Des chercheurs proposent un nouveau spot de résistance hybride

Des chercheurs de l'Institut d'optique et de mécanique fine de Shanghai (SIOM) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) ont mis au point un nouveau procédé hybride de soudage laser par points par résistance pour assembler l'aluminium à l'acier. Le processus, décrit dans un article en libre accès dans la revue Materials & Design, effectue d'abord un soudage par points par résistance de matériaux dissemblables en aluminium et en acier, suivi d'un soudage par points au laser.

L'application d'une structure de carrosserie en matériaux dissemblables aluminium-acier est l'une des solutions clés dans l'industrie automobile pour réduire le poids du véhicule et améliorer l'économie de carburant. Par conséquent, de nombreux travaux de recherche ont été menés afin d'obtenir des joints de haute qualité en utilisant des matériaux dissemblables en aluminium et en acier au cours des dernières décennies. Cependant, il existe deux principaux obstacles au soudage de l'aluminium sur des matériaux différents en acier.

La première est que la solubilité extrêmement faible du fer dans l'aluminium (∼0,03 %) conduit à la formation facile de composés intermétalliques cassants (IMC : par exemple FeAl3 et Fe2Al5) dans la soudure au lieu de phases de solution solide pendant le processus de soudage ; l'autre obstacle concerne les contraintes thermiques et résiduelles importantes produites dans les soudures en raison de propriétés thermophysiques différentes entre l'aluminium et l'acier, telles que le coefficient de dilatation thermique, qui entraîne la formation de fissures dans la couche IMC et/ou la soudure, réduisant ainsi la capacité de déformation plastique et les performances de fatigue de la soudure.

… Le soudage par points par résistance (RSW) est l'une des méthodes d'assemblage courantes pour la fabrication de carrosseries automobiles en blanc (BIW) en raison de son rendement élevé et de son faible coût. … Malgré les avantages de l'assemblage de matériaux homogènes, il est encore difficile pour le procédé RSW conventionnel d'assembler directement des métaux dissemblables aluminium-acier.

… Ces dernières années, le soudage au laser a montré de nombreux avantages tels qu'une efficacité de production élevée et un faible apport de chaleur, et son application s'est progressivement développée dans l'industrie automobile. … Cependant, le soudage au laser de l'aluminium sur l'acier présente toujours un grand défi en raison de la formation de nombreuses fissures et d'IMC cassants, qui l'empêchent d'être largement utilisé pour assembler l'aluminium et l'acier.

Le but de ce travail est de tirer pleinement parti des avantages du soudage RSW et laser pour connecter des métaux dissemblables en aluminium et en acier. Un procédé hybride de soudage par résistance-laser par points (HRLW) est proposé combinant un procédé RSW spécialement conçu avec le soudage au laser d'une manière innovante.

Lee et al.

Les soudures par points sont réalisées par la technologie de connexion par soudage par points par résistance ; des soudures circulaires sont ensuite réalisées autour des points de soudure grâce à la technologie de soudage par vol au laser.

Les chercheurs ont découvert que des améliorations significatives des propriétés mécaniques des joints aluminium/acier ont été obtenues en modifiant la structure du joint et en contrôlant l'épaisseur des composés intermétalliques fragiles. La soudure par résistance par points avait une charge de traction-cisaillement considérable mais une ductilité et une absorption d'énergie médiocres en raison de la présence d'une zone de liaison faible autour de la périphérie du joint, ce qui a facilité l'initiation et la propagation rapide de la fissure.

Le processus de soudage par points au laser suivant a été effectué dans la zone de liaison faible du joint de soudage par points par résistance, ce qui a inhibé la propagation rapide des fissures le long de l'interface de contact (une surface de contact est l'une des surfaces en contact au niveau d'un joint) en évitant la fracture de l'interface.

Par rapport aux joints de soudage par résistance par points, la charge de pointe de traction-cisaillement et l'absorption d'énergie ont été augmentées de 18,2 % et 424,8 % pour les joints de soudage hybrides, respectivement.

Ressources

Mingfeng Li et al. (2022) « Soudage hybride par résistance-laser par points de matériaux dissemblables aluminium-acier : microstructure et propriétés mécaniques », Matériaux et conception doi : 10.1016/j.matdes.2022.111022

Publié le 06 septembre 2022 dans Fabrication, Contexte du marché, Matériaux, Réduction de poids | Lien permanent | Commentaires (0)