The Effect of Different Filler Metals on Mechanical and Microstructure Properties of AW 6061 Welded Joints

Öz

The aviation industry increasingly prefers aluminum alloys due to their weight reduction, strength, and cost benefits, which are parallel with changes in material science. Despite their unique properties, joining aluminum materials presents its own set of challenges. Specific techniques must be determined for welding methods, welding parameters, proper filler metal selection, and thorough cleaning of the base material. Among aluminum alloys that can be heat treated, AW 6061 is preferred in aircraft fuselage and structural components due to its mechanical properties and corrosion resistance achieved through appropriate processes. In aviation repair and maintenance welding operations, it is common practice to address damage to aluminum alloys through welding processes. This study aimed to characterize the mechanical and microstructural performance of AW 6061 when welded utilizing TIG welding method and to evaluate the impact of filler metal on the structural performance. The welding metal obtained with ER 4190 filler metal demonstrated better mechanical properties than ER 5356. In the tensile test of the welded samples, all fractures occurred in the base material. In contrast to its tensile test performance, the higher hardness values observed with ER 5356 are due to dissolution in intermetallic phases in the heat-affected zone of the wide weld pool.

Anahtar Kelimeler

• Aluminium alloys
• Microstructure
• Hardness
• Mechanical Properties
• TIG

Farklı İlave Metallerin AW 6061 Kaynaklı Bağlantıların Mekanik ve Mikroyapı Özelliklerine Etkisi

Öz

Havacılık endüstrisi, malzeme alanında meydana gelen değişimlere paralel olarak ağırlık azaltımı, mukavemet ve maliyet açısından aluminyum alaşımlarını giderek artan bir kullanım alanında tercih etmektedir. Ancak benzersiz özelliklerine rağmen aluminyum malzemelerin birleştirilmesinin kendine has zorlukları vardır. Kaynak yöntemi, kaynak parametreleri, doğru ilave metal seçimi ve ana malzemenin kapsamlı temizliği için belirli tekniklerin belirlenmesi gerekir. Isıl işlem uygulanabilen alüminyum alaşımlarından AW 6061 uygun işlemler neticesinde sergiledikleri mekanik özellikler ve korozyon dayanımları ile uçak gövde ve yapı elemanlarında tercih edilirler. Havacılık tamir-bakım kaynak işlemlerinde aluminyum alaşımlarında meydana gelen hasarların kaynak prosesleri ile giderilmesi yaygın bir uygulamadır. Bu çalışmada AW 6061'in Tungsten Inet Gas (TIG) kaynak yöntemi ile birleştirilmesi ve elde edilen kaynak metallerinde ilave metalin yapısal performansa etkisini belirlemek amacı ile mekanik ve mikroyapısal karakterizasyon gerçekleştirilmiştir. Birleştirme performansı açısından ER 4190 ilave metal ile elde edilen kaynak metali ER5356’ya göre daha iyi mekanik özellikler elde edilmiştir. Kaynaklı numunelere uygulanan çekme testi sonrasında tüm kopmalar ana malzemede meydana gelmiştir. ER 5356’nın çekme testi ile uyumsuz olarak sertlik açısından daha yüksek değerler elde edilmesinin nedeni geniş bir alanda oluşan kaynak havuzunun ısı etkisi altındaki bölgede intermetalik fazlarda meydana getirdiği çözünmeden kaynaklanmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Aluminyum alaşımları
• Mikroyapı
• Sertlik
• Mekanik özellikler
• TIG

Kaynakça

1. 1. Verma, R.P., Pandey, K.N., Sharma, Y., 2015. Effect of ER4043 and ER5356 filler wire on mechanical properties and microstructure of dissimilar aluminium alloys, 5083-O and 6061-T6 joint, welded by the metal inert gas welding. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 229, 1021-1028.
2. 2. VettumPerumal, S., Suyamburajan, V.A., Chidambaranathan, V.S., Nelson, L., 2023. Characterization of microstructure and mechanical behaviour in activated tungsten inert gas welded dissimilar AA joint of AA 5083 and AA 6061 alloys. Journal of the Institution of Engineers (India): Series D, 105, 1867-1873.
3. 3. Mathers, G., 2000. Welding of aluminum and its alloys. Published in North America by CRC Press LLC, 242.
4. 4. Yadav, A.K., Agrawal, M.K., Saxena, K.K., Yelamasetti, B., 2023. Effect of GTAW process parameters on weld characteristics and microstructural studies of dissimilar welded joints of AA5083 and AA6082: optimization technique. International Journal of Interactive Design and Manufacturing, 18, 1151-1160.
5. 5. Arıcı, R., Köksal, N.S., Ömeroğlu, E., 2015. AA6061 alaşımının iki farklı dolgu teli kullanılarak TIG kaynağında özelliklerin incelenmesi. Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11(2), 233-239.
6. 6. Yılmaz, E., Fındık, F., 2022. Effect of shielding gas on microstructure and mechanical properties in AA6061-T6 alloy MIG welding. Periodical of Engineering and Natural Sciences, 10, 268-277.
7. 7. Che Lah, N.A., Hussin, M.H., 2020. Influence of alloying element in filler metal on mechanical properties of A6061 Al alloy welded joints. International Journal of Engineering and Advanced Technology, 9, 661-666.
8. 8. Lakshminarayanan, A.K., Balasubramanian, V., Elangovan, K., 2009. Effect of welding processes on tensile properties of AA6061 aluminium alloy joints. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 40, 286-296.

9. 9. Naing, T.H., Muangjunburee, P., 2022. Metallurgical and mechanical characterization of MIG welded repair joints for 6082-T6 aluminum alloy with ER 4043 and ER 5356. Transactions of the Indian Institute of Metals, 75, 1583-1593.
10. 10. Dewangan, S., Reddy, A.P., Sunder, S.S.S., 2023. Mechanical property analysis into the welded plates of Al-6061 joined by TIG and FSW techniques. Journal of the Institution of Engineers (India): Series D. 105, 1703-1713.
11. 11. Othman, N.K., Bakar, S.R.S., Jalar, A., Syarif, J., Ahmad, M.Y., 2011. The effect of filler metals on mechanical properties of 6 mm AA 6061-T6 welded joints. Advanced Materials Research, 154-155, 873-876.
12. 12. Gündoğdu İş, E., Atapek, Ş.H., Yılmaz, M., 2023. Effect of welding speed and shielding gas composition on the properties of laser welded EN AW 6061-T6 Al alloy using 5356 filler metal. Journal of Laser Applications, 35(3), 032006, 1-13.
13. 13. Anderson, T., 2010. American welding aluminum: Questions and answers: A practical guide for troubleshooting aluminum welding-related problems. Welding Society, Product Development Committee.
14. 14. Ahmed, M., Javidani, M., Maltais, A., Chen, X.G., 2024. Microstructure and mechanical properties of high-strength AA6011 aluminum alloy welding with novel 4xxx filler metals. Materials (Basel), 17(2), 380.
15. 15. Venkat Ramana, G., Yelamasetti, B., Vishnu Vardhan, T., 2021. Study on weldability and effect of post heat treatment on mechanical and metallurgical properties of dissimilar AA 2025, AA 5083, and AA7075 GTAW weld joints. Materials Today: Proceedings, 46, 878-882.
16. 16. Yelamasetti, B., Venkat Ramana, G., Vishnu Vardhan, T., 2021. Weldability and mechanical properties of AA5052 and AA7075 dissimilar joints developed by GTAW process. Materials Today: Proceedings, 47, 4162-4166.