Taguchi analysis of dissimilar aluminum sheets joined by friction stir spot welding

Abstract

In recent years, the welding of materials of new and complex structure constitutes a problem for the industry. The solid state welding method for joining of these materials were effective. Sheets produced from aluminum and aluminum alloys, especially in areas such as automotive, railway and defense industry have revealed the requirement of the application of solid state welding methods. The friction stir spot welding is one of the solid state welding method. Welding parameters is very important FSSW in order to obtain the maximum welding strength in FSSW. SKNK as parameters (tool rotational speed, depth, dive team, team and team inclination angle of standby time) is selected. In this study has investigated the joining of AA2024-T3 and AA5754-H22 aluminum alloy sheets with FSSW technique by Taguchi analysis. “The highest -the better” quality control characteristic using the Analysis of Variance (ANOVA) method were obtained the optimum welding parameters. The results have been analyzed both the graphical methods and numerical data. The most important parameters affecting the weld tensile strength were detected as tool rotation speed (44.74%) and the team of waiting time (31.60%). Weld tensile strength by Taguchi analysis result conducted for comparing experiments the increased by 42% compared to the initial parameters.

Keywords: Friction stir spot welding, Mechanical properties, Taguchi method, Optimization

Keywords

• -

Sürtünme karıştırma nokta kaynak tekniği ile birleştirilen farklı alüminyum levhaların taguchi analizi

Öz

Son yıllarda, yeni ve kompleks yapılardaki malzemelerin kaynağı, endüstri için sorun teşkil etmektedir. Bu malzemelerin birleştirilmesinde katı hal kaynak yöntemleri etkili olmuştur. Alüminyum ve alüminyum alaşımlarından üretilen levhaların özellikle otomotiv, demiryolu ve savunma sanayii gibi alanlarda katı hal kaynak yöntemlerinin uygulanması gerekliliğini ortaya koymuştur. Katı hal kaynak yöntemlerden birisi de sürtünme karıştırma nokta kaynağıdır (SKNK). SKNK’de maksimum kaynak kuvvetini elde etmek için kaynak parametreleri çok önemlidir. SKNK parametreleri olarak (takım dönme hızı, takım dalma derinliği, takım bekleme süresi ve takım eğim açısı) seçilmiştir. Bu çalışmada, AA2024-T3 ile AA5754-H22 alüminyum alaşımı sac levhaların SKNK tekniği ile birleştirilmesi taguchi analizi ile incelenmiştir. Kaynak parametrelerinin kopma kuvvetine etkisi, çekme-makaslama deneyi ile belirlenmiştir. “En büyük-en iyi” kalite kontrol karakteristiği ile optimum kaynak parametreleri Varyans Analizi (ANOVA) metodu kullanılarak elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar hem grafiksel hem de sayısal verilerle değerlendirilmiştir. Kaynak kopma mukavemetine etki eden en önemli parametreler takım dönme hızı (%44.74) ve takım bekleme süresi (%31.60) olarak tespit edilmiştir. Taguchi analizi sonucunda yapılan karşılaştırma deneylerinde kaynak kopma mukavemeti başlangıç parametresine göre %42 oranında artış göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: Sürtünme karıştırma nokta kaynağı, Mekanik özellikler, Taguchi metodu, Optimizasyon

Anahtar Kelimeler

• Sürtünme karıştırma nokta kaynağı, Mekanik özellikler, Taguchi metodu, Optimizasyon

Kaynakça

1. Kim DC, Park HJ, Hwang IS, Kang MJ. “Resistance Spot Welding of Aluminum Alloy Sheet 5J32 Using SCR Type and Inverter Type Power Supplies”. Archives of Materials Science and Engineering, 38(1), 55-60, 2009.
2. Mei L, Yan D, Chen G, Xie D, Zhang M, Ge X. “Comparative Study on CO2 Laser Overlap Welding and Resistance Spot Welding for Automotive Body in White”. Materials & Design, 78, 107–117, 2015.
3. Er O. Elektrik Direnç ve Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynaklı Alüminyum Alaşımı Bağlantıların Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Mersin Üniversitesi, Mersin, Türkiye, 2010.
4. Buffa G, Fanelli P, Fratini L, Vivio F. “Influence of Joint Geometry on Micro and Macro Mechanical Properties of Friction Stir Spot Welded Joints”. Procedia Engineering, 81, 2086-2091, 2014.
5. Mert Ş, Mert S. “Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynak Yönteminin İncelenmesi”. İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi, 2(1), 26-35, 2013.
6. Bilici MK, Yükler Aİ, Kurtulmuş M. “Yüksek Yoğunluklu Polietilen Levhaların Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynağında Kaynak Ucu Geometrisinin Kaynak Mukavemetine Etkisi”. Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 23(3), 111‐122, 2011.
7. Külekçi MK, Er O. “Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynaklı EN AW-5005 (Al Mg1) Alüminyum Alaşımı için Optimum Kaynak Parametre Seviyelerinin Belirlenmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 27(3), 537-545, 2012.
8. Kaçar R, Ertek HE, Demir H, Gündüz S. “Al-Cu-Al Malzeme Çiftinin Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynak Kabiliyeti”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 26(2), 349-357, 2011

9. Su P, Gerlich A, North TH, Bendzsak GJ. “Friction Stir Spot Welding of Aluminum and Magnesium Alloys”. Materials Forum, 29, 290-294, 2005.
10. Külekçi MK, Şık A, Kaluç E. “Effects of Tool Rotation and Pin Diameter on Fatigue Properties of Friction Stir Welded Lap Joints”. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 36(9), 877-882, 2008.
11. Bozkurt Y, Bilici MK. “Application of Taguchi Approach to Optimize of FSSW Parameters on Joint Properties of Dissimilar AA2024-T3 and AA5754-H22 Aluminum Alloys”. Materials and Design, 51, 513-521, 2013.
12. Tozaki Y, Uematsu Y, Tozaki K. “Effect of Tool Geometry on Microstructure and Static Strength in Friction Stir Spot Welded Aluminium Alloys”. International Journal Machine Tools Manufacture, 47, 2230-2236, 2007.
13. Lathabai S, Painter MJ, Cantin GMD, Tyagi VK. “Friction Spot Joining of an Extruded Al-Mg-Si alloy”. Scripta Materialia, 55(10), 899-902, 2006.
14. Hirasawa S, Badarinarayan H, Okamoto K, Tomimura T, Kawanami T. “Analysis of Effect of Tool Geometry on Plastic Flow During Friction Stir Spot Welding Using Particle Method”. Journal of Materials Processing Technology, 210, 455-1463, 2010.
15. Mert Ş, Mert S. “Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynak Yönteminde Kullanılan Makine ve Ekipmanların İncelenmesi”. İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi, 2(3), 121-129, 2013.
16. Bilici MK, Yükler Aİ. “Polietilenin Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynak Parametrelerinin Taguchi Yöntemi ile Optimizasyonu”. VII Ulusal Kaynak Teknolojisi Kongre ve Sergisi, Ankara, Türkiye, 14-15 Kasım 2011.
17. Japanese Standards Association. “Specimens Dimensions and Procedure for Shear Testing Resistance Spot and Embossed Projection Welded Joints”. Japanese Standards Association. Japan, JIS Z 3136, 1999.
18. Li W, Li J, Zhang Z, Gao D, Wang W, Dong C. “Improving Mechanical Properties of Pinless Friction Stir Spot Welded Joints by Eliminating Hook Defect”. Materials & Design, 62, 247-254, 2014.
19. Bozkurt Y, Salman S, Çam G. “Effect of Welding Parameters on Lap Shear Tensile Properties of Dissimilar Friction Stir Spot Welded AA 5754-H22/2024-T3 Joints”. Science and Technology of Welding and Joining, 18(4), 337-345, 2013.
20. Tutar M, Aydın H, Yüce C, Yavuz N, Bayram A. “The Optimisation of Process Parameters for Friction Stir Spot-Welded AA3003-H12 Aluminium Alloy Using a Taguchi Orthogonal Array”. Materials & Design, 63, 789-797, 2014.
21. Minitab 17. User Manual Making Data Analysis Easier. Minitab Inc. State College, USA, 2014.
22. Campanelli LC, Suhuddin UFH, Santos JF, Alcântara NG “Parameters Optimization for Friction Spot Welding of AZ31 Magnesium Alloy by Taguchi Method”. Soldagem & Inspeção, 17(1), 26-31, 2012.