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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Arc welding in automobile construction is mainly dedicated to chassis parts, which bear the strongest efforts and mechanical stresses. Steels used for the manufacture of these pieces have evolved considerably, and metallurgists are working to develop new steels that will be even more efficient, especially in terms of impact resistance to improve passenger safety, and thickness reduction to help reduce vehicle weight. The welding behavior of these steels strongly influences the implementation of new products in carmaking. Research work on MAG welding aims to offer optimum operating conditions for welding these steels. This article presents the behavior of MAG welding of high strength steels (AHSS).
Auteur(s)
-
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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Caractéristiques mécaniques et modes de rupture des qualités THR soudées à clin4. Critères de soudage
La forme et la taille d'une soudure, comme l'indique la figure 13, requièrent le respect de critères géométriques précis. Ces critères géométriques sont pour la plupart intégrés dans les cahiers des charges des constructeurs. Par exemple :
-
la zone fondue doit présenter un taux de pénétration compris entre 10 et 20 % de l'épaisseur de la tôle la plus faible ;
-
l'épaisseur de la liaison (EDL) doit être au moins égale à 80 % de l'épaisseur de la tôle supérieure.
-
Influence des conditions de soudage sur la forme de la soudure
La vitesse du fil métal d'apport, pour une vitesse de soudage donnée, détermine la taille de la zone fondue, le niveau de l'intensité de soudage ainsi que le mode de transfert. C'est donc un paramètre opératoire important en soudage MAG. Les effets de la vitesse du fil et de la vitesse de soudage sur la taille de la zone fondue sont illustrés sur les figures 14 a et 14 b. Ces résultats montrent que la vitesse de fil a un impact sur la taille de la zone fondue, quelle que soit la vitesse de soudage. On remarque un effet amplifié des vitesses de soudage inférieures à 750 mm/min sur la largeur et la profondeur de la pénétration de la zone fondue.
-
Lobes de soudabilité
Il existe une méthodologie de caractérisation de la soudabilité MAG des aciers. Cette méthodologie consiste à définir la soudabilité des aciers THR au travers de lobes de soudabilité qui sont définis par deux limites établies sur la base du cahier des charges des carrossiers (figure 15). La limite basse correspond à une pénétration de la zone fondue de 20 % de l'épaisseur de la tôle inférieure et la limite supérieure indique une pénétration de 100 % de la tôle inférieure. Ces deux critères sont mesurés par coupes micrographiques dans le sens transversal des soudures.
La caractérisation de la soudabilité des aciers THR est ensuite complétée par des essais de traction-cisaillement réalisés sur les soudures qui présentent des taux de pénétration de la zone fondue de 20 et 100 %. Ils indiquent que la taille de la zone fondue dans l'intervalle 20...
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Critères de soudage
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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