Endommagement des soudures d'aciers à très haute résistance pendant l'essai de traction en croix : analyse mécanique et métallurgique de la fissuration dans la zone fondue

Damage behaviour of Advanced High-Strength Steel Resistance Spot Welds during Cross-Tension testing: mechanical and metallurgical analysis of fusion zone cracking

• Auteur / Autrice : Bouchra Naït Oultit
• Direction : Helmut Klöcker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux et structures
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture, Mécanique de la

Essais dynamiques

Résistance des matériaux

Soudage

Acier

Résumé

Le soudage par point est l’un des procédés incontournables de l’industrie automobile. Le développement de nouveaux aciers à très haute résistance (THR, Rm≥800MPa) doit répondre alors à des préconisations très spécifiques liées à ce procédé. Dans le test de traction en croix, l’aspect après rupture généralement requis est le déboutonnage dans le métal de base ou dans la Zone Affectée Thermiquement (ZAT). Or ce comportement très courant pour les aciers faiblement alliés diffère pour les aciers Dual-Phase (DP) et TRansformation-Induced Plasticity (TRIP). La fissure se propage le plus souvent partiellement ou totalement dans la zone fondue (ZF) le long du plan de joint. Cette morphologie à rupture est souvent rejetée durant les tests qualitatifs car assimilée à une faible tenue mécanique du noyau fondu. En plus, la tenue mécanique (CTS) de l’assemblage n’augmente pas avec la résistance mécanique du métal de base. Une méthode originale d’analyse de l’évolution de la courbe de traction en croix nous a permis de révéler jusqu’à six étapes d’endommagement. Ces séquences traduisent la rigidité apparente de l’assemblage durant le test. L’interprétation physique des différentes évolutions confirme que la tenue CTS de l’assemblage n’est pas directement corrélée à un type de rupture précis. C’est l’interaction entre les composantes mécaniques du test et la résistance locale à la fissuration qui permettent d’aboutir à la valeur en CTS. Plusieurs nuances DP et TRIP présentant des types de ruptures différentes ont été ainsi analysées. Notre compréhension de la microstructure locale nous a amené à évaluer l’impact de chaque séquence d’endommagement sur la tenue mécanique finale. On en conclut alors que les ruptures dans la zone fondue n’induisent pas nécessairement une baisse de la tenue mécanique. Cette approche nous a permis aussi de développer un outil de compréhension du comportement des soudures (DCM, Damage Contribution Methodology) afin de cibler les leviers sur lesquels on pourrait agir pour atteindre des performances optimales.

Resistance spot welding is the most widely used joining process in automotive industry. In order to assess the performances of the spot welds, specific behaviour is recommended after the cross-tension test. Mild and low-alloyed steels show a plug failure occurrence in the base metal or the Heat-Affected Zone (HAZ) and then meet the standards. Newly developed advanced high-strength steels (AHSS, Rm≥800MPa) have to meet also specific requirements of this process. However, Dual-Phase (DP) and TRansformation-Induced Plasticity (TRIP) steels exhibit a completely new behaviour where crack propagates very often partially or totally within the Fusion Zone (FZ) along the joint interface. The obtained plug size is generally rejected after qualitative tests because it is assumed to correspond to a very low mechanical strength. Add to this that the cross-tension strength (CTS) of the joint does not increase with base metal resistance. In this work, a new methodology to analyse the cross-tension test curves is developed and leads to the definition of the damage steps (6 at most). These sequences are highlighted by precise evolutions of the apparent rigidity during the test. Physical interpretations explain the occurrence of each sequence and confirm that CTS level is not directly correlated to a specific failure type. In order to assess CTS, we argue how both mechanical components of the solicitation and local crack resistance have to be considered. Several DP and TRIP steels exhibiting very different failure types are analyzed. Our characterization of local microstructure leads us to understand the variations of the apparent rigidity during a given sequence and hence the impact of base metal or weld microstructures on CTS. It is hence assessed that crack paths responsible for failures within the FZ are not necessarily indicative of a reduced mechanical strength. This approach is capitalized through the Damage Contribution Methodology, DCM. With the help of this new tool, it becomes possible to target the physical factors that steel developers have to act on to reach optimal mechanical behaviour.