Analyse des performances mécaniques des joints soudés au laser sur des tôles en alliages d'aluminium AA5052 et AA6061

Farhadipour, Pedram (2025). Analyse des performances mécaniques des joints soudés au laser sur des tôles en alliages d'aluminium AA5052 et AA6061. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 170 p.

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Résumé

« L'objectif de cette recherche est d'optimiser les processus de soudage au laser et d'analyser le comportement mécanique des alliages d'aluminium pour l'automobile, AA5052 et AA6061, dans différentes conditions. L'étude est divisée en trois phases : optimisation des paramètres de soudage au laser à recouvrement avec oscillation pour des feuilles d'aluminium AA5052-H32 de différentes épaisseurs, examen du comportement de fracture des pièces soudées des deux côtés en Al6061-T6 à des températures élevées, et évaluation des propriétés de traction à haute température des alliages AA5052-H36 et AA6061-T6 soudés au laser pour des applications automobiles. Dans la première phase, l'accent a été mis sur l'optimisation des paramètres de soudage au laser pour les feuilles AA5052-H32. Les paramètres étudiés comprenaient la puissance du laser, la vitesse de déplacement, la position de la lentille, la forme de l'oscillation et l'amplitude. Les résultats ont montré que le motif d'oscillation a un impact minimal sur la résistance mécanique, tandis que l'intensité de la puissance du laser est cruciale pour maintenir une efficacité de soudage supérieure à 89,9 %. Les mesures de microdureté ont efficacement détecté des défauts tels que la porosité et un apport thermique excessif. Les paramètres de soudage optimaux ont été déterminés comme suit : 2500 W pour la puissance du laser, 5 m/min pour la vitesse de déplacement, 6,0 mm pour la position de la lentille et 1,5 mm pour l'amplitude de l'oscillation. La deuxième phase a étudié le comportement de fracture des pièces soudées en AA6061-T6 sous des charges de traction et des températures allant de la température ambiante à 200°C. L'analyse microstructurale a révélé une zone affectée par la chaleur (ZAC) en forme de H, séparant deux zones de fusion. La section centrale de la ZAC, caractérisée par de petits grains recristallisés, était particulièrement sujette à la microfissuration. La recherche a indiqué qu'à des températures supérieures à 150°C, ces microfissures initiaient des fissures dans la zone de fusion, tandis qu'à des températures plus basses, l'initiation des fissures est plus sensible aux défauts géométriques dans la ZAC. Ces résultats suggèrent que le comportement de fracture de l'AA6061-T6 est fortement dépendant de la température, avec des implications significatives pour son utilisation dans des applications à haute température. La troisième phase a examiné les propriétés de traction à haute température des alliages AA5052-H36 et AA6061-T6 soudés au laser. Des tests de traction ont été réalisés à des températures de 25°C à 300°C avec des vitesses de déformation de 0,01 s?¹ et 0,1 s?¹. L'AA5052-H36 a montré une résistance mécanique supérieure, avec une diminution linéaire de la résistance à la traction ultime (UTS) à mesure que la température augmentait, tandis que l'AA6061-T6 a présenté une réduction non linéaire de l'UTS due à des transformations de phases. L'analyse a révélé que l'AA5052-H36 a une meilleure capacité d'absorption d'énergie avant rupture jusqu'à 250°C, après quoi l'absorption d'énergie diminue considérablement, soulevant des préoccupations quant aux risques de défaillance liés au fluage. En conclusion, cette recherche fournit des informations précieuses sur l'optimisation des paramètres de soudage au laser et la compréhension des performances mécaniques des alliages AA5052 et AA6061 dans différentes conditions thermiques. Les résultats mettent en évidence le rôle critique de la température dans la détermination de la pertinence de ces alliages pour des applications automobiles, notamment dans des environnements où les températures élevées et les charges de traction sont prévalentes. L'AA5052-H36 se révèle être une option plus robuste pour les charges de traction statiques à haute température, bien que l'utilisation de tout alliage au-dessus de 250°C nécessite une gestion prudente pour atténuer les risques de défaillances liées au fluage. -- Mot(s) clé(s) en français : Soudage au laser, alliage d'aluminium, soudage à recouvrement, optimisation, soudure double face, microstructure, température élevée, fractographie. »--
« The objective of this research is to optimize laser welding processes and analyze the mechanical behavior of automotive aluminum alloys, AA5052 and AA6061, under different conditions. The study is divided into three phases: optimization of overlap laser welding parameters with oscillation for AA5052-H32 aluminum sheets of different thicknesses, examination of the fracture behavior of double-sided welded Al6061-T6 parts at high temperatures, and evaluation of the high-temperature tensile properties of laser-welded AA5052-H36 and AA6061-T6 alloys for automotive applications. In the first phase, the focus was on optimizing laser welding parameters for AA5052-H32 sheets. The parameters studied included laser power, travel speed, lens position, oscillation shape, and amplitude. The results showed that the oscillation pattern had a minimal impact on mechanical strength, while laser power intensity was crucial in maintaining welding efficiency above 89.9%. Microhardness measurements effectively detected defects such as porosity and excessive heat input. The optimal welding parameters were determined as follows: 2500 W for laser power, 5 m/min for travel speed, 6.0 mm for lens position, and 1.5 mm for oscillation amplitude. The second phase investigated the fracture behavior of AA6061-T6 welded parts under tensile loads and temperatures ranging from room temperature to 200°C. Microstructural analysis revealed an H-shaped heat-affected zone (HAZ), separating two fusion zones. The central section of the HAZ, characterized by small recrystallized grains, was particularly prone to microcracking. The research indicated that at temperatures above 150°C, these microcracks initiated fractures in the fusion zone, while at lower temperatures, crack initiation was more sensitive to geometric defects in the HAZ. These findings suggest that the fracture behavior of AA6061-T6 is highly temperature-dependent, with significant implications for its use in high-temperature applications. The third phase examined the high-temperature tensile properties of laser-welded AA5052-H36 and AA6061-T6 alloys. Tensile tests were conducted at temperatures ranging from 25°C to 300°C with strain rates of 0.01 s?¹ and 0.1 s?¹. AA5052-H36 exhibited superior mechanical strength, with a linear decrease in ultimate tensile strength (UTS) as temperature increased, while AA6061-T6 displayed a non-linear reduction in UTS due to phase transformations. The analysis revealed that AA5052-H36 had better energy absorption capacity before fracture up to 250°C, after which energy absorption significantly decreased, raising concerns about creep-related failure risks. In conclusion, this research provides valuable insights into optimizing laser welding parameters and understanding the mechanical performance of AA5052 and AA6061 alloys under various thermal conditions. The results highlight the critical role of temperature in determining the suitability of these alloys for automotive applications, particularly in environments where high temperatures and tensile loads are prevalent. AA5052-H36 proves to be a more robust option for high-temperature static tensile loads, though the use of any alloy above 250°C requires careful management to mitigate potential creep-related failure risks. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Laser welding, Aluminum alloy, Overlap joint welding, Optimization, Double-sided weld, Microstructure, elevated Temperature, Fractography. »--

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Barka, Noureddine
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	El Ouafi, Abderrazak
Information complémentaire :	Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en ingénierie de l'UQAC, offert par extension à l'UQAR, en vue de l'obtention du grade de philosophiae doctor (Ph. D.).
Mots-clés :	Soudage laser ; Métaux - Propriétés mécaniques ; Aluminium - Alliages ; Métaux - Fluage - Analyse ; Fractographie ; Automobiles - Industrie et commerce ; Aa5052 ; Aa6061 ; Aa5052-h36 ; Aa6061-t6 ; Aa5052-h32.
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Date de dépôt :	19 déc. 2025 15:55
Dernière modification :	19 déc. 2025 15:55
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3377