The morphology and evolution in Al-Cu and Al-Fe magnetic pulse weld interfaces characterized through phase-contrast micro-tomography - Université Polytechnique des Hauts-de-France Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Tomography of Materials and Structures Année : 2023

The morphology and evolution in Al-Cu and Al-Fe magnetic pulse weld interfaces characterized through phase-contrast micro-tomography

Morphologie et évolution des interfaces de magnéto-soudures (soudures par impulsion magnétiques) d'aluminium (Al) - Cuivre (Cu) et d'Al - Acier (Fe) caractérisées par micro-tomographie à contraste de phase

Résumé

Magnetic Pulse Welding (MPW) facilitates the permanent joining of dissimilar metallic materials through the sudden impact generated by a magnetic pulsed field. The process can introduce distinct morphological features at the interface of bi-material joints, which subsequently affect the joint's quality and durability. This article delves into the investigation and quantification of various interfacial morphologies in Aluminum/Copper and Aluminum/Steel joints, using high-energy phase-contrast synchrotron micro-tomography. Surface topography is extracted from 3D tomographic datasets between dissimilar materials, enabling a comprehensive comparison between different material pairings and various locations within the weld. The study analyses and compares the roughness parameters of these surfaces. Moreover, it describes the interface's waves and vortexes through diverse morphological metrics, encompassing their shape and size. The results provide evidences that vortexes evolve in three dimensions, with lateral growth and collapse. The waves and vortexes shapes promote material interlocking, increasing the contact area between the dissimilar materials by up to 20%. The interface morphology of Al/Cu joints exhibits higher roughness and a greater number of vortexes compared to Al/Fe joints. Lastly, the findings reveal the presence of interface damage in the form of pre-existing discontinuities.
La soudure par impulsion magnétique ou magnéto-soudage (MPW - "Magnetic Pulse Welding) facilite la soudure permanente de matériaux dissimilaires au travers d'un impact brutal généré par un champ magnétique. Le procédé introduit des structures morphologiques très particulières à l'interface des deux matériaux soudés, ce qui par la suite affecte la qualité de la soudure et de sa durabilité. Cet article investigue au sein de la quantification de ces différentes structures interfaciales au sein des soudures d'Aluminium/Cuivre et d'Aluminium/Acier, via l'utilisation de micro-tomographie synchrotron à haute-énergie et contraste phase. La topographie de surface est extraite des données tomographiques 3D à l'interface des matériaux dissimilaires, permettant ainsi une comparaison élargie des différentes paires de matériaux entre eux et ce à différentes positions au sein de la soudure. L'étude analyse et compare différents paramètres topographiques (de rugosité) pour ces surfaces. De plus, elle décrit les vagues et vortex présents à l'interface au travers de différents indicateurs, notamment leurs formes et dimensions. Les résultats apporte la preuve que les vortexs évoluent en trois dimensions, avec une croissance et une disparition latérale. La forme des vagues et vortex promeut l'imbrication des matériaux entre eux, augmentant ainsi la surface de contact entre les matériaux dissimilaires jusqu'à 20%. La morphologie de l'interface des soudures Al/Cu révèle une rugosité plus importante et un nombre plus élevé de vortexs que celle des soudures Al/Acier. Finalement, l'étude révèle la présence d'un endommagement de l'interface au travers de la forme discontinuités pre-existantes.
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hal-04293252 , version 1 (18-11-2023)

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Citer

Benjamin Zielinski, Tarik Sadat, Bratislav Lukić, Alexander Rack, Eric Markiewicz, et al.. The morphology and evolution in Al-Cu and Al-Fe magnetic pulse weld interfaces characterized through phase-contrast micro-tomography. Tomography of Materials and Structures, 2023, 3, pp.100018. ⟨10.1016/j.tmater.2023.100018⟩. ⟨hal-04293252⟩
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