Microstructure and mechanical properties of aluminum alloys AA5754 and AA6013 joined by GMAW (Gas metal arc welding) method

Abstract

The use of aluminum alloys in industry have been increased in due to their excellent low weight, corrosion resistance also other good features. Different aluminum alloys are joined with together when need of a structure presents different physical or mechanical properties with together. In this study, different aluminum alloys AA5754 and AA6013 joined by GMAW (gas metal arc welding) method under different welding parameters. After that, three-point bending test was carried out and notch impact test was performed to determine toughness behavior of the joints. In addition, the weld zone is characterized with hardness test and microstructure studies. While the welded samples joined with convenient parameters were bended 180°, the cracks and fractures were occurred on the fusion line boundary of some samples due to unsuitable parameters. According to impact toughness test results, the highest toughness value was obtained from the HAZ (Heat affected zone) of AA5754. Besides, toughness values evaluated from the HAZ of AA6013 on the joints and weld metal were nearly same. With respect to hardness test results, the maximum hardness value was measured at the HAZ of AA6013 and this was followed by the weld metal and the HAZ of AA5754 sequentially. From the point of microstructure inspections, structures of all the weld metals were dendritic.

Keywords

• AA5754,AA6013,Aluminum alloys,GMAW

Gazaltı metal ark kaynak (GMAK) yöntemiyle birleştirilen AA5754 ve AA6013 alüminyum alaşımlarının mikro yapı ve mekanik özellikleri

Öz

Alüminyum alaşımlarının hafiflik, korozyon direnci gibi öne çıkan özelliklerinin yanı sıra diğer özelliklerinin de iyi olması sebebiyle endüstride kullanımı yaygınlaşmaktadır. Her iki fiziksel veya mekanik özelliklerinin bir arada olması istenilen alüminyum alaşımları kullanılan yapılarda farklı tür alaşım malzemeleri birbirleriyle kaynak edilmektedir. Sunulan bu çalışmada farklı tür alüminyum AA5754 ve AA6013 alaşımları gaz altı metal ark kaynak (GMAK) yöntemi ile farklı kaynak parametrelerinde birleştirilmiştir. Kaynaklı bağlantılara üç nokta eğme ve tokluk özelliklerini belirlemek için de çentik darbe testleri uygulanmıştır. Ayrıca, kaynak bölgesi sertlik testleri ve mikro yapı çalışmaları ile karakterize edilmiştir. Üç nokta eğme testleri sonucunda uygun parametrelerde birleştirilmiş numuneler 180° eğilirken, uygun olmayan parametrelerde ergime sınırından çatlama ve kırılmalar belirlenmiştir. Çentik darbe testleri sonucunda en yüksek tokluk AA5754 ITAB (Isı tesiri altındaki bölge)’dan ölçülmüştür. Birleştirmelerin AA6013 ITAB’ı ile kaynak metallerinden ölçülen tokluk değerlerinin birbirlerine yakın olduğu belirlenmiştir. Yapılan sertlik testleri sonucunda ise en yüksek sertlik değerleri AA6013 ITAB’ında ölçülürken onu sırasıyla kaynak metali ve AA5754 ITAB’ı takip etmiştir. Mikroyapı incelemeleri sonucunda ise tüm kaynak metalinin dentritik yapıya sahip olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• AA5754,AA6013,Alüminyum alaşımları,Gazaltı kaynak

Kaynakça

1. Çetinkaya C, Tekeli S, Kurtuluş O. “Alüminyum alaşımlarının kaynaklanabilirliği ve kaynak parametrelerin mekanik özelliklere ve mikroyapiya etkisi”. Politeknik Dergisi, 5(4), 321-333, 2002.
2. Kara R, Yıldırım G, Çolak F, Tınas M. “TIG ve elektrik ark kaynaği ile birleştirilen alüminyum plakalarin mekanik özelliklerinin incelenmesi”. El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 4(2), 274-281, 2017.
3. Sevim İ, Hayat F, Kaya Y, Kahraman N, Şahin S. “The study of mig weldability of heat-treated aluminum alloys”. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 66, 1825-1834, 2013.
4. Jones RH, Baer DR, Danielson MJ, Vetrano JS. “Bir Al-Mg alaşiminin gerilme korozyon kirilmasinda Mg'nin rolü”. Metall Mater Trans, 32, 1699-1711, 2001.
5. Çevik B. “MIG kaynaği ile birleştirilen 5754 Al alaşiminin kaynak bölgesi özelliklerinin incelenmesi”. 3nd International Conference on Material Science and Technology in Cappadocia (IMSTEC’18), Nevşehir, Turkey, 17-19 September 2018.
6. Vargel C. Corrosion of Aluminium. 2nd ed. Kidlington, UK. Elsevier, 2004.
7. Laiping L, Shanben C, Tao L. “The modeling of welding pool surface reflactane of alüminyum alloy pulse GTAW” Materials science and Engineering A, 394, 320-326, 2005.
8. Tatlı Z, Köse C. “AA 5754 alüminyum alaşımının robot (MIG) kaynağı ile birleştirilmesi ve mikroyapısının incelenmesi”. 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), Elazığ, Turkey, 16-18 May 2011.

9. Anık S. Kaynak Tekniği El Kitabı, Yöntemler ve Donanımlar. İstanbul, Türkiye, Gedik Holding AŞ. Yayınları, 1991.
10. Kahraman N, Gülenç B. Modern Kaynak Teknolojisi, Genişletilmiş. 3. Baskı. Ankara, Türkiye, Epa-Mat Basım Yayın Ltd. Şti, 2016.
11. Ayvaz M, Çetinel H. “Farklı alüminyum alaşimlarinin tig kaynak yöntemi ile kaynatilmasi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi”. Celal Bayar Üniversitesi, Fen Bilimleri Dergisi, 7(1), 39-46, 2011.
12. Nurveren K, Gündüz BB. “6082 alüminyum alaşımının MIG kaynaği sonrasi mikro yapi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi”. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(2), 909-916, 2018.
13. Ruan Y, Qiu XM, Gong WB, Sun DQ, Li YP. "Mechanical properties and microstructures of 6082-t6 joint welded by twin wire metal inert gas arc welding with the SiO2 flux". Materials & Design, 35, 20-24, 2012.
14. Huang L, Wu D, Hua X, Liu S, Jiang Z, Li F, Wang H, Shi S. “Effect of the welding direction on the microstructural characterization in fiber laser-GMAW hybrid welding of 5083 aluminum alloy”. Journal of Manufacturing Processes, 31, 514-522, 2018.
15. Liu Y, Wang W, Xie J, Sun S, Wang L, Qian Y, Meng Y, Wei Y. “Microstructure and mechanical properties of aluminum 5083 weldments by gas tungsten arc and gas metal arc welding”. Materials Science and Engineering A, 549, 7-13, 2013.
16. Jesus JS, Costa JM, Loureiro A, Ferreira JM. “Fatigue strength improvement of GMAW T-welds in AA 5083 by friction-stir processing”. Internatıonal Journal of Fatigue, 97, 124-134, 2017.
17. Zhao Y, Lu Z, Yan K, Huang L. "Microstructural characterizations and mechanical properties in underwater friction stir welding of aluminum and magnesium dissimilar alloys". Materials and Design, 65, 675-981, 2015.
18. Kaya Y, Kahraman N, Durgutlu A, Gülenç B. “Farklı kaynak parametreleri kullanılarak alüminyum levhaların MIG kaynak yöntemi ile birleştirilebilirliği ve mikroyapı/mekanik özelliklerinin araştırılması”. 3. Uluslararası Kaynak Teknolojileri Konferansı ve Sergisi Manisa, Türkiye, 21-23 Mayıs 2014.
19. Lakshminarayanan AK, Balasubramanian V, Elangovan K.” Effect of welding processes on tensile properties of AA6061 aluminium alloy joints”. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 40, 286-296, 2009.
20. Kırlı S. “Alüminyum Malzemelerin MIG Kaynağında Kaynak Parametrelerinin Dikiş Geometrisine ve Mekanik Özelliklere Etkisi”. Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, 2011.
21. Mercan E. “5XXX-6XXX Alüminyum Alaşımlarının Otomatik MIG Kaynak Yöntemi ile Birleştirilebilirliğinin Araştırılması”. Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, 2018.
22. Yürük A, Kahraman N. “Farklı alüminyum alaşımlarının MIG kayana yöntemi ile kaynak edilebilirliğinin incelenmesi”. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 4, 894-901, 2016.
23. Yavuz N. “Alüminyum alaşımlarında silisyumun kaynak dikişi mekanik özelliklerine etkisinin incelenmesi”. Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Bilimleri Dergisi, 3(3), 441-445, 1997.
24. Yılmaz NF, Kurt Hİ, Oduncuoğlu M, Yılmaz M. “Ark saplama kaynak parametrelerinin 6013-T6 alüminyum alaşimlari kaynak bölgesi mikroyapi ve mekanik özelliklere etkileri”. El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 4(3), 578-583, 2017.