Utilisation du modèle numérique pour prédire la qualité d’une soudure

Introduction Le modèle numérique a été validé pour différentes conditions de soudage

L’étape suivante consiste à étudier l’influence des paramètres de soudage (temps et puissance) sur la qualité de la soudure. L’étude que nous avons proposée à cet effet consiste à appliquer différents temps de soudage et tensions sur les assemblages, d’effectuer des essais de pelage et de comparer les modes de rupture à ceux prédits par le modèle numérique. Cette étude a été réalisée à l’aide de la géométrie plane introduite au chapitre précédent. Dans une deuxième partie, le modèle numérique sera utilisé pour simuler le soudage de pièces industrielles (un manchon et une selle de raccordement) en leur appliquant des conditions de chauffage mesurées expérimentalement. L’évolution de la température, de la zone fondue et du paramètre d’interdiffusion seront simulés pour prédire la qualité de la soudure pour les conditions imposées. Chapitre 5 Utilisation du modèle numérique pour prédire la qualité d’une soudure 

Application sur géométrie plane

Le modèle numérique ayant été validé sur notre géométrie plane, nous avons tenté de l’utiliser à des fins d’optimisation des conditions de soudage sur cette même géométrie. Cette étude consiste à prédire à l’aide du modèle numérique la qualité d’une soudure pour différentes conditions de chauffage et de vérifier a posteriori ces résultats à l’aide d’essais de pelage, notamment à travers l’étude des faciès de rupture.

Plan d’expérience

Pour déterminer les jeux de paramètres nécessaires à notre étude deux étapes ont été nécessaires :  Trois expériences ont été menées pour différentes conditions de soudage : 7V/91s, 8V/68s et 6V/111s. La puissance fournie au système a été déduite des valeurs de tension et d’intensité enregistrées expérimentalement pour ces trois conditions (Figure 5-1). A partir de cette courbe expérimentale, il nous est possible d’extrapoler l’évolution de la puissance pour d’autres durées d’application (40 ou 60 s par exemple, comme illustré sur la figure suivante pour l’essai à 8V). Figure 5-1 : Evolution de la puissance fournie au système expérimentalement pour un essai 8V/68s et courbes extrapolées 0 50 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 60 70 80 temps (s) Puissance (W) 8V/68S 8V/60S 8V/40S Courbe expérimentale Courbes déduites Chapitre 5 Utilisation du modèle numérique pour prédire la qualité d’une soudure 171  Pour chacune des trois tensions de références (6, 7 et 8 V), des simulations du soudage ont été lancées pour différents temps de chauffage. La proportion de surface supposée bien soudée, par rapport à la surface couverte par les fils, à l’issue du calcul a été déterminée pour chacune des conditions (Tableau 5-1). Il a ainsi été possible d’identifier des conditions de chauffage conduisant à des surfaces supposées non-soudées, partiellement soudées ou parfaitement soudées. U=6V t (s) % surface soudée Non soudage 0 0 55 0 58 0 62 0 Soudage partiel 66 63 72 77 77 83 88 88 99 92 Soudage complet 111 96 121 98 132 100 U=7V t (s) % surface soudée Non soudage 0 0 45 0 Soudage partiel 50 72 54 81 63 88 72 92 Soudage complet 81 96 91 99 99 100 108 100 U=8V t (s) % surface soudée Non soudage 0 0 35 0 Soudage partiel 40 45 47 87 54 93 Soudage complet 60 96 68 99 74 100 80 101 Tableau 5-1 Présentation des différentes conditions de soudage appliquées au modèle numérique et le taux de surface bien soudée correspondant prédit par le modèle numérique L’évolution calculée de la zone bien soudée a été tracée en fonction du temps de chauffage pour les trois tensions étudiées (Figure 5-2). Nous constatons la présence de deux temps de chauffage critiques pour chaque tension en-deçà ou au-delà desquels le type de soudage change. Jusqu’à un temps critique différent d’une condition de soudage à une autre, l’interdiffusion est tout d’abord insuffisante. Jusqu’à cet instant, le modèle numérique prédit une absence totale de soudage. Puis le pourcentage de surface soudée augmente brusquement pour atteindre un pourcentage compris entre 65 et 85 %, Chapitre 5 Utilisation du modèle numérique pour prédire la qualité d’une soudure 172 correspondant à un soudage partiel. L’évolution ralentit alors avant d’atteindre les 100 % (soudage complet). Marshall et al. [Marshall, 1991] et Bowman et al. [Bowman, 1992] ont observé le même phénomène à partir d’essais de pelage à savoir la présence de ces trois zones, la transition brutale entre le non soudage et le soudage partiel et le plateau après un certain temps de chauffage.

Conditions de soudages retenues

Le nombre de plaques dont nous disposions était limité. Aussi, pour notre étude expérimentale, nous n’avons pas réalisé l’ensemble des conditions reportées dans le Tableau 5-1 précédent. Nous avons choisi de limiter le nombre d’expériences en sélectionnant uniquement des jeux de paramètres qui se rapprochent des différents temps critiques déterminés précédemment et pour lesquels nous nous attendons à avoir trois états de soudage différents : non soudage (0 %), soudage partiel (de 5 à 85 %) et soudage complet (de 95 à 100 %). Certaines des conditions reportées dans le tableau correspondent à des conditions de soudage calculées avec les conditions de chauffage réellement déduites des premières expériences (en rouge dans le tableau suivant). Les autres ont été déterminées à partir des courbes extrapolées.