INVESTIGATION EXPERIMENTALE ET CARACTERISATION THERMOMECANIQUE DE SOUDURES PAR LE PROCEDE TIG DE L’ACIER INOXYDABLE 304L ET DE L’ALLIAGE D’ALUMINIUM 2017.

(1)

Conférence Internationale sur le Soudage, le CND et l’Industrie des Métaux, IC-WNDT-MI’10 Oran, 27 - 28 novembre 2010

1

INVESTIGATION EXPERIMENTALE ET CARACTERISATION THERMOMECANIQUE DE SOUDURES PAR LE PROCEDE TIG DE L’ACIER INOXYDABLE 304L ET DE L’ALLIAGE D’ALUMINIUM 2017.

M. AISSANI¹,R. HAMZAOUI^2,3 et Y. BENKEDDA⁴

1 LMM, Centre de recherche scientifique en soudage et contrôle (CSC), PB 64, Chéraga Alger, ALGÉRIE. aissani_mld@yahoo.fr

2 CNRS UTBM, Site de Sévenans, F90010 Belfort Cedex, FRANCE. hamzaoui@profs.estp.fr

3 Ecole Spéciale des T.P du Bâtiment et de l'Industrie (ESTP) - 28, avenue du Président Wilson - 94234 Cachan, FRANCE.

4 LTSM, Département mécanique, Université Saad Dahlab de Blida. BP 270, route de Soumaa - 09000.

Blida, ALGÉRIE. y_benkedda@yahoo.fr

RESUME

Ce travail est porté sur une étude expérimentale des soudures de tôles d’alliages d’aluminium 2017-T4 et de l'acier inoxydable 304L, à usage aéronautique. Le procédé de soudage est le TIG. Les tôles ayant différentes épaisseurs ont été soudées avec différents paramètres. La mesure des cycles thermiques et la déformation verticale de l’assemblage a été mis en place dans le montage expérimental. Les résultats ont montré que la déformation diminue en augmentant l’épaisseur de la tôle soudée. La caractérisation thermomécanique des cordons de soudure a été effectuée d'une part par des mesures thermiques et d'autre part au moyen des essais de traction et de microdureté pour vérifier la qualité des cordons obtenus. L'étude du comportement local des différentes zones du cordon de soudure (MB, ZF et ZAT) est assurée par l’implantation des mini-jauges de déformation lors ces essais de traction, qui nous permettre d’estimer la déformation locale de chaque zone. Des observations métallographiques et morphologiques ont été effectuées.

MOTS-CLES : Caractérisation thermomécanique, Jauge de déformation, Soudage TIG, ZAT et ZF.

1. INTRODUCTION

La recherche a minimisé le poids des matériaux utilisés dans les structures de transport c.à.d.

l'allègement, l'économie de la matière et la recherche de nouveaux matériaux et par suite réduire les coûts qui préoccupent de plus en plus le domaine aéronautique. En effet, l’assemblage par soudage des structures en alliages d'aluminium dans l'aviation, offre une alternative importante au procédé d'assemblage par rivetage.

Le procédé de soudage est une opération d’assemblage où la continuité métallique entre les pièces à souder est assurée par la fusion globale de leurs bords. Ainsi on obtient, après solidification, un joint homogène demême caractéristique que le métal de base. On a ainsi un gain en masse de la matière des rivets et les parties superposées des tôles lors l'assemblage par rivets.

Vu la particularité des caractéristiques locales du soudage par fusion, l’assemblage soudé est soumis à des transformations et à des traitements thermiques à des températures très élevées. Ce qui engendre l’apparition des zones à risques (Zone fondue ZF et zone affectée thermiquement ZAT), après soudage [1], et cela amène à des ruptures catastrophiques en service dans certains cas [2,3]. Ces ruptures auront lieu brusquement par fragilisation, par fatigue ou par corrosion sous contraintes [4]. Donc, le but est d’obtenir une meilleure qualité de la soudure et d’éviter les ruptures catastrophiques en service. Ainsi, Il est essentiel d'étudier les propriétés mécaniques finales de la structure soudée en fonction des

(2)

2

paramètres du procédé de soudage, tel que l’apport d'énergie, vitesse de soudage, l’épaisseur de la plaque etc.… En outre, ces paramètres conditionnent les histoires thermiques en chaque point de la soudure. En conséquence, les variations de température, en termes de vitesse de refroidissement local, déterminent l’état microstructural et les propriétés mécaniques du cordon de soudure.

Des travaux de recherche ne cessent d’accroître pour résoudre les problèmes de ces soudures. Des études expérimentales et de caractérisation des propriétés thermomécaniques des alliages d’aluminium à usage extensive en aéronautique [5,6] sont toujours menés afin de mieux cerner ces problèmes de soudage et avoir une meilleure qualité des cordons de soudures.

Dans ce contexte, notre travail fait suite à des études antérieures de modélisation thermique [7,8] qui ont permis d’avoir un modèle consistant de prédiction des champs thermique au cours de soudage ; nous complétons ces études par les caractérisations thermique, mécanique et métallurgique de l’alliage d'aluminium 2017 et de l’acier austénitique 304L, et cela pour bien comprendre l’effet de ces cycles thermiques de soudage sur les microstructures de ces zones à risque du joint soudé. L'étude du comportement local des différentes zones du cordon de soudure (métal de base MB, ZF et ZAT) est assurée par l’implantation des mini-jauges de déformation lors ces essais de traction, qui nous permettre d’estimer la déformation locale de chaque zone et de déduire les caractéristiques mécanique du matériau.

2. PROCEDURE EXPERIMENTALE 2.1 Procédé et matériaux utilisés

Le soudage à l'arc électrique TIG (Tungsten-Inert-Gas) est le procédé utilisé pour l’assemblage des tôles d'alliages d'aluminium (2017-T4) et des tôles d’acier inoxydable 304L, en configuration bout à bout sous protection d’Argon. Le montage expérimental est illustré dans la figure 1.

A fin d’enregistrer les cycles thermiques de soudage, on a implanté sur les tôles des thermocouples type K (chromel-alumel) supportant des températures jusqu’à 1200°c. Un enregistreur enregistre les températures captées par les thermocouples ainsi que les tensions électriques (volt) relevées par trois captures "LVDTs" (noté par A, B et p) du déplacement vertical de l'une des tôles d’assemblage (figure 1).

Pour éviter l’écartement des tôles au niveau de la jonction qui se produit lors le chauffage, un pointage d’attachement préliminaire des deus tôles à souder aux extrémités a été réalisé (figure 2).

2.2 Composition chimique et paramètres de soudage

La composition chimique des tôles d'alliage d'aluminium utilisées est récapitulée dans le tableau 1-a.

Tandis que celle de l’acier inoxydable austénitique 304L est illustrée dans le tableau 1-b.

Les paramètres de soudage des tôles d’alliage d'aluminium et de l’acier inoxydable de chaque expérience sont récapitulés dans le tableau '2' selon les épaisseurs de ces tôles. Les valeurs ont été choisies selon les fourchettes issues de la norme NF A50-105 (1982). Le Métal d’apport pour la tôle d’aluminium d'épaisseur 5mm est l’alliage d’aluminium série AA-5356.

La protection gazeuse à l’endroit du cordon de soudure est assurée par un flux d’argon provenant de la torche simple flux. Le débit de ce gaz de protection est entre 6, 7 et 8 L/mn selon l’épaisseur de la tôle à soudée (1.5, 3.0 ou 5.0 mm). Toutes les dimensions sont mesurées et présentées en mm.

Tableau 1a,b : Composition chimique des matériaux utilisés.

1-a/ Tôles utilisées

Teneur des éléments en % massique d’alliage d’aluminium 2017

Cu Zn Mg Mn Cr Si Fe Autres Al

Alu 2017-T4 3.39 0.25 1.0 max 0.7 0.10 0.5 max 0.7 max 0.40 Le reste 1-b/ Tôles

utilisées

Teneur des éléments en % massique de l’acier inoxydable 304L

C Cr Ni Mo Cu Si Mn P S Fe

Acier 304L 0.023 17.95 8.32 0.257 0.38 0.68 1.73 0.027 0.024 Le reste

(3)

3

Tableau 2 : Paramètres de soudage TIG.

3. RESULTATS ET DISCUSSION

3.1 Cycles thermiques et courbes de déplacement en tension (v) enregistrés

Les figures 2 et 5a montrent un schéma global de la position d’implantation des thermocouples, les positions des LVDT et les zones de fixation de l’une des tôles (20x20 mm) ainsi que les points d’attachement réalisés par une soudure préliminaire afin d’éviter l’écartement des bouts des tôles, ceci pour les tôles A-2017-T4 d'épaisseur de 1.5 mm et 3.0 respectivement.

Les figures 3a, 4, 5b et 6 présentent les courbes des cycles thermiques des différents thermocouples implantés pour les différents cas traités. Ces courbes ont une forme générale comparable à celle des références bibliographiques [9, 7]. Donc, on a une augmentation très rapide de la température vers un maximum (proche au thermocouple), puis un refroidissement rapide qui tend à devenir de plus en plus lent au fil du temps, quand on s’éloigne du thermocouple. On remarque aussi dans ces figures qu'il y a

Tôles et leurs épaisseurs

Intensité I (A)

Tension U (V)

Temps t (s)

Longueur cordon

Largeur cordon

Vitesse (mm/s)

Diamètre électrode

Débit Argon (L/mn)

Acier 304L (1.5mm) 35 10 122.81 70±1 3-4 0.57 1.6 6

2017-T4 (1.5 mm) 47 11.5±1 135.71 180±1 6-7 1.32 1.6 6

2017-T4 (3.0 mm) 113 12.5±1 96.53 131±1 7.5±0.5 1.35 2.4 7

2017-T4 (5.0 mm) 146 14-15 115.2 195±1 8-9 1.68 2.4 8

Figure 1: Montage expérimental de soudage Pc pour la gestion des données en temps réel

Tôles

Thermocouples Les 3 LVDTs

Enregistreur thermique et de tension (déplacement)

Les trois conditionneur

des LVDTs Poste de soudage

Traverse coulissante

Torche de

soudage

(4)

4

absence d’enregistrement de quelques thermocouples, vu qu’ils sont déconnectés ou grillés au cours du soudage.

Figure 2: Schéma global typique de la position des thermocouples et les LVDT, Tôle A-2017 d'ép. 1.5 mm

122 122

50 100

50

60 10

LVDT-B LVDT-A

LVDT-p Les thermo-

couples

20 20

60 1^er point d’attachement

2^eme pt Tc1 Tc2 Tc3

4 Décollé

4

Sens de soudage Tc6

Tc4

Tc5 y 20 x

6 10

8

200

Thc2 'C

Thc3 'C

Thc4 'C

Thc5 'C

Thc6 'C

Alu 1.5mm long cord.

00:00 02:08,500 04:17

800,

400,

0,

(Temps écoulé) Intervalle mineur = 00:25,700

Temperature (°c)

Pique due à la perturbation - non considérer -

Figure 3a: Cycles thermiques enregistrés de la Tôle 2017-T4 d'épaisseur 1.5 mm

LVDT-P V

LVDT-A V

LVDT-B V

Alu1.5mm Déf 02

00:00 00:44 01:28

10,

0,

-10,

Figure 3b: Courbe d’évolution de la déformation captée par les LVDT sur la Tôle 2017-T4 d'épaisseur 1.5 mm

Tension (V)

A3 'C

A2 'C

A4 'C

A1 'C

A5 'C

00:00 03:18,500 06:37

1000,

500,

0,

Time (mn:s) Intervalle mineur = 00:19,850

Sens de soudage

A1 A3 A2 A4 A5 ligne de soudage A3

Temperature (°C) A1

Figure 4: Cycles thermiques enregistrés de la Tôle d’acier inoxydable 304L d'épaisseur 1.5 mm

A5

Thc1 'C

Thc3 'C

Thc4 'C

Thc5 'C

Thc6 'C

LVDT-P V

LVDT-A V

LVDT-B V

AL2017-3mm

02:00 03:14,500 04:29

800,

400,

0,

10,

0,

-10,

Temperature (°C)

Figure 5b : Cycles thermiques enregistrés et les déformations captées par les LVDT, Tôle A-2017 d'ép. 3.0 mm

Tension (V)

Figure 5a : Schéma de la position des thermocouples et les LVDT, Tôle A-2017 d'épaisseur 3.0 mm

122 122

70 150 75

40

60 10

LVDT-B LVDT-A

LVDT-p Sens de

soudage 20

20

20 20

60 1^er pt d’attachement

2^eme pt Tc1 Tc4

Tc5 3.5

40 50

Tc3 Tc6 Tc2 y x

5 4 1

3

(5)

5

Thc1 'C

Thc2 'C

Thc3 'C

Thc4 'C

Thc5 'C

Thc6 'C

Thc7 'C

Thc8 'C Thc10

'C

LVDT-P V

LVDT-A V

LVDT-B V

Alu 5mm mono passe

00:00 01:48 03:36

800, 800,

400, 400,

0, 0,

10,

0,

-10,

(Temps écoulé) Intervalle mineur = 00:27

Temperature (°C) Tension (V)

Figure 6 : Cycles thermiques enregistrés et les déformations captées par les LVDT, Tôle A-2017 d'épaisseur 5.0 mm On constate aussi quelques discontinuités de

certains cycles, ceci est du à des perturbations (d’origine électrique) lors de l’opération de soudage.

La température maximale enregistrée se situe dans l’intervalle des températures de la ZAT ou ZF, elle est de l’ordre de 560°C pour la figure 3a. Tandis que, elle est d’environ 650 °C pour la figure 5b et d’environ 560 °C pour la figure 6. Mais pour les cycles de l’acier 304L on a environ 690 à 720 °C. Ces points sont les plus proches de milieu du cordon (≈4.0mm).

Les enregistrements de déplacement vertical captés par les LVDTs et illustrés par les figures 3b, 5b et 6, montrent qu'il y a un léger soulèvement de la tôle libre droite de l'assemblage vers le haut (Z+). Le déplacement est calculé après l’utilisation de

l’équation Tension-Déplacement issue de la courbe d’étalonnage de ces capteurs LVDTs. Ainsi, on remarque que pour le même matériau (A-2017) l'augmentation de l'épaisseur résulte à une diminution de ce déplacement (Exp. figure 5b et 6).

Remarque : le refroidissement de noyau fondu va progresser de la périphérie vers le centre, et il sera d'autant plus rapide que le gradient de températures est élevé, ce que influe sur les propriétés mécaniques et la structure des tôles soudées (variation de dureté, la taille des grains des 3 zones…).

3.2 Caractérisation mécanique a) Essais de traction :

Des essais de traction ont été réalisés sur des éprouvettes prélevées de l’assemblage soudé et d’autres prélevées sur des tôles sans soudures et ce conformément à la norme AFNOR A03 153. La machine de traction utilisée est de type INSTRON model 6025 à une charge max 100 kN, avec des extensomètres pour la mesure de la déformation.

Les résultats obtenus pour le cas de l’acier inoxydable 304L sont résumés dans le tableau ci-après.

Tableau 3 : Résultats d'essais de traction pour l'acier inoxydable 304L.

Le matériau utilisé présente une contrainte maximale de résistance à la traction de l’ordre de 570 Mpa, avec une déformation de l’ordre de 50%. On remarque que cette propriété (max) est conservée même après soudage. Tandis que, la déformation est plus faible. La zone fondue de l’acier de part sa structure dendritique contenant une proportion de ferrite et ainsi plus dure (Hv élevée, figure 10), est la cause de cette variation d’allongement.

Les résultats des valeurs moyens obtenus des essais de traction des éprouvettes issues des tôles d’alliage d’aluminium A-2017-T4 d’épaisseur 3.0mm sont récapitulés dans le tableau 4.

Eprouvette Charge max (KN) max (MPa) Déformation (%)

Non-soudée1 11.58 497.84 50.14

Non-soudée2 13.36 578.20 49.62

Soudée1 16.22 557.43 37.34

Soudée2 16.28 559.58 31.58

(6)

6

Tableau 4 : Résultats obtenus des essais de traction des éprouvettes issues des tôles d’alliage d’aluminium A-2017-T4 (exemple de tôles d’épaisseurs mm)

La contrainte maximale de résistance à la traction est de l’ordre de 190 Mpa, avec une déformation de l’ordre de 15%. On remarque que cette propriété est quasi conservée même après soudage.

Pour un exemple des éprouvettes de la tôle 2017-T4 (avant et après l’essai de traction), la figure.7 montre quelques éprouvettes soudées et non soudés après l'essai de traction. On constate qu’il

ya quelques ruptures en plain métal de base, se qui signifie que le cordant de soudure est bien réalisé et de bon qualité et répondant de manière satisfaisante aux exigences des normes en la matière.

b) Essais de traction avec les mini jauges de déformation

Une mini-jauge de déformation est basée sur la propriété qu'ont certains matériaux de voir leur conductibilité varier lorsqu'ils sont soumis à des contraintes, pressions ou déformations (piézorésistance).

Elle permet ainsi de transmettre un signal électrique lors la variation de sa résistance due à une déformation unidirectionnelle dans notre cas.

Donc, les mini-jauges sont collées sur les différentes zones d'un cordon de soudure (voir figure 8 a,b ) - On a collé la mini jauge G1 au milieu de la zone de fusion

ZF, la G2 sur la surface de la ZAT et la G3 sur le métal de base MB. La vitesse de déformation est 10^-3 1/s.

La figure 9 montre l’état d’une éprouvette de traction et les mini-jauges après l’essai de traction.

Eprouvettes 2017-T4 Ep.

3mm

Charge max (KN)

Limite d'élasticité

Re (MPa)

max (MPa)

Déforma- tion (%) Non-soudée 11.02 83.75 191.29 20.67

Soudée1 11.39 127.99 192.48 14.88

Soudée2 7.81 85.04 131.44 5.96

Figure 7: Quelques éprouvettes avec et sans cordon de soudure.

Figure 8 a,b : les mini-jauges colées sur les différentes zones d'un cordon.

a/

b/

Figure 9 : éprouvette de traction et les mini- jauges après l’essai de traction.

(7)

7

Nos premiers testes n’ont pas encore abouti à des résultats de déformation locale comparable à la déformation globale. Ce qui nécessite un perfectionnement de notre montage.

Remarque : sur la partie de ZF des cordons de soudure, la surface de cette zone est tellement courbé (concave) que : lors l’essai de traction, on a un décollement de la mini-jauge lors cette surface commence à être redresser et rectiligne par l’effet de traction.

Ce qui ne nous a pas permis d’obtenir une information complète de la déformation locale de ces zones importantes de ZF.

c) Mesure de microdureté

Les mesures de microdureté Vickers ont été réalisé sur des coupes transversales aux cordons de soudure, afin d’établir des filiations sur l’ensemble des zones qui sont le métal de base Mb, ZAT et ZF.

Les mesures ont été effectuées sous une charge de 200g pour les échantillons de l’alliage d’aluminium 2017. Cependant pour l'échantillon de l’acier 304L on a utilisé une charge de 500g, afin de bien visualisé l’empreinte d’indentation de chaque matériau. Vu le nombre important de résultats, on s'est contenté de présenter que ceux de l'acier inoxydable et l'alliage d'aluminium 2017 d'épaisseur 5 mm.

La figure 10 montre une variation de microdureté pour l'échantillon de l’acier 304L. Elle est caractérisée par une décroissance à partir du milieu de la zone de fusion jusqu’à atteindre un minimum au niveau de la ZAT, suivi d’une légère croissance pour se stabiliser ensuite à une valeur caractéristique du MB (≈175 Hv). Nous pouvons procéder à un dimensionnement des différentes zones (ZAT et ZF) à partir de ces courbes (ZF≈3.2 mm, ZAT≈4.8 mm).

Par contre, la figure 11 indique pour l'alliage d'aluminium 2017 qu’il ya une croissance des valeurs de microdureté à partir du milieu de la zone de fusion jusqu’à atteindre des valeurs maximums au niveau de la ZAT, puis une décroissance pour atteindre une valeur caractéristique du MB qui est d’environ 110 Hv.

Donc, la zone affectée thermiquement a une dureté plus élevée, ceci est dû au grossissement des grains par l’effet thermique. Tandis que, la ZF a une dureté plus faible malgré la taille des grains de cette zone est très fine (figure 12).

D’après les filiations de microduretés (up ou down), on peut également estimer l’étendu de ces zones (ZAT et ZF) selon qu’on est plus proche à la surface du cordon (up filiation) ou plus proche de sa racine.

Une augmentation de la dureté est généralement est associée à une moindre de ténacité, aussi l’accroissement de dureté observé dans les zones affecté thermiquement par le soudage pour les alliages d’aluminium peut être l’indice d’un risque de fissuration à froid sous cordon. Ceci démontre que les soudures réalisées sur les alliages d’aluminium de la série 2xxx sont généralement moins robustes et peu réussis par rapport au celles des aciers austénitique utilisées dans l’industrie.

Acier austénitique (304L)

40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 5 10 15 20 25 30

Déplacement (mm)

Micro-dureté Hv500g

Filiation Hv1 Polynomial Hv1 Polynomial (demi partie) ZF ZAT

ZAT

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Déplacement à travers le cordon (mm)

Micro duretie Hv200g

Up filiation Down filiation

Moy. mobile interpol. (Up filiation) Moy. mobile interpol. (Down filiation) Z F

ZAT A. Alu 2017 - 5mm avec métal d'apport

ZF

ZAT (2) ZAT (1)

Up

Figure 11: Filiations de microdureté de la tôle A-2017 (épaisseur 5.0 mm) à travers le cordon.

Figure 10: Filiation de microdureté de la tôle d'acier austénitique 304L (ép. 1.5 mm) à travers le cordon.

(8)

8

3.3 Caractérisation métallographique

La caractérisation métallographique est réalisée au moyen d’observation par microscope optique et par le MEB (Microscope Électronique à Balayage) des différentes zones des soudures (ZAT, ZF et BM), ceci pour les différents matériaux étudié. Donc, on a les résultats suivants :

L’observation micrographique des échantillons prélevés préalablement de cordon de soudure et attaqués chimiquement après le polissage, révèle une nette tendance au grossissement du grain dans la zone affectée thermiquement (ZAT) due à l’apport thermique important lors du soudage (Figure 12a,c et 13a,c).

Ceci est bien clair à travers les figures montrant les zones de liaison pour ces deux matériaux.

La zone fondue observé sur l'échantillon de l’acier 304L (Figure 12b) présente bien une structure dendritique brute de solidification, c’est au cours du refroidissement qu’apparais la phase austénitique, à partir d’une transformation de l’état solide de la ferrite. On a la taille des grains de MB plus petite que celle de la ZAT et ZF, justifier précédemment (figure 12d).

Tandis que la figure 13b montre une structure de la zone fondue de l’échantillon de l’alliage d’aluminium A- 2017 de type équiaxe avec des taches noires sur ces grains [1,5]. Ces grains ont un ordre de grandeur de 50 μm.

La figure 14 présente quelques photos observées par MEB. Pour le même alliage d’aluminium A-2017 on a la structure de la ZAT illustrée par la figure 14a. Un agrandissement du joint de grains de la zone fondue est présenté par la figure 14 b, ceci nous permis d’avoir une aidé sur sa forme et sa taille.

En fin un faciès de rupture d’une éprouvette soudée de la Tôle 2017-T4 d'épaisseur 3 mm est présenté avec une partie agrandie. La rupture s’est effectuée dans la partie du métal de base de l’éprouvette de traction (figure 7). A partir de cette structure et morphologie on déduit qu’il s’agit d’une rupture de type ductile [1].

d Figure 12 a,b,c et d : Micrographies optiques des différentes zones de

soudure de l’acier austénitique 304L (épaisseur 1.5mm).

a) Zone de liaison ZL (agrandissement 100X).

b) Zone fondue ou de fusion ZF (200X).

c) Zone affectée thermiquement ZAT (200X).

d) Métal de base MB (200x).

a b

c

ZF ZAT

MB

(9)

9

4. CONCLUSIONS

Ce travail de caractérisation nous a permis de voir l’effet des cycles thermiques durant le soudage TIG sur l’évolution mécanique, structurale et métallographique des cordons de soudure, réalisés sur des tôles d’acier inoxydable 304L et de l’alliage d'aluminium A2017-T4 à différentes épaisseurs. A cet effet, les conclusions suivantes peuvent être tirées :

- Les limites et les étendus des zones à risques du métal soudé (ZF et ZAT), dont ayant subit des changements structuraux, sont bien reconnus et discernés. Ceci selon le matériau et l’épaisseur considéré. Par exemple pour la tôle d’acier 304L d'épaisseur 1.5 mm, l’étendus de la ZF est de l’ordre de 3.2 mm, tandis que la ZAT est de l’ordre de 4.8 mm..

- La microdureté de la ZAT pour l’alliage d’aluminium A-2017 (d'épaisseur 5.0mm) est la plus élevée en comparant avec d’autres zones. Cependant, on a un cas inverse pour les échantillons de l’acier inoxydable 304L de cette microdureté dans la ZAT. Les valeurs de dureté sont largement supérieures pour l’acier que celle de l’alliage d’aluminium.

- Les résultats des essais mécaniques de traction répondant de manière satisfaisante aux exigences des normes les plus sévères en la matière. Ces essais ont permis de déterminer les propriétés mécaniques essentielles. Mais pour la déformation locale de chaque zone nécessite un perfectionnement du montage.

- Les caractéristiques mécaniques sont moyennes pour l'alliage A-2017. L’acier 304L a les meilleures caractéristiques mécaniques grâce à sa composition chimique. Il présente une bonne tenue à la ténacité et à la propagation de criques (fissures).

- Des études métallographiques de la morphologie et de la taille des grains ont été effectuées par microscope optique et microscope électronique à balayage MEB. Ces techniques nous ont permis de mettre en évidence l’étendu des différentes zones du cordon de soudure dans ces matériaux. Un agrandissement du joint de grains est aussi montré.

Figures 13 a,b,c : Représentation micrographique otique des 3 zones (MB, ZAT et ZF) sous différent agrandissement (x50 et x200) de la Tôle 2017-T4 d'épaisseur 5 mm

ZAT

ZF ZF ZAT

Agrandissement x50 x200 x200

MB

a b c

Figures 14 a,b,c : a/ La ZAT vu par MEB de même alliage d’aluminium.

b/ La ZF par MEB avec agrandissement du joint de grains, c/ Un faciès de rupture d’une éprouvette soudée où la rupture est effectuée dans la partie du métal de base de la Tôle 2017-T4 d'épaisseur 3 mm.

a/ b/ c/

(10)

10

- Un faciès de rupture d’une éprouvette soudé de la Tôle A-2017 est illustré par MEB où la rupture s’est accomplie dans la partie du métal de base (Mb). La rupture est de type ductile.

En fin, ces matériaux ont de nombreuses applications en aéronautique et en mécanique.

5. REFERENCES

[1] H.Granjon, "Bases métallurgique du soudage", 2ème Ed. Publication du soudage et ses applications, France (1995).

[2] L. Witek, "Failure Analysis of the wing-fuselage connector of an agricultural aircraft", Engineering Failure Analysis, Vol. 13, Issue 4, p 572-581, (June 2006).

[3] R.K. Guipta and S.V.S. Narray Murty, "Analysis of crack in aluminum alloy AA2219 weldment", Engineering Failure Analysis, Vol. 13, Issue 8, p 1370-1375, (December 2006).

[4] R. Blondeau, "Procédés et applications industrielles du soudage", Edition Lavoisier, France (2001) [5] DEBBOUZ ; NAVAÏ, Mechanical characterization by dynamical tensile loading of 2017 aluminium alloy

joints welded by diffusion bonding. New results and SEM observations of the failure surfaces, Journal of materials science, 32, p 475 - 482, (1997)

[6] M. Zain-ul-abdeina, D. Nélias, J.F. Jullien and A. I. Wagan, "Thermo-mechanical characterisation of AA 6056-T4 and estimation of its material properties using Genetic Algorithm", Materials & Design, Vol. 31, Available online 4 April 2010.

[7] M. Aissani, H. Maza, B. Belkessa, "Contribution à la modélisation du soudage TIG des tôles minces d’acier austénitique 304L par un modèle source bi-elliptique avec confrontation expérimentale", J.

Physique IV, Vol 124, p 213-220, (2005)

[8] M. Aissani, D. H. Bassir, Y. Benkedda, "Thermal Simulation and Experimental Characterizations of Aeronautic Stainless Steel Welded by TIG process”, Int. Review of Aerospace Engineering. Vol. 1 N° 5, p 481-488, (2008)

[9] G. MURRY, "Soudage et soudabilité métallurgique des métaux", Technique de l’ingénieur M715, France (2001)