Soudage dissimilaire par friction malaxage d'alliages d'aluminium 2024 T3 et 2198 T8 : influence des paramètres du procédé sur les propriétés microstructurales, caractéristiques mécaniques et résistance à la corrosion

Dissimilar friction stir welding of 2024-T3 and 2198-T8 aluminum alloys : influence of process parameters on microstructural properties, mechanical characteristics and corrosion resistance

• Auteur / Autrice : Rémi Bertrand
• Direction : Eric Feulvarch, Philippe Bocher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
• Date : Soutenance le 14/10/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....) - Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne ; 1961-....)
• Jury : Président / Présidente : Abdellatif Imad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hugo Robe, Gilles Surdon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Blaysat, Philippe Le Masson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrosion

Soudage

Mots clés libres

Comportement en traction

Contraintes résiduelles

Distorsions

Corrélation d’images numérique

Corrosion

Tensile behavior

Residual stress

Distortions

DIC

Corrosion

Résumé

L’industrie des transports cherche constamment à rendre ses structures plus résistantes tout en réduisant leur poids pour minimiser leur empreinte environnementale ou bien dans un but économique. Dans ce contexte, associer les alliages d’aluminium, possédant un excellent ratio poids-résistance mécanique, à des procédés d’assemblage innovants présente un très fort intérêt. Le soudage par friction malaxage (Friction Stir Welding – FSW) est un de ces procédés d’assemblage innovants. Il permet notamment de souder des tôles d’alliage d’aluminium de nuances réputées à faible indice de soudabilité et dans des configurations similaires ou dissimilaires. Plusieurs configurations de soudage FSW ont été investiguées dans la littérature, mais la configuration FSW 2024-T3/2198-T8, très attrayante pour l’industrie aéronautique, n’a jamais été étudiée. Dans cette étude, une analyse expérimentale de cette configuration de soudage est proposée pour la première fois. L’influence de l’évolution des vitesses d’avance Va et de rotation Vr de l’outil sur l’évolution des caractéristiques des soudures est quantifiée. Dans la fenêtre process choisie, l’évolution de la thermique est principalement influencée par celle de la vitesse d’avance Va tandis que le ratio de vitesses R = Va/Vr est un bon indicateur de la physionomie des soudures, de la formation des défauts et des performances en traction. Le champ de dureté, les contraintes résiduelles, les distorsions et la tenue en corrosion des assemblages soudés sont quant à eux peu influencés par l’évolution des vitesses de soudage. Ces travaux ont permis de documenter la formation de défauts internes au sein des soudures, mais aussi de mettre en évidence la relation entre vitesses de soudage et performances en traction et enfin de proposer une hypothèse : la présence d’un phénomène de protection cathodique au sein des soudures.

The transportation industry is constantly looking for ways to make its structures stronger while reducing their weight to minimize their environmental footprint or for economic purposes. In this context, combining aluminum alloys, which have an excellent weight-strength ratio, with innovative assembly processes is of great interest. Friction Stir Welding (FSW) is one of these innovative joining processes. In particular, it allows the welding of aluminum alloy sheets with a low weldability index and in similar or dissimilar configurations. Several FSW configurations have been investigated in the literature, but the FSW 2024-T3/2198-T8 configuration, which is very attractive to the aerospace industry, has never been studied. In this study, an experimental analysis of this welding configuration is proposed for the first time. The influence of the evolution of the advancing speed Va and the rotation speed Vr of the tool on the evolution of the welding joint characteristics is quantified. In the chosen process window, the thermal evolution is mainly influenced by the advancing speed Va while the speed ratio R = Va/Vr is a good indicator of the weld appearance, defect formation and tensile performance. The hardness field, the residual stresses, the distortions and the corrosion resistance of the welded assemblies are little influenced by the evolution of the welding speeds. This work has allowed to document the formation of internal defects within the welds, but also to highlight the relationship between welding speeds and tensile performances and finally to propose a hypothesis: the presence of a cathodic protection phenomenon within the welds.