| Titre : | L’effet de soudage par friction sur la microstructure et les propriétés mécaniques d’un joint soudé composé d’un alliage d’aluminium industriel et un acier |
| Auteurs : | Yazid HELAL, Auteur ; Zakaria Boumerzoug, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Année de publication : | 2017 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Soudage par friction malaxage,aluminium ; acier ; Microstructure ; propriétés mécaniques. |
| Résumé : | Le but de ce travail est la réalisation et l’étude des joints dissimilaires de configuration transparence entre un alliage d’aluminium 6061-T6 et un acier à faible teneur en carbone. Une technique récente de soudage, dite « soudage par friction malaxage » a été utilisée. Nous avons aussi examiné les effets de certains paramètres, tels que la vitesse d’avance, la vitesse de rotation, le prolongement de l’outil de soudage dans la plaque d’acier, et le diamètre du pion. Nous avons utilisé plusieurs méthodes de caractérisation, simples mais efficaces et adaptées à ce genre de travaux de recherche ; tel que l’essai de traction, la microscopie optique, la diffraction de rayons X, la microscopie électronique à balayage, la spectroscopie par dispersion d'énergie (EDS), cartographie des éléments chimiques par des rayons X et enfin des essais de la microdureté. Nous avons observé que l'augmentation de la vitesse de rotation avait diminué la résistance au cisaillement du joint soudée due à la production d’une couche d’intermétalliques (IMC) épais dont le composé intermétallique le plus prépondérant étant FeAl3. Lorsque la vitesse d’avance transversale augmente, la charge de cisaillement augmente. Finalement, nous avons noté que si la vitesse d’avance était très élevée alors il se formerait une interface mince, et que si on augmenterait le diamètre du pion, alors on obtiendrait un IMC continu. |
| Sommaire : |
Dedicaces ........................................................................................................................ i
Remerciements ............................................................................................................... ii Table des matières ......................................................................................................... iv Liste des figures ............................................................................................................ ix Liste des tableaux ....................................................................................................... xvii Introduction generale ..................................................................................................... 1 1. Chapitre –I- Procédé de soudage dissimilaire aluminium / acier........................... 4 1.1. Introduction .................................................................................................... 4 1.2. Les Procédés de Soudage ............................................................................... 4 1.3. Le soudage par fusion .................................................................................... 5 1.3.1. Le soudage à l’arc électrique. .................................................................... 5 1.3.1.2. Le soudage par faisceaux d’électrons .................................................... 9 1.3.1.3. Le soudage par faisceaux laser ............................................................ 10 1.3.1.4. Soudage par résistance ......................................................................... 13 1.4. Soudage à l’état solide ................................................................................. 15 1.4.1.1. Soudage par diffusion .......................................................................... 15 1.4.1.2. Soudage par friction ............................................................................. 17 1.4.1.3. Soudage par friction-malaxage ............................................................ 20 1.4.1.4. Soudage par ultrason ............................................................................ 21 1.4.1.5. Soudage par impulsion magnétique ..................................................... 23 1.4.1.6. Soudage par explosion ......................................................................... 25 1.5. Conclusion partielle : .................................................................................. 28 Références bibliographiques ........................................................................................ 29 2. Chapitre –II- Soudage par friction malaxage ....................................................... 33 Sommaire v 2.1. Introduction .................................................................................................. 33 2.2. Principaux domaines d’application ............................................................. 34 2.2.2. Domaine de l’automobile ......................................................................... 34 2.2.3. Domaine l’industrie aéronautique ............................................................ 35 2.2.4. Domaine du nucléaire .............................................................................. 36 2.2.5. Domaine ferroviaire ................................................................................. 36 2.2.6. Domaine naval ......................................................................................... 37 2.3. Description du procédé ................................................................................ 38 2.3.1. Principe général ....................................................................................... 38 2.3.2. Les différentes phases opératoires de soudage FSW ............................... 38 2.3.2.1. Phase de pénétration de l’outil ......................................................... 39 2.3.2.2. Phase de préchauffage ...................................................................... 39 2.3.2.3. Phase de soudage ............................................................................. 40 2.3.2.4. Phase de retrait de l’outil ................................................................. 40 2.3.3. Paramètre du soudage par « friction-malaxage » ..................................... 41 2.3.3.1. Vitesses de rotation et d’avance ........................................................... 41 2.3.3.2. Force verticale exercée par l’outil .................................................... 43 2.3.3.3. Angle d’inclinaison de l’outil .......................................................... 44 2.3.4. L’outil de soudage par friction malaxage ................................................ 46 2.3.4.1. Différents types de l’outil de soudage ............................................. 46 2.3.4.1.1. L’outil conventionnel ................................................................... 46 2.3.4.1.2. L’outil à pion rétractable .................................................................. 47 2.3.4.1.3. Outils double épaulements ........................................................... 48 2.3.4.2. Présentation général de l’outil de soudage FSW ............................. 48 2.3.4.2.1. Epaulement .................................................................................. 48 2.3.4.2.2. Le pion ......................................................................................... 50 2.3.4.2.3. Corps de l’outil ............................................................................ 52 2.3.5. Matériaux utilisés pour la réalisation des outils FSW ............................. 52 2.3.6. Géométrie des joints réalisables par friction-malaxage ........................... 54 2.4. Caractéristiques d’un joint de soudure FSW ............................................... 55 2.4.1. Caractéristiques microstructurales ........................................................... 55 2.4.2. Caractéristique mécanique d’un joint FSW ............................................. 57 2.4.3. Microdureté .............................................................................................. 58 Sommaire vi 2.4.4. Résistance à la traction ............................................................................. 60 2.5. La liaison du joint soudée aluminium /acier ................................................ 63 2.5.1. Composition chimique de la liaison joint soudée Al / Fe ........................ 63 2.5.2. Propriétés mécaniques des composés intermétalliques. ........................... 66 2.5.2.1. Influence de l’épaisseur d’IMC sur les propriétés mécaniques des joints. ................................................................................................................ 66 2.5.2.1. Composition de l’intermétallique .................................................... 68 2.6. Conclusion partielle ..................................................................................... 69 Références bibliographiques ........................................................................................ 70 3. Chapitre -III- Matériaux et procédures expérimentales ................................... 76 3.1. L’alliage d’aluminium 6061-T6 ................................................................... 76 3.1.1. Généralités : ............................................................................................. 76 3.1.2. Propriétés mécaniques ............................................................................. 77 3.1.2.1. Propriétés à température ambiante ................................................... 77 3.1.2.2. Propriétés à haute température ......................................................... 78 3.2. Acier (ULC) ................................................................................................ 79 3.3. Procédée de soudage des deux tôles : .......................................................... 80 3.3.1. Outil de soudage : .................................................................................... 80 3.3.1.1. Outil en acier ................................................................................... 80 3.3.1.2. Outil en Carbure de tungstène ......................................................... 81 3.3.2. Description du procédé ............................................................................ 82 3.3.2.1. La machine mise en place ................................................................ 83 3.3.2.2. Mode opératoire ............................................................................... 85 3.3.2.3. Paramètres de position ..................................................................... 86 3.4. Observation lors du soudage ....................................................................... 87 3.4.1. Mesures de températures en cour de soudage .......................................... 87 3.5. Observation des joints après soudage. ........................................................ 88 3.5.1. Découpe des échantillons pour les caractérisations ................................. 88 3.5.2. Micrographies et macrographies .............................................................. 90 3.5.2.1. Microscopie optique ......................................................................... 90 Sommaire vii 3.5.2.2. Microscopie électronique à balayage (MEB) .................................. 91 3.5.2.3. Diffraction des rayons X (DRX) ...................................................... 92 3.6. Caractérisation mécanique .......................................................................... 92 3.6.1. Essai mécanique de cisaillement par traction .......................................... 92 3.6.2. Essai de dureté ......................................................................................... 94 Références bibliographiques ........................................................................................ 95 4. Chapitre IV : Résultats et discussions .................................................................. 96 4.1. Introduction .................................................................................................. 96 4.2. Soudures des tôles en Al6061-T6 et en acier (ULC) .................................... 96 4.2.1. Inspection visuelle des soudures par friction malaxage: .......................... 96 4.3. Défauts des soudures dans le joint Al6061 / acier (ULC) FSW ................ 102 4.3.1. Défauts identifiés via un contrôle visuel ................................................ 103 Aspect visuel du cordon ................................................................................. 103 4.3.1.1. Le manque de marquage de l’épaulement sur la surface des pièces………………………………………………………………………..104 4.3.1.2. Défaut de manque de marquage de l’indentation de l’outil ........... 104 4.3.1.3. Défaut de bavures excessives ......................................................... 105 4.3.1.4. Défauts de surfaces éraillures ou « écailles » ............................... 105 4.3.1.5. Défaut à la racine du cordon .......................................................... 106 4.3.1.6. Défaut de rainure ............................................................................ 106 4.3.2. Défaut à l’échelle microstructurale (défaut interne) .............................. 107 4.3.2.1. Défaut tunnel interne ...................................................................... 107 4.3.2.2. Défaut de manque de fusion .......................................................... 107 4.3.2.3. Défaut kissing bonds ...................................................................... 108 4.3.3. Défaut dans la liaison aluminium /acier (IMC). .................................... 109 4.3.3.1. Analyse de la microstructure de la liaison Al / acier (ULC) .......... 109 4.3.3.1.1. Nature de la couche.................................................................... 109 4.3.3.2. Différents types de couche de réaction .......................................... 111 4.3.3.2.1. Epaisseur de la couche intermétallique (IMC) .......................... 112 4.3.3.3. Différents défauts observés dans la couche de l’intermétallique de soudage Al6061 / acier (ULC). ...................................................................... 113 Sommaire viii 4.3.3.3.1. Fissures dans la couche de réaction ........................................... 113 4.3.3.3.2. Feuilletage intermétallique ........................................................ 115 4.3.3.3.3. Fragments d’acier dans l’aluminium ......................................... 116 4.3.3.3.4. Poussières d’IMC ....................................................................... 117 4.3.3.3.5. Discontinuité de l’intermétallique ............................................ 118 4.4. L’effet de la vitesse de rotation sur le joint dissimilaire FSW .................. 119 4.4.1. Macrographie du Joint soudé par différentes vitesses de rotation ........ 119 4.4.2. Propriétés mécaniques ........................................................................... 125 4.4.3. Diffraction des rayons X ........................................................................ 126 4.5. L’effet de la vitesse d’avance sur le soudage dissimilaire Al6061 / acier (ULC) par le procédé FSW: ................................................................................... 126 4.5.1. Production de soudure ............................................................................ 126 4.5.2. Surface des joints ................................................................................... 129 4.5.3. Microstructures ...................................................................................... 131 4.5.3.1. Observation par microscopie optique ............................................ 131 4.5.3.2. Influence de la vitesse d’avance sur l’épaisseur intermétallique .. 133 4.5.4. Influence de la vitesse d’avance sur les caractéristiques mécaniques ... 136 4.6. L’effet de diamètre du pion de l’outil de soudage FSW ............................. 138 4.6.1. Introduction ............................................................................................ 138 4.6.2. Observations par microscope optique .................................................... 140 4.6.3. Effet de diamètre de pion sur la microstructure ..................................... 143 4.6.4. L’effet de pénétration de l’outil sur le joint dissimilaire FSW ............ 145 4.6.5. Microdureté ............................................................................................ 147 4.6.6. Résistance de cisaillement du joint Al6061/Acier ALC ........................ 150 Références bibliographiques ...................................................................................... 153 Conclusion générale ................................................................................................... 157 Résumé: ...................................................................................................................... 159 Annexes ............................................................................... Erreur ! Signet non défini. |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0920 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable |
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