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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Transfert thermique en soudage MAG
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2. Soudage MAG : paramètres clés
Les procédés de soudage MIG – MAG ont été mis au point au cours de la Seconde Guerre mondiale, pour notamment répondre à l'effort de guerre des États-Unis suite à l'attaque, par les Japonais, de Pearl Harbor le 7 décembre 1941. Ces deux procédés ont servi à la construction des navires de guerre, en remplacement du rivetage beaucoup plus long. Le procédé MAG (nommé aussi Gaz Metal Arc Welding, GMAW (cf. article de Roland Cazes [B 7 730]) visait à réduire le coût du soudage des matériaux épais. Il s'est vite imposé dans l'industrie en raison de son rendement élevé au point de devenir, selon le Bureau canadien de soudage, le procédé le plus utilisé dans le monde. Les soudeurs ont également mis en évidence son efficacité pour souder l'aluminium grâce à son action décapante permettant de produire des soudures de qualité.
2.1 Description d'une installation de soudage MAG
Une installation de soudage MAG est constituée de trois grandes parties :
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un générateur électrique ;
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un dévidoir à fil ;
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une torche manuelle ou automatique.
Fil métal d'apport : en France, les fils de soudage répondent à la norme NF EN 440. En soudage MAG, on utilise généralement un fil solide plein dont le diamètre est compris entre 0,8 et 1,2 mm. Les applications en fil fourré sont relativement rares. Dans la pratique, les carrossiers utilisent un fil plein de 1 mm de diamètre dont la composition chimique est proche de celle de certains aciers THR :
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carbone : 0,06 à 0,14 % ;
-
manganèse : 1,4 à 1,7 % ;
-
silicium : 0,6 à 0,8 %.
Caractéristiques mécaniques typiques de cet acier sur métal fondu :
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limite d'élasticité mesurée à 0,2 % de déformation : R e = 450 MPa ;
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résistance...
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Soudage MAG : paramètres clés
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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