Effect of tool geometry on the mechanichal behaviour of dissimilar T-joints of AA5083 and AA6082 alloys welded by friction Stir Welding

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaO processo de soldadura por fricção linear (FSW) é um método muito adequado para a união de materiais similares ou dissimilares. A soldadura de materiais dissimilares é muito complexa ou mesmo impossível através dos métodos de soldadura por fusão.A presente dissertação estuda a influência da geometria da ferramenta bem como de parâmetros de processo na qualidade das soldaduras obtidas por FSW dissimilares em juntas T, constituídas pelas ligas de alumínio AA5083-H111 e AA6082-T6. Duas geometrias de ferramenta foram utilizadas na realização das soldaduras, uma com pino piramidal progressivo e outra com pino cónico roscado progressivo. A configuração de junta foi estruturada com o objetivo de permitir o completo preenchimento das regiões de concordância sem que ocorra redução de espessura do skin. O fluxo de material nas soldaduras foi analisado através de microscopia ótica e eletrónica assim como a análise EDS com vista a reduzir ou mesmo prevenir a formação de defeitos.A geometria, a velocidade de rotação e de avanço da ferramenta revelaram um papel importante no fluxo e mistura dos materiais. A diminuição da razão entre a velocidade de rotação e a velocidade de avanço reduziu o calor adicionado aos materiais, o que levou à formação de defeitos no lado do avanço das soldaduras, devido a um fluxo inadequado.As soldaduras nas quais a liga AA6082-T6 constituía skin mostraram uma redução relevante da dureza na região soldada, contrariamente às soldaduras em que o skin era composto pela liga AA5083-H111, onde esta redução não foi tão significativa. Os ensaios de tração e de arrancamento revelaram que as juntas efetuadas com a ferramenta com pino cónico roscado progressivo são mais eficientes comparativamente às produzidas com a ferramenta com pino piramidal progressivo.Nos testes de fadiga, a ferramenta com pino piramidal progressivo permitiu a obtenção de curvas S-N de soldaduras dissimilares próximas das curvas caraterísticas de soldaduras similares em juntas T.Friction stir welding (FSW) is a very suitable process for joining similar or dissimilar materials. The welding of dissimilar materials is currently very difficult or even impossible by fusion welding processes.The present dissertation studies the influence of tool geometry as well as the process parameters on the quality of FSW welds of dissimilar T-joints made of AA5083-H111 and AA6082-T6 aluminum alloys. Two tools geometries were used in the welding process, one with a progressive pyramidal pin and the other with a progressive tapered threaded pin. The joint preparation was designed in order to allow the complete filling of the fillets without any reduction of the skin thickness. The material flow in the welds was analyzed by optical and electronic microscopy as well as by EDS analysis in order to reduce or even prevent the defect formation. The tool geometry, the tool rotation speed and the welding speed revealed a key role in the flow and mixing of the materials. The decrease of the ratio between the rotation speed and the welding speed decreased the heat input to the materials, which led to the formation of defects on the advancing side of the welds, due to inadequate material flow.The welds in which the AA6082-T6 alloy was the skin showed a drastic reduction in hardness in the weld as opposed to those where the alloy AA5083-H111 was the skin. The tensile tests and pullout tests showed that the joints done with the progressive tapered threaded pin tool are more efficient than those made with the pyramidal progressive pin tool.In the fatigue tests, the tool with progressive pyramidal pin allowed obtaining S-N curves of dissimilar welds close to those for similar T welds