Technologie de soudage par friction malaxage des plateaux de batterie en alliage de magnésium pour les véhicules à énergies nouvelles

En raison des pressions de plus en plus importantes telles que la protection de l’environnement, les économies d’énergie et la réduction des émissions, le pic des émissions de carbone et la neutralité carbone, la légèreté deviendra une tendance inévitable dans la construction automobile. Le concept de légèreté est né dans le sport automobile. Son avantage est que, sous réserve du maintien des performances de sécurité, la réduction du poids peut apporter une meilleure maniabilité et une meilleure accélération ; et la réalisation d'une fabrication légère d'automobiles passe principalement par : la conception structurelle, l'application de nouveaux matériaux et les nouveaux matériaux sont principalement des métaux non ferreux tels que l'aluminium et le magnésium.

Dans la construction automobile, des matériaux tels que les alliages d'aluminium et les structures composites aluminium-acier ont remplacé les matériaux en acier traditionnels dans les composants clés, tandis que les alliages de magnésium, en tant que nouveau type de matériau structurel, représentent une proportion relativement faible de la construction automobile. À l'heure actuelle, chaque voiture en Europe et aux États-Unis utilise entre 5,8 et 23,6 kg de pièces en alliage de magnésium, et la consommation d'une seule voiture dans mon pays est inférieure à 10 kg. La raison en est que le soudage difficile des alliages de magnésium constitue un problème technique clé qui limite l’application à grande échelle des pièces automobiles en alliage de magnésium.

Il est très difficile d'obtenir un soudage de haute qualité des alliages de magnésium par soudage par fusion pour les raisons suivantes :

1. En raison de la forte propriété oxydante du magnésium, il est facile de former un film d'oxyde (MgO) pendant le processus de soudage et il est facile de former des inclusions dans la soudure, réduisant ainsi les performances de la soudure. À haute température, le magnésium réagit également facilement chimiquement avec l’azote de l’air pour former du nitrure de magnésium, ce qui affaiblit les performances du joint. 

 2. Le point d’ébullition du magnésium n’est pas élevé, ce qui le fera s’évaporer facilement sous la température élevée de l’arc. 

 3. En raison de la conductivité thermique élevée, une source de chaleur haute puissance et un soudage à grande vitesse sont utilisés lors du soudage des alliages de magnésium, ce qui peut facilement provoquer une surchauffe et une croissance des grains du métal dans les zones de soudure et proches de la soudure. 

 4. Le coefficient de dilatation thermique de l'alliage de magnésium est élevé, soit environ 1 à 2 fois celui de l'aluminium. Il est facile de produire une déformation de soudage importante pendant le processus de soudage, provoquant une contrainte résiduelle importante. 

 5. Étant donné que la tension superficielle du magnésium est inférieure à celle de l'aluminium, il est facile de provoquer l'effondrement du métal fondu pendant le soudage, ce qui affecte la qualité de la formation de la soudure. 

 6. Semblable au soudage des alliages d’aluminium, des trous d’hydrogène sont facilement générés lors du soudage des alliages de magnésium. La solubilité de l'hydrogène dans le magnésium diminue avec la diminution de la température et la densité du magnésium est inférieure à celle de l'aluminium, de sorte que le gaz ne s'échappe pas facilement et des pores se formeront lors de la solidification de la soudure. 

 7. Les alliages de magnésium forment facilement une structure eutectique à faible point de fusion avec d'autres métaux, et des fissures cristallines se forment facilement dans les joints soudés. Lorsque la température au niveau du joint est trop élevée, le composé à bas point de fusion dans la structure du joint fondra au niveau du joint de grain pour former des cavités, ou produira une oxydation du joint de grain, ce qu'on appelle le phénomène de « surcombustion ».