Contribution a l’industrialisation du soudage par friction malaxage

par Sandra Zimmer

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Régis Bigot et de Laurent Langlois.

Soutenue en 2009

à Paris, ENSAM , en partenariat avec Conservatoire national des arts et métiers. Centre d'enseignement (France) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Le soudage par friction malaxage, ou FSW, est un procédé de soudage à l’« état solide » permettant d’éviter certains problèmes rencontrés en soudage par fusion comme la fissuration à chaud ou la création de soufflures. La soudure est réalisée par l’action d’un outil à l’interface de deux pièces à souder. Celui-ci a pour rôle de malaxer et d’échauffer par frottement la matière. Le cordon est réalisé de proche en proche. Les efforts générés à l’interface outil/matière doivent être repris par la machine et le montage de soudage. Ils sont donc un facteur important pour le choix des moyens de soudage. Ce travail de thèse consiste à mettre en place une démarche pour qualifier les moyens de production FSW, en identifiant la partie du domaine de soudabilité opératoire accessible par le moyen envisagé. Ce travail comporte trois phases. La première est l’identification des paramètres caractéristiques du procédé FSW. Cela aboutit à l’écriture de spécifications du cahier des charges pour le choix ou la conception d’un moyen de production. Une fois ces paramètres identifiés, la deuxième étape de la démarche est la caractérisation expérimentale des domaines de soudabilités opératoires (DSO). Les actions mécaniques appliquées sur l’outil ont été associées à chaque combinaison des paramètres opératoires de ces domaines. Cette étude expérimentale a mis en évidence l’influence des paramètres de conduite sur le torseur des efforts outil/matière. Ces derniers peuvent être réduits en agissant sur ces mêmes paramètres opératoires. Enfin, la dernière phase de la démarche est la validation du moyen de production FSW choisi, grâce à l’ensemble des données expérimentales recueillies. Ce moyen de production est modélisé dans le but de tester les capacités de la machine, de la broche et du porte-pièces pour réaliser l’opération de soudage. La démarche de qualification a été mise en œuvre à la réalisation de soudures FSW par un robot polyarticulé (6 axes). Cette structure « peu rigide » et de « faible » capacité en effort est très sensible aux actions mécaniques générées par le FSW. Le choix des paramètres opératoires de soudage s’appuie sur les DSO déterminés expérimentalement pour les phases de plongée et de soudage, bornées par les limites de la machine. Il est nécessaire, pour ce type de structure, de qualifier son aptitude à réaliser l’opération de soudage FSW, car ses capacités dépendent fortement de la position de l’outil dans l’espace de travail.

  • Titre traduit

    Contribution to the industrialization of friction stir welding


  • Résumé

    The Friction Stir Welding (FSW) is a solid state welding process which avoids some problems encountered by fusion welding, like hot cracking or solidification defects. The welding is performed by a rotating tool, inserted into the interface of two rigidly clamped workpieces. The required heat energy is provided by the friction between this tool and the workpieces. The combined tool rotation and translation create the material stirring, joining the workpieces together. The resulting efforts at the interface must be support by the machine and the part-holding device. They are thus a major issue for the choice of the welding equipments. This thesis work consists in implementing a method to qualify means of production for FSW process, by identifying the suitable part of the process windows. This method is threefold. The first point is the identification of the characteristic parameters of FSW process. These one are taken into account in specifications for the choice or the design of a means of production for FSW. The second point of the method is the experimental characterization of the process windows. The mechanical actions on the tool were associated with each combination of the operating parameters of the process windows. This experimental study highlighted the effect of driving parameters on the efforts at the tool/product interface. Lastly, the last point of the method is the validation of the selected means of production for FSW, thanks to the collected experimental data sets. These mean of production is modelled in order to check the capacities of the device, the pin and the parts holder used to carry out the operation of welding. The method of qualification was implemented in the case of multi-axis robot (6 axis). This “low rigid” and “low capacity” structure is very sensitive to the mechanical actions of FSW. The choice of the welding operating parameters leans on the process windows and the limits of the robot, which have been experimentally determined for the plunging and welding stages. It is necessary, for this kind of structure, to qualify its ability to carry out a FSW welding, because its capacities strongly depend on the position of the tool within the workspace.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (256 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 246-251

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