La production d’additifs de soudage à l’arc de métal gazeux (GMAW) est une technologie métallique plus abordable avec un taux de dépôt élevé pour potentiellement fabriquer des composants moyens et grands. Van Thao Le, de l’Université technique Le Quy Don au Vietnam, a publié un article intitulé « A Preliminary Study of Gas Metal Arc Welding Based Additive Manufacture of Metal Parts », qui se concentre sur l’examen des propriétés mécaniques et de la qualité interne des composants imprimés en 3D avec un GMAW- robot.

La technologie basée sur GMAW est meilleure pour la fabrication de pièces métalliques de grande taille que le soudage à l’arc au gaz tungstène (GTAW) et le soudage à l’arc plasma (PAW) en raison de sa vitesse de dépôt plus élevée. Il est important d’obtenir une qualité interne élevée des pièces imprimées GMAW, c’est pourquoi il est nécessaire de mieux comprendre leurs microstructures – en particulier lorsque le composant doit être utilisé dans un état porteur. Cette technologie est utilisée systématiquement au Vietnam en raison de son coût inférieur, les fabricants doivent donc savoir tout ce qu’ils peuvent sur la méthode pour obtenir de bons résultats.

«Par conséquent, le but de cette étude est d’examiner la qualité interne des pièces à parois minces fabriquées par le procédé AM basé sur GMAW. Les résultats obtenus dans cette étude nous permettent de démontrer la possibilité d’utiliser le robot GMAW pour la fabrication ou la réparation / reconditionnement de composants métalliques selon le principe AM », écrit l’auteur.

Figure 1. (a) Calendrier pour le système AM basé sur GMAW, (b) échantillon construit à paroi mince, (c) positions pour couper les échantillons et (d) cinq zones pour observer les microstructures et mesurer la dureté d’une surface coupée de l’échantillon.

Un robot industriel GMAW a construit un composant à paroi mince en utilisant le procédé WAM (wire arc additive manufacturing), composé de fil de soudage en acier doux cuivré sur une plaque de substrat en acier à faible teneur en carbone. Le robot à 6 axes a utilisé une torche de soudage pour déposer les couches du substrat, et vous pouvez voir les paramètres du processus de soudage dans le tableau ci-dessous.

«La distance entre la torche GMAW et la pièce était de 12 mm. Le dépôt a été réalisé à température ambiante et sans préchauffage du substrat », explique Le. «Lorsque le dépôt d’une couche de soudage est terminé, la torche de soudage est rétractée au point de départ pour le dépôt de la couche suivante avec un temps de séjour de 60 secondes. Le temps de séjour utilisé entre deux couches consécutives vise à refroidir la pièce et à transférer la chaleur accumulée vers l’environnement. « 

Une machine d’usinage par décharge électrique (EDM) a été utilisée pour couper deux groupes d’échantillons de traction de l’échantillon à paroi mince afin que l’auteur puisse mesurer la dureté du matériau de construction à l’aide d’un testeur de microdureté numérique, examiner ses microstructures avec un microscope optique et tester les propriétés de traction. .

Figure 2. Dimensions de l’essai de traction.

«Avant que ces échantillons ne soient coupés, deux faces latérales de la paroi mince intégrée ont été usinées pour obtenir une largeur effective des matériaux à paroi mince intégrés», a écrit Le.

Figure 3. Microstructures des matériaux de construction observées dans cinq zones: (a) zone supérieure, (b) zone intermédiaire, (c) zone inférieure, (d) zone affectée thermiquement (HAZ) et (e) zone de substrat.

La microstructure de l’échantillon a été observée dans cinq zones différentes. La zone supérieure, qui présente trois types de grains de ferrite et une forte variation de vitesses de refroidissement thermique et élevée, présente des «structures lamellaires à dendrites d’austénite primaires» réparties perpendiculairement au substrat. La zone médiane a deux types de grains et a principalement «la structure granulaire des ferrites avec de petites régions de perlite aux joints de grains». Les microstructures trouvées dans la zone inférieure, qui ont une vitesse de refroidissement plus lente que celle du haut, sont constituées de « grains de ferrite à grain droit dans lesquels de fines lamelles sont réparties et coexistent avec de fines bandes de perlite ». Ces grains sont plus fins que ceux de la zone médiane car la valeur du choc thermique est ici plus élevée.

Dans la zone affectée thermiquement (HAZ), les microstructures passent de l’austénite à la martensite, tandis que la zone du substrat présente des microstructures liées à la ferrite / perlite – tout le contraire de la «répartition homogène des phases» de la zone médiane.

Le tableau ci-dessus montre la mesure de la dureté (HV) dans les cinq zones. La zone supérieure avait le HV le plus élevé, tandis que le milieu avait le plus bas, et la valeur HAZ était légèrement inférieure à la zone de substrat.

Des échantillons ont été testés sur un tracteur, et Le a également calculé les courbes de charge technique.

Figure 4. Essai de traction avec deux échantillons TSv1 et TSh1: (a) Installation de l’échantillon sur la machine d’essai de traction, (b) les échantillons cassés après les essais de traction et (d) les courbes de contraintes techniques de pression.

Dureté (comprise entre 164 ± 3,46 HV et 192 ± 3,81 HV), limite d’élasticité (YS compensation de 0,2% variait de 340 ± 2 à 349,67 ± 1,53), et la résistance à la traction ultime (UTS variait de 429 ± 1 à 477 ± 2) pour les composants fabriqués par AM à base de GMAW était comparable à celle de l’acier doux forgé, » il expliqua.

«Il existe également une différence significative de YS et UTS entre les échantillons verticaux et horizontaux en raison de microstructures non uniformes des matériaux de construction. De plus, les propriétés mécaniques du composant à paroi mince construit par le procédé AM basé sur GMAW sont comparables à celles des pièces fabriquées par des procédés traditionnels tels que le forgeage et l’usinage. « 

Cette étude a montré que les composants métalliques construits par le robot AM basé sur GMAW ont «des propriétés mécaniques suffisantes et bonnes pour des applications réelles». Le a conclu qu’il était possible d’utiliser un robot GMAW pour l’impression 3D de pièces pouvant être utilisées dans des applications industrielles.

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