Investıgatıon of frıctıon stır weldıng for hıgh densıty polyethylene
Yüksek yoğunluklu polietilen için sürtünme kaynağının araştırılması
- Tez No: 1008921
- Danışmanlar: PROF. DR. FAHRETTİN ÖZTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekanik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sürtünme Karıştırma Kaynağı (SKK), katı hâl birleştirme yöntemi olması, düşük enerji gereksinimi, düşük distorsiyon ve çevreci niteliği nedeniyle polimerlerin birleştirilmesinde giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Bununla birlikte, yüksek yoğunluklu polietilenin (YYPE) SKK ile birleştirilmesinde kusur oluşumu ve performans dalgalanmaları hâlen temel sorunlar arasındadır. Bu durum, YYPE'nin düşük ısıl iletkenliği, viskoelastik davranışı, kısa katılaşma aralığı ve malzeme akışındaki süreksizliklerden kaynaklanmaktadır. Bu tezde, takım geometrisi ve proses parametrelerini birlikte ele alan takım geometrisi odaklı üç-kademe yaklaşımıyla kaynak hattı boyunca hem mekanik performansın hem de süreklilik/kararlılığın artırılması amaçlanmıştır. Deneysel çalışmalarda pim tasarımı; omuz çapı (D), üç farklı konumda tanımlanan pim çapları (d1-d2-d3) ve çap değişim mesafesi (h) üzerinden parametrik olarak kurgulanmış; bu kurguyla ortaya çıkan klasik Silindirik ve Konik pimlerin ötesinde Ters Konik, Çan, Tıpa, Kum Saati ve Fıçı isimleri verilmiş pim geometrileri sistematik olarak incelenmiştir. Proses parametresi kısmında ise dönme hızı, ilerleme hızı ve bekleme süresi üzerinden değerlendirmeler yapılmıştır. Kaynak kalitesi değerlendirmesinde yalnızca literatürde şimdiye kadar kullanılan tek kriter, maksimum çekme dayanımı tabanlı kaynak verimliliği, yerine bu tez kapsamında geliştirilen iki nicel göstergelerden de yararlanılmıştır. Geliştirilen bu kaynak kalite kriterleri; kaynak hattı boyunca mekanik özellik dalgalanmasını ifade eden ξ* ve etkin doluluğu nicelleştiren ϕFSW metrikleridir. Deneysel bulgular ayrıca hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ve birleşik Eulerian Lagrangian (BEL) analizleriyle desteklenmiş; kaynak bölgesinin karışma, boşluk kapanması ve konsolidasyon sürekliliği yorumlanmıştır. Sonuçlar, önerilen üç-kademe yaklaşımın YYPE-SKK performansını belirgin biçimde iyileştirdiğini göstermiştir. Literatürde çekme dayanımı esas alındığında bildirilen en yüksek kaynak verimliliği %102,2 iken, bu tez kapsamında üç farklı kümede sırasıyla %107,41, %114,55 ve %111,8 kaynak verimliliği elde edilmiştir. Simülasyon ve deneysel bulgular birlikte değerlendirildiğinde, yüksek performansın yalnızca sıcaklık artışı veya akış şiddetiyle değil; yumuşama sonrası karıştırma, boşluk kapanması ve kaynak hattı boyunca sürekli konsolidasyonun birlikte sağlanmasıyla mümkün olduğu ortaya konmuştur. Geliştirilen yaklaşım, yeni kalite metrikleri ve HAD/BEL destekli mekanizma temelli açıklamalarla, YYPE-SKK'nın endüstriyel uygulanabilirliğine ve kaynak kalitesinin daha kapsamlı tanımlanmasına katkı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Friction Stir Welding (FSW) has been gaining increasing importance in the joining of polymers due to its solid-state nature, low energy requirement, low distortion, and environmentally friendly characteristics. Nevertheless, defect formation and performance fluctuations remain among the major challenges in the FSW joining of high density polyethylene (HDPE). These issues arise from the low thermal conductivity, viscoelastic behavior, narrow solidification range, and discontinuities in material flow of HDPE. In this thesis, a tool geometry oriented three-step approach, in which tool geometry and process parameters are considered together, was proposed to improve both the mechanical performance and the continuity/stability along the weld-line. In the experimental studies, the pin design was parametrically constructed based on the shoulder diameter (D), the pin diameters defined at three different positions (d1-d2-d3), and the diameter transition distance (h). Beyond the conventional Cylindrical and Conical pins generated within this framework, pin geometries referred to as Reverse Taper, Bell, Cork, Hourglass, and Barrel were systematically investigated. In terms of process parameters, evaluations were carried out based on rotation speed (RS), welding speed (WS), and dwell time (DT). In the assessment of weld quality, instead of relying solely on the single criterion commonly used in the literature to date, namely weld efficiency based on maximum tensile strength, two additional quantitative indicators developed within this thesis were also employed. These weld quality criteria are the ξ* metric, representing the fluctuation of mechanical properties along the weld-line, and the ϕFSW metric, quantifying the effective material filling. The experimental findings were further supported by Computational Fluid Dynamics (CFD) and Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) analyses, through which the mixing, void closure, and consolidation continuity in the weld zone were interpreted. The results demonstrated that the proposed three-step approach significantly improved the performance of HDPE-FSW joints. While the highest weld efficiency reported for HDPE-FSW in the literature is 102.2%, weld efficiencies of 107.41%, 114.55%, and 111.8% were achieved in three different clusters within the scope of this thesis. When the simulation and experimental findings were evaluated together, it was revealed that high performance cannot be explained solely by temperature increase or flow intensity; rather, it is achieved through the combined effect of post-softening mixing, void closure, and continuous consolidation along the weld-line. With its proposed approach, novel quality metrics, and CFD/CEL supported mechanism based explanations, this thesis contributes to the industrial applicability of HDPE-FSW and to a more comprehensive definition of weld quality.
Benzer Tezler
- Yüksek yoğunluklu polietilen polimer malzemenin sürtünme karıştırma kaynağında kaynak parametrelerinin kaynak mukavemeti üzerindeki etkilerinin araştırılması ve kaynak parametrelerinin taguchi deneysel tasarım yöntemi ile optimizasyonu
Investigation of the effects of welding parameters on the weld strength in friction stir welding of high density polyethylene polymer material and optimization of welding parameters with taguchi experimental design method
AYDIN ÜLKER
Doktora
Türkçe
2015
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VURAL CEYHUN
- Benzer ve farklı türden alüminyum alaşımlarının sürtünme karıştırma kaynağının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Investigation of similar and dissimilar friction stir welding of aluminum alloys experimentally and numerically
ZEKİ ALPER KADAYİFÇİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. BİNNUR GÖREN KIRAL
- Sürtünme karıştırma kaynağının ısıl modellemesi için 2.5 boyutlu sonlu farklar yönteminin geliştirilmesi: Alüminyum-bakır örneği
Development of 2.5-dimensional finite difference method for thermal modeling of friction stir welding: An aluminum-copper case study
MURAT FİLİZOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT VURAL
DR. ÖĞR. ÜYESİ POYRAZ AYDINER
- Kaynak sonrası ısıl işlemin sürtünme karıştırma kaynaklı AA6061 ve AA7075 alüminyum alaşımı levhalarda içyapı ve mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi
Investigation into the effect of post weld heat treatment on microstructure and mechanical properties of friction stir welded AA6061 and AA7075 aluminium alloy plates
GÜVEN İPEKOĞLU
Doktora
Türkçe
2011
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. SEÇİL ERİM
- Sürtünme karıştırma kaynak yöntemiyle birleştirilmiş alüminyum-magnezyum sisteminin mikro ark oksidasyonu
Micro arc oxidation of aluminum-magnesium system joined by fricton stir welding
EMİR KARAÇAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU