Étude de l’influence des paramètres de soudage sur la microstructure et le comportement mécanique des assemblages acier-aluminium obtenu par soudage à l’arc MIG-CMT

Study of the influence of welding parameters on the microstructure and the mechanical behavior of steel-aluminum joints obtained by arc welding MIG-CMT

• Auteur / Autrice : Bachir Mezrag
• Direction : Frédéric Deschaux-Beaume, Mustapha Benachour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et génie civil
• Date : Soutenance le 10/09/2015
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec Université Abou Bekr Belkaid (Tlemcen, Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Abdelmadjid Cheikh
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Deschaux-Beaume, Mustapha Benachour, Abdelmadjid Cheikh, Pascal Paillard, Mohamed Benguediab, Patrice Peyre, Benattou Bouchouicha, Olivier Company
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Paillard, Mohamed Benguediab

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Microstructure (physique)

Soudage GMAW

Mots clés libres

Influence

Paramètres de soudage

Microstructure

Comportement mécanique

Acier-Aluminium

Soudage à l’arc MIG

Influence

Welding parameters

Microstructure

Mechanical behavior

Steel-Aluminum

Arc welding MIG

Résumé

Les assemblages acier-aluminium de tôles minces (0,8 à 2 mm) ont été beaucoup étudiés au début des années 2000 pour des applications automobiles, dans la perspective d'alléger les véhicules (projet européen Super Light Car). Dans ce contexte, le présent travail est réalisé en vue d'étudier les possibilités d'assemblage hétérogène acier-aluminium par la nouvelle variante du procédé de soudage MIG connue sous l'appellation CMT (Cold Metal Transfer). La première partie de l'étude est consacrée à la compréhension du principe de fonctionnement de ce procédé, en utilisant une plateforme équipée d'un système d'acquisition de données permettant les mesures synchronisées de tension, intensité, vitesse fil et d'images vidéo prises par une caméra rapide. Dans une seconde partie, nous présentons les caractéristiques métallurgiques des assemblages acier/aluminium réalisés en configuration à clin avec des jeux de paramètres couvrant toute la plage étudiée dans la partie précédente. On s'intéresse plus particulièrement à la zone créant la liaison entre l'acier et l'aluminium. Dans une troisième partie, la tenue mécanique des assemblages est évaluée par des essais de traction transverse quasi-statique et sous chargement cyclique. La résistance à rupture de la couche de réaction est aussi évaluée par une technique originale, habituellement dédiée à l'évaluation de l'adhérence des revêtements par choc laser. Enfin, nous proposons une nouvelle méthode pour estimer le rendement du procédé CMT basée sur la simulation numérique par éléments finis de l'évolution des champs de température lors du dépôt d'un cordon d'aluminium sur un substrat d'acier galvanisé, couplée à la modélisation de la croissance de la couche de réaction formée le long de l'interface acier/aluminium.

Joining of steel- aluminum thin sheets (0.8 to 2 mm) has been extensively studied in the beginning of 2000 years for automotive applications, in a regard to reduce vehicle weight (European Project Super Light Car). In this context, this work is carried out to study the possibilities of dissimilar steel-aluminum assembly by the new variant of the MIG welding process known as CMT (Cold Metal Transfer). The first part of the study is devoted to understand the operating principle of this process, using a platform equipped with a data acquisition system for synchronized measurements of voltage, current, speed wire feed and video images taken by a speed camera. In a second part, we present the metallurgical properties of steel-aluminum joints made in lap configuration with parameter sets covering the entire range studied in the previous section. We are especially interested in the area creating the connection between steel and aluminum. In the third part, the mechanical proprieties of connections are evaluated by quasi-static transverse tensile tests and under cyclic loading. The breaking strength of the reaction layer is also evaluated by an original technique, usually dedicated to the evaluation of the adhesion of coatings by laser shock. Finally, we propose a new method to estimate the efficiency of the CMT process based on the finite element numerical simulation of the evolution of temperature fields during the deposition of an aluminum weld on a galvanized steel substrate, coupled with modeling of the growth of the reaction layer formed along the steel / aluminum interface.