Fatigue behavior of Laser Beam Welded T Joints of dissimilar Aluminum Alloys

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaEste trabalho foi feito com o objetivo de estudar a influência dos parâmetros de soldadura na morfologia e no comportamento à fadiga de juntas T de ligas de alumínio dissimilares soldadas a laser, com o fim da sua aplicação na indústria aeronáutica.Utilizando a soldadura laser, foram fabricadas juntas T em chapas com 2 mm de espessura das ligas AA2024-T4 (Skin) e AA7075-T6 (Stringer) e elétrodo da liga AA4047 como material de adição. Foi feita a variação de parâmetros de soldadura como o diâmetro de spot, o ângulo e posição de incidência do feixe laser e velocidade de soldadura. As soldaduras foram feitas sequencialmente de um e outro lado do Stringer. Foi então analisada a influência dos vários parâmetros de soldadura na geometria de cordões de soldadura, na sua microestrutura e resistência mecânica, recorrendo à microscopia ótica e eletrónica (SEM), à medição de microdurezas, à radiografia, aos ensaios de tração e fadiga e, por fim, à análise de elementos finitos. Observou-se que estes parâmetros influenciaram a penetração e distância entre os pés dos dois cordões e na formação de poros no interior da zona fundida. Conseguiu-se ainda evitar a fissuração a quente. Nos ensaios de arrancamento e tração do Skin, a penetração e a distância entre os pés dos cordões não tiveram grande influência na resistência mecânica. Nos ensaios de fadiga estudou-se a influência da amplitude de tensão nominal na vida total dos provetes tendo-se por fim comparado as curvas S-N das várias séries entre si. Utilizando a análise de elementos finitos construíram-se as curvas S-N para as tensões locais das várias séries de soldadura tendo-se comparado as várias curvas entre si e com as curvas S-N para a tensão nominal, concluindo-se por fim que o parâmetro com maior influência no comportamento à fadiga foi a presença de defeitos.This paper was made to evaluate the influence of welding parameters on the morphology and fatigue behaviour of laser welded dissimilar aluminium alloys T joints for aeronautical industry application.T joints of 2mm thick sheets were produced with AA2024-T4 as skin, AA7075-T6 as Stringer and AA4047 as filler metal. The variation of welding parameters such as the spot diameter, the angle and position of incidence of the laser beam and the welding speed was made. The influence of the various welding parameters on the weld bead geometry on its microstructure and mechanical strength using optical and electronic microscopy (SEM), micro hardness measurement, radiography, tensile and fatigue tests and, finally, analysis of finite elements was studied.It was observed that these parameters influenced the penetration and distance between the two weld bead toes and the formation of pores within the molten zone. It was still possible to avoid hot cracking. In the T-pull and skin traction tests, the penetration and distance between the welding bead toes did not have great influence on mechanical resistance. In the fatigue tests the influence of the nominal stress amplitude on the total life of the test specimens was studied, comparing the S-N curves of the various welding series with each other. Using the finite element analysis, the SN curves for the local stress of the various welding series were constructed by comparing the various curves with each other and with the curves SN for the nominal stress, finally concluding that the parameter with greater influence on fatigue behaviour was the presence of defects