Soudage et Assemblage

Le soudage est le principal mode d’assemblage des structures industrielles. La soudure est une zone locale très hétérogène de la structure parfois appelée « point chaud ». En effet, la chaleur mise en œuvre pour créer l’assemblage transforme la microstructure du matériau, introduit des contraintes résiduelles et modifie la géométrie locale de la structure.

Bien que la soudure permette un assemblage très résistant, c’est bien souvent à cet endroit que se localisent les fissures de fatigue. En effet, les concentrations de contraintes introduites par la géométrie de la soudure, les défauts de soudage, les hétérogénéités métallurgiques et les contraintes résiduelles participent à réduire les contraintes admissibles en service.

Notre activité de recherche consiste à réaliser des études fondamentales sur la physique du soudage pour comprendre les phénomènes physiques conduisant à la formation de la soudure. Nous développons des modèles numériques multiphysiques du plasma d’arc, du bain de fusion et de la pièce destinés à faire le lien entre les paramètres opératoires de soudage et les propriétés de la soudure. Nous avons ainsi pu simuler et mieux comprendre les effets du courant pulsé où d’une distribution alterné du gaz de soudage sur la forme de la soudure et les transferts thermiques. Nous avons aussi étudié les effets de la gravité sur la dissymétrie des cordons de soudure. Le développement de modèles de comportement thermomécaniques et métallurgiques et leur intégration numérique, le développement d’algorithmes de calculs permettent aussi la prédiction des contraintes résiduelles de soudage avec des temps de calcul optimisés.

Nos travaux de simulation numérique concernent plusieurs procédés de soudage et différents matériaux :

  • Le soudage à l’arc TIG en courant continu ou pulsé avec ou sans apport de matière des aciers et aciers inoxydables
  • Le soudage à l’arc MIG et MAG des aciers et dans un futur proche le soudage MIG des alliages d’aluminium
  • Le soudage par friction-malaxage des alliages d’aluminium

Cette démarche de modélisation s’appuie sur des moyens expérimentaux pour reproduire les modes opératoires de soudage de nos partenaires industriels, réaliser des études paramétriques où observer par caméra rapide CCD et infrarouge la formation du bain de fusion. Nous disposons ainsi d’un robot de soudage Panasonic TA 1400 6 axes TIG, MIG et MAG de chez Valk Welding, d’une caméra infrarouge FLIR -40/+2000°C et d’une camera CCD de 1000 images/s.

Des moyens d’essais mécaniques et d’observations métallurgiques complémentaires permettent de caractériser la microstructure et les propriétés mécaniques du cordon de soudure.