Ultrasonik FSSW

Takımın endüklenmiş sesüstü titreşiminden dolayı bu FSSW yöntemi, özel FSSW sınıfına bölünmektedir. Bu kaynak yönteminde sesüstü titreşimi ile sürtünme karıştırma nokta kaynağı birleşimi kullanılmaktadır. Y. Rostamiyan ve arkadaşları, AA6061 alüminyum alaşımının sesüstü titreşimili sürtünme karıştırma nokta kaynağını yapmıştır.

Sesüstü titreşiminden dolayı kaynak bölgesinde ince ve daha homojen tane dağıtımı elde edilmiş ve bağlantıının mekanik özellikleri örneğin sertliği ve kesme mukavemeti iyileştirilmiştir [138].

56 3.2.1.3. Çift taraflı FSSW

Aynı zamanda birden fazla daldırılma takımı kullanılarak iki taraflı FSSW yöntemi, özel FSSW bölümüne bölünmektedir. İki taraflı FSSW yöntemi, Twin-stirTM kaynak teknolojisine benzemekte ama iki taraflı FSSW yönteminde takımın doğrusal hareketi olmamaktadır [26] [118]. İki taraflı FSSW’ın iki sınıfı vardır. Bu FSSW’ın grubu tepkisel torkta azaltması sağlanmaktadır [118].

Birinci iki taraflı FSSW’ın sınıfında aynı zamanda iki takımın dönme hareketi gerçekleştirilmektedir. Chase D. Cox ve arkadaşları, 1mm ve 2mm kalınlığındaki alüminyum levhalarında iki tarafli FSSW yöntemini incelemiştir. Bir tarafta taslak pimsiz takim kullanılmış ve diğer tarafta dönmekte olan örs, pimsiz takım olarak kullanılmıştır [103]. Dönmekte olan örs FSSW’ı kullanılarak daha kalın kesitler/parçalar bağlanmakta ve iyileştirilmiş bağlantının mekanik özellikleri elde edilebilmektedir. Aynı zamanda bu yöntemde kaynak noktasında eksensel ya da tepki kuvvet azaltılmaktadır[103].

İkinci iki taraflı FSSW’ın sınıfında taraftaki nokta kaynağı sadece tek tek yapılmaktadır. Üstteki iş parçasının yüzeyinde sürtünme karıştırma nokta kaynağı yapıldığınden sonra iş parçası çevrilip ve ikinci tarafta kaynaklanmaktadır. Bunun yapılması için aynı kaynak parametreleri kullanmaya ıhtıyaç duyulmaktedır. M. Cabibbo ve arkadaşları tarafından 2mm kalınlığındaki AA6082-T6 alüminyum alaşımında bu kaynak yöntemini kullanmıştır. Geleneksel FSSW yöntemine göre iki taraflı FSSW yöntemiyle daha iyi şekillenebilirlik ve homojen dinamik yeniden krystalleştirilmiş tane yapısı elde edilmiştir [97].

3.2.1.4. Abrasion circle FSSW

Y.C. Chen ve arkadaşları tarafından abrasion circle FSSW değerlendirilmiştir [115]. Aşınma çemberi FSSW’ında kaynak takımı, iş parçasına daldırılmakta ve dairesel yol hareketlendirilmektedir. Bu arada hareketlendirilen dairesel yol, takımın yarıçapına eşit olmalıdır. Böylece dairesel yol yapıldıktan sonra takım, kaynak merkezine taşınmakta ve geri çıkarılmaktadır. Abrasion circle FSSW kullanılarak yüksek kaliteli kaynak elde edilmekte ve etkili daha büyük metalurjik bağlanma alanı elde edilmektedir. Bu kaynak yöntemiyle aynı olmayan malzemeler uygun bir

57

şekilde kaynaklanabilmektedir. Y.C. Chen ve onun dostları, 1mm kalınlığındaki 6111-T4 alaşımı ile DC04 az karbonlu demir levhalarının aşınma çemberi FSSW’ını gerçekleştirmiş ve yüksek kaliteli bağlantıları elde etmiştir [115].

3.2.1.5. Swing FSSW

Hitachi tarafından bu katı faz kaynak yöntemi kurulmuştur [139]. Bu yöntem, geleneksel FSSW yöntemine benzemektedir ama takım hareketinde bir değişiklik vardır. Swing FSSW yönteminde takımın iki adım yaklaşımı kullanılmaktadır. Swing FSSW kaynağı yapılmak için takım malzemeye daldırılarak nokta kaynağı üretilmekte ve kısa mesafede hemen takımın doğrusal ya da yatay hareketi gerçekleştirilmektedir. Bu FSSW yöntemiyle daha yüksek mukavemet ve daha geniş temas alanı oluşturulmaktadır. Ayrıca Zhaohua Zhang ve arkadaşları tarafından yürüyen FSSW yönteminin kopyası geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Ancak bu yazılara göre bu yöntem, yürüyen FSSW işlemine denilmiştir [110].

3.2.1.6. Swept FSSW

Swept FSSW işlemi azıcık bir karışık işlemdir ve iki önemli işlemleri içermektedir. Birincisi belirli bir derinlikte dönmekte olan takım, iş parçasına daldırılmaktadır. İkincisi takım, belirli bir dışa doğru olan mesafeye taşınmakta ve malzeme daha karıştırılmak için takım, dairesel yol süprülmaktadır. Sonunda kaynak takımı, takımın ilk başlangıcına ya da diresel yoluna geri götürülmekte ve bir swept FSSW’li bağlantı elde edilmektedir [109]. Bu yöntemde dairesel yolun çapları değiştirilebilir ama aşınma devir FSSW yönteminde takımın omuz çapı, dairesel yolun çapıdır. Aynı zamanda Wenya Li ve onun arkadaşları, 1,5mm kalınlığındaki AA2024 alüminyum alaşımının swept FSSW’li bağlantılarını yapmıştır. Ancak onlara göre bu yönteme FSSW-FSW işlemi denilmiştir [140]. Bu yöntem ile yapılmış bağlantıdaki çengel hatası giderilmektedir. Ayrıca gerçek kaynak alanı ve bağlantının mukavemeti arttırılmaktadır [140]. Z.M. Su ve arkadaşlarına göre elde edilmiş daha geniş karıştırma bölgesinden dolayı iyileştirilmiş bağlantının mekanik ozellikleri olmuştur [109].

58 3.2.2. Pimsiz FSSW

Pimsiz FSSW yönteminde pim olmayan ve değiştirilen ya da düz omuzlu takım kullanılmaktadır. 2009 yılında sürtünme karıştırma nokta kaynağı yönteminde Tazokai ve arkadaşları pimsiz takım kullanılmasını geliştirmiş ve uygulanmıştır. Bu yazlar, kıvrılmış omuzlu takımı kullanarak ince alüminyum alaşımlarının levhalarını kaynaklamıştır [118].

Pimsiz FSSW işlemi kullanılarak yüksek mukavemetli ve anahtar deliği olmayan kaynaklı bağlantılar elde edilmektedir [112, 118].

Diğer pimsiz FSSW yönteminin avantajları, basitlik, daha iyi görünüş ya da malzemedeki sığ boşluktur [29]. Alüminyum alaşımlarında uygulanmış pimsiz FSSW’ın örnekleri aşağıda liştelenmektedir.

i. Gömülü takım FSSW ii. Düz takım FSSW

iii. Involuted/Scroll takım FSSW

3.2.2.1. Gömülmüş FSSW takımı

Yuang-Cherng Chiou ve arkadaşları tarafından gömülmüş FSSW takımı icat edilmiltir [141]. Bu kaynak yönteminde alüminyum alaşımının sürtünme karıştırma nokta kaynağı yapılırken kendiliğinden eşleştirilmiş çiftin oluşturulması hedeflenmiştir. Bu proseste pimsiz takımın yüzeyi sondaj yapılması ve elde edilmiş sondaj deliğine alüminyumlu çubuğun sıkı eklenmesi içermektedir. Böylece gömülmüş çubuk ve takımın omuzu aynı düzeyde kalmalıdır. Yuang-Cherng Chiou ve arkadaşları, 3mm kalınlığındaki 6061-T6 alüminyum alaşımında pimsiz gömülmüş takımın etkisini incelemiştir. Bu yöntemden daha yüksek mukavemetli bağlantılar elde eldilmiştir [141]. Alüminyumun kendiliğinden eşleştirilmiş çiftinden dolayı sıcaklık oranı, maximum kazanılabilir sıcaklık ve karıştırılmış bölgenin derinliği arttırılmaktadır. Bu yüzden bağlantının mekanik özellikleri etkilenmektedir [141].

59 3.2.2.2. Düz FSSW takımı

Düz FSSW takımına omuz değiştirilmez pimsiz takım denilmektedir. P.C. Lin ve arkadaşları, düz omuzlu takımı kullanarak 0,94mm kalınlığındaki 6111-T4 alüminyum alaşımının sürtünme karıştırma nokta kaynağını yapmıştır. Onlara göre takım türünden elde edilmiş bağlantıların mikroyapısı, geometrisi ve kırılma modu etkilenmiştir [108].

3.2.2.3. Helezonik kıvrılmış takım

Helezonik kıvrılmış omuzlu bir takıma işaret edilmektedir. Sonuç olarak sürtünme karıştırma nokta kaynağı yapılırken helezonik kıvrılmış omuzden dolayı daha iyi malzeme karıştırılması ve akışı oluşturulmaktadır [31]. Aynı zamanda helezonik kıvrılmış omuzlu takım kullandığı zaman süreç dengesi geliştirilmektedir [123]. Y. Tozaki ve arkadaşları, 2mm kalınlığındaki 6061-T4 alüminyum alaşımında helezonik kıvrılmış omuzlu takımı kullanmıştır. Geleneksel pimli takımın soncuna göre helezonik kıvrılmış omuzlu takımın mekanik özellikleri daha iyi olmuştur. Çünkü iyice malzeme akışı ve karıştırılması oluşturulmuştur. Aynı şekilde anahtar deliği olmayan bağlantı elde edilmiştir [31].

3.2.3. Pimli FSSW

Pimli FSSW yönteminde geometrik olarak tasarlanmış takım ile belirlenmiş pimin şekli ve uzunluğu kullanılmaktadır. Pimin geometrisi, bağlantının termo-mekanik çevresini etkilemektedir. Aynı anda pim şekli tarafından plastize edilmiş malzeme akışı ve bağlantının özellikleri etkilenmektedir. Aslında takım piminden dolayı tabaka tabakaya malzeme akışına yardım edilmektedir [123]. Şekil 3.10’da bazı mevcut olan pimli FSSW takımları gösterilmektedir.

Bu takım türüyle anahtar deliği gerçekleştirilmekte ve bunun nedeniyle çekme ya da dinamik yüklenme durumunda çatlak ilerlemesi ve bağlantı kırılması etkilenmektedir. Silindrik pimin uzunluğu, çekme-kesme mukavemetine doğrudan ilişkili olmaktadır [123]. Bağlantının geometrisi ve statik mukavemeti belirlenmesinde takımın pim profili önemli faktördür [66]. Silindirik pime göre üçgen biçimli pim malzeme akışı daha arttırılmaktadır. Bu yüzden daha sert olan

60

alaşımlar için üçgen biçimli pim tavsiye edilmiştir. Genel olarak kaynak takımının özellikleri örneğin dişli ve oluklu pim ve bunun gibi eksenel kuvvetin etkilenmesi, malzeme akışının geliştirilmesi ve ısı oluşum oranının arttırılması gerçekleştirilmektedir [123, 132].

Şekil 3.10. Üçgen biçimli pim [123]; Dışlı konik pim [123]; Silindrik dışlı pim; Silindrik pim (dış olmayan), üçgen biçimli pim (dış olmayan) [66] 3.2.4. Omuz değiştirilmiş FSSW

Bir pimli takım ile düz, dışbükey ya da içbükey omuz, bu gruba bölünmekte ve şekil 3.11’de sağlanmaktadır. Şekil 3.11d’de diğer omuz değiştirilebilir profiler gösterilmektedir. Sürtünme karıştırıma nokta kaynağında takım omuzu, takım tasarımının bir kritik parçasıdır. Takım omuzunun şekli ve çapı, ısı oluşumunu ve malzeme akışını etkilemektedir [123]. FSSW’de daha iyi kontrol edilen malzeme süpürülmesi üzerinde merkezden sapmış takım kullanılmaya ihtiyaç duyulmaktadır [101].

61

Şekil 3.11. Silindrik pimler (a) içbükey omuz, (b) düz omuz (c) dışbükey omuz [66]; (d) Takım omuzunun geometrisi

Shigeki Hirasawa ve arkadaşları tarafından kaynak bağlantılarının mukavemetınde içbükey, düz ve dışbükey etkileri ve üçgen biçimli pim, konik pim ve silindrik pim etkileri incelenmiştir [91]. Fakat üçgen biçimli pim ve içbükey omuzlu takım en iyi bağlantının mukavemeti üretilmiştir [91] [95]. P.C. Lin ve onun arkadaşları, içbükey omuzlu takımı kullanarak 0,94mm kalınlığındaki AA6111-T4 alüminyum alaşımının sürtünme karıştırma nokta kaynağını gerçekleştirmiştir. Onlara göre merkez deliğinin cıvarındaki kaynak dikişinin kalınlığı arttırılmıştır [107].

3.3. Literatürdeki Alüminyum Alaşımlarının Sürtünme Karıştırma Nokta