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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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Métallurgie du soudage MAG des aciers THR
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5. Caractéristiques mécaniques et modes de rupture des qualités THR soudées à clin
L'ensemble des résultats évoqués ici ont été obtenus avec les conditions d'essais suivantes :
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assemblage à clin : recouvrement 16 mm ;
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type de fil : G3Si1 ou G4Mo, diamètre 1 mm ;
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gaz : Ar + 8 % CO2 , débit 18 à 20 L/min ;
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sens de soudage : poussé avec un angle d'avance de 10o ;
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angle de soudage : 25o ;
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les vitesses de fil et de déplacement de la torche sont adaptées au cas par cas ;
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la largeur des soudures est égale à celle des éprouvettes (figure 17) ;
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la contrainte maximale à la rupture est calculée en divisant la force à la rupture par la section de l'éprouvette.
5.1 Résistance à l'arrachement des soudures. Modes de rupture
La figure 18 présente l'évolution de la résistance à la rupture (ou à l'arrachement) des soudures THR sollicitées en traction-cisaillement en fonction de la résistance maximale à la rupture des qualités THR laminées à froid, laminées à chaud nues et revêtues.
On remarque que la résistance à l'arrachement est égale à la résistance des tôles, lorsqu'elle est inférieure à 800 MPa, mais qu'à partir du grade 800 MPa la résistance à l'arrachement des qualités THR n'augmente plus, elle atteint au maximum 900 MPa.
L'ensemble des ruptures observées est classé en quatre modes distincts (figure 19).
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Rupture dans le métal de base
Dans ce cas la résistance de la soudure est supérieure à celle du métal de base (figure 19 a ).
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Rupture dans la zone affectée thermiquement (subcritique)
Cette partie de la soudure correspond à une zone revenue dont l'amplitude d'adoucissement est proportionnelle à la fraction volumique des constituants durs du métal de base. L'adoucissement est plus marqué lorsque la matrice est martensitique (figure 19 b ).
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Rupture à...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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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