Maîtrise des interfaces hétérogènes lors d'une opération de soudo-brasage : application au couple aluminium - magnésium

par Cristian Marius Toma

Thèse de doctorat en Chimie - physique

Sous la direction de Eugen Cicala, Dorin Dehelean et de Pierre Sallamand.

Soutenue le 29-10-2012

à Dijon en cotutelle avec l'Universitatea Politehnica (Timisoara, Roumanie) , dans le cadre de École doctorale Carnot-Pasteur (Dijon) , en partenariat avec Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (Dijon) (laboratoire) .

Le président du jury était Dominique Grevey.

Les rapporteurs étaient Michel Autric, Cécile Langlade.


  • Résumé

    Les travaux concernent l'étude de l’assemblage dissimilaire d’alliages d'aluminium (Al4043, Al5356) et de magnésium (RZ5, AZ31) par les procédés CMT et laser. La méthode des plans d'expériences statistiques a été mise en oeuvre afin d'analyser les effets des paramètres opératoires de soudage et la nature chimique des substrats et des fils d’apport. Les effets chimiques, thermomécaniques et énergétiques ont été étudiés dans l'objectif de contrôler et de diminuer l’épaisseur de la couche intermétallique formée entre la zone fondue et le métal de base et considérée comme critique pour la fissuration. La microstructure a été caractérisée par microscopie optique, MEB, EDS, rayons X, dureté et nano-indentation.La rupture dans la couche d’interface est liée à la formation de composés intermétalliques (Al3Mg2, Al12Mg17), d'une dureté jusqu’à 350 HV0,025, ainsi qu'à l'épaisseur de la couche et des éléments d'alliage. Le RZ5 a été assemblé avec succès avec le fil d’apport Al4043 par les deux procédés CMT et laser.Suite à l’analyse systématique des résultats, qui montre un meilleur comportement d’Al4043/RZ5 qui contient du zirconium, l'ajout de cet élément dans la zone fondue a permis de montrer une amélioration de la qualité des joints par effet sur la microstructure.Pour l’assemblage laser, une modification des conditions des vitesses de refroidissement par un pompage thermique plus rapide par l’utilisation d’un support de plaques de cuivre a induit une modification des couches d'interface et montre tout l'intérêt de maîtriser les conditions opératoires. Par ailleurs, une vibration ultrasonore des substrats a été testée pour modifier la formation des zones problématiques

  • Titre traduit

    Mastering of dissimilar interfaces by braze welding process : application for aluminium - magnesium couple


  • Résumé

    This work concern a study of the dissimilar joining of aluminium (Al4043, Al5356) and magnesium (RZ5, AZ31) by CMT and laser welding process. The method of statistical design of experiments has been implemented in order to analyse the effects of the technological welding parameters and the chemical nature of the base and filler metal. The chemical, thermo-mechanical and energetic effect were studied with the aim to control and decrease the thickness of the intermetallic layer formed between the melted zone and the base metal and considered to be critical to cracking. The microstructure was studied by optical and SEM microscopy, EDS, X-ray, hardness and nanoindentation.The fracture produced in the interface layer has been related to the intermetallic compounds (Al3Mg2 and Al12Mg17), with a hardness up to 350 HV0.025, as well of the thickness of the interface layer and to the alloying composition. The RZ5 as base metal was successfully joined with the Al4043 welding wire, in both CMT and laser process.According to the systematically analyse, who shows a better welding ability of the couples Al4043/RZ5, which contains zirconium, by the adding of this element in the molten metal the welding ability improvement was showed.For the laser joining, a modification of the cooling condition by a accelerate thermal cycle, by using a copper support for the base metal was induce a modification of the interface layer, showing the interest of mastering the technical condition. Moreover, a ultrasonically vibration of the base metal was tested in attempting to modify the formation of the problematical zones


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