3.5. SKK Yönteminde Kullan lan Tak mlar …
3.5.2. Tak m geometrik tasar ve önemi
SKK yöntemiyle birle tirmelerde kullan lan tak m geometrisi, malzeme ak ve ta nmas nda önemli rol oynamaktad r. Tak m tasar üretimini, plastikle mi malzemenin ak , kaynak için gerekli gücü ve kaynak bölgesi mikroyap n homojenli ini etkilemektedir. Malzeme ak , omuz k sm ve kar uç taraf ndan etkilenirken, üretimini daha çok omuz k sm kar lamakta ve plastikle mi malzemenin i parçalar üst k sm ndan kaçmas engellemektedir [36, 48, 49]. Ayr ca, tak m geometrisi tasarlan rken, genel olarak kaynak edilecek malzemenin türü ve kal nl da dikkate al nmal r. Özellikle kaynak diki inin nüfuziyet ve geni li i kullan lan tak m taraf ndan belirlemektedir [44].
SKK s ras nda, tak n i parçalar na batmaya ba lamas yla, öncelikle i parçalar yla kar uç aras ndaki sürtünmeden bir nma meydana gelmektedir. Bu esnada, birle tirilecek malzemelerin deformasyona u ramas da ayr ca bir olu umuna neden olmaktad r. Tak m, omuz k sm i parçalar na temas edinceye kadar batmaya devam etmektedir ki burada, üretimini sa layan en önemli etken, omuz k sm yla parçalar aras ndaki sürtünme olmaktad r. Is olu umu aç ndan, kar uç ve omuz k sm n büyüklü ü de ba ka bir belirleyici faktördür. Tak n ikinci fonksiyonu ise, malzemenin kar lmas ve ta nmas r. Genel olarak SKK
Omuz sm
uygulamalar nda, örnekleri ekil 3.4’de gösterilen, içbükey bir omuz geometrisine sahip, di aç larak üretilmi , silindirik veya konik kar uçtan olu an tak mlar kullan lmaktad r [36].
ekil 3.4. Farkl geometrilerdeki silindirik ve konik kar uçlardan yap lm tak m örnekleri [50]
SKK yönteminin ilk uygulamalar nda, tek parçadan yap lm basit silindirik kar uçlara sahip tak mlar kullan lmaktayd . Ancak, bu ekilde tasarlanan kar uçlar n kullan yla, plastikle mi malzeme ak ve kar lmas nda yetersizlikler tespit edilmi tir. Bununla birlikte, kaynak h zlar n dü ük seviyelerde tutulmas zorunlulu u vard . Böylesi olumsuzluklar, zaman içerisinde TWI taraf ndan Tablo 3.2’de gösterilen, farkl geometrilere sahip kar uçlar n tasarlanmas na yol açm r [47].
Tablo 3.2’den görülebilece i gibi, WhorlTM ve MX-TrifluteTM tak m tasar mlar , tipik silindirik uca sahip tak mlara göre daha dü ük kar uç hacmine sahiptir. Di aç larak üretilmi , konik bir kar uca sahip WhorlTM tak m, kaynak ras ndaki plastikle mi malzemenin ak kolayla rmaktad r. MX-TrifluteTM tasar mdaki kar uçtaki kanallar ise, tak m ile i parçalar aras ndaki ara yüzey alan artt rmaktad r. Böylece, MX-TrifluteTM tak m kullan ile üretim miktar nda, malzeme yumu amas nda ve malzeme ak nda art elde edilmektedir. Bu da, SKK s ras nda daha yo un bir kar rman n meydana gelmesini ve tak n ileriye do ru hareketinde, gerekli olan kaynak torku için yanal kuvvetlerin azalmas na neden olmaktad r [51, 52].
Silindirik, WhorlTM ve TrifluteTM tasar mlar na sahip tak mlar, SKK yönteminin al n birle tirmeleri için uygun olmas na kar n, bindirme kayna için uygun de ildir.
Omuz k sm n temas etti i, üstteki levhan n a incelmesi ile üst üste binen levha yüzeyleri aras nda oksitlenme meydana gelebilmektedir. Bu nedenle, alt k sma do ru geni leyen bir kar uca sahip Flared-TrifluteTM ve çarp k dönen A-SkewTM tak mlar, ara yüzeyde meydana gelebilecek oksit tabakas n parçalanmas sa lamaktad rlar. Ayr ca, bu tak mlar n kullan yla, al n birle tirmelere göre daha geni bir kaynak bölgesi elde etmek mümkündür [53]. Flared-TrifluteTM tak m tasar , MX-TrifluteTM tasar na benzemekle birlikte, kar uçtaki kanallar daha da geni letilmi tir. A-SkewTM tak mda ise di aç lm , konik kar uç kullan lmakta olup, tak m ekseni SKK makinesinin mil ekseninden farkl r. Bu tak mlar n her ikisi de, bindirme kaynaklar nda, kar uca ba olarak döndürmeden etkilenen alan n artmas sa lamakta ve daha geni bir kaynak bölgesinin elde edilmesine imkân vermektedir [54].
Tablo 3.2. TWI taraf ndan tasarlanm , farkl geometri ve özelliklere sahip tak mlar [36, 51, 54]
Tak m Tasar Silindirik WhorlTM MX TrifluteTM Flared TrifluteTM A-Skew TM Re-StirTM Kar uç eklinin özellikleri Di aç lm , silindirik Di aç lm , konik Di aç lm , konik, üç kanall Di aç lm , üç kanall , alt sm geni Di aç lm , silindirik, çarp k Di aç lm , konik Kar uç hacminin, silindirik uç hacmine oran 1 0,4 0,3 0,3 1 0,4 Döndürdü ü alan hacminin uç hacmine oran 1,1 1,8 2,6 2,6 Kar uç aç na ba 1,8 Terse
dönebilme Hay r Hay r Hay r Hay r Hay r Evet
Uygulama Al n kayna Al n kayna Al n kayna Bindirme kayna Bindirme kayna Minimum asimetriye sahip kaynak bölgesi için
Tak n dönme ve öteleme hareketi, malzeme ak nda asimetriye ve kar uç boyunca nmaya neden olmaktad r. Böyle bir durumun engellenmesi için, daha yeni ve geli mi bir tasar m olan, Re-StirTM tak mlar kullan lmaya ba lam r. Bu tasar mda, tak n periyodik olarak ters tarafa do ru dönmesi sa lanmaktad r. Bu ters dönme hareketi ile SKK yap lm birçok birle tirmede görülen asimetrik bir malzeme ak problemi a lm olmaktad r [54].
Re-StirTM tak mlarla gerçekle tirilen birle tirmeler hariç tutulursa, malzeme ak esasen birle tirme ara yüzeyine göre hemen hemen asimetrik ekilde olmaktad r. Malzeme ak ndaki asimetrikli in anla lmas , optimum tak m tasar n gerçekle tirilebilmesi aç ndan önemlidir. Colegrove ve Shercliff [55, 56], farkl tak m tasar mlar kullanarak, 7075 alüminyum ala ndaki malzeme ak bilgisayarda modellemi tir. Üçgen kesitli ve d bükey yüzeyleri olan kar uca sahip tak m (Trivex) ile geleneksel tak n (TrifluteTM) mekanik verimlili i, bu tak mlar n etraf nda meydana gelen ak çizgilerinin incelenmesi ile kar la lm r. Sonuçta, TrifluteTM tak m kullan yla daha güçlü bir hareket alan sa lanm ve basma kuvvetinde art görülmü tür.
Zhao ve di . [57], kar uç tasar n 2014 alüminyum ala levhalar n kaynaklanabilirli ine ve mekanik özelliklerine olan etkisini incelemi tir. Silindirik ve konik uçlar yatay do rultuda etkili bir kar m sa lamam , ayr ca tünel benzeri bo luklar n olu mas na neden olmu tur. Ancak, di aç lm konik uç kullan yla, hatas z kaynakl birle tirmeler gerçekle tirilebilmi tir. Schmidt ve Hattel [58] ile Guerra ve di . [59] taraf ndan yap lan çal malar da, vida di i aç lm kar uca sahip tak mlarla daha çok girdisi ve daha fazla basma kuvveti elde edildi ini, böylece malzemenin yumu amas ve ak n daha kolay hale geldi ini göstermi tir. Benzer sonuçlar, Padmanaban ve Balasubramanian [60] taraf ndan yap lan bir çal mada da görülmü tür. Ara rmac lar silindirik kesitli, konik ekilli silindirik, di aç lm silindirik kesitli, kare kesitli ve üçgen kesitli kar uç geometrileri ile AZ31B magnezyum ala mlar birle tirmi tir. Çal ma sonuçlar nda, mikroyap aç ndan hatas z ve mekanik olarak en tatminkâr sonuçlar n di aç lm silindirik kesitli kar uç kullan yla elde edildi i belirtilmi tir.
Kar uç aç n (ucun konik yüzeyi ile ekseni aras ndaki aç ) seçimi de, SKK yönteminde kaynak kalitesini etkileyen di er önemli bir faktör oldu u görülmektedir. Bu aç n artmas yla, dikey do rultu boyunca, daha homojen bir s cakl k da n ortaya ç kmas sa lanmaktad r. Böyle bir s cakl k da da, i parçalar nda meydana gelebilecek distorsiyon riskini en az seviyeye dü ürmektedir. Örne in, 7XXX serisi alüminyum ala mlar n birle tirilmesinde, 40 lik bir kar uç aç n seçimiyle en uygun sonuçlar almak mümkün olmaktad r [61].