La demande de l'industrie automobile en alliages hautes performances connus sous le nom d'aciers avancés à haute résistance (AHS) a augmenté ces dernières années en raison d'une sécurité des passagers de plus en plus stricte, exigences de performance du véhicule et d'économie de carburant.
Caractérisé par une formabilité et une résistance aux collisions améliorées par rapport aux nuances d'acier conventionnelles, des aciers à haute résistance ont été utilisés dans des endroits de sécurité critiques dans les structures de carrosserie pour absorber l'énergie des impacts. Cependant, certains de ces alliages à haute résistance ont tendance à devenir cassants à la suite du soudage et peuvent se briser lorsqu'ils sont soumis à l'estampage à chaud et au formage requis par de nombreux procédés de fabrication.
"Ce problème rend impossible l'utilisation de l'acier AHS non seulement dans l'industrie automobile mais aussi dans d'autres industries telles que l'aérospatiale, " a déclaré Milton Sergio Fernandes de Lima, chercheur à l'Institut d'études avancées du Commandement de l'armée de l'air brésilienne (IEAv). Pour régler ce problème, Lima a développé une méthode innovante de soudage laser à haute température pour l'acier AHS adaptée aux applications aérospatiales.
Les résultats, obtenu alors que Lima était chercheur invité à la Colorado School of Mines aux États-Unis avec le soutien de la Sao Paulo Research Foundation, ont maintenant été publiés dans le www.aws.org/supplement/WJ_2017_10_s376.pdf"> Journal de soudage .
La technique développée par Lima consiste à chauffer des tôles d'acier 22MnB5 - la nuance AHS la plus prometteuse pour l'emboutissage et le formage à chaud - à environ 450°C 10 minutes avant le soudage laser pour égaliser les températures. Les feuilles sont maintenues à haute température pendant encore 10 minutes après soudage pour produire une structure bainitique. Les métallurgistes ont découvert que la bainite, un microconstituant qui se forme dans l'acier sous certaines conditions, est le meilleur candidat pour produire des joints de soudure robustes et fiables. En particulier, il affiche des valeurs élevées pour la limite élastique et la résistance à la traction.
L'analyse a montré que les tôles soudées à cette température élevée contenaient de la bainite et étaient beaucoup plus résistantes que les tôles soudées à température ambiante, qui contenait de la martensite, un microconstituant avec une limite élastique et une résistance à la traction inférieures à celles de la bainite. Des tests de résistance ont également démontré la résilience des tôles soudées à haute température. "Nous avons réussi à produire des soudures dures directement dans la bande bainitique sans aucun besoin de traitement thermique supplémentaire, " dit Lima.
Applications possibles
Selon Lima, la technique peut facilement être appliquée dans la fabrication pour améliorer le soudage au laser de l'acier à haute et ultra haute résistance. L'industrie automobile utilise le soudage au laser pour assembler des flans en acier et des pièces structurelles embouties telles que des piliers, poutres, des rails, cadres, tunnels et barres plus rapidement et de manière plus fiable qu'avec le soudage conventionnel.
Dans l'industrie aérospatiale, le soudage laser est utilisé par les avionneurs comme Boeing et Airbus, ainsi que quelques petites entreprises européennes, pour améliorer la fiabilité des soudures dans les structures d'avions, fusées, missiles, satellite, véhicules de rentrée, antennes, systèmes embarqués et drones.
"Les structures soudées au laser dans cette industrie doivent être capables de résister à des températures élevées et à des pressions externes, " a déclaré Lima. " D'où la nécessité de niveaux de fiabilité très élevés. " Bien que les études en soient à leurs débuts, l'acier bainitique devrait être un excellent matériau pour le blindage et le blindage en raison de sa grande capacité d'absorption d'énergie mécanique, il ajouta.
"De nombreux matériaux développés par l'industrie aérospatiale n'ont jamais volé car ils ne répondent pas aux exigences nécessairement élevées de l'industrie, " a déclaré Lima. "Mais les sous-produits de ces matériaux peuvent avoir des applications et être facilement introduits dans d'autres domaines, comme l'industrie automobile." Lima est actuellement engagée dans un projet, également soutenu par la FAPESP, prouver la faisabilité de sa technique au Brésil et l'utiliser pour le soudage laser des aciers maraging, un ingrédient essentiel des moteurs de fusées et de missiles brésiliens.
