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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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Fatigue des assemblages soudés à clin
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6. Métallurgie du soudage MAG des aciers THR
L'optimisation du soudage des aciers THR nécessite une bonne compréhension des mécanismes métallurgiques qui conditionnent le niveau de résistance à l'arrachement et le mode de rupture des soudures. Concernant la simulation thermique du soudage à l'arc, il n'existe pas d'outil qui permette de simuler correctement la thermique du soudage MAG. En revanche, nous disposons aujourd'hui d'outils qui permettent de reproduire les cycles thermomécaniques subis par la zone soudée, comme par exemple le simulateur thermomécanique Gleeble.
6.1 Description de la microstructure des différentes zones d'une soudure MAG
La figure 26 illustre les différentes zones métallurgiques d'une soudure à l'arc. Les différentes parties sont parfaitement identifiables après une attaque au nital (alcool + 2 à 3 % d'acide nitrique). Pour les aciers THR, la zone qui a subi les traitements thermiques entre Ac3 et Ac1 est parfaitement identifiable. La zone avec les plus gros grains se trouve en général sous le cordon et à la frontière de la zone fondue du côté de la tôle supérieure. La zone à grains fins se trouve entre la zone à gros grains et le domaine biphasé (ferrite + austénite). La zone subcritique commence en dessous du domaine biphasé, elle se caractérise souvent par une forte diminution de la dureté dans laquelle se localisent les ruptures.
HAUT DE PAGE6.2 Approche des mécanismes métallurgiques qui gouvernent les modes de rupture
La figure 27 montre trois modes de rupture différents qui se distinguent notamment par l'allongement à la rupture. Dans le cas d'une rupture dans la zone fondue, l'allongement est relativement faible, de l'ordre de 6 %. C'est la ténacité de la zone fondue qui est en cause pour ce mode de rupture. La rupture dans la zone fondue est en général rédhibitoire, elle indique une fragilité de la liaison soudée. La rupture dans le métal de base a lieu avec un niveau d'allongement qui est celui du métal de base. C'est le mode de rupture préféré.
La détermination des cycles thermiques de soudage a été obtenue en disposant des thermocouples sous la tôle inférieure. Cette méthode permet d'avoir accès au champ de température et...
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Métallurgie du soudage MAG des aciers THR
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).
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(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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