Simulation numérique d’un essai de fissuration à chaud en soudage TIG sur un alliage d’aluminium 6061

Numerical simulation of a new hot cracking test in TIG welding of 6061 aluminium alloy

Laboratoire de Mécanique et Génie civil (LMGC), UMR 5508, Université de Montpellier II, 34095 Montpellier Cedex 5, France
e-mail: Aurelie.niel@iut-nimes.fr

Reçu : 28 Mai 2010
Accepté : 27 Août 2010

Résumé

Pour répondre aux nouveaux défis industriels, les constructeurs travaillent sur le développement de concepts innovants pour réduire le poids des véhicules par l’emploi de matériaux légers, comme les alliages d’aluminium. Ces innovations imposent une amélioration constante des procédés de fabrication, en particulier en soudage. L’accroissement des vitesses de soudage sur les alliages d’aluminium provoque l’apparition de défauts. La fissuration à chaud est l’un des plus sévères. Toutefois, la compréhension de ce phénomène est un problème complexe faisant intervenir le procédé, le matériau et la géométrie de l’assemblage. Les méthodes expérimentales d’investigation de ce défaut (D. Cartaud, Soudage et techniques connexes 49 (1995) 17-28) sont nombreuses, mais il s’avère souvent difficile d’interpréter les paramètres influant sur l’initiation de la fissuration. Quant à la simulation numérique du soudage et l’élaboration d’un critère de fissuration (M. Rappaz, J.-M. Drezet, M. Gremaud, Metall. Mater. Trans. A 30 (1999) 449), les études se poursuivent encore tant le sujet est complexe. Dans ce contexte, il semble utile de développer une simulation numérique cohérente d’un essai simple de fissuration en vue d’améliorer le procédé de soudage. Ce document présente brièvement les paramètres influant sur la fissuration à chaud en soudage pour un alliage d’aluminium 6061. Ensuite, une réflexion sur les lois de comportement a été menée pour traduire au mieux les sollicitations de la zone pâteuse. Nous terminerons sur l’application de cette modélisation à un essai simple de fissuration, avec pour objectif d’évaluer l’effet du matériau et de la structure sur la fissuration à chaud et de proposer des voies d’optimisation du procédé.

Abstract

In order to achieve new industry challenges, manufacturers are currently developing innovative concepts in the aim to reduce vehicle weight. The use of lightweight materials such as aluminium alloys is an example. These innovations require constant improvement of manufacturing processes, particularly in welding. Increased welding speeds on aluminium alloys cause defect appearances. The hot cracking defect is one of the most severe. However, this phenomenon is a complex problem which involves process, material and assembly geometry. Experimental methods of defect (D. Cartaud, Soudage et techniques connexes 49 (1995) 17-28) investigation are numerous, but it is often difficult to interpret the parameters affecting hot cracking initiation. As well as welding numerical simulation and development of a hot cracking criterion (M. Rappaz, J.-M. Drezet, M. Gremaud, Metall. Mater. Trans. A 30 (1999) 449) studies are still on-going as the subject is complex. In this context, it seems useful to develop a coherent simulation of a new hot cracking test to improve welding process. This document briefly explains the factors affecting hot cracking during welding of 6061 aluminium alloy and the new developing test. A thorough discussion has been done about the behaviour laws, in different weld zone, in order to get the mushy zone stress. Finally, our model was applied on a simple hot cracking test in order to study the material and structure effects on hot tearing. Then ways are proposed for optimizing welding process.