Caractérisation des procédés de soudage et de fabrication additive métallique

E. Bertrand, L. Couturier, P .Paillard, P. Dahéron

Le soudage est un procédé de mise en forme des matériaux relativement complexe. En effet, c’est un procédé dit multiphysique. Il fait appel à des connaissances en physique, en mécanique des fluides, en chimie, en métallurgie et en mécanique.
Il en va de même pour les procédés de fabrication additive métallique que nous étudions au sein de notre équipe.
Il est donc important de quantifier les différents paramètres liés aux opérations de soudage et de fabrication additive métallique :

• Les paramètres électriques de soudage : intensité et tension de soudage (oscilloscope PicoScope) ;
• L’observation du bain de fusion, de l’arc électrique, du détachement des gouttes de métal d’apport (caméra très grande vitesse KEYENCE) ;
• L’enregistrement des champs thermiques (caméra Infra Rouge Multispectrale FLIR Orion).

Mots-clés : Mesures électriques, mesures thermiques, visualisation grande vitesse

 

 Nous avons mis au point une série d’instrumentations qui nous permet de synchroniser un certain nombre de caractérisations des procédés de soudage et de fabrication additive métallique (Figure 1).

Figure 1 : banc de soudage instrumenté

Les données recueillies par les différents systèmes de caractérisation, nous permettent de mettre en évidence l’influence des procédés de soudage et des paramètres de soudage sur le comportement de l’arc électrique de soudage (Figure 2a), sur le dépôt du métal d’apport et sur les mouvements dans le bain de fusion (Figure 2b). Cela nous permet aussi de voir l’influence des procédés de soudage sur les champs thermiques dans les assemblages soudés (Figure 3). Enfin, il nous est possible d’étudier l’influence des paramètres de soudage et de la thermique résultante sur les propriétés d’emploi (principalement des propriétés mécaniques) en relation avec les microstructures obtenues (Figure 4). Ces mesures par caméra Infra Rouge sont souvent couplées à des mesures plus classiques par thermocouples (Figure 4).

Au sein de notre équipe, nous travaillons principalement sur des procédés de soudage à l’arc (TIG, MIG, MAG) qui sont aussi nos procédés de fabrication additive et des procédés de soudage par résistance. Dans le cadre de collaborations, nous abordons d’autres procédés de soudage comme le soudage par friction rotative ou linéaire, le soudage par friction malaxage, le soudage Laser et le soudage Laser Hybride.

Enfin, les données expérimentales très variées que nous recueillons nous permettent de valider des simulations numériques du soudage (SNS).

a	b
Figure 2 : synchronisation des paramètres électriques de l’imagerie grande vitesse, a) influences des paramètres électriques sur l’arc, b) influence des paramètres électriques sur le détachement des gouttes de métal d’apport.
	c
Figure 3 : influence des paramètres de soudage et des procédés de soudage sur les champs thermiques dans la pièce à assembler : a) thermographie IR du procédé MIG CMT® Pulsé, b) thermographie IR du procédé MIG CMT® et c) gradient de température en fonction des procédés de soudage.
Figure 4 : mesures par thermocouples des champs thermiques lors d’une opération de fabrication additive WAAM

 

Collaborations

Institut de Recherche Dupuy de Lomes (IRDL)