The Effect of Tool Position for Aluminum and Copper at High Rotational Friction Stir Welding

Abstract

Friction Stir Welding (FSW) is a solid state welding process used for welding similar and dissimilar materials. This welding technique allows welding of Aluminum alloys which present difficulties in fusion joining and allows different material couples to be welded continuously. In this study, 1050 aluminum alloy and commercially pure copper to increase heat input were produced at high rotation rate (2440 rev/min) with four different pin position (0-1-1.5-2 mm) and three different weld speeds (20-30-50 mm/min) by friction stir welding. The influence of welding parameters on microstructure and mechanical properties of the joints was investigated. Tensile and bending tests and microhardness measurements were used to determine of mechanical properties. Nugget zone microstructures were investigated by optical microscope and scanning electron microscope (SEM) and were analyzed in energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Depending on the XRD analysis results intermetallic phase was observed to form in the interfacial region. In the tensile test results, 83.55% weld performance was obtained in the friction stir welding merge of Al-Cu.

Keywords

• -

Alüminyum ve Bakırın Yüksek Devirli Sürtünme Karıştırma Kaynağında Takım Pozisyonunun Etkisi

Öz

Sürtünme karıştırma kaynağı (SKK) aynı veya farklı cins malzemelerin birleştirilmesinde kullanılan katı hal birleştirme yöntemidir. Bu yöntem, ilk olarak ergitme kaynak teknikleri ile birleştirilmesinde zorluklarla karşılaşılan alüminyum alaşımlarının birleştirilmesinde kullanılmış olmakla beraber günümüzde farklı malzeme çiftlerinin başarılı bir şekilde birleştirilmesine de olanak vermektedir. Bu çalışmada, alüminyum (AA1050) ve bakır levhalar, ısı girdisini arttırmak amacı ile yüksek takım dönme hızında (2440 dev/dk.), üç farklı kaynak hızlarında (20, 30, 50 mm/dk.) ve dört farklı takım konumlandırmasında (0-1-1.5-2 mm) SKK ile birleştirilmiştir. Kaynak parametrelerinin mekanik ve mikroyapı özeliklerine etkisi incelenmiştir. Mekanik özelliklerinin tespiti amacıyla çekme ve eğme testleri ile mikrosertlik ölçümleri yapılmıştır. Kaynak bölgesi mikroyapıları, optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş ve EDX analizleri yapılmıştır. Kaynak bölgesinde meydana gelen fazları incelemek için yapılan XRD analiz sonuçlarında intermetalik fazlar tespit edilmiştir. Sürtünme karıştırma kaynağı yapılmış Al-Cu parçaların çekme testi sonuçlarında %83.55 kaynak performansı elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Sürtünme Karıştırma Kaynağı, AA1050, Cu

Kaynakça

1. Thomas WM, Nicholas ED, Needham JC, Murch MG, Templesmith P, Dawes CJ. "Friction Stir Butt Welding". The Welding Institute, TWI, International Patent Application No. PCT/GB92/02203 and GB Patent Application No. 9125978.8., 1991.
2. Sarsılmaz F, Özdemir N. “Sürtünme Karıştırma Kaynak Yöntemi ile Birleştirilmiş AA6061/AA7075 Kaynaklı Bağlantıların Yorulma Özelliklerinin Araştırılması”. 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), Elazığ, Turkey, 16-18 May 2011.
3. Sarsılmaz F. ”Sürtünme Karıştırma Kaynak Yöntemi ile Birleştirilmiş AA7075/AA6061 Kaynaklı Bağlantıların Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması”. Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ, Türkiye, 2008.
4. Çam G. “Al-Alaşımları İçin Geliştirilen Yeni Kaynak Yöntemleri”. TMMOB Makina Mühendisleri Odası, Kaynak Teknolojisi III. Ulusal Kongresi, İstanbul, Türkiye, 19-20 Ekim 2001.
5. Çam G. “Sürtünme Karıştırma Kaynağı (SKK) – Al- Alaşımları için Geliştirilmiş Yeni Bir Kaynak Teknolojisi”. Mühendis ve Makina, 46(541), 30-39, 2005.
6. Lee WB, Jung SB. “The Joint Properties of Copper by Friction Stir Welding”. Materials Letters, 58(6), 1041– 1046, 2004.
7. Sarsılmaz F, Özdemir N. “AA1050/AA6061 Alüminyum Alaşım Çiftinin Sürtünme Karıştırma Kaynağında Karıştırıcı Uç Profillerinin Mekanik Özellikler Üzerine Etkisi”. Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, 6(2), 61-65, 2008. [8] Jata KV, Semiatin SL. Recrystallization during Friction Stir Welding of High Strength Aluminum Alloys”. Scripta Mater, 43(8), 743-749, 2000. ”Continuous Dynamic
8. Bozkurt Y. Sürtünme Karıştırma Kaynak Tekniği ile Birleştirilen AA2124/SİCp/25 Kompozit Levhaların Mekanik Özellikleri ve Mikroyapı Karakterizasyonu. Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 2008.

9. Çam G, Mistikoglu S, Pakdil M. “Microstructural and Mechanical Characterization of Friction Stir Butt Joint Welded 63%Cu-37%Zn Brass Plate”. Weld. Journal, 88(11), 225-232, 2009.
10. Uzun H, Özbekmez R. “Sürtünme Karıştırma Ve Elektrik Ark Kaynak Teknikleri ile Birleştirilen CuZn30 Levhaların Mekanik Özelliklerinin Karşılaştırılması”. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 12(1), 9-16, 2008.
11. Şık A, Kayabaş Ö. “Sürtünme Karıştırma Kaynağı ile Yapılan Alüminyumun Kaynağında Kaynak Bölgesinin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi”. Gazi Üniversitesi Endüstriyel Sanatlar Eğitim Fakültesi Dergisi, 11(12), 30-43, 2003.
12. Kurt A, Boz M, Özdemir M. “Sürtünme Karıştırma Kaynağında Kaynak Hızının Birleşebilirliğe Etkisi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 19(2), 191-197, 2004.
13. Hwang YM, Fan PL, Lin CH. “Experimental Study on Friction Stir Welding of Copper Metals”. Journal of Materials Processing Technology, 210(12), 1667–1672, 2010.
14. Varma RR, İbrahim AB, Mansor, MAB. “Mechanical Properties of the Friction Stir Welded Dissimilar Aluminum Alloy Joints”. International Journal of Mechanical and Production Engineering, 2(5), 2320-2092, 2014.
15. Abdollah-Zadeh A, Saeid T, Sazgari B. “Microstructural and Mechanical Properties of Friction Stir Welded Aluminum/Copper Lap Joints”. Journal of Alloys and Compounds, 460(1-2), 535–538, 2008.
16. Çam G. “Friction Stir Welded Structural Materials: Beyond Al-Alloys”. Int. Mater. Rev., 56(1), 1-48, 2011.
17. Saeid T, Abdollah-Zadeh A, Sazgari B. “Weldability and Mechanical Properties of Dissimilar Aluminum–Copper Lap Joints Made by Friction Stir Welding”. Journal of Alloys and Compounds, 490(1-2), 652–655, 2010.
18. Scialpi A, De Filippis LAC, Cavaliere P. “Influence of Shoulder Geometry on Microstructure and Mechanical Properties of Friction Stir Welded 6082 Aluminium Alloy”. Materials and Design, 28(4), 1124–1129, 2007.
19. Barlas Z, Uzun H. “Sürtünme Karıştırma Kaynağı Yapılmış Cu/Al-1050 Alın Birleştirmesinin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 25(4), 857-865, 2010.
20. Xue P, Ni DR, Wang DB, Xiao L, Ma ZY. “Effect of Friction Stir Welding Parameters on the Microstructure and Mechanical Properties of the Dissimilar Al–Cu Joints”. Materials Science and Engineering A., 528(13-14), 4683–4689, 2011.
21. Ouyang J, Yarrapareddy E, Kovacevic R. “Microstructural Evolution in the Friction Stir Welded 6061 Aluminum Alloy (T6-Temper Condition) to Copper”. Journal of Materials Processing Technology, 172(1), 110–122, 2006.
22. Liu P, Shi Q, Wang W, Wang X, Zhang Z. “Microstructure and XRD Analysis of FSW Joints for Copper T2/Aluminium 5A06 Dissimilar Materials”. Materials Letters, 62(25), 4106–4108, 2008.
23. Xue P, Xiao BL, Ni DR, Ma ZY. “Enhanced Mechanical Properties of Friction Stir Welded Dissimilar Al–Cu Joint by Intermetallic Compounds”. Materials Science and Engineering A., 527(21-22), 5723–5727, 2010.
24. Genevois C, Girard M, Huneau B, Sauvage X, Racineux G. “Interfacial Reaction During Friction Stir Welding of Al and Cu”. The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International, 42(8), 2290-2295, 2011.
25. Çelik S. Koruyucu Gaz Altında Saf Alüminyum ve Bakırın Difüzyon Kaynağı Şartlarının Belirlenmesi. Doktora Tezi, Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Balıkesir, Türkiye, 1996.