Influence de la pénétration en soudage laser sur les températures superficielles

par Boguslaw Grabas

Thèse de doctorat en Thermique et Energétique

Sous la direction de Michel Laurent.


  • Résumé

    Cette étude porte sur le contrôle par caméra infrarouge du processus de soudage par laser de puissance (laser CO2 continu) de pièces en acier doux de géométrie plane et cylindrique. En géométrie plane, un modèle de calcul analytique du champ de température induit en tout point du matériau à l'état solide lors du soudage a été développé. L'exploitation de ce modèle a montré que l'énergie absorbée et la profondeur sur laquelle elle a été déposée ont une influence sur la température de surface. Par ailleurs les résultats du modèle sont en bon accord avec des mesures de température de surface par thermocouples et thermographie infrarouge dès que le phénomène de conduction thermique est prépondérant à savoir, dans les régions de la zone affectée thermiquement restées à l'état solide et sur le cordon solidifié à partir d'une distance au faisceau laser égale à environ deux fois l'épaisseur à souder. Les comparaisons ont porté sur des soudages corrects (pénétration totale) et sur des soudages présentant un manque de pénétration. L'influence des paramètres qui ont été étudié sont la puissance du faisceau laser et la position de son point focal par rapport à la surface de la pièce. La vitesse de soudage et les débits des gaz de protection et de soufflage du plasma étant fixés à leurs valeurs optimales. Les résultats ont montré que les mesures de températures de surface, pour être significatives, devaient porter sur deux points au moins du cordon, tout au long du régime de soudage établi, à des distances fixes du faisceau laser, ces deux point étant l'un proche du faisceau et l'autre plus éloigné dont la position optimale peut être prévue par le modèle. De plus ces mesures permettent d'estimer si le manque de pénétration a pour cause un manque de puissance ou un défaut de focalisation.

  • Titre traduit

    = Influence of penetration depth on surface temperatures in laser welding


  • Résumé

    This study focuses on cw laser CO2 welding control of mild steel workpieces with infrared thermography. Experiments were carried out on plate sheets and cylindrical pieces. In the plane geometry, an analytical model for calculating the temperature field in every point of the solid state material during welding, was developed. This model shows that bath the absorbed energy and its depth of deposition in material influence surface temperature. Furthermore, the results of modelling agree with the temperature measured with thermocouples and the infrared thermography given that the thermal conduction phenomenum is preponderant, namely, in the heat affected zone at solid state and in the solidified part of the welded seam from a distance to the laser beam equal to two thicknesses of material being welded. The comparisons have been focused on good welds (total penetration) and one with incomplete penetration. The influence of experimental parameters, laser beam power and its focal position has been carried out; welding speed and flow rate of shielding gazes were set up at their optimal values. The results have shown that surface temperature measurements should be executed in at least two welding points during welding process, at a fixed distance from the laser beam. One point is close to the beam and the other more distant. The optimal position of the second point can be predicted by the model. Morever, the two-point temperature measurement allows an estimate of whether the lack of penetration is due to the lack of laser power or to defocalisation.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (190 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Accessible pour le PEB
  • Cote : C.83(1851)
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.