Feasibility study of friction stir welding of 6061-T6 aluminium alloy with AISI 1018 steel

Abstract

The present work demonstrates that friction stir welding (FSW) is a feasible route for joining 6061 aluminium (Al) alloy to AISI 1018 steel. The weld has a good weld quality and is free of cracks and porosity. The tensile failure happened at the boundary between the nugget and thermomechanically affected zone of the base Al alloy, indicating that the weld has a higher joining strength. Despite the fact that the hardness fluctuates strongly within the nugget, the average hardness of the nugget is substantially higher than that of the base Al alloy. During FSW, localized melting of the Al alloy in the nugget occurred, and the molten Al alloy reacted strongly with steel pieces spread through the nugget, which resulted in the formation of the Al-Fe intermetallic compounds, Al 13 Fe 4 and Al 5 Fe 2 . The nugget consists of secondary phases including coarse steel pieces and Al-Fe intermetallic compounds, and an Al alloy matrix. These secondary phases contribute to the hardness of the weld.

Efeito dos parâmetros de processo na obtenção e na microestrutura de juntas alumínio-aço realizadas mediante soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC)

“…O perfil de temperatura deve ser contínuo, pelo que se espera a existência de um ponto no alumínio cuja temperatura seja superior a 600 °C, condição para a qual a liga de alumínio fundiria. Chen [2] e Jiang [4] atribuem a esta fusão local a formação dos CIM, tornando admissível sua existência, particularmente na SAPNC de juntas dissimilares entre materiais com diferenças significativas de resistência mecânica. Se a temperatura fosse muito alta se daria a fusão generalizada do alumínio, tornando-se impossível a soldagem, pois um volume significativo de alumínio seria depositado na ferramenta deixando para trás grandes orifícios na junta.…”

“…Por exemplo, Jiang e Watanabe [3,4] reportam o sucesso na junção de ambos os materiais, apesar da formação de uma camada fina de CIM do tipo Fe x Al y . Entretanto, Uzun [5] e Lee [6] observam a formação da zona termo-mecanicamente afetada (ZTMA) em ambos os lados da junta e de uma banda de grãos ultrafinos no lado do aço, após a soldagem de alumínio com aço inoxidável.…”

Microstructure and fracture behavior of friction stir lap welding of dissimilar metals

“…Friction stir lap welding of dissimilar alloys such as Al-to Al, Al-to-steel, Al-to-Ti or Al-to-Cu is also of enormous significance in many industries and many research activities have been done for investigating such dissimilar weldments (Abdollah-Zadeh et al, 2008;Akbari et al, 2016;Aliha et al, 2016Aliha et al, , 2017Aonuma & Nakata, 2011;Jiang & Kovacevic; In this paper, we focus on an example of friction stir lap welding (FSLW) of one metallic alloy to another with considerably higher melting temperature -FSLW of Al-steel and Al-Ti. It is well known that fusion welding of Al-to-steel and AlTi is very challenging (Taban et al, 2010;Liedl et al, 2011).…”

União de juntas dissimilares alumínio-aço de chapas finas pelo processo de soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC)

“…A soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC) -Friction Stir Welding (FSW) -vem sendo utilizada na união de sistemas complexos devido à ausência de fusão e excelente reprodutibilidade do processo, sendo aplicada a soldagem de sistemas dissimilares, incluindo a soldagem de alumínio e aço [3,4]. Na SAPNC de juntas dissimilares alumínio-aço, alguns trabalhos simbólicos como Jiang e Watanabe [2,4], reportam o sucesso da SAPNC na junção de ambos os materiais, sendo recorrentes em citar a formação na interface entre os dois metais de uma camada fina de CIM do tipo Fe x Al y . Fukumoto [5] determinou como a resistência da junta soldada aumenta a medida que a ferramenta entra mais no aço.…”

“…Uzun [6] observou a formação da zona termo-mecanicamente afetada (ZTMA) em ambos os lados da junta ao soldar a liga 6013-T4 e o aço inoxidável X5CrNi18-10. Outro sistema semelhante -liga de alumínio 6053 e aço inox 304 -foi estudado por Lee [7] que determinou a formação de uma banda de grãos ultrafinos e alongados de ferrita e uma camada de compostos intermetálicos Al 4 Fe de 250 nm de espessura. Chen realizou a seleção da velocidade de avanço e rotação tomando como referência o efeito destes na energia absorvida por impacto Charpy na junta soldada [8,9].…”