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)
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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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Conclusion7. Fatigue des assemblages soudés à clin
La tenue à la fatigue des aciers, dans les domaines de l'endurance limitée et illimitée, augmente avec le grade. Une relation logarithmique a d'ailleurs été établie entre la limite d'endurance et la résistance à la rupture pour le rapport de charge (S min/S max) R s = 0,1 et R s = – 1. Cette relation est un outil intéressant à utiliser en vue de la prévision de durée de vie, de l'allègement et du dimensionnement des pièces en service.
Néanmoins les aciers sont rarement utilisés tels quels dans l'industrie. Ils subissent le plus souvent des opérations telles que découpe, perçage, poinçonnage, pliage, emboutissage, assemblage..., ou une combinaison de certaines d'entre elles. Ces opérations introduisent localement des variations de géométrie et/ou de propriétés mécaniques ayant pour effet de concentrer les contraintes, susceptibles de conduire à la ruine prématurée de la pièce en service.
Les assemblages soudés MAG à clin possèdent une résistance à la fatigue plus faible que celle du métal de base. La rupture par fatigue survient toujours au niveau de l'entaille mécanique générée par la géométrie du cordon de soudure, soit en racine, soit en pied (figure 31).
Le comportement à la fatigue des assemblages soudés à clin, plutôt médiocre, peut être expliqué par la géométrie du cordon de soudure. L'angle et le rayon de raccordement entre la tôle et le cordon de soudure constituent une entaille préjudiciable vis-à-vis de la résistance à la fatigue qui peut être caractérisée par le coefficient de concentration de contrainte Kt. Cette entaille gomme l'influence de la métallurgie, comme le montre la figure 32.
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la limite d'endurance augmente linéairement avec l'épaisseur du matériau, lorsqu'elle est exprimée en force (N) et ce, quelle que soit la nuance d'acier ;
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la limite d'endurance est voisine de 70 MPa lorsqu'elle est exprimée en contrainte et ce, quelle que soit la nuance d'acier.
Le fait que la limite d'endurance des assemblages soudés à clin n'augmente pas avec le grade peut être un frein à l'introduction des aciers THR, dans le cadre des démarches d'allègement des pièces de liaison au sol. C'est pourquoi des études...
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Fatigue des assemblages soudés à clin
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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