Soudage-diffusion hétérogène assisté par friction malaxage : cas du couple Al/Fe

Friction stir diffusion bonding for dissimilar welding of aluminium to steel

• Auteur / Autrice : Marion Girard
• Direction : Guillaume Racineux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux/Procédés
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Ecole Centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés intermétalliques

Soudage par friction-malaxage

Mots clés libres

Soudage hétérogène

Résumé

Le présent travail s’inscrit dans le cadre général du soudage hétérogène aluminium/acier. Ce sujet a fait l’objet de nombreuses études ces dernières années, le plus souvent sur lemoyen d’adaptation des procédés classiques de soudage par fusion, mais également sur quelques procédés de soudage à l’étatsolide, notamment l’utilisation du soudage par friction malaxage (FSW). Pour ce dernier procédé, quelques aménagements ont été effectués et notamment concernant la position du pion qui a été placé essentiellement dans l’aluminium. Comme il est apparu au cours de notre étude que c’était la diffusion qui était le phénomène clé de ce procédé dérivé du FSW, nous avons nommé celui-ci « soudage-diffusion assisté par friction malaxage » (FSDB, pour Friction Stir Diffusion Bonding). La diffusion réactive qui a lieu à l’interface des deux matériaux, conduit à la formation d’une couche de réaction composée de phases intermétalliques. Cette couche diminue la résistance mécanique du joint en particulier quand celle-ci est épaisse. Sachant que cette couche intermétallique est la clé du procédé, nous avons, dans un premier temps, déterminé l’influence des paramètres procédés sur la couche intermétallique, et mesuré l’impact de celle-ci, plus précisément de son épaisseur et de sa nature, sur les propriétés mécaniques locales et globales des joints effectués par FSDB ; puis dans un deuxième temps, nous avons réalisé un modèle multiphysique permettant de prédire l’épaisseur de la couche de réaction en fonction des paramètres procédés.

In this study, the dissimilar welding of aluminium to steel by friction stir diffusion bonding (FSDB) is investigated. Compared to fusion welding, in this solid state welding process, diffusion is limited and therefore the size of the harmful intermetallic (IMC) layer between the two materials is reduced. Since this intermetallic layer is the key of the process, we have first determined the influence of process parameters on the intermetallic layer, and measured its impact, especially its thickness and its nature on the local and global mechanical properties of the FSDB joint. Then, in a second step, we established a multiphysics model in order to control the IMC layer thickness and then to ensure sufficient mechanical properties of welded parts. With the help of our model, we have obtained sound dissimilar aluminium/steel joints without defects and with a sufficiently thin IMC layer.