SKNK yönteminin u ygulanışı

SKNK yönteminin, SKK yönteminde kullanılan kaynak takımına benzer bir takımla, dalma, karıştırma ve geri çekilme olarak belirtilen üç kademeli Şekil 2.2’de görüldüğü gibi son derece basit bir uygulaması vardır. Yöntemin başarısına ve bağlantının dayanımına etki eden beş ana parametresi ise takımın geometrisi, dönme hızı (devir sayısı), dalma hızı, dalma derinliği ve bekleme süresidir (takım geri çekilmeden önceki karıştırma süresidir) (Feng ve diğ. 2004, Awang ve diğ. 2005, Feng ve diğ. 2005, Gerlich ve diğ. 2005a, 2005b, KHI Ltd. 2006, Lathabai ve diğ. 2006, Smith ve diğ. 2006, Arıcı ve Mert 2007, Hovanski ve diğ. 2007, Arıcı ve Mert 2008, Lin ve diğ. 2008a, Mert ve Arıcı 2008, Tran ve diğ. 2009). Bu üç aşama sırasıyla aşağıdaki gibidir.

Şekil 2.2: Yöntemin şematik olarak üç aşaması (KHI Ltd. 2006)

Birleştirme takımı Şekil 2.3’teki gibi, genellikle silindirik bir takımın merkezinden dışarı çıkıntı yapmış küçük bir vidalı veya yivli takım ucu tasarımına sahiptir. Çeşitli takım şekilleri ve boyutları, birleştirme koşullarına bağlı olarak kullanılabilir (KHI Ltd. 2006, Lathabai ve diğ. 2006, Lin ve diğ. 2008a).

Şekil 2.3: Birleştirme takımı (KHI Ltd. 2006)

Aşağıda Şekil 2.4’te çeşitli takım omuz ve uç profilleri görülmektedir (Nelson ve diğ. 2004). Bu takımlar SKK yönteminde kullanılan takımlar olup, istenildiğinde SKNK yönteminde de kullanılabilir.

Şekil 2.4: Çeşitli takım omuz ve uç profilleri (Nelson ve diğ. 2004)

1) Daldırma: Belirli bir devirle döndürülen kaynak takımının uç kısmı bindirme kaynağı pozisyonundaki parçalara temas ettiği anda bu aşama başlamış olur. Takım, üst üste bindirilmiş levhaların içine ve önceden belirlenen derinliğe seçilen özel bir hızla dalar. Birleştirici takım dönüyor iken, belirli bir basınç ile iş parçasına karşı kuvvet uygulanır. Bu basınç ile takımın uyguladığı kuvvet, birleştirilecek parçalar ile takım ucu arasında sürtünme ısısının ortaya çıkmasını sağlar. Sürtünme ısısı ile bu bölgede yumuşayan malzeme, takım ucunun iş parçasına dalmasını kolaylaştırır. Bu aşama takım omzunun üst parça yüzeyine temas etmesiyle sona ermekle beraber gerektiğinde takımın omuzu da bir miktar üst parçaya daldırılır. Daldırma yükü, bu yüke dayanacak bir destek örsü veya levhası ile alttan desteklenir. Yada bu destek örsü, kullanılan tezgahın tablasıdır (Feng ve diğ. 2004, Awang ve diğ. 2005, Feng ve diğ. 2005, Gerlich ve diğ. 2005b, KHI Ltd. 2006, Lathabai ve diğ. 2006, Mitlin ve diğ. 2006, Arıcı ve Mert 2007, Arıcı ve Mert 2008, Lin ve diğ. 2008a, Mert ve Arıcı 2008, Tran ve diğ. 2009).

2) Bekleme (Karıştırma, Birleştirme veya Tamamlama): Yöntemin ikinci aşaması araştırmacılar tarafından farklı çalışmalarda bekleme, karıştırma, birleştirme veya tamamlama şeklinde adlandırılmaktadır. Bekleme, takımın geri çekilmeden önceki karıştırma süresidir. Takımın aşağı yönde hareketi bittiği için beklemede denilen bu aşamada, takımın ucu parçalara tamamen gömülü durumda iken dönme hareketi devam eder. Takım ucu ve omuzu SKNK süresince farklı zamanlarda önemli roller oynar. Önce takım ucu üst levha yüzeyi ile temas eder ve sonrasında en üst levhaya

tamamen gömülür ve alttaki levhaya nüfuz etmeye başlar. Sonrasında ise takım omzu da birleştirme işleminde önemli bir rol oynamaya başlar. Kaynak takımının omuz kısmı üst parça yüzeyine temas ettiğinden dolayı bu bölgede de sürtünme ısısı ortaya çıkmakta ve kaynak bölgesine daha fazla miktarda ısı girişi sayesinde daha geniş bir bölgede malzeme yumuşaması sağlanmaktadır. Kaynak bölgesinden yukarı hareket eden yumuşamış malzeme, dönen takım omuzu ile üst levhanın yüzeyi arasında adeta ekstrüzyona maruz kalır ve takım omuzu altında ve ucu etrafında karıştırılarak, bindirme pozisyonundaki parçalar arasında metalurjik bir bağ oluşturulur. Ayrıca, takım omzunun parçalara kuvvet uygulamaya devam etmesi, iki parça arasındaki birleşme ara yüzeyinin tam temasta olmasını sağlar ve takımın omuzu tarafından malzemeye uygulanan dövme basıncı, takımın ucu etrafında birleştirme işlemine önemli katkıda bulunur. Hatta istendiğinde takımın omuzu da bir miktar üst parçaya daldırılarak takımın parçalar ile temasta olan yüzey alanı artırılıp daha fazla sürtünme ısısı üretilerek yumuşayan malzeme miktarı artırılabilir. Böylece omuz kısmı parçalar ile temas ettikten sonra bile takıma uygulanan basınç belirli bir zaman için sürdürülmüş olur. Karıştırma aşamasında yumuşayan malzemenin Şekil 2.5’te görüldüğü gibi iki türlü akış hareketi mevcuttur. Takım malzeme akışını belirler ve takımın şekline ve dönme hareketine bağlı olarak meydana gelen, eksenel yönde yumuşamış malzeme akışı ve dönme yönünde yumuşamış malzeme akışı olarak adlandırılan bu hareketler SKNK yönteminin birleştirme mekanizmasını oluşturur. Bu sayede üstteki ve alttaki levhalara ait yumuşayan malzemeler birbiri içinde akarak karışır (Feng ve diğ. 2004, Awang ve diğ. 2005, Feng ve diğ. 2005, Gerlich ve diğ. 2005b, KHI Ltd. 2006, Lathabai ve diğ. 2006, Mitlin ve diğ. 2006, Smith ve diğ. 2006, Su ve diğ. 2006, Arıcı ve Mert 2007, Bufa ve diğ. 2007, Arıcı ve Mert 2008, Lin ve diğ. 2008a, Mert ve Arıcı 2008, Tran ve diğ. 2009).

a) Eksenel yönde yumuşamış malzeme akışı: Takım ucunun çevresindeki yumuşamış malzeme, takımın dolayısıyla da takım ucundaki vida dişlerinin dönmesiyle takımın ekseni doğrultusunda (parçaların kalınlığı doğrultusunda) bir akış hareketi yapar (KHI Ltd. 2006, Lathabai ve diğ. 2006, Su ve diğ. 2006, Arıcı ve Mert 2007, Arıcı ve Mert 2008, Mert ve Arıcı 2008).

b) Dönme yönünde yumuşamış malzeme akışı: Kaynak takımının dönüşüyle, yumuşamış malzeme takımın dönme yönünde sürükleniyormuş gibi dairesel bir akış hareketi yapar (KHI Ltd. 2006, Lathabai ve diğ. 2006, Su ve diğ. 2006, Arıcı ve Mert 2007, Arıcı ve Mert 2008, Mert ve Arıcı 2008).

Şekil 2.5: SKNK’nın birleştirme mekanizması (KHI Ltd. 2006)

SKNK sonrası kaynak bölgesinin oluşumu incelendiğinde, metal malzemeler için, esas malzemeden farklı olarak ısıdan etkilenmiş bölge, yumuşamış malzeme bölgesi ve karıştırma bölgesi olarak adlandırılan kaynak bölgesi oluşumu Şekil 2.6’da görülmektedir. Ayrıca takımın uç kısmının hemen arkasındaki omuz, karıştırmanın yapıldığı malzemede dışbükey bir boşluk oluşturur. Bu dışbükey şekil, birleştirme bölgesinde fincan tabağı görünümü olarak adlandırılan ufak bir çukur şeklindedir (KHI Ltd. 2006).

SKNK yönteminde takım omzu tarafından uygulanan basıncında etkisi ile takım ucu etrafında karıştırma bölgesi olarak adlandırılan halka şeklinde bir oluşum meydana gelir. Takım ucunun çevresinde oluşan karıştırma bölgesinin, yuvarlak lamba görünümü olarak adlandırılan veya simit halkasına benzetilen şekli Şekil 2.7’de görülmektedir (KHI Ltd. 2006, Lathabai ve diğ. 2006, Lin ve diğ. 2008b).

Şekil 2.7: Karıştırma bölgesinin görünümü (KHI Ltd. 2006)

3) Geri çekilme: Kaynak takımı, karıştırma tamamlandıktan sonrada, dönmeye devam ederek hızlı bir şekilde geri çekilir (Gerlich ve diğ. 2005a, KHI Ltd. 2006, Lathabai ve diğ. 2006, Smith ve diğ. 2006, Arıcı ve Mert 2007, Mert ve Arıcı 2008). Bütün bu işlemler saniyeler içinde tamamlanır ve sonrasında yumuşayan malzemeler tekrar katılaştığında, hiç yumuşamamış gibi katı durumunu sürdürür. Böylece birleştirme işlemi tamamlanmış ve bir kaynak noktası oluşturulmuş olur (KHI Ltd. 2006). Ayrıca kaynak takımı parçalardan tamamen uzaklaştığında, kaynak bölgesinin ortasında yöntemin kendisine özgü karakteristik bir boşluk oluştuğu görülür (Feng ve diğ. 2004, Awang ve diğ. 2005, Feng ve diğ. 2005, Gerlich ve diğ. 2005a, 2005b, KHI Ltd. 2006, Lathabai ve diğ. 2006, Su ve diğ. 2006, Thomas ve diğ. 2006, Arıcı ve Mert 2007, Bufa ve diğ. 2007, Arıcı ve Mert 2008, Lin ve diğ. 2008a, 2008b, Mert ve Arıcı 2008, Tran ve diğ. 2008, Tran ve diğ. 2009).