Giunzioni laser Al/Ti: Microstruttura e proprietà meccaniche

In questo lavoro sono stati caratterizzati da un punto di vista microstrutturale e meccanico giunti di testa tra leghe dissimili (AA5754/Ti-6Al-4V) ottenuti mediante saldatura a fascio laser. In particolare è stato indagato Il ruolo della variazione dell’energia di linea (rapporto tra la potenza laser e la velocità di avanzamento del fascio) e della distanza di offset (distanza del punto di focalizzazione del fascio dall’interfaccia da saldare) sulla microstruttura, e, conseguentemente, sulla durezza e le proprietà a trazione dei giunti. Le indagini microstrutturali sono state effettuate al microscopio ottico (MO) ed elettronico a scansione (SEM). Per tutti i parametri di processo considerati, il fascio laser, focalizzato sul lato Titanio, genera una completa penetrazione del keyhole e l’energia trasferita porta a fusione anche parte della lega di Alluminio. Il processo determina quindi l’ottenimento di due zone di fusione (una per la lega AA5754 e una per la lega Ti-6Al-4V). In alcuni casi, la zona di fusione della lega di Titanio non si estende però fino all’interfaccia con la zona fusa della lega di Alluminio determinando la presenza di una zona solo termicamente alterata in lega di Titanio adiacente all’interfaccia. L’interfaccia tra le due leghe è inoltre sempre caratterizzata da un sottile strato di composti intermetallici (IMC) di differente stechiometria e morfologia. Piccole isole in lega di Titanio sono state osservate in prossimità dello strato di IMC nel lato Alluminio e sono dovute probabilmente alla turbolenza del fuso. Tutte le giunzioni presentano una microstruttura molto simile, caratterizzata dal lato Titanio dalla presenza di martensite nella zona di fusione e di strutture miste nella zona termicamente alterata. Dal lato Alluminio la zona di fusione è prevalentemente dendritica con grani colonnari che partono dall’interfaccia con la zona termicamente alterata e si dirigono verso il Titanio. Inoltre piccoli grani equiassici sono stati osservati nella zona di fusione della lega di Alluminio in prossimità dell’interfaccia Al/Ti e delle isole di Titanio. I profili di durezza dei vari giunti non mostrano significative differenze poiché la microstruttura degli stessi non varia in maniera significativa al variare dei parametri di processo. La durezza dei giunti è massima nella zona fusa della lega di Titanio e decresce gradualmente dalla linea di fusione verso il materiale base. La zona di fusione della lega di Alluminio non esibisce invece una significativa variazione di durezza rispetto alla rispettiva zona termicamente alterata. Al contrario invece è stato osservato che la morfologia e lo spessore dei IMC sono fortemente influenzati dal calore del processo di saldatura. In particolare un aumento dell’energia di linea determina un incremento di spessore dello strato di intermetallici e una morfologia dello stesso fortemente irregolare. I risultati dei test di trazione eseguiti sui giunti indicano che una morfologia irregolare dello strato di intermetallici e/o un maggiore spessore dello stesso determinano un significativo decadimento delle proprietà meccaniche a trazione del giunto.