Estudio de la relación de los parámetros de soldadura con la defectología ocasionada y las propiedades mecánicas de los materiales

Abstract

La tecnología de soldeo por TIG (tungsten inert gas) es una de las más usadas para el soldeo en la industria aeronáutica. Se basa en un soldeo por arco bajo gas protector con electrodo no consumible. En este estudio se analizan uniones soldadas en configuración tope-tope entre chapas de aluminio 6061T4 de 1 y 3,2 mm de espesor. Se simulan reparaciones, así como se someten estas uniones a tratamientos térmicos tanto antes como después de la operación de soldeo, teniendo un total de 24 casuísticas diferentes para las chapas de 1 mm de espesor y 7 para las chapas de 3,2 mm de espesor. Puesto que el aluminio es el material que presenta más defectologias en comparación con el acero y el titanio durante el soldeo se realiza un análisis de las propiedades mecánicas de la soldadura y un análisis metalúrgico de la esta. A partir de los resultados obtenidos de los ensayos de tracción y dureza vemos como se degradan las propiedades de la unión a medida que se aplican más reparaciones. La rotura, de forma general, se tiene a unos 8-9 mm desde el centro del cordón (zona de menor dureza dentro de la zona afectada térmicamente) para chapas de 1 mm. Aunque, se observa que en algunos casos se producen fallos extremadamente frágiles sobretodo cuando se realizan tratamientos térmicos de endurecimiento posterior a la operación de soldeo en la zona de unión entre el metal base y el metal de soldadura. En cuanto a los análisis metalúrgicos, son realizadas metalografías de las 3 zonas que podemos encontrar en la soldadura (metal base, zona afectada térmicamente y metal de soldadura) con distintas magnificaciones lo que permitirá ver la estructura interna del material, y se realiza un análisis de tamaño de grano en la zona de contacto entre metal base y metal de soldadura, zona por donde se produce la fractura extremadamente frágil ya mencionada. Se observa un crecimiento de grano con el aumento de las reparaciones lo cual podría ser uno de los motivos de este tipo de rotura aunque no se descartan otros motivos como el agrietamiento en caliente o la formación de eutéctico en la zona de rotura. Al final del documento se establecen conclusiones a partir de los resultados procesados como, por ejemplo, cuáles son las configuraciones más óptimas para el tipo de soldeo estudiado en cuanto a tratamientos térmicos y cuáles son los principales efectos que tiene sobre la unión el uso de estos tratamientos térmicos junto con el número de reparaciones simuladas. Por último, se proponen futuras vías de desarrollo en relación con el tema tratado.

The technology of welding by TIG (tungsten inert gas) is one of the most used for welding in the aeronautical industry. It is based on arc welding under protective gas with non-consumable electrode.

In this study, butt joints welded between 6061T4 aluminum plates of 1 and 3.2 mm thickness are analyzed. Repairs are simulated, as well as these joints are subjected to thermal treatments both before and after the welding, having a total of 24 different casuistics for the sheets of 1 mm in thickness and 7 for the sheets of 3.2 mm in thickness.

Since aluminum is the material which presents more defects compared to steel and titanium during welding, an analysis is made of the mechanical properties of the weld and metallurgical aspects of this.

From the results obtained from the tensile and hardness tests we see how the properties of the joint are degraded as more repairs are applied. The break is generally about 8-9 mm from the center of the weld bead (area of least hardness inside the heat affected zone) for 1 mm sheets. although it can be observed that in some cases extremely fragile failures occur especially when perform heat treatments of hardening after the welding operation in the area of union between base and weld metal.

As for the metallurgical analyzes, metallographies are made of the 3 zones that can be found in the weld (base metal, heat affected zone and welding metal) with different magnifications which will allow us to see the internal structure of the material, and also an analysis is made of grain size in the contact zone between base metal and weld metal, zone where the extremely fragile fracture already mentioned occurs. A grain growth is observed with the increase in reparations, which could be one of the reasons for this type of break, although other reasons such as hot cracking or the formation of eutectic in the breaking area are not ruled out.

At the end of the document, conclusions are drawn from the processing results such as, for example, which are the most optimal configurations for the type of welding studied in terms of thermal treatments and what are the main effects on the joint the use of these treatments thermal along with the number of simulated repairs. Lastly, future development paths are proposed in relation to the subject treated.