Kaynak metali (KM)

SKK s ras nda meydana gelen yo un plastik deformasyonun yan s ra, tak m ile i parçalar aras ndaki sürtünme sonucu olu an, yeniden kristalle mi ince taneleri içeren mikroyap bölgesidir. Bu bölgeye kaynak metali (KM), kar m bölgesi veya dinamik olarak yeniden kristalle mi bölge ad verilmektedir [36, 74, 75]. KM, ekil

3.8’de de görülebilece i gibi, tak m omuz k sm n hemen alt nda, hemen hemen kaynak merkezinde meydana gelen ve s rlar di er mikroyap bölgelerinden belirgin bir ekilde ayr lan bir bölgedir. KM içerisindeki yeniden kristalle mi taneler, baz ara rmac lara göre [76] dü ük dislokasyon yo unlu una, baz ara rmac lara göre [68, 70] ise, yo un alt tanelere ve dislokasyonlara sahiptir.

SKK yap lm baz alüminyum ala mlar n kaynak metalleri içerisinde, so an halkalar olu umuna benzer bir yap gözlenmektedir. ekil 3.11, so an halkalar olu umuna ait örnek bir KM mikroyap resmini göstermektedir.

ekil 3.11. KM’de meydana gelmi bir so an halkalar yap örne i [77]

So an halkalar yap n olu umuyla ilgili baz varsay mlar yap lmas na ra men, en kabul gören yakla m Krishnan [78] taraf ndan ortaya konulmu tur. Krishnan’a göre böyle bir yap olu umu, geometrik bir etkiyle meydana gelmektedir. SKK yöntemiyle birle tirme s ras nda, tak n kendi etraf nda dönmesi ile plastikle mi yar -silindirik ince bir malzeme tabakas , tak n arka k sm na ve y ma kenar etraf na do ru itilmektedir. Tak n e -zamanl olarak kaynak hatt boyunca ilerlemesiyle, bu yar -silindirik malzemeler çok tabakal bir yap meydana getirmektedir ( ekil 3.12). Sonuçta, kaynak metali içindeki böyle bir yap n, kaynak diki ine dik olarak kesit görünümü, so an halkalar na benzer bir yap ortaya

karmaktad r.

ekil 3.13, SKK s ras nda, kaynak metalindeki malzeme ak yla so an halkalar yap n olu umunu ematik olarak göstermektedir. ekilden de görülebilece i gibi, kar ucun i parçalar na ilk giri i esnas nda, uç etraf nda bir bo luk

So an halkalar

olu maktad r. Daha sonra, tak n dönme hareketi ile tabakalar halinde malzeme ak n meydana gelmesi sonucu, plastikle en malzemenin y ma kenar nda, omuz sm yla i parçalar aras ndan d ar do ru kaçt görülmektedir. Tak m omuz sm n i parçalar yüzeylerine tam olarak temas yla, bu malzeme kar m bölgesi içerisine hapsedilme ve ilerleme kenar na do ru bir ak davran göstermektedir [79].

ekil 3.12. SKK s ras nda, KM’deki plastikle mi malzemenin kar uç taraf ndan ta nmas ile so an halkalar yap n meydana gelmesi [80]

Schneider ve Nunes [81], 8 mm kal nl ndaki 2195 T81 alüminyum ala levhalar , 200 dev/dak tak m dönme h nda ve 152 mm/dak kaynak h nda, SKK yöntemiyle al n-al na birle tirmi tir. Kaynak metalinin mikroyap incelemelerinde, -eksenli bantlardan meydana gelen so an halkalar yap tespit edilmi tir. Ara rmac lara göre bu yap , y ma kenar ndan daha ziyade ilerleme kenar nda daha belirgin hatlara sahiptir. Bu durum, Svensson ve Karlsson [82] taraf ndan gerçekle tirilen bir ba ka çal mada da vurgulanm r. Schneider ve Nunes’e [81] göre so an halkalar yap , daha yüksek kaynak h zlar nda gerçekle tirilen birle tirmelerde kaybolma e ilimi göstermektedir. Ayr ca so an halkalar , iki farkl yeniden kristalle mi ince taneli bölgeden meydana gelmi tir. Bunlar; (a) rastgele

Di aç lm

kar uç

So an halkalar

yönlenmenin oldu u bölge, (b) tercihli yönlenmenin oldu u bölge olarak tan mlanm r. Ara rmac lar, her bir halka aras ndaki mesafenin, tak n kaynak hatt boyunca ilerlerken bir tam dönü üyle ald mesafeyle ayn oldu unu da ifade etmi tir.

ekil 3.13. KM’de malzeme ak na ba so an halkalar yap olu umunun ematik gösterimi; (a) kar ucun levhalara batmas yla, çukurumsu bo luk olu umu, (b) kar ucun dönmesiyle meydana gelen malzeme ak , (c) kar uç ve omuz k sm n meydana getirdi i malzeme ak n birle mesi ve (d) ana metalin kaynak metali içerisine çekilmesi [79]

3.8.4.1.Kaynak metalinin geometrik ekli

SKK yönteminde kullan lan kaynak parametrelerine (tak m dönme h , kaynak h , tak m dönme yönü, vs), tak m geometrisine, i parçalar n s cakl na ve malzemelerin l iletkenli ine ba olarak farkl geometrik ekillerde KM’ler görülebilmektedir. Genel olarak, kaynak bölgesinin üst yüzeyinde geni leyen küvet ekilli ve eliptik ekilli olmak üzere iki farkl ekle sahip KM s fland rmas yap labilmektedir [36].

Sato ve di . [83], SKK yöntemiyle birle tirilen 6063 T5 alüminyum ala mlarda, levhalar n üst yüzeyleri ile tak m omuz k sm n temas sonucu olu an sürtünme ve a deformasyonun küvet ekilli bir KM meydana getirdi ini belirtmi tir. Rhodes ve di . [49] ile Mahoney ve di . [66] ise, 7075 T651 alüminyum ala ml levhalar n SKK yöntemiyle al n birle tirilmesinde, eliptik ekilli bir KM elde etmi lerdir.

Ma ve di . [84], SKK parametrelerinin, döküm A356 alüminyum ala n mikroyap özelliklerine olan etkisini incelemi tir. 300–500 dev/dak tak m dönme h zlar nda gerçekle tirilen birle tirmelerde, küvet ekilli bir KM olu umu tespit edilirken, 700 dev/dak’dan daha yüksek tak m dönme h zlar nda ise, eliptik ekilli KM’nin olu tu u görülmü tür. Kar uç boyutu ile KM olu umu aras ndaki ili kinin belirlenmesi amac yla Reynolds ve di . [85] taraf ndan yap lan bir ba ka çal mada ise, kar ucun yar m küre gibi sivrile ip sonland kayna n alt k sm dikkate al nmazsa, KM’nin kar uç çap ndan bir miktar büyük oldu u görülmü tür.

3.8.4.2.Kaynak metalinin tane boyutu

SKK s ras nda, KM’de meydana gelen dinamik yeniden kristalle me sonucu e -eksenli ince taneler meydana gelmektedir. Özellikle, uygulanan kaynak parametrelerinin yan s ra, tak m geometrisi, i parçalar n kimyasal bile imi, i parçalar n s cakl , basma kuvveti ile so uma sürecinin KM’deki yeniden kristalle mi tane boyutuna önemli bir etkisi olmaktad r. Alüminyum ala mlar n SKK yöntemiyle birle tirilmesiyle ilgili çal malar sonucunda, ala n türüne ba olarak, KM’de yakla k 1–18 m boyutlarda de en yeniden kristalle mi taneler tespit edilmi tir. 1 m’den daha küçük ultra ince tanelere (0,1–0,8 m) sahip KM’ler ise, s azot gibi so utma s lar n ya da özel olarak tasarlanm tak m geometrilerinin kullan yla elde edilebilmi tir [38, 86, 87].

SKK yönteminde, yüksek devirde tak m dönme h n yan s ra, tak m dönme /kaynak h oran n artmas , hem plastik deformasyonda hem de maksimum cakl kta art lara neden olmaktad r. Plastik deformasyondaki art , yeniden kristalle me genel prensiplerine göre, tane boyutunun da azalmas na neden

olmaktad r [88]. Bununla birlikte, SKK s ras nda meydana gelen maksimum cakl ktaki art da, yeniden kristalle mi tanelerde irile meye neden olabilmektedir.

Benavides ve di . [38], 2024 ala alüminyum levhalar n SKK yöntemiyle birle tirilmesinde, i parças s cakl n tane boyutuna olan etkilerini incelemi tir. parçalar ndaki ba lang ç s cakl n d ar dan s azot kullan yla 30°C’den

30°C’ye dü ürülmesiyle, kaynak merkezinden 10 mm uzakl ktaki maksimum cakl n 330°C’den 140°C’ye dü ürülebildi i tespit edilmi tir. Bu ekilde, KM’deki tane büyüklü ünün de 10 m’den yakla k 0,8 m’ye dü ürülebildi i belirlenmi tir.

SKK yönteminde kullan lan kaynak parametrelerinin, alüminyum ala mlara olan etkilerini incelemek üzere yap lan birçok çal mada, sabit bir kaynak h nda tak m dönme h n azalmas ya da tak m dönme h /kaynak h oran n azalmas yla yeniden kristalle mi tane boyutlar n dü ürülebilece i görülmü tür. Örne in; Kwon ve di . [86, 89, 90], 1050 alüminyum levhalar n SKK ile birle tirilmesinde, kaynak h 155 mm/dak olarak sabit tutmu tur. Buna göre, 560 dev/dak tak m dönme h nda 0,5 m, 980 dev/dak tak m dönme h nda 1–2 m ve 1840 dev/dak tak m dönme h nda ise 3–4 m ortalama tane boyutlar na sahip KM’ler elde edilmi tir.

KM’deki tane büyüklükleri, kaynak bölgesindeki s cakl k da yla ili kili olarak, üst k mda artma ve kaynak merkezi ekseninin her iki taraf nda uzakl n artmas yla birlikte azalma e ilimi göstermektedir. Örne in; Mahoney ve di . [91], 6,35 mm kal nl ndaki 7050 alüminyum ala levhalar n al n-al na kayna nda, KM’deki tane büyüklüklerinin alt k mda 3,2 m, üst k mda 5,3 m, y ma kenar nda 3,5 m, ilerleme kenar nda ise 5,1 m oldu unu belirlemi tir ( ekil 3.14). Bir ba ka çal mada [92] da benzer ekilde, 25,4 mm kal nl ndaki 2519 alüminyum ala n kaynak metalindeki ortalama tane boyutunun üst k mda 12 m, merkezde 8 m ve alt k mda 2 m olarak de ti i tespit edilmi tir. KM içerisindeki tane boyutunun alt k mdan üst k sma do ru bu ekildeki de iminin, cakl k da ndaki farkl klar ve KM’deki da yla ili kili oldu u

dü ünülmektedir. Çünkü i parçalar n alt k mlar dayama levhas yla temas halinde oldu undan, maksimum s cakl k etkisi bu alt k mda daha dü ük olmaktad r. Ayr ca, buradaki l çevrim KM’nin üst k sm yla kar la ld nda, daha k sa sürede gerçekle mektedir. KM’nin alt k sm nda meydana gelen, nispeten daha dü ük cakl k ve daha k sa süreli çevrim etkisiyle tane büyümesi gecikmektedir. Böylece, bu bölgede yeniden kristalle mi daha ince taneler meydana gelmektedir. parças kal nl ndaki art da, KM’nin alt ve üst k mlar aras ndaki s cakl k fark da ortaya ç karmaktad r.

ekil 3.14. SKK yöntemiyle birle tirilmi 7050 alüminyum ala n, kaynak metalinde görülen farkl tane boyutu da [91]