Fabrication d’un bloc à propriétés mécaniques élevées

Les sections précédentes ont exposé l’effet des paramètres sur les propriétés mécaniques des joints produits, mais également sur les propriétés dans les directions X et Y. Dans l’optique de tirer avantage de ces notions, une pièce a été produite avec l’alliage 5052 sous de nouvelles conditions. Les paramètres sont conservés constants puisque la diminution énergétique n’est pas constatée lors du soudage d’un bloc. Voici les paramètres choisis et leurs justifications respectives.

 Force : 5 000 N

Puisque la force ne possède pas d’effets significatifs ni sur l’énergie enregistrée, ni sur la résistance des joints lors des essais par tractions miniatures, une force suffisante pour produire une déformation convenable a été sélectionnée.

 Avance : 47 mm/s

La diminution de l’avance se traduit par une augmentation de l’énergie de soudage et s’est montrée bénéfique sur les propriétés mécaniques des joints. Celle-ci est

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réduite de manière à être beaucoup plus lente que les paramètres explorés pour améliorer les joints en Z, mais également en Y suite aux résultats précédents.  Amplitude : 75 %

L’augmentation de l’amplitude joue également un rôle positif sur les propriétés mécaniques aux interfaces. Par contre, l’utilisation d’une amplitude très élevée génère souvent plus de dépôt sur la sonotrode et tend également à faire dévier les feuillards lors du soudage. Une amplitude médiane a donc été sélectionnée au profit d’une vitesse d’avance beaucoup plus lente.

 Température : 110 °C

La déformation plastique est favorisée par la préchauffe, mais cet ajout énergétique supplémentaire a diminué les propriétés finales des pièces dans les directions autres que celle de la déposition. Une température légèrement moindre que celle utilisée pour le niveau supérieur a donc été sélectionnée.

Les résultats mécaniques pour les différentes directions de constructions sont présentés à la Figure 57 ainsi qu’au Tableau 18.

Figure 57 : Courbe de tractions longitudinale et transversale longue pour l’échantillon B52-110

0 50 100 150 200 250 300 0 0,5 1 1,5 C o n tr ain te (MP a) 0 50 100 150 200 250 300 0 5 10 15 Allongement (%) B52-110-X B52-110-Y

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Tableau 18 : Propriétés mécaniques de l’échantillon B52-110

X Y Z

Re0,2 Rm Al Re0,2 Rm Al Rm

MPa MPa % MPa MPa % MPa

237 ±6 268 ±3 21 ±2 237 ±2 247 ±2 7 ±0,2 120 ±11

Les résistances en traction obtenues sont de loin supérieures à celles préalablement déterminées pour les alliages 3003 et 5005. Comparativement à l’alliage 5052 soudée à température ambiante pour des paramètres standards, une légère perte en propriétés mécaniques est notable dans la direction longitudinale. Toutefois, celle-ci est largement compensée par des gains importants dans la direction transversale longue et courte. Il s’agit par ailleurs du seul échantillon montrant un domaine de déformation plastique homogène selon la direction transversale longue. Le choix de paramètres plus énergétiques a permis d’obtenir les meilleures propriétés de tous les essais réalisés en Y et en Z. Le gain important dans la direction Y est attribuable à une meilleure déformation entre les feuillards, bonifié par la préchauffe ainsi que la diminution de la vitesse d’avance permettant un temps d’exposition local plus élevé. L’utilisation d’une préchauffe moindre ainsi que d’une faible avance a permis d’obtenir des duretés aux interfaces moyennes de 85 HV0,010 et au centre de 74 HV0,010. Ces duretés sont similaires à celles obtenues aux interfaces lors du soudage à température ambiante et similaires à celles au cœur du feuillard lors du soudage à 150°C pour des paramètres standards (Figure 36).

L’utilisation de la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) sur ce même échantillon a permis de mettre au jour l’affinage important aux interfaces. La Figure 58 présente en a) une zone plus générale où l’épaisseur complète d’un feuillard est visible entre deux joints soudés et en b) un grossissement spécifiquement sur une interface pointée par des flèches rouges. Le pas utilisé pour la cartographie en a) est de 188,6 nm et de 82,9 nm en b). Les régions noircies sont des zones d’indexation plus faible. Trois régions plus spécifiques sont identifiées et représentent la zone fortement déformée à l’interface (zone 1), la zone intacte au centre du feuillard (zone 3) et la zone intermédiaire (zone 2).

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Figure 58 : Cartographie EBSD en contraste de bande et angles d’Euler du spécimen B52-110 selon le plan YZ en a) vue générale et b) grossissement sur une interface

La majeure partie de la structure observable est formée de grains allongés provenant du feuillard de base, formés à leur tour de sous grains. Aux zones soudées, un important mouvement de matière est visible dans la direction de vibration, causé par le passage de la sonotrode et de la déformation subséquente par le soudage d’un feuillard. Cette déformation n’affecte qu’un faible volume de part et d’autres de l’interface sur une profondeur d’un peu plus d’une vingtaine de microns perpendiculairement au joint. La zone déformée possède de fins grains pratiquement équiaxes comparativement aux grains très allongés du feuillard dans la direction transversale longue d’une cinquantaine de microns. Visuellement, la transition entre la zone affectée par le soudage formée de fins grains et la zone intacte est fluide. Les larges grains semblent être progressivement tirés et fragmentés vers la soudure et produisent alors de nouveaux grains plus fins. Les sous-grains au centre du feuillard possèdent une taille moyenne de 4,3 µm (zone 3) tandis que la zone intermédiaire (zone 2) est constituée de sous-grains d’une dimension moyenne de 1,4 µm. L’interface soudée (zone 1) quant à elle est formée majoritairement de grains possédant une taille moyenne de 0,91 µm.

Le joint visible à la Figure 58b, malgré le manque d’indexation, semble laisser voir une portion d’interface rectiligne provenant du feuillard supérieur. Cet artéfact est causé par le procédé même, qui vient déposer tour à tour une surface de feuillard intacte jamais en contact direct avec la sonotrode. Malgré la possible présence de ce défaut, aucun manque d’écoulement plastique considérable n’est visible.

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