Optimisation du soudage bord-à-bord par faisceau Laser CO2 de tôles d'alliages Al-Mg : étude de la microstructure et du comportement mécanique des soudures

= Laser butt-welding of Al-Mg sheets : process optimization, microstructural and mechanical characterization of the welds

• Auteur / Autrice : Cécile Mayer
• Direction : Francis Fouquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Matériaux
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA ; 1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Aluminium -- Alliages

Soudage laser

Résumé

De par la densité d'énergie qu'il peut fournir, le Laser ouvre de nouvelles possibilités pour l'assemblage de matériaux réputés peu soudables, tels les alliages d'aluminium. Le présent travail est une étude du soudage bord-à-bord par Laser CO2 de tôles d'alliages 5182 (4. 5% Mg) et 5754 (3% Mg) en épaisseur 1. 5 mm, sous plusieurs aspects : optimisation du process, étude de la microstructure et du comportement mécanique des soudures. La mise en place d'une procédure expérimentale prenant en compte l'ensemble des difficultés inhérentes au soudage de l'aluminium - résultant de ses propriétés physico-chimiques - nous a permis d'obtenir des cordons contenant un minimum de défauts (porosité ou défauts géométriques). Les assemblages résultant de conditions opératoires optimisées ont des caractéristiques en traction équivalentes à celles du métal de base. Ces tôles soudées présentent également une bonne aptitude à l'emboutissage ainsi qu'un comportement en fatigue acceptable. Nous avons montré que le cordon est intrinsèquement plus résistant que le métal de base à l'état recuit. On peut relier cette propriété à la finesse de la microstructure associée aux ségrégations interdendritiques, mais aussi à la redistribution spatiale et l'affinement des particules intermétalliques dans la zone fondue. Le suivi de l'émission plasma à l'aide de photodiodes constitue une ouverture pour un développement du procédé. Il s'est révélé utile à la détection du type d'interaction Laser-Matériau (soudage par formation de capillaire ou non) et de certains défauts. On pourra alors envisager, pour ce procédé qui n'est pas encore complètement maîtrisé, un contrôle en temps réel.

The laser is a high density power source which offers new possibilities in joining technics, especially in welding of materials with poor weldability, like aluminum alloys. This work deals with the study of butt-welded sheets of alloys 5182 (4. 5% Mg) and 5754 (3% Mg), 1. 5 mm thick, with a CO2 laser. We consider several aspects: process optimization, microstructural and mechanical properties of the welds. Optimized welding conditions were determined in taking account of all the difficulties related to welding of aluminum - which results of its physical and chemical properties. We finally obtained poor defects welds (in terms of porosities and geometrical defects). The welded sheets resulting from this optimized conditions have almost the same mechanical properties as the base material. They exhibit good formability and fatigue properties. It was shown that the seam itself is more resistant than the base material in an annealed state. This can be caused by the fine dendritic microstructure with interdendritic segregations, and by the intermetallic particles refinement and spatial redistribution which take place in the welded zone. Monitoring of plasma light-emission with photodiodes offers a way to adapt laser welding to industrial process. It revealed to be useful in many welds defects detection, and in determination of laser beam to material interaction type (keyhole mode or not). So we can expect, plasma emission analysis can become a real-time control mean, in the not yet controlled process of laser welding.