Difüzyon Kaynağı ile Birleştirilmiş Bakır ve Porselenin Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Termal ve Yapısal Analizleri

Abstract

Bu çalışmada, difüzyon kaynağı ile birleştirilmiş bakır ve porselen malzemelerin sonlu elemanlar yöntemine göre termal ve yapısal analizleri araştırılmıştır. Bakır ve porselen malzemeler; elektrik elektronik, elektromekanik ve uzay sanayinde, birlikte kullanılmaktadır. Özel kaynak yöntemlerinden biri olan difüzyon kaynağı; kusursuz bir ara yüzey ve yüksek sıcaklıkta mekanik direnç sağladığı için bakır ve porselen malzemelerin birleştirilmesinde tercih edilmiştir. Deneyler sonrasında, kaynaklı numunelere kesme testi uygulanarak kaynaklı bölgenin mukavemeti araştırılmış ve sertlik değişimleri incelenmiştir. Kesme testi sonuçlarına göre, en iyi kaynak dayanımına sahip numunelerin parametreleri esas alınarak, sonlu elemanlar yöntemine göre, bilgisayar destekli analiz programında, termal analiz ve yapısal analiz yapılmıştır. Analiz sonuçları ve deney sonuçları karşılaştırılarak, her iki malzemede homojen ısı dağılımı sağlanana kadar deney esnasında ısıtma ve soğutma süreleri arttırılmıştır. Böylece malzemelerin farklı termal özelliklerinden kaynaklanan heterojen ısı dağılımı giderilmiştir

Keywords

• Difüzyon kaynağı, porselen, bakır, sonlu elemanlar analizi

Thermal and Structural Analysis with Finite Element Method of Copper and Porcelain, Bonded by Diffusion Welding

Abstract

In this study, thermal and structural analysis of copper and porcelain materials welded by diffusion bonding were investigated. Copper and porcelain materials are used together in electric-electronic and aerospace industry. Diffusion bonding which is one of the special welding methods is preferred to join of copper and porcelain because of their mechanical resistance at high temperature and to provide a perfect interface. After the experiments, shear test was used to welded specimens and strength of welded area and hardness changes were examined. According to shear test results, thermal and structural analysis were applied in computer aided analysis program with finite element method based on parameters of specimens which have best welding strength. By comparing the analysis and experiment results, until homogeneous heat distribution is provided with both materials, during the experiment heating and cooling times were increased. So, heterogeneous heat distribution was resolved which is based on different thermal properties of materials

Keywords

• Diffusion welding, porcelain, copper, finite elements analysis

References

1. [1]. Tolun, F., Bakır ve porselen malzemelerin difüzyon kaynağı ile birleştirilebilirliğinin incelenmesi ve analizi, Doktora Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2013).
2. [2]. Sinnott, S.B. and Dickey, E.C., Ceramic/metal interface structures and their relationship to atomic and meso-scale properties, Materials Science and Engineering, 43(1-2), 15, 1-59, (2003).
3. [3]. Benli, S., Kaynaklı parçalarda oluşan artık gerilmelerin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü , (2004).
4. [4]. TOLUN, F., Yük taşıtlarının taşıyıcı aksamlarının gerçek yol yükleri altında analizi, Yüksek Lisans Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2006).
5. [5]. Aydın, M., Şan, O. ve Özgür, C., Difüzyon kaynağı bağlantısı ile kartuş seramik filtre üretimi, TÜBİTAK 106M147, Kütahya, (2007).
6. [6]. Barrena, M.I., Matesanz, L. and Gómez de Salazar, J.M., Al2O3/Ti6Al4V diffusion bonding joints using Ag–Cu interlayer”, Materials Characterization, 60(11), 1263-1267, (2009).
7. [7]. Zimmerman, J., Wlosinski, W., Lindemann, Z.R., Thermo-mechanical and diffusion modelling in the process of ceramic–metal friction welding, Journal of Materials Processing Technology, 209(1644–1653), (2009).
8. [8]. Zhong, Z., Hinoki, T., Jung, H.C., Park, Y.H. and Kohyama, A., Microstructure and mechanical properties of diffusion bonded SiC/Steel joint using W/Ni interlayer, Materials & Design, 31(3), 1070-1076, (2010).

9. [9]. Müller, J.S., Rettenmayr, A., Schneefeld, D., Roder, O. and Fried, W., FEM simulation of the linear friction welding of titanium alloys, Computational Materials Science, 48(749-758), (2010).
10. [10]. Serier, B., Bouiadjra, B. B., Belhouari, M. and Treheux, D., Experimental analysis of the strength of silver–alumina junction elaborated at solid state bonding, Materials & Design, 32( 7), 3750-3755, (2011).
11. [11]. Hattali, M.L., Valette, S., Ropital, F., Mesrati, N. and Treheux, D., Interfacial behavior on Al2O3/HAYNES® 214™ joints fabricated by solid state bonding technique with Ni or Cu–Ni–Cu interlayers, Journal of the European Ceramic Society, 32(10), 2253-2265, (2012).
12. [12]. Çelik, S., Koruyucu gaz altında saf alüminyum ve bakırın difüzyon kaynağı şartlarının belirlenmesi, Doktora Tezi, Balıkesir Üniversitesi, (1996).
13. [13]. Kazakov, N.F., Diffusion Bonding of Materials, (Edt: Russian: Kuznetsov, B.V.), Pergamon Pres, (1985).
14. [14]. Ferro, R., Saccao, A., Intermetallic Chemistry, (Edit: Chan, R, W.), Pergamon Materials Serie 4s, Elsevier Ltd., (2008).