Sürtünme karıştırma kaynağı, 1991 yılında İngiltere’de The Welding Institute (TWI) tarafından bulunarak patenti alınan bir kaynak yöntemidir [1]. Sürtünme karıştırma kaynak yöntemi geniş uygulama alanlarına sahip olup farklı geometrilerde kaynak imkanı sağlayan ve geliştirilmeye devam edilen bir katı faz kaynak yöntemidir.
Ayrıca günümüzde uçak, tren, roket, otomobil, gemi ve helikopter gibi araçların imalatında hafif olmasına rağmen, mekanik özellikleri çok iyi olan alüminyum alaşımlar büyük oranda kullanılmaktadır. Ancak alüminyum ve alaşımlarının ergitme kaynak teknikleri hem problemli olup hem de zordur. Bu amaçla sürtünme karıştırma kaynağı, alüminyum alaşımlarının problemsiz ve kolay bir şekilde birleştirilmesi amacıyla geliştirilmiş ve endüstrideki uygulamalarına başlanmış bir birleştirme tekniğidir.
Bugüne kadar İngiliz Kaynak Enstitüsü’nde alüminyum ve alüminyum alaşımları için bu kaynak yöntemi uygulanmış ve oluşturulan birleştirmeler üzerinde birçok araştırma yapılmıştır. Bu çalışma sonuçları gerek yaşlandırma sertleştirmesi uygulanabilen gerekse yaşlandırma sertleştirmesi yapılamayan (1xxx ve 5xxx serisi gibi) alüminyum ve alaşımlarında başarılı ve güvenli bağlantıların ortaya çıktığını göstermiştir. Arıca bakır, bakır alaşımları, titanyum, titanyum alaşımları, magnezyum, magnezyum alaşımları ve metal matrisli alüminyum kompozitlerde de bu yöntemin uygulanmasına başlanmıştır [2-3].
İleri teknolojinin uygulandığı gelişmiş makine elemanlarının kaynaklı birleştirmelerinde faz dönüşümleri ve plastik deformasyon istenmeyen durumlardır.
Bu olumsuzlukları gidermek, ancak malzemenin mekanik ve metalurjik özelliklerini etkilemeyecek kadar düşük sıcaklıklarda yapılan birleştirme işlemleri ile
mümkündür. Bu birleştirme işlemlerinin gerçekleştirilmesi ileri teknoloji ve bilgi gerektiren katı hal kaynak teknikleri ile mümkündür. Katı hal kaynak teknikleri:
(1) Difüzyon kaynağı (2) Ultrasonik kaynak (3) Sürtünme kaynağı
(4) Sürtünme karıştırma kaynağı olarak sınıflandırılmaktadır.
(1) Düfüzyon kaynağı: Birbirleri ile temasta olan yüzeyler arasında minimum makroskobik deformasyon ile belirli bir süre ısı ve basınç uygulayarak kontrollü difüzyonla oluşturulan katı hal kaynağıdır. Düfüzyon kaynağı özellikle uzay ve nükleer enerji alanında kullanılmaktadır.
Bir difüzyon kaynak donanımı, birleştirme için gerekli basınç sağlayacak bir pres (mekanik veya hidrolik) ve baskı ünitesi, parçaların bölgesel veya tamamen ısınmasını sağlayacak yüksek frekanslı indüksiyon ısıtma veya direkt direnç ısıtma ünitesi, vakum veya koruyucu gaz ortamı ve parçanın birleştirme işleminin gerçekleştirildiği bir kaynak kamarasından oluşur. Difüzyon kaynağında sıcaklık, zaman ve basınç önemli kaynak parametreleridir. Çok yüksek basınç kullanıldığında, fazla deformasyondan ötürü yüzey bozulmalarına neden olmakta ve pahalı donanımlara gerek duyulmaktadır.
Birleştirilecek yüzeylerdeki bütün pislikler, yağlar ve oksitler bir ön hazırlık işleminden geçirilerek temizlenmelidir. Yüzeylerin ısınma esnasında artan ortam şartlarından etkilenmemesi için vakumdan soygaz veya redükleyici bir ortamda çalışılmalıdır. Kaliteli bir yüzeyin sağlanması için taşlama yapılabilir ve çok hassas yüzeylerde maliyeti arttırır. Kaynak işleminin yavaş oluşu, büyük parçalara uygulanmasının zorluğu ve tahribatsız kontrol olanağının olmaması yöntemin
kullanımını önemli ölçüde sınırlamaktadır [4].
(2) Ultrasonik kaynak: Bu yöntemde parçalar ultrasonik alandaki mekanik titreşimler ve hafif bir basınç yardımı ile birleştirilir. Bu amaçla bir elektro-akustik dönüştürücüden yararlanılır. Bu dönüştürücüde değişken bir elektrik akımı bir nikel
alaşımının manyeto-striktif etkisi yardımı ile aynı frekanstaki boyuna mekanik titreşimlere çevrilir.
Ultrasonik kaynak ile, ince sacların (alüminyum, altın), folyoların veya tellerin (kalınlık 0,03 – 2 mm), daha kalın çelik, demir dışı metaller, cam veya seramik gibi malzemeler üzerine kaynağı yapılır. Folye haddehanelerinde alüminyum folye bobinleri birbirleriyle ultrasonik dikiş kaynağı yardımıyla birleştirilerek kesintisiz bantlar elde edilir [5].
(3) Sürtünme kaynağı: Elektrik enerjisi veya diğer kaynaklardan ısı enerjisi uygulanmadan iş parçasının yüzeyleri arasındaki mekanik dönme hareketinin ısı enerjisine dönüşmesiyle kaynak için gerekli ısının elde edilerek yapıldığı bir katı hal kaynak tekniğidir. Sürtünme kaynağı ara yüzey kaynak sıcaklığına ulaşana kadar sabit bir iş parçasıyla dönen bir iş parçasının sabit veya belirli olarak artan basınç altında yapılır ve sonunda dönme durdurularak kaynak tamamlanır. [6-7]
Sürtünme kaynağı işlemi esnasında sıcaklık arttığında kaynatılmakta olan malzemenin akma mukavemeti düşer. Sürtünme kaynağında yüzey tabakaları kırılıp atıldığında önemli bir plastik akma olur. Ayrıca bölgesel olarak ergimenin başladığı sıcaklıklara ulaşıldığı için de kalıntı gerilmelerinin üretilmesine sebep olmaktadır [8].
(4) Sürtünme karıştırma kaynağı: Difüzyon kaynağı gibi bir katı hal birleştirme kaynağı olup, birleştirme bölgesinde iç yapıyı önemli ölçüde değiştirmez. Bununla beraber pahalı bir donanıma ve koruyucu gaza ihtiyaç yoktur. Sürtünme karıştırma kaynağında; difüzyon kaynağında olduğu gibi kaynak işlemi yavaş olmayıp, kalın kesitli büyük parçalara da kolaylıkla uygulanabilmektedir.
Ultrasonik kaynakta ısınma çok dar bir alanda gerçekleştiği için, sürtünme karıştırma kaynağın da olduğu gibi kalın levhasal parçaların kaynağı mümkün değildir, kaynak işlemi daha çok ince kesitlerde uygulanmaktadır [5].
Sürtünme karıştırma kaynağının uygulama alanları sürtünme kaynağında olduğu gibi sadece dairesel kesitli parçalarla sınırlı olmayıp, levhasal parçalarda da uygulamaya imkan tanımaktadır.
Sürtünme karıştırma kaynak yönteminde pahalı ekipmana, ilave tel kullanımına, koruyucu gaza ihtiyaç duyulmaması, temiz ve çevreci bir kaynak yöntemi olması da yöntemin uygulama alanını genişletmektedir. İşlemin radyasyon, toksin gazlar gibi olumsuz sonuçlar içermemesi de önemli tercih sebeplerindendir [2].