Process optimization of refill friction stir spot welding of cast aluminum (AlSi10) TO AlSi-coated press hardened steel (PHS1500AlSi)

Abstract

O presente trabalho estudou a otimização do processo de soldagem a ponto por fricção (RFSSW) para o resultado do teste de resistência ao cisalhamento entre placas de alumínio fundido (AlSi10) com 3,0 mm de espessura e placas de aço endurecido por conformação (PHS1500AlSi) com 1,4 mm de espessura na configuração de sobreposição. Durante a etapa de testes preliminaries, foi analizada a viabilidade de soldagem para três condições de superfície diferentes do aço, em relação à presença de revestimento. Para a condição de superfície original (revestimento eutético de AlSi) foi demonstrada a impossibilidade de soldagem. Para a condição de superfície intermediária (revestimento intermetálico de Al7Fe2Si) e para a condição de superfície exposta do aço (sem revestimento) foi possível obter a união metalúrgica. Deste modo, foi determinada a janela de combinação de parâmetros de soldagem (velocidade de rotação, velocidade de penetração/recuo e tempo de mistura) que resultou em soldas sem defeitos. Além disso, a superfície exposta do aço foi a melhor opção para continuar com a otimização dos parâmetros do processo, tendo em vista o desempenho mecânico. O planejamento experimental Box-Behnken, através de superfícies de resposta, e o software de análise estatística Minitab, através da análise de variância, foram utilizados para auxiliar na otimização da combinação dos parâmetros de soldagem que resultaram na máxima resistência ao cisalhamento das juntas e, ao mesmo tempo, com mínimo desvio-padrão. Por fim, a significância estatística e a influência de cada parâmetro na resposta do teste de cisalhamento puderam ser avaliadas graficamente e com base na equação de regressão.

The present work studied the process optimization of refill friction stir spot welding (RFSSW) for the response of lap shear strength (LSS) between cast aluminum (AlSi10) 3.0 mm thick plates and press hardened steel (PHS1500AlSi) 1.4 mm thick plates in the configuration of overlapped sheets. During the preliminary testing stage, the feasibility of welding dissimilar materials was analyzed for three different surface conditions of the steel, in relation to the presence of coating. For the original surface condition (eutectic AlSi-coating) the impossibility of bonding was demonstrated. For the intermediate surface condition (Al7Fe2Si intermetallic coating) and for the exposed steel surface condition (uncoated) it was possible to obtain the metallurgical bond. Based on that, the process parameters combination window (rotation speed, plunge speed and dwell time) that would result in defect-free welds was datermined. Furthermore, the exposed surface of the steel was the best option to continue the process parameters optimization. Box-Behnken design of experiments, through response of surfaces, and Minitab statistical software, through analysis of variance, were used to optimize the combination of welding parameters that resulted in maximized LSS of the joints with minimum standard deviation. Finnaly, the statistical significance and influence of each parameter on the shear test response could be evaluated graphically and based on the regression equation in uncoded units.