01 Introduction
L'alliage d'aluminium 5A06 est largement utilisé dans les industries de l'automobile, de l'aérospatiale et des récipients sous pression en raison de sa haute résistance et de son excellente résistance à la corrosion. Cependant, sa conductivité thermique élevée, sa faible viscosité et sa réflectivité élevée rendent le soudage au laser difficile, entraînant souvent une mauvaise formabilité et de graves défauts de porosité. Comparé au soudage laser simple ou MIG, le soudage hybride laser-MIG démontre un couplage énergétique, une stabilité du bain de fusion et une formabilité supérieurs, améliorant ainsi la pénétration profonde et la résistance à la porosité. Néanmoins, pour l’alliage d’aluminium 5A06, l’évaporation du magnésium et les changements de solubilité de l’hydrogène entraînent encore des problèmes de porosité importants, nécessitant des recherches plus approfondies sur les mécanismes de formation des pores et l’optimisation des processus. Cette étude se concentre sur l'alliage d'aluminium 5A06 de 6,9 mm d'épaisseur, analysant la microstructure, la distribution de la porosité, les mécanismes de formation des pores et les variations de microdureté des joints soudés sous soudage hybride. Il explore également des combinaisons appropriées de vitesse de soudage et de puissance laser.
02 Aperçu
La recherche analyse systématiquement les caractéristiques structurelles et les problèmes de porosité des joints en alliage d'aluminium 5A06 de 6,9 mm d'épaisseur sous soudage hybride laser-MIG. Il révèle que la vitesse de soudage est le paramètre clé affectant la formabilité, le taux de porosité et les performances mécaniques. L’étude identifie la porosité comme le principal défaut, causé par deux facteurs principaux : l’hydrogène gazeux se précipitant lors d’une solidification rapide et l’évaporation du magnésium à haute température formant des bulles. Ces pores sont principalement concentrés dans la moitié supérieure de la soudure. La présence de pores réduit considérablement la dureté des joints. Alors que le grossissement des grains provoque un ramollissement dans la zone affectée thermiquement (HAZ), le ramollissement dans la zone de soudure (WB) est principalement dû aux pores. La recherche souligne que la porosité a un impact bien plus important sur la réduction de la dureté que le grossissement des grains, la dureté locale tombant jusqu'à 29 % de la valeur moyenne. Différentes vitesses de soudage ont été comparées : une vitesse de soudage trop faible (2 m/min) entraînait une agrégation des pores et une faible dureté, tandis qu'une vitesse trop élevée (3,5 m/min) entraînait des pores induits par le processus au niveau de la racine de la soudure. La vitesse de soudage optimale s'est avérée être de 3 m/min, ce qui permet d'obtenir des pores fins et uniformément répartis, une bonne pénétration et une dureté plus élevée.
03 Chiffres et analyse
La figure 1 illustre la morphologie macroscopique des soudures sous différents paramètres de procédé. Une bonne pénétration a été obtenue à des vitesses comprises entre 2 et 3,5 m/min, avec une formation complète de la soudure et sans fissures, soulignant l'efficacité du soudage hybride laser-MIG par rapport au MIG seul.
La figure 2 montre les caractéristiques microstructurales des joints soudés, y compris la zone de soudure (WB), la zone affectée thermiquement - (HAZ) et le métal de base (BM). La zone de soudure est principalement constituée de dendrites équiaxiales, avec des grains passant de colonnaires à équiaxiaux près de la ligne de fusion. Des pores métallurgiques de 29 à 52 μm ont été observés dans la WB.
La figure 3 présente la répartition des pores dans différentes régions. Les pores de la soudure supérieure (région A) sont principalement métallurgiques et se forment en raison de l'obstruction de la fuite des bulles pendant la solidification.
La figure 4 montre la répartition de la microdureté entre les joints soudés. Le WB et le HAZ présentaient un ramollissement, les pores exerçant une plus grande influence sur la réduction de la dureté que le grossissement des grains. Des vitesses de soudage plus élevées ont augmenté la dureté moyenne, avec une dureté légèrement plus élevée observée dans les régions de soudure supérieures.
04 Conclusion
Cette étude sur des joints en alliage d'aluminium 5A06 de 6,9 mm d'épaisseur sous soudage hybride laser-MIG aboutit aux conclusions suivantes :
1. Le soudage hybride laser-MIG permet d'obtenir une bonne pénétration entre 2 et 3,5 m/min, améliorant considérablement la qualité de la soudure.
2. Les pores se concentrent principalement dans la région supérieure de la soudure, en raison de la précipitation de l'hydrogène et de l'évaporation du magnésium. La porosité a un effet plus important sur le ramollissement des joints que sur le grossissement des grains.
3. Paramètres optimaux : puissance laser 4,5 kW et vitesse de soudage 3 m/min, ce qui donne une faible porosité, une petite taille de pores et une distribution favorable de la microdureté.
4. Un contrôle approprié du processus (nettoyage des surfaces, gaz de protection et optimisation de la vitesse de soudage) est essentiel pour réduire la porosité et améliorer les performances du soudage.
Référence
Publication originale : Journal of Manufacturing Processes, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.08.011
