Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Cet article porte sur le comportement au soudage MAG des aciers à très haute résistance (THR). Le soudage MAG dans l'industrie automobile concerne essentiellement les pièces de châssis, lesquelles supportent les contraintes mécaniques les plus fortes. Les aciers utilisés pour la fabrication de ces pièces ont beaucoup évolué et les métallurgistes travaillent pour développer de nouveaux aciers encore plus performants, notamment en termes de résistance au choc pour améliorer la sécurité des passagers, ou permettant une réduction d'épaisseur pour participer à l'allègement des véhicules.
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Mohamed BOUZEKRI : Ingénieur, ArcelorMittal Research Maizières-lès-Metz
INTRODUCTION
L'augmentation continue du prix du pétrole et des carburants depuis la crise pétrolière des années 1970 ainsi que la demande de réduction du poids et des émissions de CO2 exprimée lors de la conférence de Kyoto ont impulsé fortement le processus de réduction du poids des véhicules automobiles. Pour diminuer la masse des véhicules, les métallurgistes se sont engagés, depuis le début des années 1980, dans le développement de nouveaux aciers à très haute résistance (THR), pour répondre à la fois à cet objectif d'allègement et à l'amélioration de la sécurité des passagers en cas d'accident. Les fabricants d'automobiles ont à leur disposition des aciers dont la résistance va de 180 à 2 000 MPa, et dont la plus grande partie est revêtue d'une couche de zinc d'environ 0,01 mm d'épaisseur sur les deux faces pour garantir une bonne tenue à la corrosion. Une carrosserie automobile est constituée d'environ 250 pièces, généralement mises en forme par emboutissage à froid, mais dont certaines sont embouties à chaud à environ 900 oC. Elles sont fabriquées avec un volume croissant d'aciers THR. Ce sont les pièces de châssis dont les épaisseurs sont comprises entre 1,5 et 4 mm qui supportent les efforts et les contraintes les plus élevées. Elles sont soudées à l'arc selon le procédé MAG (« Metal Active Gas »). La grande majorité des soudures se fait par assemblage à clin, quelques-unes en T et quasiment pas en bout à bout.
Les opérations de soudage sont aujourd'hui toutes automatisées, la torche de soudage est transportée par un robot. Le fil métal d'apport est très souvent un fil solide plein de diamètre 1 mm. En revanche, la nature du gaz actif est assez variable : on trouve, selon les constructeurs, des gaz dont la composition varie de 5 à 100 % de CO2 , le reste étant de l'argon. Le soudage MAG inventé dans les années 1940 est un processus d'assemblage simple et rapide. Depuis cette époque, les générateurs de soudage ont beaucoup évolué faisant de ce procédé de soudage le plus utilisé dans le monde.
Cet article vise à présenter l'état de l'art du soudage MAG dans l'industrie automobile ainsi que le comportement au soudage des aciers à très haute résistance (THR).
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Soudage MAG : paramètres clés
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1. Caractéristiques générales des aciers THR
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Aciers double phase (DP)
Les aciers double phase présentent une microstructure constituée de ferrite et de martensite et parfois un peu de bainite (figure 1). Le niveau de la résistance maximale à la traction dépend de la fraction volumique de martensite : plus cette fraction est importante plus la résistance à la traction sera élevée.
La martensite est obtenue par refroidissement rapide en fin de maintien de l'austénite constituée pendant le chauffage au recuit continu. La fraction volumique d'austénite dépend de la quantité des éléments gammagènes (carbone, manganèse…) présents dans la composition chimique. L'ajout d'éléments trempants tels que le chrome, le molybdène contribue à la transformation martensitique.
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Aciers ferrito-bainitiques (FB)
Les aciers ferrito-bainitiques, comme l'indique leur nom, ont une microstructure constituée de ferrite, pour augmenter la ductilité, et de bainite pour produire le durcissement (figure 2). L'ajout d'éléments susceptibles de freiner la croissance des grains ferritiques, tels que le niobium, le titane ou le vanadium, participe également au durcissement de l'acier. La bainite est obtenue grâce un bobinage très froid, à une température inférieure à 500 oC qui évite la transformation de l'austénite en perlite.
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Aciers multiphasés (MP)
Les aciers multiphasés présentent généralement une matrice qui est majoritairement bainitique avec une faible fraction volumique de martensite et un peu de ferrite (figure 3). Des éléments en solution solide, tels que le carbone, le manganèse, voire le silicium, apportent un durcissement supplémentaire.
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Aciers à transformation induite par plasticité (TRIP)
Ces aciers sont constitués pour moitié environ de ferrite, pour environ 25 % de bainite et pour le reste d'austénite résiduelle qui se transforme en martensite après une déformation plastique (figure 4).
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Caractéristiques générales des aciers THR
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ROGER (F.) - Étude physique de la formation d'un cordon de soudure à l'arc soudure MAG et perspectives de modélisation. - Thèse Université (2000).
-
(2) - PLANCKAERT (J.-P.) - Modélisation du soudage MIG et MAG en mode short arc. - Thèse de doctorat, université H. Poincaré, Nancy I, juil. 2008.
-
(3) - NEMCHINSKY (V.A.) - The effect of the type of plasma gas on current constriction at the molten tip of an arc electrode. - J. Phys. D. Appl. Phys., 29, p. 1202 (1996).
-
(4) - RHEE (S.), KANNATEY-ASSIBU (E.) - Analysis of arc pressure effect on metal transfer in gas metal arc-welding. - Journal of applied physics, 70(9), p. 5068-5075 (1991).
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