlar ortaya çıkmıştır:

1. Deney düzeneğinde kaynaklama yapılırken oluşan titreşimler istenilen seviye

indirgenememiştir. Titreşimlerin yanında oluşacak radyal ve eksenel kuvvetlerden

dolayı eksenel kaçıklıklar engellenememiştir ve numuneler bazı durumlarda tam

olarak sabitlenememiştir. Bu durumda numunelerimiz kaynak edilebilirliği üzerinde

etkili olmuştur. Bunların sonucunda da kaynak edilebilme kabiliyeti düzenli bir

şeklide kontrol altına alınamamıştır.

2. Kaynak tezgâhının çalışması esnasında dışarıdan bir kompresör desteği

kullanılmıştır. Kompresör basıncında % 10-15 oranında meydana gelen düşmelerden

dolayı yığma basıncı bazı durumlarda tam olarak kontrol altında tutulamamıştır.

Kontrol altında tutamadığımız basınç parametresinden ötürü numunelerin

mukavemet değerlerinde sapmalar gözlemlenmiştir.

3. Sürtünme kaynak makinesi deney düzeneğinde basınç değişimi maksimum 5 Bar

seviyesindedir. Basınç değişimini yüksek oranlarda gerçekleştiremediğimizden

dolayı farklı metallerin kaynağında yeterlilik sağlanamamaktadır.

Makinenin daha efektif olarak çalışabilmesi için yukarıda bahsedilen parametreler ile

ilgili çalışmalar konuyla ilgili yürütülmesi muhtemel deneylerde önerilebilir.

Sonuç olarak kaynak bağlantısı yapılan parçaların büyüklüğü yönünden olduğu

kadar, kaynak yapılabilir malzeme çiftleri açısından da sürtünme kaynak yönteminin

47

uygulama alanı endüstriyel anlamda çok geniştir. Ayrıca getirdiği birçok üstünlük ile

diğer kaynak yöntemlerine göre daha uygun bir yöntem konumuna gelmiştir. Bu

üstünlükleriyle gelecekte imalat sektöründe kullanımının artacağı ve yaygınlaşacağı

beklenmektedir.

48

7. KAYNAKLAR

Anık, S., Gülbahar, B., 1982. Metalik Malzemenin Sürtünme Kaynağı. Mühendis ve

Makine, 24, (279) 11-15.

Anık, S., Anık, E., Vural, M., 1993. Bin Soruda Kaynak Teknolojisi El Kitabı. Birsen Yayınevi., No:1, 333s. Đstanbul.

Anonim, 2000. The International Aluminium Institute http://www.world- aluminium.org/About+Aluminium/Applications +and+ Products Erişim Tarihi: 01.08.2007.

Anonim,2006a.http://www.seydisehiraluminyum.com.tr/index.php?sayfa=aluminyum_ozellik1.php Erişim Tarihi 08.05.2007

Anonim, 2006b. Maden Mühendisleri Odası Genel Merkezi http://www.maden.org.tr/genel/bizden_detay.php?kod=115&tipi=5&sube=0 Erişi Tarihi: 05.06.2007.

Anonim, 2007a. Tubitak Demir Dışı Metaller Sanayi Raporu. http://www.tubitak.gov.tr/tubitak_content_files/vizyon2023/mm/Ek2b.pdf Erişim Tarihi: 05.07.2007.

Anonim, 2007b. Advantages of Friction Welding. Manufacturing Technology Inc. USA.http://www.mtiwelding.com.advantages-of-friction-welding.cfm. Erişim Tarihi: 06.07.2007

Bayındır, R., Ateş, H.., Öztürk, M., 2004. Bir Sürtünme Kaynak makinesi için PIC Kontrollü Kontrol Ünitesinin Tasarımı ve Uygulaması Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 11,(1), 32-36

Ellis C.R.G.,1976. Recent Industrial Developments in Friction Welding. Welding Journal. 11, (356), 582–589

Gürleyik M., 1984. Alüminyum ve Alüminyum Alaşımlarının Sürtünme Kaynağı ile Birleştirilmesi, II. Alüminyum Sanayi Kongresi, s.519-536, Seydişehir

Illus, 2007. Friction Welding Progress. www.fortunecity.com/.../weld_book/fig10-79.gif. Erişim Tarihi: 02.03.2007

49

Kahraman, N., Yılbaş, S., Odabaş, D.,1995. H2210 Çeliği Đle Alüminyumun Sürtünme Kaynağıyla Kaynak Đşlemi Ve Kaynak Parametrelerinin Kaynak Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak Araştırılması. 6. Denizli Malzeme Sempozyumu Bildiriler.(Yüksel, M., Rende, H., Can, A., Tarakçılar, A.,). 216-225.Bilal Ofset, Denizli.

Kaluç, E., 2004. Kaynak teknolojisi el kitabı, MMO Yayınları, No:356, 358s. Ankara.

Karabörk, F., Dilmeç, M., 2007. Sürtünme Kaynağının Avantajları ve Endüstriyel Uygulamalardaki Yeri. Metal Makine Dergisi, 164, 35-39.

Karabulut, A., Taşgetiren, S.,2004. Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynak Makinesi Tasarımı ve Đmalatı. http://ejmt.teknolojikarastirmalar.com/detay.php?id=29

Erişim Tarihi: 20.08.2007

Kearns, W.H., 1980. Resistance and Solid-StateWelding and Other Joining Processes. AWS Welding Handbook. .3, (7) , s. 242. Miami, America.

Kılıç, N., 2003 A-G Bülten II. Alüminyum Sempozyumu ve Sergisi ve Sonuç Bildirgesi. http://www.izto.org.tr/NR/rdonlyres/7475BDA1-95B7-4855-B351- 9ADCE4362AFE/4474/nurel_aluminyum.pdf. Erişim Tarihi: 04.07.2007.

Kurt, A., Özdemir, M., Boz, M., 2003. Alüminyum Malzemelerin Sürtünme Karıştırma Kaynağında Kaynak Hızının Birleşebilirliğe Etkisi. Gazi Üniversitesi Müh. Mim. Fak. Dergisi, 19, (2), 88-89.

Lee, W.B., Yeon Y.M., Kim, D.U., Jung S.B., 2003. Effect Of Friction Welding Parameters On Mechanical And Metallurjical Properties Of Alluminium Alloy 5052- A36 Steel. Joint Materials and Science Technology, 6, (19), pp. 773-778.

Özdemir, N., Orhan, N., 2002. Yeni Tasarlanmış Bir Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynak Makinesinin Đmalatı. Mühendis ve Makina, 508, 31-35.

Roper, R., Flats, R.,2000. Solid State Welding Processes. In: ASM Handbook. (Olson, D., Siewert, T., Liu, S.,Edwards, G.,) Materials Park 6, (5), 315-321.United States of Amerika

Sathian, S., 1999. Mettalurgical and mechanical properties of Ni-Based Süpperalloy Friction Welds. University of Toronto, M. Sc. Thesis, pp.146. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk1/tape8/PQDD_0005/MQ46104.pdf Erişim Tarihi: 23.08.2007.

50

Ulucak, T.,2007. Genç Metal Alüminyum. Alüminyum Yüzey Đşlem Derneği Đnternet Sitesi: www.aluminyumsanayi.com/aluwebsayfam2.html. Erişim Tarihi: 08.06.2007.

Uzkurt, M., Ünlü, B.,2004. Sürtünme Kaynağı ve Uygulamaları. Endüstri ve Otomasyon Dergisi, http://www.eksenotomasyon.com.tr/makaleler.asp. Erişim Tarihi 05.07.2007.

Yılmaz, M., Çöl, M., 2000. Sürtünme Kaynaklı Alüminyum ve Çelik Bağlantıları. Mühendis ve Makine Dergisi, 41, (488), 15-22.

Yılmaz, M., Kaluç, E., 1993. Sürtünme ve Yakma Alın Kaynağında Kaynak Yapısının Mikro Yapısal Analizi. Metal ve Kaynak Dergisi, 50, (5) 17-25.

51

ÖZGEÇMĐŞ

Adı Soyadı : M. Betül UZUN Doğum Yeri ve Yılı: Isparta/ Merkez. 1979 Medeni Hali : Bekar Yabancı Dili : Đngilizce, Almanca Eğitim Durumu (Kurum ve Yıl) Lise : Gürkan Lisesi – 1997 Lisans : S.D.Ü. Makine Mühendisliği -2004 Yüksek Lisans : S.D.Ü. Makine Mühendisliği-2004-… Çalıştığı Kurum/Kurumlar ve Yıl: Kosifler Oto BMW Yetkili Servisi Antalya, Servis Danışmanlığı 2004-2005, Levent Tarım Makinaları Sanayi Isparta, Đmalat Departmanı 2006-…