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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Glossaire – Définitions
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8. Conclusion
Bien que le procédé MAG ait fait l'objet de nombreux articles et de thèses. Il y a peu de données disponibles dans la littérature sur le soudage MAG des tôles pour l'industrie automobile. Les données disponibles indiquent que les soudures MAG des aciers THR soudés à clin produisent des ruptures selon quatre modes distincts :
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rupture dans le métal de base, la résistance de la soudure est équivalente voire supérieure à celle du métal de base ;
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rupture dans la zone affectée thermiquement : la rupture a lieu dans la zone affectée au voisinage de Ac1 et présentant en général un puits de dureté dû au revenu des constituants durs de la microstructure du métal de base ;
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rupture dans la zone de liaison zone fondue-zone affectée thermiquement : le ou les mécanismes métallurgiques qui gouvernent ce mode de rupture ne sont pas encore précisés ;
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rupture dans la zone fondue : dans ce cas précis, c'est la zone fondue qui présente la plus faible dureté de l'assemblage.
La plupart des aciers THR de grade égal ou supérieur à 800 MPa produisent des ruptures dans la zone de liaison et des résistances maximales à la traction qui ne dépassent guère les 900 MPa.
À noter que les soudures des aciers THR nus ne présentent pas de défauts de porosités, ni de fissuration à chaud ou à froid. Les conditions opératoires de soudage sont simples et rapides à mettre en œuvre. Le mode de rupture ainsi que la résistance à l'arrachement ne sont pas sensibles au taux de pénétration de la zone fondue. On peut utiliser un fil électrode du type G3Si1 sans aucune difficulté de mise en œuvre. La stabilité de l'arc est parfaite lorsque l'on soude les aciers THR avec ce fil et un gaz binaire du type argon + 8 % de CO2 ou argon + 18 % de CO2 . Il est recommandé d'utiliser un fil de diamètre 1,2 mm pour les tôles supérieures à 2,5 mm et du courant pulsé pour limiter le taux de projections.
Pour ce qui concerne le soudage MAG des tôles revêtues, très peu abordé ici, il est connu pour sa forte sensibilité aux défauts de porosités imputable à l'évaporation du zinc dans la zone fondue et aux projections.
Il existe dans le commerce des fils métal d'apport qui semblent apporter une amélioration de la qualité des soudures. Un gros travail d'optimisation des conditions...
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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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