Etude expérimentale et numérique de la soudabilité des alliages de magnésium par laser CO2 de puissance (applications pour l'automobile et l'aéronautique)

Leur faible densité, leurs excellentes propriétés de moulage, leur bonne stabilité dimensionnelle, leur bonne capacité d amortissement, leur rôle d écran contre les interférences électromagnétiques, et leur recyclabilité, tous ces avantages font des alliages de magnésium des matériaux très attractifs pour les industriels de l automobile, aéronautique, électronique, informatique, nucléaire Cependant, leur usinage et, en particulier, leur soudabilité mérite un procédé bien adapté à leurs problèmes d inflammabilité, et d échauffement par frottement. L outil laser est un moyen efficace pour surmonter les difficultés d usinage, que nous pouvons rencontrer avec l utilisation des procédés conventionnels, ceci grâce à l apport d énergie sans contact avec le matériau à usiner et à la forte densité de puissance qu il est possible d obtenir. Le procédé laser associé à des couvertures gazeuses bien adaptées permet aussi de protéger efficacement le métal de l action de l oxygène. Actuellement, la recherche concernant le soudage des alliages de magnésium par laser et sa modélisation reste émergente. Pour notre réalisation expérimentale, deux alliages de magnésium ont été utilisés : des éprouvettes d alliage du type WE43 (application aéronautique) et du type AZ91 (application automobile), sont soudées par procédé laser CO2, de puissance nominale 5 kW et sans métal d apport. Les principaux paramètres de soudage par laser (puissance, vitesse, position focale et couverture gazeuse) on été optimisés afin d obtenir des cordons de soudure de bonnes propriétés mécaniques et sans défaut métallurgiques. Les paramètres du procédé de soudage par laser ont été optimisés dans les intervalles de valeurs suivantes : puissance laser : 500 à 5000 W, vitesse du soudage : 1 à 10 m/min, position de la tache focale par rapport à la surface de l échantillon de : .3mm à +3 mm, et une couverture gazeuse d hélium avec un débit de 10 à 60 l/min, sous une pression de 4 bars. La profondeur de pénétration et la largeur du cordon ont été caractérisées en fonction des principaux paramètres du procédé. L évolution du cordon de soudure avec la puissance laser et la vitesse du soudage nous permet aussi de distinguer le régime de conduction du régime keyhole lors d une opération de soudage par laser. L analyse métallurgique et le contrôle mécanique ont permis aussi de valider les cordons de soudure dont les paramètres ont été optimisés. Par comparaison avec le métal de base, les soudures réalisées ont conservé une bonne résistance à la rupture et possèdent une microdureté en moyenne du même ordre que celle dans le métal de base. Un code numérique développé au Centre Laser de l Université Polytechnique de Madrid, Espagne, modèle que nous avons adapté en coopération avec l équipe du Professeur J. L. Ocana au soudage laser des alliages de magnésium et aux conditions expérimentales particulières. Une comparaison modèle/expérience a été menée montrant l influence de la puissance laser et de la vitesse du soudage sur l évolution de la profondeur de pénétration et la largeur du cordon. Bien que les propriétés utilisées ne correspondent pas exactement à la réalité expérimentale, les résultats obtenus sont fiables compte-tenu des incertitudes attachées aux hypothèses simplificatrices, à l exception de certains cas de figures à la limite des conditions expérimentales, telles que à grandes vitesses, aux faibles puissances. Certains paramètres physiques comme l absorption plasma, la tension de surface à l état liquide, les constantes de vaporisation, devront être pris en compte dans la perspective du développement du modèle actuel.NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF