Enhancing the quality of resistance welding of CF/PEKK composites under room- and low-temperature conditions: the role of welding time and double welding
Oda ve düşük sıcaklık koşullarında, direnç kaynağıyla birleştirilen CF/pekk kompozitlerin kalitesinin arttırılması: Kaynak süresi ve çift kaynaklamanın etkisi
- Tez No: 933065
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HATİCE SİNEM ŞAŞ ÇAYCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Termoplastik kompozitler, mükemmel mekanik mukavemet, sertlik, dayanıklılık ve zorlu çevre koşullarına karşı dirençleri nedeniyle havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yeniden eritme yoluyla kolayca birleşebilme özellikleri, onları ileri mühendislik uygulamaları için uygun hale getirmektedir. Bu tez, kaynak süresi ve çift kaynak uygulamasının, CF/PEKK kompozitlerinin direnç kaynaklı bağlantılarının kalitesi ve performansı üzerindeki etkisini, oda sıcaklığı ve düşük sıcaklık koşullarında incelemektedir. Çalışmada, sıcak pres konsolidasyonu ile üretilen CF/PEKK laminatlarının kaynak sürecinde arak atman olarak çok katmanlı bir ısıtma elemanı (PEEK film, cam elyafı ve metal ağ) kullanılmaktadır. Hem kompozitlerin hem de ısıtma elemanlarının termal özellikleri, Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC), Termogravimetrik Analiz (TGA) ve Termomekanik Analiz (TMA) yöntemleriyle analiz edilmektedir. Bu analizler doğrultusunda, güçlü kompozit bağlanması sağlamak için uygun bir işleme penceresi geliştirilmiştir. Kaynak, bu işleme penceresi içinde farklı kaynak süreleri ve çift kaynak yöntemi kullanılarak yapılmaktadır. Kaynaklanan numunelerin performansı, optik mikroskopi, Mikro X-ray bilgisayarlı tomografi (Micro-CT), DSC analizi, Tek Katmanlı Kayma Testi (SLS) ve görsel inceleme ile değerlendirilmiştir. Bulgular, kaynak süresinin arttırılmasının termal ve mekanik özellikleri iyileştirdiğini ve arayüz bağlantısını güçlendirdiğini göstermektedir. Çift kaynak, kısa süreli kaynaklanmış numunelerin termal ve mekanik performansını artırırken, daha uzun kaynak sürelerinde termal bozulma meydana gelir ve bu da oda sıcaklığında genel performansta hafif bir düşüşe neden olur. Dirençle kaynaklanmış numunelerin performansı, oda sıcaklığı ve düşük sıcaklık (-50°C) koşullarında değerlendirilmiştir. Düşük sıcaklıklarda, artan polimer sertliği kırılgan davranışa yol açmakta ancak hem tek hem de çift kaynaklı numuneler, oda sıcaklığındaki performanslarına kıyasla daha yüksek yük taşıma kapasitesine sahip olmaktadır. Daha uzun kaynak sürelerinde, çift kaynaklı numuneler oda sıcaklığında performans düşüşü gösterse de, bu performans düşüşü düşük sıcaklıklarda tersine dönmekte ve çift kaynaklı numuneler daha yüksek yük taşıma kapasitesine sahip olmaktadır. Düşük sıcaklıklarda, polimer matrisinin sertliğinin artması, bu davranışı açıklamaktadır; bu sertlik, termal bozulmayı engelleyerek malzemenin mekanik dayanımını artırmaktadır. Bu bulgular, düşük sıcaklık ortamlarında yüksek mukavemetli uygulamalar için çift kaynağın potansiyelini vurgulamaktadır. Bu araştırma, kaynak süresi ve çift kaynak yönteminin, yüksek kaliteli ve güvenilir kaynaklı bağlantıların elde edilmesindeki önemini vurgulamaktadır. Isı elemanındaki kusurların yönetilmesi ve sabit güç seviyelerinin korunması gibi operasyonel zorluklarla karşılaşılmasına rağmen, kaynak süresi ve çift kaynak yönteminin etkisi başarıyla optimize edilmiş ve detaylı bir şekilde sunulmuştur. Kaynak işlemi, endüstriyel ölçekli bir kurulum kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu, sonuçların hem işlem sırasında kaynak süresinin etkisini doğrulamasını hem de çift kaynaklama tekniğinin direnç kaynaklamada pratik uygulanabilirliğini göstermesini sağlar. Bu bulgular, ileri düzey termoplastik kompozitlerin, havacılık yapısal eklem uygulamalarındaki kaynak işlemleri için değerli bilgiler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Thermoplastic composites are widely used in the aerospace industry due to their superior mechanical strength, stiffness, durability, and resistance to harsh environments. Their ability to be easily joined through re-melting makes them suitable for advanced engineering applications. This thesis investigates the effect of welding time and double welding methodology on the quality and performance of resistance-welded CF/PEKK composites under both room- and low-temperature conditions. In the study, a multi-layered heating element (PEEK film, glass fiber, and metal mesh) is used as an interlayer in the welding process of CF/PEKK laminates produced by hot press consolidation. The thermal properties of both the composites and heating elements are analyzed using Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), and Thermomechanical Analysis (TMA). Based on these analyses, an adequate process window for resistance welding is developed to provide strong joint bonding. Resistance welding is performed within this process window under varying welding times and the double-welding method. The performance of the welded samples is evaluated using optical microscopy, Micro X‐ray computed tomography (Micro-CT), DSC analysis, Single-Lap Shear Test (SLS), and visual inspection. The findings reveal that increasing welding time improves thermal and mechanical properties with enhanced interface bonding. While double welding enhances the thermal and mechanical performance of samples welded at shorter durations, its application at longer welding times leads to thermal degradation, causing a slight decrease in overall performance at room temperature. The performance of resistance-welded samples is assessed at both room temperature and low temperature (-50°C) conditions. At low temperatures, increased polymer rigidity leads to brittle behavior, but both single- and double-welded samples exhibit higher load-bearing capacity compared to their performance at room temperature. During longer welding durations, double-welded samples show a slight decrease in performance at room temperature, as mentioned. However, this behavior reverses at low temperatures, where double-welded samples demonstrate improved load-bearing capacity. The increased rigidity of the polymer matrix at low temperatures contributes to this behavior by preventing thermal degradation during extended welding time, thus enhancing the mechanical strength of the material. These findings highlight the potential of double welding for high-strength applications in low-temperature environments. This research highlights the importance of welding time and the double-welding technique in achieving high-quality, reliable welded joints. Despite facing operational challenges, such as maintaining consistent power levels and managing defects in the heating element, the impact of welding time and the double-welding method is successfully optimized and thoroughly presented. The welding process is carried out using an industrial-scale setup, ensuring that the results both validate the effect of welding time during the process and demonstrate the practical applicability of the double-welding technique in resistance welding. These findings offer valuable insights into the resistance welding operations of advanced thermoplastic composites in aerospace structural joint applications.
Benzer Tezler
- Basınç kaynağı ile birleştirilmiş AA6061, AA5052 alüminyum alaşımları ile AISI 304L paslanmaz çelik malzemenin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of AA6061, AA5052 aluminum alloys joined with AISI 304L stainless steel using pressure welding
FATMA CEYLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP YURTSEVEN
- Tozaltı ark kaynak yöntemi ile birleştirilen alaşımsız ve Hardox çeliklerinin mikroyapı ve yapısal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the microstructure and structural properties of unalloyed and Hardox steels joined by submerged arc welding
ENES BATUHAN ZEYBEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞABAN BÜLBÜL
- 90/10 CuNi alaşımının A-TIG ve FB-TIG kaynak tekniklerine uygun aktif örtü bileşiklerinin ve kaynak parametrelerinin belirlenmesi
Determination of active flux compounds suitable for A-TIG and FB-TIG welding techniques of 90/10 CuNi alloy
RİFKİ BAYRAM
Doktora
Türkçe
2024
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELİK KOYUNCU
DR. ÖĞR. ÜYESİ DURMUŞ ALİ BİRCAN
- A study on the wire arc additive manufacturing of duplex stainless steel plates: Optimization of process parameters and investigation of mechanical properties
Tel ark eklemeli imalat yöntemiyle dubleks paslanmaz çelik plaka üretiminde proses parametrelerinin optimizasyonu ve plaka mekanik özelliklerinin incelenmesi
HASSAN A.H. SAADAWI
Doktora
İngilizce
2022
Mühendislik BilimleriAtılım ÜniversitesiMühendislik Sistemlerinin Modellenmesi ve Tasarımı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERKAN KONCA
DR. ÖĞR. ÜYESİ KAZIM TUR
- A comparison of fatigue strength assessment of seam-welded joints using methods of different standards used in rail vehicle construction
Demiryolu taşıtlarında kullanılan kaynaklı bağlantıların farklı standartlardaki yöntemler ile yorulma mukavemeti değerlendirmesinin karşılaştırılması
ADA ÖZCEÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİN SÜNBÜLOĞLU