Carbon steel to aluminum explosive welding

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaO objetivo deste trabalho é o estudo de juntas soldadas por explosão entre aço carbono e alumínio e analisar a influência dos parâmetros na morfologia da ligação.Foram realizados seis ensaios experimentais utilizando diferentes misturas explosivas: emulsão explosiva com sensibilizantes e ANFO. Os ensaios que utilizaram emulsão explosiva não resultaram em soldaduras consistentes e foram caracterizados nas interfaces para identificar o motivo do insucesso nas soldaduras. Posteriormente, foi alcançado o sucesso na soldadura quando se utilizou ANFO, com velocidades de detonação inferiores à emulsão explosiva. Foi igualmente feita a caracterização ao nível macro e microestrutural bem como mecânico. Num último ensaio foram mantidas as mesmas condições do ensaio bem sucedido, fazendo apenas diminuir o rácio de explosivo, resultando numa soldadura muito inconsistente. Após a caracterização das soldaduras, foi possível concluir que com o aumento da velocidade de detonação, a espessura de intermetálicos é superior, bem como as durezas próximas da interface são mais elevadas. Além disso, com o aumento da velocidade de detonação do explosivo, a percentagem em peso de alumínio decresce.A janela de soldabilidade mostrou-se ser uma ferramenta útil para a seleção dos parâmetros da soldadura, uma vez que todos os ensaios com sucesso se encontram dentro da janela. Ainda foi possível verificar que a utilização de explosivos com velocidades de detonação inferiores são mais adequados para a realização das soldaduras destes dois materiais.The main goal of this work is the study of explosive welded joints between carbon steel and aluminum and the study of their parameters in the joint morphology.Six experiments were preformed, using ammonium nitrate-based emulsion explosive with the help of sensitizers and also Ammonium Nitrate/ Fuel Oil. The tests conducted with ammonium nitrate-based emulsion were unsuccessful, and were characterized in order to identify the main reasons for the welding failure. With the use of Ammonium Nitrate/ Fuel Oil and consequently lower detonation velocities than emulsion explosive. It was performed a metallographic analysis (macroscopic analysis, optical microscopy and scanning electron microscopy) and mechanical characterization of the joints. In the last experiment with Ammonium Nitrate/ Fuel Oil, it was tried to reduce the explosive ratio, but it resulted in a inconsistent welding.After characterizing the welding samples, it was possible to conclude that for a higher detonation velocity the intermetallic layer is bigger and the hardness is higher near the interface. On the other hand, for an higher detonation velocity, the presence of aluminum in the intermetallics is lower.The weldability window showed to be an useful tool for the selection of the welding parameters, once all the experiments that were successful were inside the weldability window. It was concluded that the welding of these two metals can be made preferentially with lower detonation velocities, such as Ammonium Nitrate/ Fuel Oil