Ligação dissimilar alumínio-aço por friction stir welding: um caso de estudo para ligações em junta sobreposta

Abstract

Na presente dissertação de Mestrado é estudada a ligação dissimilar entre a liga de alumínio AA6082-T6 e o aço S355J2+N, realizada utilizando o processo de Friction Stir Welding em junta sobreposta, com três passagens sucessivas de ferramenta, algo pouco explorado na literatura até ao momento. No que diz respeito à caracterização mecânica constatou-se, nos provetes tracionados em corte que, antes da rutura, ocorreu deformação plástica na zona afetada pelo calor (ZAC) da terceira passagem da ferramenta na liga de alumínio, existindo no final do ensaio a separação dos materiais base paralelamente à interface entre as chapas soldadas. Nos provetes de soldadura tracionados uniaxialmente existiu igualmente deformação plástica não só na ZAC da terceira passagem da ferramenta, como também na ZAC da segunda da passagem da ferramenta. Nos ensaios de fadiga, a fratura de todos os provetes ocorreu no Nugget da terceira passagem da ferramenta, constatando-se que a fratura se iniciou na interface dos materiais base, mais concretamente na zona de passagem do pino da ferramenta. Da análise metalográfica e microestrutural, constatou-se a existência de três Nuggets da soldadura com maior evidência na liga de alumínio, sendo o material base da chapa inferior, o aço, pouco alterado na sua microestrutura. Na análise por SEM das superfícies de interface dos materiais base comprovou-se a pouca penetração do pino da ferramenta. Ainda recorrendo à análise por SEM, constatou-se nas superfícies de fratura dos provetes de fadiga que a rutura foi maioritariamente dúctil. Na análise de difração por Raio –X não foram detetados compostos intermetálicos na soldadura, defeito bastante comum na literatura existente de soldadura entre ligas de alumínio e aço por Friction Stir Welding.

In this Master's thesis is analyzed the weld between two sheets of dissimilar materials, aluminum alloy AA6082-T6 and steel S355J2+N, performed using the process of Friction Stir Welding in lap joint, with three tool successive passages, something slight unexplored in the literature so far. Regarding the mechanical characterization, it was found that in shear tensile test specimens, plastic deformation occurred before rupture, in the heat affected zone (HAZ) of the third passage of the welding tool in the aluminum alloy, happening at the end of the test separation of both base materials, in a parallel plane to the interface between the welded plates. In the uniaxial tensile test, the specimen also suffered plastic deformation, not only in the HAZ of the third passage of welding tool, but also at the HAZ of the second tool passage proving the mechanical strength of the weld. In the fatigue test, the fracture occurred in all samples, in the Nugget the third passage of the tool. In metallographic and microstructural analysis, it was found that there are three weld Nuggets, more clearly seen in the aluminum alloy, and the bottom plate of steel was slight changed in their microstructure. In the analysis by SEM of interface surfaces of the base material was proven the poor penetration of the tool pin. Still using the analysis by SEM, it was found on the surfaces of fatigue fracture of the test pieces was mainly ductile rupture. In X-ray diffraction analysis, intermetallic compounds, a very common defect in welds of aluminum alloys e steels by Friction Stir Welding, were not detected.