Vincent Klapczynski

Mardi 25 octobre à 13h30 - Influence de la nature de l’atmosphère sur la tension superficielle des métaux liquides – Application à la fabrication additive

Résumé :

La fabrication additive métallique est un ensemble de technologies permettant de créer des pièces par ajout successif de matière. Cette méthode de fabrication est le sujet de nombreux projets de recherche. Toutefois, des verrous scientifiques et technologiques concernant la simulation numérique, l’influence des paramètres opératoires, les microstructures et les propriétés mécaniques persistent. Dans le cadre de cette thèse, l’influence de l’atmosphère protectrice sur la tension de surface d’un acier 304L est étudiée lors d’une opération de fabrication additive arc-fil avec une torche de soudage Metal Active Gas (MAG). Durant tous ces travaux, une grande attention est portée sur la concentration en oxygène (élément tensioactif) présente lors des essais.

Dans un premier temps, l’objectif est de quantifier la teneur en oxygène en solution solide dans des métaux et dans l’acier 304L utilisé. Des essais sont donc menés pour déterminer un protocole de mesure de la teneur en oxygène par spectroscopie de rayons X à dispersion de longueur d'onde. Puis, des mesures de la tension de surface par lévitation aérodynamique sont réalisées sur le métal d’apport en 304L. L’influence d’une atmosphère inerte ou active lors de la manipulation est étudiée. Une comparaison avec plusieurs modèles théoriques pour calculer la tension de surface est faite. Enfin, des essais de dépôts en fabrication additive arc-fil sont menés. L’influence de la teneur en oxygène sur la géométrie des dépôts obtenues est étudiée. L’évolution de la résilience en fonction de la quantité d’oxygène présente dans les dépôts est analysée.

Mots clés : acier inoxydable 304L, fabrication additive arc-fil, effet Marangoni, tension de surface, lévitation aérodynamique

Influence of atmosphere on surface tension of liquid metals - Application to metallic additive manufacturing

Abstract :

Metal additive manufacturing is a set of technologies to create parts by successive addition of matter. This method is the subject of many research projects. However, scientific and technological locks remain concerning numerical simulation, the influence of operating parameters, microstructures and mechanical properties. In this thesis, the influence of the protective atmosphere on the surface tension of a 304L steel during a wire arc additive manufacturing (WAAM) operation with a Metal Active Gas (MAG) welding torch is studied. During all this work, a great interest is carried on the concentration of oxygen (surface-active element) during our tests. The first objective is to quantify the oxygen content in solid solution in pure metals and in the 304L steel used.

Tests are therefore conducted to determine a protocol for measuring the oxygen content by wavelength-dispersive X-ray spectroscopy. Then, measurements are performed on the 304L filler metal to measure the surface tension by aerodynamic levitation. The influence of an inert or active atmosphere on surface tension is studied. A comparison with several theoretical models to calculate the surface tension is done. Finally, deposition tests in WAAM are carried out. The influence of the oxygen content on the geometry of the deposits is studied. The evolution of the resilience as a function of the oxygen content present in the deposits is analyzed

Keywords : 304L stainless steel, Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), Marangoni effect, surface tension, aerodynamic levitation