Characterization of microstructure and mechanical behaviour of heat affected zones in robotic arc welding of AA6061-T6

Arhumah, Zeli (2019). Characterization of microstructure and mechanical behaviour of heat affected zones in robotic arc welding of AA6061-T6. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

GMAW welding of aluminum AA6061-T6 introduce changes in the mechanical properties of the heat affected zone (HAZ) by changing the microstructure obtained from heat treatment. The variation of the welding thermal cycle across the HAZ produces different mechanical properties in subzones of the HAZ. The purpose of this investigation is to investigate the variation of the microstructure and mechanical behaviour in the HAZ subzones and correlate these subzones with the welding thermal cycle. In this study, the welding thermal cycle, and the microstructural and mechanical properties of welded aluminum AA6061-T6 plates were studied. The plates were prepared and welded in two different configurations using a Yaskawa robot integrated with Fronius Trans Plus Synergic 4000 arc welding equipment and metal filler AA4043. The welding thermal cycle was obtained experimentally from different locations on the welded plates. Using SYSWELD software the heat source was adjusted using the thermal cycle obtained from the experimental work and the size of the welding pool to reproduce the welding thermal cycle. Simulation was performed to observe the heat distribution in two configurations of the welded plate. The numerical model offers an adequate approximation to the welding thermal profile measured during the welding process. The characterization of mechanical properties was obtained using a microhardness test on welding cross section and a 2D map used to illustrate the microhardness at the welding cross section. Moreover, mechanical behavior and local deformation in subzones of the heat affected zone were investigated using digital image correlation (DIC) with a micro-flat tensile test. The mechanical properties of subzones of the HAZ were correlated with the welding thermal cycle as well as with the microstructure of the HAZ that was investigated experimentally. It was observed that the welding thermal cycle controls the variation of the microstructure across the HAZ, which significantly effects the mechanical behaviour of the HAZ. The change of precipitates sequence from βʺ to βʹ and β explains these changes.

Titre traduit

Caractérisation de la microstructure et proprieties mécaniques de la zone affectée thermiquement dans le soudage robotisé à l'arc de AA6061-T6

Résumé traduit

Le soudage GMAW de l'aluminium AA6061-T6 introduit un changement dans les proprieties mécaniques de la zone affectée thermiquement (ZAT) en modifiant la microstructure obtenue par vieillissement. La variation du cycle thermique de soudage à travers la ZAT produit différentes propriétés mécaniques des sous-zones dans la ZAT. L’objectif de cette étude est de caractériser la variation des propriétés mécaniques dans les sous-zones de la ZAT et de les corréler avec les cycles thermiques de soudage. Dans cette étude, les cycles thermiques de soudage, les propriétés microstructurales et mécaniques des plaques d'aluminium soudées AA6061-T6 ont été étudiées dans deux différentes configurations. Le robot Yaskawa intégrée avec l’équipement de soudage à l’arc Fronius Trans Plus Synergic 4000 et le métal d’apport A4043 ont été utilisés pour le soudage GMAW. Les cycles thermiques de soudage ont été obtenus expérimentalement à partir de différents emplacements de plaques soudées. À l'aide du logiciel SYSWELD, la source de chaleur est ajustée à partir des températures mesurées et de la taille de la zone fondue. Les simulations numériques ont été réalisées pour évaluer la répartition de la chaleur dans les plaques soudées. Le modèle numérique fournit une approximation acceptable comparée avec les températures mesurées. La caractérisation des propriétés mécaniques a été obtenue en utilisant un essai de microdureté sur la coupe transversale de la plaque soudée. La carte 2D est utilisée pour illustrer la microdureté. De plus, le comportement mécanique et la déformation locale dans les sous-zones de la ZAT ont été étudiés à l'aide d'un essai de traction micro-plat avec corrélation d'images numériques (DIC). Les propriétés mécaniques des sous-zones de la ZAT étaient corrélées au cycle thermique de soudage ainsi qu’à la microstructure de la ZAT étudiée expérimentalement. Il a été observé que le cycle thermique de soudage fait une variation importante de la microstructure à travers de la ZAT, qui influence à son tour de manière significative sur les propriétés de la ZAT. La transformation des précipités βʺ vers βʹ et β est la cause de ces changements.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master's degree with thesis in mechanical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 107-111).
Mots-clés libres:	zone affectée thermiquement (ZAT), cycle thermique, microdureté, microtension, corrélation d'images numériques (DIC), SYSWELD, propriétés mécaniques
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Pham, Tan
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	06 mai 2019 14:51
Dernière modification:	06 mai 2019 14:51
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2303

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