Effect of process parameters on the quality of aluminium alloy Al5Si deposits in wire and arc additive manufacturing using a cold metal transfer process

International audienceA 3D print device using a cold metal transfer arc welding station to melt a metallic filler wire is developed to build aluminium part by optimising the process parameters. First tests achieved using standard pre-recorded process parameters allow to study the effect of the travel speed and the average welding power on the geometrical characteristics of mono-layer deposits and on walls built by layers superposition. Finally, a parametric study of the effect of each process parameter controlling the shape of the arc current or voltage and the filler wire feeding is carried out in order to try to improve the geometrical regularity of the deposits, and to better understand the effect of each parameter on the melting of the filler wire, its transfer on the support plate, and the geometry of the formed bead

Étude de l’influence des paramètres de soudage sur la microstructure et le comportement mécanique des assemblages acier-aluminium obtenu par soudage à l’arc MIG-CMT

Joining of steel- aluminum thin sheets (0.8 to 2 mm) has been extensively studied in the beginning of 2000 years for automotive applications, in a regard to reduce vehicle weight (European Project Super Light Car). In this context, this work is carried out to study the possibilities of dissimilar steel-aluminum assembly by the new variant of the MIG welding process known as CMT (Cold Metal Transfer). The first part of the study is devoted to understand the operating principle of this process, using a platform equipped with a data acquisition system for synchronized measurements of voltage, current, speed wire feed and video images taken by a speed camera. In a second part, we present the metallurgical properties of steel-aluminum joints made in lap configuration with parameter sets covering the entire range studied in the previous section. We are especially interested in the area creating the connection between steel and aluminum. In the third part, the mechanical proprieties of connections are evaluated by quasi-static transverse tensile tests and under cyclic loading. The breaking strength of the reaction layer is also evaluated by an original technique, usually dedicated to the evaluation of the adhesion of coatings by laser shock. Finally, we propose a new method to estimate the efficiency of the CMT process based on the finite element numerical simulation of the evolution of temperature fields during the deposition of an aluminum weld on a galvanized steel substrate, coupled with modeling of the growth of the reaction layer formed along the steel / aluminum interface.Les assemblages acier-aluminium de tôles minces (0,8 à 2 mm) ont été beaucoup étudiés au début des années 2000 pour des applications automobiles, dans la perspective d'alléger les véhicules (projet européen Super Light Car). Dans ce contexte, le présent travail est réalisé en vue d'étudier les possibilités d'assemblage hétérogène acier-aluminium par la nouvelle variante du procédé de soudage MIG connue sous l'appellation CMT (Cold Metal Transfer). La première partie de l'étude est consacrée à la compréhension du principe de fonctionnement de ce procédé, en utilisant une plateforme équipée d'un système d'acquisition de données permettant les mesures synchronisées de tension, intensité, vitesse fil et d'images vidéo prises par une caméra rapide. Dans une seconde partie, nous présentons les caractéristiques métallurgiques des assemblages acier/aluminium réalisés en configuration à clin avec des jeux de paramètres couvrant toute la plage étudiée dans la partie précédente. On s'intéresse plus particulièrement à la zone créant la liaison entre l'acier et l'aluminium. Dans une troisième partie, la tenue mécanique des assemblages est évaluée par des essais de traction transverse quasi-statique et sous chargement cyclique. La résistance à rupture de la couche de réaction est aussi évaluée par une technique originale, habituellement dédiée à l'évaluation de l'adhérence des revêtements par choc laser. Enfin, nous proposons une nouvelle méthode pour estimer le rendement du procédé CMT basée sur la simulation numérique par éléments finis de l'évolution des champs de température lors du dépôt d'un cordon d'aluminium sur un substrat d'acier galvanisé, couplée à la modélisation de la croissance de la couche de réaction formée le long de l'interface acier/aluminium

Study of the influence of welding parameters on the microstructure and the mechanical behavior of steel-aluminum joints obtained by arc welding MIG-CMT

Les assemblages acier-aluminium de tôles minces (0,8 à 2 mm) ont été beaucoup étudiés au début des années 2000 pour des applications automobiles, dans la perspective d'alléger les véhicules (projet européen Super Light Car). Dans ce contexte, le présent travail est réalisé en vue d'étudier les possibilités d'assemblage hétérogène acier-aluminium par la nouvelle variante du procédé de soudage MIG connue sous l'appellation CMT (Cold Metal Transfer). La première partie de l'étude est consacrée à la compréhension du principe de fonctionnement de ce procédé, en utilisant une plateforme équipée d'un système d'acquisition de données permettant les mesures synchronisées de tension, intensité, vitesse fil et d'images vidéo prises par une caméra rapide. Dans une seconde partie, nous présentons les caractéristiques métallurgiques des assemblages acier/aluminium réalisés en configuration à clin avec des jeux de paramètres couvrant toute la plage étudiée dans la partie précédente. On s'intéresse plus particulièrement à la zone créant la liaison entre l'acier et l'aluminium. Dans une troisième partie, la tenue mécanique des assemblages est évaluée par des essais de traction transverse quasi-statique et sous chargement cyclique. La résistance à rupture de la couche de réaction est aussi évaluée par une technique originale, habituellement dédiée à l'évaluation de l'adhérence des revêtements par choc laser. Enfin, nous proposons une nouvelle méthode pour estimer le rendement du procédé CMT basée sur la simulation numérique par éléments finis de l'évolution des champs de température lors du dépôt d'un cordon d'aluminium sur un substrat d'acier galvanisé, couplée à la modélisation de la croissance de la couche de réaction formée le long de l'interface acier/aluminium.Joining of steel- aluminum thin sheets (0.8 to 2 mm) has been extensively studied in the beginning of 2000 years for automotive applications, in a regard to reduce vehicle weight (European Project Super Light Car). In this context, this work is carried out to study the possibilities of dissimilar steel-aluminum assembly by the new variant of the MIG welding process known as CMT (Cold Metal Transfer). The first part of the study is devoted to understand the operating principle of this process, using a platform equipped with a data acquisition system for synchronized measurements of voltage, current, speed wire feed and video images taken by a speed camera. In a second part, we present the metallurgical properties of steel-aluminum joints made in lap configuration with parameter sets covering the entire range studied in the previous section. We are especially interested in the area creating the connection between steel and aluminum. In the third part, the mechanical proprieties of connections are evaluated by quasi-static transverse tensile tests and under cyclic loading. The breaking strength of the reaction layer is also evaluated by an original technique, usually dedicated to the evaluation of the adhesion of coatings by laser shock. Finally, we propose a new method to estimate the efficiency of the CMT process based on the finite element numerical simulation of the evolution of temperature fields during the deposition of an aluminum weld on a galvanized steel substrate, coupled with modeling of the growth of the reaction layer formed along the steel / aluminum interface

Cellule de commutation pour module de puissance 3D haute densité et modulaire avec refroidissement à air intégré

International audienc

Assemblage hétérogène acier/aluminium par soudage MIG-CMT

International audienceL’assemblage entre l’acier DC01 galvanisé et l’alliage d'aluminium 6061 est réalisé par le procédé desoudage MIG-CMT en configuration à clin, avec l’aluminium placé en position supérieure. En raisonde la forte incompatibilité métallurgique et de la grande différence de température de fusion entreles deux matériaux de base, la technique de soudo-brasage a été employée. Le procédé d'assemblagene produit ainsi la fusion que de la partie aluminium, en utilisant un fil d’apport AlSi5 , et la phaseliquide vient mouiller librement la surface de l’acier. L'observation de coupes transverses descordons montre que la liaison cordon/acier est assurée par une couche de réaction de faibleépaisseur (<10μm), composée principalement d’intermétallique Fe2Al5 coté cordon et d'une couchetrès mince de FeAl3 coté acier. Les essais de traction transverse sur des éprouvettes prélevées dansles assemblages réalisés avec différentes énergies de soudage révèlent une résistance linéique (parunité de longueur du cordon) pouvant atteindre 228 N/mm, soit 76% de la résistance de l’aluminiumde base, avec une rupture soit à l’interface acier/cordon, soit près de la frontière entre le cordon etla tôle d'aluminium, soit une rupture mixte qui s’amorce à l’interface puis dévie vers le centre ducordon

Analyse statistique de l'assemblage acier/aluminium réalisé par le procédé de soudage MIG-CMT

International audienceLa dépendance vis-à-vis des paramètres de soudage de la géométrie de l'assemblage hétérogène acier/aluminium réalisé par le procédé MIG-CMT dans une configuration à clin est étudiée à travers un plan d'expérience. Les paramètres choisis comme facteurs d'influence sont la puissance de soudage, la distance entre la torche et la pièce ou "stick-out", le débit de gaz et la vitesse de soudage, tandis que les caractéristiques géométriques sélectionnées comme fonctions objectifs sont le poids de métal déposé, la largeur et la hauteur de cordon de soudure. La méthode de Taguchi est utilisée pour minimiser le nombre d'expériences et faciliter l'interprétation des résultats. On montre par la quantification de l'effet de chaque facteur d'influence sur les fonctions objectifs que le contrôle de la géométrie finale du cordon de soudure est possible par un choix adapté de paramètres de soudage

Experimental study of metal transfer in CMT welding

International audienc

Real Time Monitoring of Cold Metal Transfer (CMT) Welding Process

International audienceThe CMT welding process was investigated in this work. The transfer of Al-4043filler metal during welding was visualized using a high-speed camera with a greenlaser as an illumination source. Three phases were identified during the transfercycle. A hot phase during which a molten droplet is formed on the end of the wireelectrode under a high current. A cold phase corresponds to the move of the wiretoward the weld pool. The contact between the droplet and the weld pool createsa short circuit during which the material transfer is initiated and the arcing currentreduced. After a set time (in the middle of the short circuit phase), the wire isretracted mechanically to contribute to the droplet detachment without increasingin current welding. The effect of the current waveform on the metal transfer isinvestigated too. The reduction in the hot phase duration of the current waveformdecreases the volume of liquid drops at the wire tip and allows to increase theshort-circuit frequency, inducing a similar or higher deposit rate

Caractérisation expérimentale du transfert de métal en soudage à l'arc MIG-CMT et application du procédé pour l’assemblage acier-aluminium

National audienc

Control of mass and heat transfer for steel/aluminium joining using Cold Metal Transfer process

International audienceThe Cold Metal Transfer process is investigated to join zinc coated steel with aluminium alloy by braze-welding. A 4043 filler metal is deposited on the surface of the coated steel, and the effect of the current waveform on the metal transfer and the heat transferred to the base metal is investigated. The reduction in the 'boost phase' duration of the current waveform decreases the volume of liquid drops at the wire tip and allows to increase the short-circuit frequency, inducing a similar or higher deposit rate. Regular deposits are obtained when the linear energy remains below ,500 J mm 21. The heat transferred to the base metal, and thus the thickness of the intermetallic layer formed at the Al/steel interface, is lower for an equivalent deposit rate when the short-circuit frequency is high