Optimization of the Effect of Welding Parameters on Joint Strength in Butt Welding of Hdpe Pipes by Surface Response Method

Year 2023, Volume: 6 Issue: 2, 95 - 109, 15.12.2023

Muhammet Dağlı , Ahmet Demirer , Esra Yumat

https://doi.org/10.53448/akuumubd.1289128

Abstract

In the study, butt welding process of PE100 material, which is of HDPE material class and is used extensively in underground water and gas transportation, has been carried out experimentally. In the study, welded joints were performed using three different welding temperatures, three different joint pressures and three different heating times. The data obtained were evaluated and handled in the statistical data analysis program (Design Expert 12®). In the study, our variable selection and parameters are different, and optimization was carried out with the " Response Surface Methodology" (RSM). The samples produced with the optimum parameters obtained were subjected to both tensile test and hydrostatic strength tests and the results were evaluated. As a result of butt welding, optimum parameters (223oC, 15 bar, 120 sec) were determined and the maximum tensile strength value was determined to be 19.50 MPa.

Keywords

Butt Welding, PE100, Response Surface Method (RSM

Hdpe Boruların Alın Kaynağında Kaynak Parametrelerinin Birleşme Mukavemetine Etkisinin Yüzey Cevap Metodu ile Optimizasyonu

Abstract

Yapılan çalışmada HDPE malzeme sınıfından olan ve yeraltı su ve gaz naklinde yoğun olarak kullanılan PE100 malzemenin deneysel olarak alın kaynak işlemi gerçekleştirilmiştir. Çalışmada üç farklı kaynak sıcaklığı, üç farklı birleştirme basıncında ve üç faklı ısıtma süresi kullanılarak kaynaklı bağlantı gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler istatistiksel veri analiz programında (Design Expert 12®) değerlendirilerek ele alınmıştır. Çalışmada değişken seçimimiz ve parametrelerimiz farklı olup “Yüzey cevap metodu” (RSM) ile optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Elde edilen optimum parametreler ile üretilmiş olan numuneler hem çekme testi hem de hidrostatik mukavemet testlerine tabi tutularak sonuçlar değerlendirilmiştir. Alın kaynağı sonucunda optimum parametreler (223oC, 15 bar, 120 sn) belirlenmiş ve maksimum çekme dayanımı değerinin, 19,50 MPa olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

Alın kaynak, PE100, Yüzey Cevap Metodu

References

• Akkurt, A, Saraç, E, 2015. Sıcak Alın Kaynak Yöntemi ile Farklı Sıcaklıklarında Birleştirilen Pe Doğalgaz Transfer Hatlarının Güvenirliklerinin Araştırılması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(1), 15-23.
• Akkurt, A., 2013. An Analysis of Electro-Melting and Hot Element Welding Methods’ Safety Used to Join PE Natural Gas Pipes. International Journal of Mechanical Mechatronics Engineering. 3, 2493-504.
• Akkurt, A., Ertürk, İ., 2010. Sıcak Eleman Alın Kaynak Yöntemi ile Birleştirilen PE Doğalgaz Borularının Güvenirliklerinin Araştırılması. Pamukkale Üniv. Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16(2), 221-233.
• Benkreira, H., Shillitoe, S., Day, AJ., 1991. Modelling of the Butt Fusion Welding Process. Chemical Engineering Science, 46(1), 135-142.
• Cai, Z., Dai, H., ve Fu, X., 2018. Investigation on the Hot Melting Temperature Field Simulation of HDPE Water Supply Pipeline in Gymnasium Pool, Results in Physics, 9, 1050-1056.
• Chen, H., Scavuzzo, R.J, T.S, Srivatsan.,1997. Influence of Joining on The Fatigue And Fracture Behavior of High Density Polyethylene Pipe. J. Mater. Eng. Perform. 6 (4) 473–480.
• Cocard, M., Grozav, I., Iacob, M. ve Caneparu, A., 2009. Establishing the Optimum Welding Procedure for PE 100 Polyethylene Pipelines Using the Response Surface Design, Materiale Plastıce, 46 (4), 452-457.
• Doaei, M., Tavallali, M.S., 2018. Intelligent Screening of Electro-Fusionpolyethylene Joints Based on a Thermal NDT Method. Infrared Physics Technology. 90, 1–7.
• Ergül, E., Gezegin, C. ve Yıldız, A., 2019. Yanıt yüzey yöntemi ve genetik algoritma kullanılarak transformatör sargı en sıcak nokta sıcaklığının modellenmesi ve optimizasyonu, DÜMF Mühendislik Dergisi, 10 (2), 467-480.
• Frederick, C., Porter, A., ve Zimmerman, D., 2009. High-Density Polyethylene Piping Butt-Fusion Joint Examination Using Ultrasonic Phased Array. Material Sciences, 132(5), 8.
• Hilmioğlu, N., 2022. Optimization of Synthesis of Ethyl Acetate by Response Surface Method and Investigation of Reactive Sorption Effect of Hydrogel in Synthesis, European Journal of Science and Technology, (35), 94-101.
• Myers, R.H., ve Montgomery, D.C., 1995. Response surface methodology: process and product optimization using designed experiments, 4,Wiley, 856. Nigiz, F.U, 2018.Yüzey Yanıt Metodu ile Optimize Edilen Metil Laurat Üretiminin Membran Reaktörde Uygulaması, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 6(1), 47-55.
• Pathak, S., Pradhan, S., 2020. Experimentation and Optimization of HDPE Pipe Electro Fusion and Butt Fusion Welding Processes, Materials Today: Proceedings, 27, 2925-2929.
• Shapheek, M., Shrivastava, N., 2020. Optimization of cooling time for polyethylene fusion joints, Materials Today: Proceedings, 28, 1267-1272.
• Sheng, L. H., Ni, T. N., Bong Y. K. ve Hee, K. S., 2016. Effects of defects on failure of butt fusion welded polyethylene pipe, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 139, 117-122.
• Takehiko, W, & Hiyasa, S, 1998. Eutectic Bonding of Al Pipe to Cu Pipe. Journal of The Japan Welding Society, 16(1), 35-44.
• Tarek, M.A.A., Sallam, H., ve Younan M, 2014. Effect of strain rate, thickness, welding on the J–R curve for polyethylene pipe materials, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 74, 164-180.
• Uzun, H., Kocaman, A., HDPE 100 Boruların Sıcak Eleman Alın Kaynağıyla Birleştirilmesinde Kaynak Sıcaklığı Parametresinin Birleştirme Mukavemetine Etkisi, 6th International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science, Alanya, Türkiye, 9-11 Aralık 2018.
• Uzunoğulları, P., 2010. Patates Atığında Aureobasidium Pullulans ile Pullulan Üretimi ve Cevap Yüzey Yöntemi ile Proses Koşullarının Optimizasyonu, Yüksek Lisans, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir.
• Yılmaz, O, Ertürk, M, 2021.Etil Asetat Üretiminin Yanıt Yüzey Yöntemi ile Optimizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli.