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Posté par Redbran le Vendredi 06/10/2017 à 12:00
Nouvelles méthodes de soudage pour l'industrie automobile
Les neutrons ouvrent la voie vers des véhicules optimisés qui résisteront aux collisions

- L’acier au bore est particulièrement approprié aux applications de l’industrie automobile. Il est attractif car il réduit le poids des véhicules et améliore la sécurité des passagers
- Il est essentiel de comprendre les effets du processus de soudage par points sur l'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage...) au bore (Le bore est un élément chimique de symbole B et de numéro atomique 5.). Sur cette base, il sera possible d´optimiser les paramètres du processus dans le but de diminuer les tensions résiduelles et de rallonger la durée de vie (La vie est le nom donné :) des composantes.
- Pour la première fois, la corrélation entre le soudage par points et les contraintes résiduelles dans l'acier au bore a été déterminée de façon expérimentale par diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le...) de neutrons à l’Institut Laue-Langevin (L'Institut Laue-Langevin (ILL), nommé ainsi en l'honneur des physiciens Max von Laue (physicien allemand 1879-1960) et Paul Langevin (physicien français...) (ILL)

L'acier au bore embouti à chaud est un acier à ultra-haute résistance utilisé dans de nombreuses industries, et particulièrement pour des applications de l’industrie automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le...). Une grande majorité des fabricants de véhicules utilisent l’acier au bore pour les composants structurels et les systèmes anti-intrusion des automobiles. Ces matériaux dispose à la fois d’une grande résistance et d’un potentiel de réduction du poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est...), ce qui permet de construire des véhicules plus robustes tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en étant plus légers et plus sûrs pour les passagers.

Dans l’industrie automobile, une des principales méthodes d’assemblage est le soudage par résistance par points: plusieurs milliers de points de soudage sont réalisés sur un véhicule. Le soudage par points expose la feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges...) d'acier au bore se trouvant juste en dessous à des températures extrêmement élevées: le métal dépasse la température de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance...), puis se solidifie rapidement lors du refroidissement. Cela forme une zone de fusion dans laquelle le matériau environnant (la zone affectée thermiquement) se contracte et les microstructures sont altérées.

Il est important de comprendre les effets exacts du soudage par points sur l'acier au bore, car les zones affectées thermiquement peuvent présenter une dureté réduite, qui peut à son tour raccourcir la durée de vie du matériau. Pour examiner la corrélation entre dureté et contraintes résiduelles, les mesures doivent être effectuées en un seul et même point (Graphie) de soudage. Il faut donc utiliser une méthode de mesure des contraintes résiduelles non destructive, afin, par la suite, de réaliser une coupe du point de soudage pour les essais de dureté. Parmi les méthodes non destructives possibles figurent la diffraction des électrons, des rayons X et des neutrons. Cette dernière méthode a été choisie en raison de la bonne pénétration en profondeur du faisceau de neutrons et du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de sa jauge ( En tant qu'instrument de mesure : Une jauge est un instrument de mesure. On trouve par exemple : La jauge de contrainte, traduisant un effort mécanique en résistance électrique, La...) cubique, qui est mieux adapté à la géométrie de l’échantillon donné.

Un récent partenariat constitué de l’ILL, du WMG de l’Université de Warwick, de Tala Steel et de l'Engineering and Physical Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble...) Research Council (EPSRC) a mené une étude afin d’examiner la corrélation entre la dureté et les contraintes résiduelles dans l’acier au bore. Tala Steel a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus...) les feuilles d'acier au bore nécessaires aux expériences qui ont été menées par les chercheurs de WMG sur la ligne SALSA (Stress Analyser for Large-Scale Applications) de l’ILL. Dans cette étude, la diffraction des neutrons a été choisie comme méthode de mesure des contraintes résiduelles en raison de sa capacité à pénétrer des matériaux lourds tels que l’acier au bore, et parce qu’elle offre la résolution la plus fine. La distribution de la dureté a été mesurée sur les mêmes points.

Pour la première fois, cette étude a déterminé expérimentalement une forte corrélation entre la réduction de la dureté dans les zones affectées thermiquement des points de soudage de l’acier au bore, et l’augmentation des contraintes résiduelles. Les résultats ont révélé le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins...) de développer de nouvelles méthodes de soudage qui auraient un impact moins néfaste que le soudage par points, en particulier car on ne peut en aucun cas éviter la réduction de la dureté lors de l’utilisation du soudage par points sur l’acier au bore.

Le Dr Neill Raath, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) associé du WMG et chercheur principal de cette étude, a déclaré: « Nos travaux futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) seront axés sur deux méthodes pouvant résoudre ce problème: le soudage par impulsion magnétique, qui ne fait pas appel à la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) et ne crée donc pas de zones affectées thermiquement, et un traitement thermique (Le traitement thermique d'une pièce consiste à lui faire subir des transformations de structure grâce à des cycles prédéterminés de chauffage et de...) après soudage, qui contre les effets de réduction de la dureté liée au soudage par points. Ils bénéficieront largement aux industries qui utilisent l’acier au bore, notamment les industries automobile et agricole, ainsi qu'aux développeurs de matériaux qui peuvent utiliser ces données pour la modélisation et les essais destructifs dans leurs propres recherches. »

Pour le Dr Thilo Pirling, scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine...) de l’ILL en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice...) de l’instrument SALSA: « SALSA est un instrument parfaitement adapté à cette étude, car sa spécialité consiste à déterminer les contraintes résiduelles dans une grande variété de matériaux destinés à l’ingénierie, comme les aciers. Il permet également de diriger le faisceau sur de plus grandes structures. Dans ce cas précis, la nature non-destructive de la technique utilisée a permis d’analyser efficacement la corrélation des intérêts, puisque les profils de dureté ont pu être déterminés à partir d’un seul et même point de soudage, suite aux tests de diffraction des neutrons pour les contraintes résiduelles. »

Référence publication:
Effect of Weld Schedule on the Residual Stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme soumis à des contraintes...) Distribution of Boron Steel Spot Welds, Raath et al.
Metallurgical and Materials Transactions, June 2017, Volume 48, Issue 6, pp 2900–2914. DOI: 10.1007/s11661-017-4079-9

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Source: Institut Laue-Langevin (ILL)