Soudage d'alliages d'aluminium par la technologie Friction Stir Welding Bobbin Tool

par Baptiste jean patrice Guerin

Thèse de doctorat en Sciences et Génie des Matériaux

Sous la direction de Christophe Desrayaud.

Soutenue le 04-03-2010

à Saint-Etienne, EMSE , dans le cadre de EDSIS 488 , en partenariat avec EADS France (entreprise) .

Le président du jury était Roland Taillard.

Le jury était composé de Daniel Alliaga, Isabelle Bordesoules.

Les rapporteurs étaient Guillaume Racineux, Tom De Vuyst.


  • Résumé

    Dans le domaine des matériaux métalliques, les techniques d’assemblage par soudageconduisent à des réductions de masse et de coûts importantes susceptibles d’intéresserles industries aéronautiques. Néanmoins, les procédés de soudage classiquespar fusion ne s’appliquent pas aux dernières générations d’alliages d’aluminium aéronautiques.Dans ce contexte, le procédé de soudage Friction Stir Welding présentedes atouts considérables, de nature à rendre compétitives les structures métalliquesface à la montée en puissance des matériaux composites.L’objectif de cette thèse est double. Il s’agit d’une part d’améliorer notre compréhensiondu procédé de soudage Friction Stir Welding Bobbin Tool puis dans undeuxième temps de proposer une méthodologie visant à prédire les paramètres desoudage optimaux.Afin de mener à bien ces objectifs, des essais de soudage ont été menés pour troisalliages d’aluminium aéronautique, incluant deux alliages d’aluminium-lihtium, etdeux épaisseurs, représentatives d’une jonction de peau de fuselage. Les résultatsd’essais ont par la suite été exploités et ont permis de mettre en évidence des corrélationsentre paramètres de soudage, température, puissance et malaxage du noyausoudé.Dans un troisième temps, afin de supporter la démarche expérimentale, des outilsde simulation ont été utilisés. Un modèle thermo-fluide local a été développé afinde simuler les phénomènes de malaxage dans le noyau soudé. A l’échelle globale, unmodèle thermique a permis de reproduire fidèlement les phénomènes de diffusion dela chaleur dans la structure. Enfin, le couplage des deux modèles a montré qu’il étaitpossible de simuler puis de prédire un domaine de soudabilité.

  • Titre traduit

    Friction Stir Welding with Bobbin Tool of aluminium alloys


  • Résumé

    In the field of metallic materials, welding technologies can provide significantmass reductions and cost savings to aircraft industries. Nevertheless, classical fusionwelding processes can not be applied to last generations of aeronautical aluminiumalloys. In this context, Friction Stir Welding offers many advantages and can helpmetallic parts to face the build up of composite materials.This thesis has mainly two objectives. We aim first at improving our understandingof Friction Stir Welding with Bobbin Tool and then at proposing a kind ofmethodology able to predict optimal welding parameters.Welding trials were carried out using three aeronautical aluminium alloys includingtwo aluminium lithium and two thicknesses representative of a fuselagejunction. Results were analyzed and some correlations were found between weldingparameters, temperature and stirring of the weld nugget.This work was also supported by several modeling tools. A local thermo-fluidapproach has been used to simulate stirring of the material in the weld nugget. Aglobal thermal model has been used to simulate heat diffusion in the structure. Then,a coupled approach of these previous modeling tools shows that it was possible tonumerically predict a processing window.


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