[Interview] Nathan Haglon : la soudure d’alliages complexes
Il travaille actuellement sur la faisabilité des soudures d’alliages complexes comme le titane et l’inox. Découvrez le projet de thèse de Nathan Haglon, notre collaborateur-thésard au sein de Laser Rhône Alpes.
Nathan Haglon, en bref
Après son bac scientifique, Nathan Haglon s’est dirigé vers l’ESIREM – l’École supérieure d’ingénieurs numérique et matériaux – à Dijon.
Son stage de fin d’étude sur les alliages à haute entropie au laboratoire ICB du Creusot l’a ensuite mené jusqu’en thèse : il est aujourd’hui doctorant en contrat CIFRE financé par Laser Rhône Alpes dans l’équipe du LTM du laboratoire ICB (Laboratoire interdisciplinaire Carnot de Bourgogne). La thèse est dirigée par Rodolphe Bolot, Iryna Tomashchuk et Alexandre Mathieu.
Retenez bien le titre de sa thèse : « Contribution à l’étude de la soudabilité, par faisceau laser, d’alliages métalliques complexes élaborés par la métallurgie des poudres dans le but d’assembler les alliages de titane et l’acier inoxydable 316L ».
Soudure d’alliages métalliques complexes : pourquoi ce projet de thèse ?
Je m’y connaissais un peu en soudure laser grâce à ma formation et mon intérêt tout particulier pour la métallurgie. J’ai eu quelques cours de laser pendant mon cursus mais c’est surtout pendant mon stage au laboratoire ICB du Creusot que j’ai vraiment pu m’intéresser à son utilisation en soudure : c’est novateur et plein de promesses.
Soudure laser : rendre possible l’impossible
Le soudage entre les alliages de titane et les aciers inoxydables représente un enjeu capital pour certains secteurs comme l’aéronautique, la chimie ou encore le secteur médical.
Les alliages métalliques complexes sont déterminants pour tout ce qui est insert : des matériaux que l’on peut utiliser pour rendre possibles des soudures jusqu’alors impossibles, car trop fragiles.
C’est d’ailleurs sur un sujet voisin que travaillait mon prédécesseur Antoine Mannucci. Il a soutenu sa thèse « Étude de l’influence de la métallurgie et de la microstructure sur la tenue des assemblages titane-acier par faisceau laser » en décembre 2021.
Antoine Mannucci avait obtenu de bons résultats grâce à des inserts en vanadium et cuivre-niobium : le cuivre est compatible avec l’inox et le niobium sert de barrière entre le cuivre et le titane pour éviter de former des intermétalliques fragiles.
Seuls bémols : le vanadium est très peu résistant à la corrosion et cher – deux écueils qui limitent son usage dans certains secteurs.
Les inconvénients de l’utilisation d’insert en cuivre-niobium
Un insert Nb-Cu est un double insert qui nécessite de faire trois soudures (inox/Cu ; Cu/Nb ; Nb/titane). C’est plus laborieux à faire qu’un insert simple qui ne nécessite que deux soudures. C’est aussi un procédé plus complexe à industrialiser.
Accélérer les recherches avec le calcul thermodynamique
J’utilise Thermo-Calc, un logiciel de calcul thermodynamique qui permet de prédire les phases qui vont se former pendant la soudure. Je l’utilise pour faire des simulations et limiter les tests en situation réelle. C’est un réel gain de temps ! On y entre la composition des matériaux, la température, et quelques paramètres très précis qui me permettent d’identifier la proportion des phases.
Thermo-Calc permet d’identifier les phases fer et titane qu’il faut absolument éviter. C’est la dilution des éléments de l’inox (fer, chrome et nickel) dans le titane qui forme des intermétalliques fragiles notamment ceux de type Fe-Ti.
Je travaille sur des inserts composés des éléments présents dans le TA6V (titane, aluminium, vanadium) et le 316L (fer, chrome, nickel) afin de rendre la soudure titane/inox viable industriellement. L’objectif, c’est une meilleure tenue mécanique.
Mais l’idée est de faire avancer la science. Plusieurs pistes ont ainsi déjà été explorées comme les nanofoils NiAl (nickel et aluminium) ou sont en cours d’exploration comme des alliages de cupro-aluminium et cupro-nickel.
Comment Laser Rhône Alpes soutient vos travaux ?
Avant de commencer mes recherches, j’ai été invité à passer un mois au sein de l’entreprise Laser Rhône Alpes pour découvrir l’équipe, son matériel et ses projets.
Prochainement, j’irai effectuer une série de tests grandeur nature chez Laser Rhône Alpes. On se concentrera sur des inserts en cupro-aluminium. Ce sont des essais que j’ai déjà pu faire en laboratoire. La différence, c’est que nous allons utiliser leur laser vert, dont la longueur d’onde divisée par deux par rapport aux lasers infrarouges de type Nd : YAG donne des résultats très prometteurs sur l’aluminium et le cuivre.
Très attendue, notamment par l’industrie de la mobilité, la soudure du titane et de l’inox pourrait être décisive. Soutenir et valoriser de telles recherches fait partie de l’ADN de Laser Rhône Alpes – qui est associé au laboratoire ICB depuis 9 ans dans le cadre du laboratoire commun FLAMme. Merci à Nathan Haglon d’avoir pris le temps de nous raconter ses recherches !
Vous souhaitez en savoir plus sur les promesses du laser vert en soudure laser ?
