Estudo do processo de soldagem a ponto por fricção de juntas dissimilares entre ligas de alumínio e titânio
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Authors
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Publisher
Universidade Federal de São Carlos
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Campus São Carlos
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Campus São Carlos
DOI
Abstract
Description
Multimaterial structures between aluminum and titanium alloys are a
technologically attractive field of research and their increasing use in the
transportation sector for weight and emission reduction is part of the motivation
of this study. The currently used techniques are either too expensive or limited
in performance, especially by excessive formation of undesirable intermetallic
compounds, opening opportunities for innovation in this area. Friction spot
welding (FSpW), a solid state joining process recently developed by Helmholtz
Zentrum Geesthacht, has proven to be one of the promising technologies for
joining dissimilar materials as it involves short steps and low thermal cycles,
also with the advantages of adding no weight to the structure and having
geometrical compatibility to replace rivets. The present work studies the
feasibility in welding AA5754-H22/Ti6Al4V and AA6181-T4/Ti6Al4V joints
through FSpW. In addition, it is intended to establish the microstructure/
properties / process relationships of the resultant joints, in order to understand
the formation and growth of the joining interface and its consequences on the
mechanical performance. The proposed joints are produced in overlap
configuration through different combinations of parameters, which were
established by statistical methods involving design of experiments, and later
submitted to mechanical and metallurgical characterization. The results reveal
that Al/Ti dissimilar joints with high strength and reproducibility can be produced
by using FSpW. The mechanical behavior of the joints presents a strong
dependence on the intermetallic thickness formed at the bounding interface,
identified as TiAl3. Tool rotational speed and dwell time are key process
parameters in controlling the resistance of welded joints. Moreover, the bending
load associated to differences in stiffness and/or thickness of the welded
specimen appears as an important variable influencing the crack propagation
path during shear and fatigue tests.
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Estruturas multimateriais entre ligas de alumínio e titânio são um campo de estudo atrativo tecnologicamente e seu uso crescente no setor de transportes, visando à redução de peso e de emissão de gases, faz parte da motivação deste trabalho. As técnicas de soldagem utilizadas atualmente na união de tais materiais são limitadas em certos aspectos, sobretudo pela formação excessiva de compostos intermetálicos indesejáveis, abrindo caminhos para inovação nesta área. A soldagem a ponto por fricção (FSpW) tem demonstrado ser uma das alternativas promissoras na união de materiais dissimilares, destacando-se principalmente por ser um processo de poucas etapas, sem adição de peso, com baixos ciclos térmicos e compatibilidade geométrica para substituir rebites. O presente trabalho estuda a viabilidade técnica da soldagem dissimilar das juntas AA5754-H22/Ti6Al4V e AA6181-T4/Ti6Al4V através do processo FSpW. Ao mesmo tempo busca estabelecer a relação microestrutura / propriedades / processamento, a fim de compreender a possível formação e crescimento dos compostos intermetálicos na região interfacial e as suas consequências no desempenho das juntas. As juntas foram produzidas em configuração de sobreposição por diferentes combinações de parâmetros, estabelecidas por metodologias estatísticas de planejamento de experimentos, e posteriormente submetidas à caracterização mecânica e metalúrgica. Os resultados obtidos demonstram que soldas de boa qualidade e reprodutibilidade podem ser produzidas através do processo de soldagem proposto. O comportamento mecânico apresenta uma forte dependência em relação à espessura dos compostos intermetálicos formados na camada interfacial, constituída principalmente por grãos alongados de TiAl3, sendo a velocidade de rotação da ferramenta e o tempo de mistura parâmetros de processo chaves no controle da resistência das juntas soldadas. Ademais, a carga de flexão associada à diferença de rigidez e/ou espessura entre as ligas de alumínio e titânio demonstra ser uma variável importante nos ensaios de cisalhamento e fadiga, influenciando o caminho de propagação das trincas.
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Estruturas multimateriais entre ligas de alumínio e titânio são um campo de estudo atrativo tecnologicamente e seu uso crescente no setor de transportes, visando à redução de peso e de emissão de gases, faz parte da motivação deste trabalho. As técnicas de soldagem utilizadas atualmente na união de tais materiais são limitadas em certos aspectos, sobretudo pela formação excessiva de compostos intermetálicos indesejáveis, abrindo caminhos para inovação nesta área. A soldagem a ponto por fricção (FSpW) tem demonstrado ser uma das alternativas promissoras na união de materiais dissimilares, destacando-se principalmente por ser um processo de poucas etapas, sem adição de peso, com baixos ciclos térmicos e compatibilidade geométrica para substituir rebites. O presente trabalho estuda a viabilidade técnica da soldagem dissimilar das juntas AA5754-H22/Ti6Al4V e AA6181-T4/Ti6Al4V através do processo FSpW. Ao mesmo tempo busca estabelecer a relação microestrutura / propriedades / processamento, a fim de compreender a possível formação e crescimento dos compostos intermetálicos na região interfacial e as suas consequências no desempenho das juntas. As juntas foram produzidas em configuração de sobreposição por diferentes combinações de parâmetros, estabelecidas por metodologias estatísticas de planejamento de experimentos, e posteriormente submetidas à caracterização mecânica e metalúrgica. Os resultados obtidos demonstram que soldas de boa qualidade e reprodutibilidade podem ser produzidas através do processo de soldagem proposto. O comportamento mecânico apresenta uma forte dependência em relação à espessura dos compostos intermetálicos formados na camada interfacial, constituída principalmente por grãos alongados de TiAl3, sendo a velocidade de rotação da ferramenta e o tempo de mistura parâmetros de processo chaves no controle da resistência das juntas soldadas. Ademais, a carga de flexão associada à diferença de rigidez e/ou espessura entre as ligas de alumínio e titânio demonstra ser uma variável importante nos ensaios de cisalhamento e fadiga, influenciando o caminho de propagação das trincas.
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