Comportamento à Fadiga de Soldaduras Laser em Juntas T de Ligas de Alumínio

Abstract

A soldadura laser tem substituído a rebitagem na fabricação dos painéis reforçados da fuselagem de aeronaves da série A300 da Airbus. No entanto, esses painéis soldados têm sido aplicados apenas em áreas menos críticas da estrutura. Dessa forma, a aplicação de painéis soldados a laser em áreas mais críticas da estrutura requer um maior conhecimento do comportamento à fadiga de juntas T soldadas a laser, uma vez que os trabalhos referentes à vida total e propagação de fendas em chapas de alumínio soldadas a laser são escassos. O presente trabalho analisa a vida total e a propagação de fendas por fadiga em juntas T de alumínio soldadas a laser, considerando o efeito do empeno do provete, da variação do raio de concordância no pé do cordão de soldadura, do fecho de fenda e da sequência de carregamento. As juntas T foram confecionadas utilizando chapas das ligas AA2024-T3 como skin e AA7075-T6 como stringer. Sendo produzidas onze séries de soldadura por meio da variação de parâmetros de soldadura, tais como: potência do feixe de laser, diâmetro do feixe de laser, ângulo de incidência do feixe de laser, posição de incidência do feixe de laser e velocidade de soldadura. Antes dos ensaios de fadiga e de propagação de fendas por fadiga, a influência dos parâmetros de soldadura na distorção angular, nas dimensões do cordão, na porosidade, na microestrutura, na dureza e na resistência mecânica foram analisadas. Assim como, foi avaliado o efeito das dimensões do cordão de soldadura nas propriedades mecânicas. Nos ensaios de fadiga, utilizaram-se provetes de oito séries de soldadura, a fim de considerar a influência dos diferentes níveis de empeno dos provetes e da variação do raio no pé do cordão sobre as curvas S-N. Esses dois parâmetros foram considerados em um modelo de elementos finitos utilizado para obtenção das tensões estruturais e locais. Os ensaios de propagação de fenda por fadiga foram efetuados utilizando duas séries de soldadura, aplicando carregamentos de amplitude constante e variável. O nível do fecho foi monitorado em todos os ensaios, utilizando um transdutor de deslocamentos. O comportamento transitório causado pela sobrecarga foi discutido, considerando parâmetros como: a gama de intensidade de tensões da solicitação base, intensidade das sobrecargas e intervalo entre as sobrecargas.

The laser beam welding has replaced the riveting in stiffened panel manufacturing of the fuselage of aircrafts of Airbus A300 series. However, these welded panels have been applied only in non-critical areas of the structure. Thus, the application of the laser welded panels in critical areas of the structure requires a better understanding about the fatigue behaviour of laser welded T-joints, since the works about total life and propagation of cracks in aluminium laser-welded sheets are scarce. This work analyses the total life and the propagation of fatigue cracks in laser welded T-joints made of aluminium alloy, considering the effect of the specimen misalignment, the weld-toe radius variation, the crack closure and the loading sequence. The T-joints were performed with sheets of AA2024-T3, as skin, and AA7075-T6, as stringer. Eleven weld series were carried out by varying of welding parameters, such as: laser beam power, laser beam diameter, incident beam angle, incident beam position, and welding speed. Before carrying out both the fatigue and the fatigue crack propagation tests, the influence of welding parameters on angular distortion, weld bead dimensions, porosity microstructure, hardness and mechanical strength were analysed. As well, the effect of welding bead dimensions on mechanical properties was evaluated. During the fatigue tests, eight weld series were analysed in order to consider the effect of different levels of misalignment and weld toe radius on S-N curves. These two parameters were considered in a finite element model in order to compute the structural and notch stresses. The fatigue crack propagation tests were carried out using two weld series, applying constant and variable amplitude loadings. The crack closure was monitored in all tests, using a displacement transducer. The transient behaviour due to the overload application was discussed, considering parameter, such as: stress-intensity factor range of baseline, mean stress, overload intensity and interval between overloads.