Characterization of the reactivity of aluminum alloys AA2024-T3 and AA7475-T651 welded by friction stir welding (FSW)

Le soudage par friction (Friction Stir Welding - FSW) est un processus efficace de se joindre des alliages d'aluminium à haute résistance en évitant les défauts que l'on trouve habituellement lorsque les techniques de soudage classiques sont utilisés. L'industrie de l'aviation a montré un grand intérêt pour cette méthode de soudage, tant pour l'union des alliages semblables comme pour dissemblables. Cependant, ce processus entraîne des changements de microstructure dépendantes des conditions de traitement thermique ou thermomécanique. Le contact électrique entre les différentes zones de microstructures, à son tour, peut conduire à un couplage galvanique entre les différentes zones. Dans la présente étude, le soudage FSW a été utilisé pour joindre deux alliages d'aluminium dissemblables,AA2024-T3 et AA7475-T651. La résistance à la corrosion des joints soudés a été évaluée par des tests électrochimiques, en particulier, les mesures de potentiel en circuit ouvert(OCP), les courbes de polarisation, et des mesures de spectroscopie d'impédance électrochimique, soit globale (EIS) ou local (LEIS) en solution de 0,1 M Na2SO4 ou 0,1MNa2SO4 + 1 mM NaCl. Les tests électrochimiques ont montré l'effet de couplage galvanique dans les joints soudés. La résistance à la corrosion intergranulaires et la résistance à corrosion par exfoliation des joints soudés ont également été évaluées et comparées à celles du AA2024-T3 et les alliages AA7475-T651 non soudées. Les résultats ont montré une réactivité accrue des joints soudés en comparaison avec les alliages non soudés en notant l'attaque plus intense sur l'alliage AA7475-T651. L'identification des zones cathodiques et anodiques dans les joints soudées ont été évaluée par un test consistant à déposer un gel(agar) avec l'indicateur universel et il a été observé que l'alliage AA2024-T3 a agi en tant que cathode, tandis que la AA7475- T651 comme anode. Par ailleurs, le dégagement d'hydrogène a été observée dans la région d'interface entre la zone affectée thermomécaniquement et l'alliage AA7475-T651 affectée par la chaleur. Les résultats des essais de LEIS effectuées dans différentes zones des deux alliages soudés par FSW ont montré l'engagement galvanique à l'interface entre eux pour de courtes durées d'analyse etde déplacement de la région la plus active dans le temps de test pour l'alliage AA7475-T651,plus précisément à l'interface entre la zone affectée thermomécaniquement et la thérmique affectée de cette alliage.Friction Stir Welding (FSW) is an efficient process of joining high strength aluminum alloys avoiding defects that are usually created when conventional welding techniques are used. The aircraft industry has shown great interest in this welding method, both for welding of similar or dissimilar alloys. However, this process causes microstructural changes that are dependent on the thermal or thermomechanical conditions applied. Electrical contact between zones of different microstructures, in turn, can result in galvanic coupling. In the present study, FSW was used to join two dissimilar aluminum alloys, AA2024-T3 and AA7475-T651 and the effect of this processon the corrosion resistance of the welded joints and on the microstructure of the alloys was evaluated. For corrosion resistance evaluation, electrochemical tests were used, specifically,open circuit potential measurements (OCP) as a function of time of exposure time to the corrosive environment, polarization tests, and electrochemical impedance spectroscopy, global (EIS) orlocal (LEIS), in two solutions, either 0.1 M Na2SO4 or 0.1M Na2SO4 + 1 mM NaCl. The electrochemical tests showed galvanic coupling effects in the welded joints. Microstructural characterization was carried out by optical microscopy, scanning electron microscopy,transmission electron microscopy and differencial scanning calorimetry. The welded affected zones showed significant microstructural changes indicated by precipitation and dissolution of precipitates that affect the localized corrosion resistance. Intergranular and exfoliation corrosion resistance of the welded joints were also evaluated and compared to those of unwelded AA2024-T3 and AA7475-T651 alloys. The results showed increased susceptibility of welded joints to these forms of corrosion in comparison with the unwelded alloys with more severe attack associated tothe AA7475-T651 alloy. Identification of anodic and cathodic areas due to galvanic coupling in the welded joints was evaluated by a test consisting in depositing a gel layer (ágar-ágar) with universal indicator on the surface of the welded alloys. The AA2024-T3 alloy worked as cathode,while the AA7475-T651 as anode in the galvanic coupling. Furthermore, hydrogen evolution was observed at the interface region between the thermomechanically affected zone and the heat affected alloy AA7475-T651 showing that cathodic reactions also occurred on this last alloy. LEIS results obtained in different zones of the two FSW welded alloys showed galvanic coupling at the interface between them for short test times and displacement of the most active region to theAA7475-T651 alloy, at longer periods of test, specifically to the interface between the thermomechanically affected and the heat affected zones of this last alloy.A soldagem por fricção (Friction Stir Welding - FSW) é um processo eficiente de unir ligas dealumínio de alta resistência evitando defeitos que são usualmente criados quando técnicasconvencionais de soldagem são utilizadas. A indústria aeronáutica tem mostrado grande interesseneste método de soldagem, tanto para a união de ligas similares como dissimilares. Entretanto,este processo causa modificações microestruturais dependentes das condições de tratamentotérmico ou termomecânico. Contato elétrico entre zonas de microestruturas diferentes, por sua vez,pode resultar em acoplamento galvânico. No presente estudo, a soldagem por FSW foi usada paraunir duas ligas de alumínio dissimilares, AA2024-T3 e AA7475-T651 e o efeito desta soldagem naresistência à corrosão das juntas soldadas e na microestrutura das ligas foi avaliada. Nainvestigação da resistência à corrosão foram utilizados ensaios eletroquímicos, especificamente,medidas de potencial de circuito aberto (OCP) em função do tempo de exposição ao meio corrosivo,ensaios de polarização e de espectroscopia de impedância eletroquímica, global (EIS) ou local(LEIS), em duas soluções, seja 0,1 M Na2SO4 ou 0,1 M Na2SO4 + 1 mM NaCl. Os ensaioseletroquímicos evidenciaram efeito de acoplamento galvânico nas juntas soldadas. Acaracterização microestrutural foi realizada por microscopia ótica, microscopia eletrônica devarredura, microscopia eletrônica de transmissão e por calorimetria diferencial. As zonas afetadaspela solda tiveram importantes modificações na microestrutura indicadas pela precipitação edissolução de precipitados que afetam a resistência à corrosão localizada. A resistência à corrosãointergranular e a resistência à esfoliação das juntas soldadas também foram avaliadas ecomparadas com as das ligas AA2024-T3 e AA7475-T651 não soldadas. Os resultados mostraramaumento da suscetibilidade das juntas soldadas a estas formas de corrosão em comparação comas ligas não soldadas sendo observado ataque mais severo na liga AA7475-T651. A identificaçãodas áreas anódicas e catódicas resultantes do acoplamento galvânico nas juntas soldadas foirealizada por teste que consistiu na deposição de camada de gel (ágar-ágar) com indicadoruniversal na superfície das ligas soldadas. A liga AA2024-T3 atuou como cátodo, enquanto aAA7475-T651, como ânodo no par galvânico. Além disso, evolução de hidrogênio foi observada naregião de interface entre a zona termomecanicamente afetada e a termicamente afetada da ligaAA7475-T651 mostrando que reações catódicas também ocorreram localmente nesta última liga.Resultados de LEIS obtidos nas diferentes zonas das duas ligas soldadas por FSW mostraramacoplamento galvânico na interface entre elas para tempos curtos de ensaio e deslocamento daregião mais ativa com o tempo de ensaio para a liga AA7475-T651, mais precisamente para ainterface entre a zona termomecanicamente afetada e a térmicamente afetada desta liga