Etude et simulation du soudage par résistance de matériaux de contact

par Arnaud Monnier

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de René Meyer.


  • Résumé

    Cette étude est réalisée dans le cadre d’une convention CIFRE en collaboration avec Schneider Electric et le Laboratoire de Génie Electrique de Paris-SUPELEC. Le but de cette étude est la compréhension des phénomènes physiques ayant lieu durant l’opération de soudage par résistance de matériaux de contact et le développement d’une simulation numérique du procédé. Un outillage de soudage innovant est développé. Les essais expérimentaux réalisés avec deux rivets en cuivre permettent de déterminer une zone de soudabilité. Ils montrent aussi que la résistance dynamique de contact permet de suivre le mode d’échauffement des pièces. De plus, les tests de caractérisation mis en œuvre (imagerie ultrasons, tests de cisaillement, macrographies) mettent en évidence d’autres phénomènes physiques. La simulation réalisée avec le logiciel de calcul par éléments finis ANSYS rend compte du couplage existant entre les phénomènes mécaniques, électriques et thermiques. Deux modèles complémentaires sont développés : un modèle macroscopique qui prend en compte l’évolution de la résistivité superficielle globale en fonction de la force et de la température et un modèle microscopique qui rend compte de manière découplée de la rugosité de la surface de contact et des impuretés isolantes superficielles. La comparaison entre les résultats calculés et mesurés expérimentalement montre une cohérence entre les deux types de résultats. Ces modèles cohérents avec l’expérience permettent en dernier lieu d’étendre l’étude au cas du soudage d’un rivet en aluminium avec un rivet en cuivre et d’étudier l’influence de la fréquence du courant redressé utilisé pour le soudage.

  • Titre traduit

    Study and numerical simulation of the resistance welding process of contact materials


  • Résumé

    This study is done in the frame of a CIFRE convention between Schneider Electric and the Laboratoire de Génie Electrique de Paris-SUPELEC. The goal is to understand the physical phenomena occurring during the resistance welding process of contact materials and the development of a numerical simulation of the process. An innovating welding device is developed. Experimental tests done with two rivets of copper allow to determine a weldability area. They also show that the dynamic contact resistance allow to follow the heating way in the pieces. Moreover the characterisation tests (ultrasonic images, shear tests, macrographies), that are supplementary, highlight other physical phenomena. The simulation done with the FEM software ANSYS takes into account the coupling between the mechanical, electrical and thermal phenomena. Two supplementary modellings are developed : a macroscopic modelling that takes into account the evolution of the global superficial resistivity versus the force and the temperature and a microscopic modelling that decouples the roughness and the superficial insulating impurities of the contact area. A comparison between the calculated and measured results shows a consistency of them. These modellings that are consistent with the experimental tests allow to extend the study for the welding of a rivet of aluminium with a rivet of copper and to study the influence of the frequency of the rectified current used during the welding.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (242 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2006)329
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