Microstructure et fissuration à chaud lors du soudage laser d'alliages d'aluminium 6000

Microstructure and hot tearing during laser welding of aluminium alloys 6000

• Auteur / Autrice : Damien Fabrègue
• Direction : Alexis Deschamps, Thierry Maître
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

L'utilisation du procédé de soudage laser est en rapide augmentation du fait du gain de productivité qu'il permet. Cependant, lorsqu'il s'agit d'alliages d'aluminium, la présence de défauts de solidification (porosités, fissuration à chaud) limite son développement. Lors de cette étude, nous avons étudié la fissuration à chaud en soudage. Une étude de la microstructure a été menée et de nombreux essais de soudage ont été réalisés afin de connaître les paramètres clés contrôlant l'apparition de ce défaut. Ces paramètres ont ensuite été étudiés de manière indépendante grâce au développement d'essais de traction à l'état pâteux. Ces essais ont tout d'abord été réalisés d manière isotherme afin d'en déduire d'une part le comportement du semi solide dans des conditions simples et d'autre part une loi rhéologique en traction. Puis des essais non isothermes avec une forte vitesse de refroidissement ont permis d'obseNer le comportemer à l'état pâteux dans des conditions proches de celles pour lesquelles le phénomène de fissuration à chaud se produit. Ces résultats fournissent des pistes pour un critère de rupture de films liquides applicable au soudage et une loi rhéologique intégrable à une simulatio du soudage. Enfin, nous avons également montré que la composition de la zone fondue de soudures influait sur les propriétés mécaniques globales d'une soudure en fonction de la susceptibilité à la localisation de la déformation plastique.

There has been a rapid growth in the use of the laser welding process due to its higher productivity rate compared to convention al processes. However its development in the field of aluminium alloys has been limited due to the presence of solidification defects (e. G. Porosity, hot cracking). This study is focused on the understanding of the problem of hot cracking during welding. Numerous welding test~ were done under different conditions, followed by microstructural examinations so as to understand the key parameters controlling the apparition of this defect. These parameters were then studied independently thanks to the development of a testing apparatus that enables tensile tests to be done in the semi-solid state. The first series of tests were run isothermally, firstly to understand the mechanica behaviour of the semi-solid under simple conditions, and secondly to develop a rheologicallaw for semi-solid deformation under tension. Next, non-isothermal tensile tests were run using high cooling rates to allow the obseNation of the behaviour of the semi-solid under conditions close to those in which hot cracking is obseNed. These results have lead to the development of a criterion for the rupture of liquid films that is applicable to welding and a rhelogicallaw that can be integrated into a welding simulation. Finally we have also shown that the composition of the molten zone of welds influences the global mechanical properties of a weld through the modification of the susceptibility to plastic localisation.