Estudo da propagação de fendas por fadiga em juntas T soldadas por laser unindo chapas dissimilares de ligas de alumínio de aeronáutica

Abstract

Os avanços tecnológicos ocorridos na indústria aeronáutica levam à substituição do processo de rebitagem pelo processo de soldadura a laser. Assim, o objetivo deste trabalho é estudar a influência dos parâmetros de soldadura na propagação de fendas em juntas T dissimilares de ligas de alumínio soldadas a laser, com o propósito de poderem ser aplicadas na indústria aeronáutica, na substituição de juntas rebitadas.Recorrendo a soldadura laser, foram fabricadas juntas T em chapas de 2 mm de espessura nas ligas AA2024-T4 (revestimento) e AA7075-T6 (reforço). Recorreu-se ainda à liga AA4047, como material de adição, para prevenir a fissuração a quente, devido a esta liga ser rica em silício, Si, componente que previne tal fenómeno. As soldaduras foram efetuadas sequencialmente de ambos os lados do reforço. Para este estudo foram utilizados provetes M(T) de acordo com a norma ASTM E647-00. A abordagem do comportamento à fadiga destes elementos prende-se com a obtenção das curvas de propagação de fenda (curvas da/dN-ΔK), obtenção das constantes da lei de Paris, avaliação do fenómeno de fecho de fenda e do efeito da aplicação de sobrecargas para razões de tensão de R = 0,05 e R = 0,4. Posteriormente analisam-se, os mecanismos de propagação da fenda por microscopia eletrónica de varrimento. Tanto a razão de tensão como a gama de carga aplicada influenciam a velocidade de propagação sob amplitude de carga constante. Para amplitude de carga variável a velocidade de propagação assim como o comprimento afetado pela sobrecarga é influenciado pela razão de tensão, pela razão da sobrecarga, assim como do intervalo entre sobrecargas sucessivas.

Technological advances in the aeronautics industry lead to the replacement of the riveting process by the laser welding process. Therefore, the objective of this work is to study the influence of welding parameters on the propagation of cracks in dissimilar T-joints of laser welded aluminum alloys, with the purpose of being able to be applied in the aeronautical industry, in the replacement of riveted joints.Using laser beam welding, T-joints were made of 2 mm thick sheets in AA2024-T4 (skin) and AA7075-T6 (stringer) alloys. It is still resorted to AA4047 alloy as filler material for preventing hot cracking, because this alloy is high in silicon, Si, component that prevents such phenomenon. Welds were performed sequentially on both sides of the reinforcement. For this study M(T) specimens were used according to ASTM E647-00. The approach to the fatigue behavior of these elements consists in obtaining the crack propagation curves (da/dN-ΔK curves), obtaining the Paris law constants, evaluation of the cracking phenomenon and the effect of the application of overloads for stress ratios of R = 0,05 and R = 0,4. Subsequently, the mechanisms of crack propagation by scanning electron microscopy are analyzed.Both the stress ratio and the applied load range influence the propagation velocity under constant load amplitude. For variable load amplitude, the propagation speed as well as the length affected by the overload is influenced by the stress ratio, the overload ratio as well as the interval between successive overloads.