Modification of The Weld Zone of TIG Welded AA5754-H111 Plates Using The Double Pass Friction Stir Process

International Izmir Democracy University Engineering Symposium, İzmir, Türkiye, 13 - 18 Aralık 2021, ss.3-4

Yayın Türü: Bildiri / Özet Bildiri
Basıldığı Şehir: İzmir
Basıldığı Ülke: Türkiye
Sayfa Sayıları: ss.3-4
Dokuz Eylül Üniversitesi Adresli: Evet

5xxx alüminyum alaşımları sahip oldukları özgül dayanım, düşük ağırlık, yüksek korozyon ve uygun yorulma direnci ile havacılık, denizcilik ve otomotiv endüstrisindeki yapısal uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle tasarımdaki sızdırmazlık ve ağırlık azaltma kriterleri dikkate alındığında, farklı kalınlıklarda ve şekillerdeki alüminyum levhaların hızlı ve güvenli bir şekilde ergitme kaynağı yöntemleri ile birleştirilmeleri büyük önem taşımaktadır. Her ne kadar 5xxx alüminyum alaşımları ergitme kaynağı yöntemleri ile birleştirilmeye uygun olsalar da bu alaşımların ergitme kaynak yöntemleri ile birleştirilmesinde kaynak kabiliyetini etkileyen pek çok önemli husus vardır. Alüminyumun kaynak kabiliyetini etkileyen bu fiziksel özellikler; yüksek ısıl iletkenlik, yüksek katılaşma büzülmesi, yüzeyde oksit oluşumu, yüksek termal genleşme katsayısı, erimiş durumdayken hidrojenin yüksek çözünürlüğü, nispeten geniş katılaşma-sıcaklık aralıkları olarak verilebilir. Bu etkiler nedeniyle Alüminyum ve alaşımları için genellikle güç yoğunluğu yüksek ve koruyucu gaz olarak asal gaz kullanılan Tungsten İnert Gaz (TIG) ve Metal İnert Gaz (MIG) kaynağı gibi geleneksel kaynak yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlerde yukarıda verilen hususlar dikkate alındığında dahi kaynak dolgusu ve ısı tesiri altındaki bölgede (ITAB) iri taneli içyapılar meydana gelmektedir. İri tane oluşumunun engellenmesi için lazer kaynağı gibi enerji yoğunluğu daha yüksek yöntemler ile birleştirmeler gerçekleştirilebilmektedir. Ancak bu yöntem kullanıldığında ise tane boyutunun küçülmesine rağmen birleşme bölgesinde dendrit yapının oluştuğu ve sıcak çatlak oluşumu riskinin ise daha da arttığı tespit edilmiştir. Alüminyum kaynağında kaynak bölgesinde oluşan iri taneli yapının kaynak bağlantısının mukavemetini olumsuz yönde etkilediği bilinen bir olgudur. Bu nedenle bölgede meydana gelecek bir tane incelmesi hem bağlantının mukavemetini (bu durum özellikle düşük sıcaklıklarda daha da önemlidir) ve hem de şekil değiştirme kabiliyetini önemli ölçüde arttıracaktadır. Bir katı hal yöntemi olan sürtünme karıştırma prosesi (SKP) ile tane inceltme işlemi alternatif yöntemlere göre daha ucuz ve basittir. Yöntemin çevreci olması ve geri dönüşüm avantajları mikroyapısal modifikasyon için tercih edilmesini sağlamaktadır.

Çalışmamızda, TIG kaynak yöntemi ile birleştirilmiş 5754-H111 Al alaşımının kaynak bölgesindeki içyapı çift pasolu sürtünme karıştırma prosesi ile modifiye edilmiştir. Buna ilaveten, SKP ile modifikasyon için parametre çalışmaları da gerçekleştirilmiştir. SKP’nin kaynak dikişindeki modifikasyonu metalografik olarak araştırılmış, SKP öncesi ve sonrası kaynak bölgesinin sertlik profilleri ve mekanik davranışları da karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, SKP sonrası kaynak bölgesinin ince taneli iç yapıya ve daha homojen sertlik profiline sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca SKP ile sünekliğin belirgin şekilde arttığı da tespit edilmiştir.

5xxx aluminum alloys are widely used for structural applications in aerospace, marine, and automotive industries with their specific strength, low weight, high corrosion, and favorable fatigue resistance. Especially considering the impermeability and weight reduction criteria in the design, quick and safe joining of aluminum sheets having different thicknesses and shapes by fusion welding methods has great importance. Although 5xxx aluminum alloys are suitable for joining by fusion welding methods, there are many important issues affecting the weldability when joining these alloys by fusion welding methods. These physical properties that affect the weldability of aluminum are high thermal conductivity, high solidification shrinkage, oxide formation on the surface, high thermal expansion coefficient, high solubility of hydrogen in the molten state, relatively wide solidification-temperature ranges. Due to these effects, conventional welding methods such as Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) and Metal Inert Gas (MIG) are generally used for aluminum and its alloys, which have high power density and use inert gas as shielding gas. In these methods, even when the mentioned issues are taken into account, coarse-grained microstructures occur in the weld zone and in the heataffected zone (HAZ). In order to prevent the formation of coarse grains, joining can be performed with methods with higher energy density such as laser welding. However, when this method is used, it has been determined that dendrite structure is formed in the weld region despite the decrease in grain size, and the risk of hot crack formation increases. It is a known fact that the coarse-grained structure formed in the weld zone in aluminum welding adversely affects the strength of the weld joint. Therefore, grain refining in the region will significantly increase both the strength of the joint (this is especially important at low temperatures) and its deformation ability. Grain refinement with the friction stir process (FSP), which is a solid-state method, is cheaper and simpler than alternative methods. The environmental friendliness and recycling advantages of the method make it preferred for microstructural modification. In our study, the microstructure in the weld zone of 5754-H111 Al alloy joined by TIG welding method was modified by the double-pass friction stir process. In addition, parameter studies for modification with FSP were also carried out. The modification of FSP in the weld seam was investigated metallographically, the hardness profiles and mechanical behaviors of the weld zone before and after FSP were also investigated comparatively. The obtained results show that the weld zone after FSP has a fine-grained microstructure and a more homogeneous hardness profile. In addition, it was also determined that the ductility of FSP increased significantly.