Laser repairing of magnesium alloys components in Aeronautic

Les alliages de magnésium ont des propriétés très attrayantes, comme une faible densité, une bonne résistance spécifique, une excellence capacité d’amortissement (bonne résistance aux chocs et à l'absorption du bruit) et une bonne coulabilité (surtout pour le moulage à haute pression). De plus, ces alliages possèdent une excellente usinabilité, un bon blindage aux interférences électromagnétiques et une grande recyclabilité. Par conséquent, les alliages de magnésium ont de nombreuses applications dans le domaine aéronautique, automobile, électronique et autres. Par exemple, en aéronautique, l’alliage Mg-4,2Zn-1,2Ce-0.7Zr (ZE41A) moulé en sable est utilisé pour les carters moteur, les boîtes d'engrenage et les jantes de roue. Cependant, ces alliages ont des faibles propriétés de surface comme la résistance à l’abrasion, l’érosion ou la corrosion, d’où un endommagement précoce de ces pièces.

La réparation de composants endommagés peut être une solution avantageuse en termes de temps et de coût. Les procédés traditionnellement utilisés pour la réparation de ces composants sont le TIG ou le MIG. Toutefois, l’apport important d’énergie durant le soudage à l'arc entraine généralement de grandes variations de la structure métallurgique du magnésium (grossissement des grains), une zone affectée thermiquement étendue et des pertes importantes d'éléments d'alliage par évaporation. Des contraintes résiduelles et déformations élevées sont aussi généralement observées. De plus, le préchauffage est requis pour le travail de pièces épaisses ou très contraintes. Par rapport aux techniques à l'arc, la réparation laser permet de limiter ces inconvénients et présente donc un potentiel intéressant pour la réparation de composants aéronautiques en alliages de magnésium.

L’étude présentée ici porte sur la réparation laser de pièces en magnésium par un faisceau de 4 kW Yb:YAG à disque. L'optimisation du procédé a été réalisée sur une seule passe, en multi-passe, en couche simple et en multicouches. L'influence des principaux paramètres, tels que la puissance laser, la vitesse de revêtement, la vitesse du fil d’apport, la distance de défocalisation et le recouvrement a été systématiquement examiné et optimisé afin de maximiser la qualité du revêtement. De plus, la sensibilité du procédé aux différences d’altitude de la surface à réparer a été étudiée. En effet, les surfaces à réparer présentent généralement des profils irréguliers en raison de l’usure ou la corrosion par piqûre. Finalement, la qualité et l'intégrité de la réparation a été systématiquement examinée conformément aux spécifications aéronautiques. Les résultats montrent que la réparation laser a un grand potentiel pour la réparation de composants aéronautiques en alliages de magnésium.

L. Dubourg, D. Lemaître, H. Boury

INSTITUT MAUPERTUIS

laurent.dubourg@institutmaupertuis.fr