Explosion welding between aluminum alloys and fiber-reinforced thermoplastic composites

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaThe use of lightweight materials with good mechanical properties has gained increasing importance at an industrial level. Thus, the demand for hybrid structures made of aluminium and fiber-reinforced composites has increased significantly in recent decades.There are already several processes that allow the connection of these two dissimilar materials, however, most techniques have several limitations. In this work we propose the use of the explosion welding process, to connect an aluminium plate AA6082-T6 to a sheet of composite material of polyamide matrix reinforced with glass fibers.Four experimental tests were carried out, where parameters were varied, such as the base plate support; the type of explosive; the explosive ratio and the base and flying plate. In none of the tests were welded connections obtained. However, in two of the explosive tests, it was found that there was adhesion of the polymeric material and glass fibers to the aluminium plate.With the realization of this work it was realized that parameters such as the explosive ratio and the impact speed have a lot of influence on the connection between these two types of material. The higher are these two parameters, the higher the adhesion of fibers and polymeric material to aluminium. On the other hand, it was also found that the degradation of the composite increases with the increase in the ratio and impact velocity, so it is necessary to reach a middle ground, so that the polymeric material and the glass fibers adhere to the aluminium without degradation being excessive. It was also found that the use of a protective plate over the flying plate is extremely important, and that the use of base plate supports with the capacity to absorb the impact, results in less degradation of the composite material plates.A utilização de materiais leves com boas propriedades mecânicas tem ganho cada vez mais importância a nível industrial. Dessa forma, a procura por estruturas híbridas constituídas por alumínio e compósitos reforçados com fibras, tem aumentado de forma significativa nas últimas décadas. Já existem vários processos que permitem a ligação destes dois materiais tão dissimilares, contudo a maioria das técnicas apresenta várias limitações. Neste trabalho propõem se a utilização do processo de soldadura por explosão, para ligar uma chapa de alumínio AA6082-T6, a uma chapa de material compósito de matriz poliamida reforçado com fibras de vidro.Foram realizados quatro ensaios experimentais, onde se variaram parâmetros como, o suporte da chapa base; o tipo de explosivo; o rácio de explosivo e a chapa base e voadora. Em nenhum dos ensaios se obtiveram ligações soldadas. Contudo, em dois dos ensaios explosivos, verificou-se que houve adesão do material polimérico e das fibras de vidro à chapa de alumínio.Com a realização deste trabalho percebeu-se que parâmetros como o rácio de explosivo e a velocidade de impacto têm bastante influência na ligação entre estes dois tipos de material, visto que a adesão das fibras e do material polimérico ao alumínio, é tanto maior quanto maior forem estes dois parâmetros. Por outro lado, também se verificou que a degradação do compósito aumenta com o aumento do rácio e da velocidade de impacto, pelo que é necessário chegar a um meio termo, de forma a que o material polimérico e as fibras de vidro adiram ao alumínio sem que a degradação seja excessiva. Verificou-se, ainda, que a utilização de uma chapa de proteção por cima da chapa voadora é de extrema importância, e que a utilização de suportes da chapa base com capacidade para absorver o impacto, resultam numa menor degradação das chapas de material compósito