Une approche pour l'optimisation des opérations de soudage à l'arc

par Julien Chapuis

Thèse de doctorat en Mécanique, génie mécanique, génie civil

Sous la direction de Gilles Fras.

Le jury était composé de Gilles Fras, Cyril Bordreuil, Fabien Soulié, Patrice Peyre, Olivier Asserin, Bertrand Wattrisse.

Les rapporteurs étaient Rémy Fabbro, René Billardon.


  • Résumé

    Les mécanismes dynamiques et de transport mis en jeu dans le plasma d'arc et le bain de fusion d'une opération de soudage à l'arc sont nombreux et fortement couplés. Ils produisent un milieu dont les grandeurs présentent des variations temporelles rapides et des gradients très marqués qui rendent toute analyse expérimentale complexe dans cet environnement fortement perturbé. Dans ce travail, on s'intéresse aux procédés TIG et MIG. Une plateforme expérimentale a été développée pour permettre la mesure synchronisée de différentes grandeurs physiques associées au soudage (paramètres procédé, températures, efforts de bridages, transferts métalliques, etc.). Des librairies numériques dédiées aux études appliquées au soudage à l'arc sont également développées. Elles permettent le traitement de flux important de données (signaux, images) de manière systématique et globalisée. L'intérêt de cette approche pour l'enrichissement de la simulation numérique et le contrôle des procédés à l'arc est illustré dans différentes situations. Enfin, cette approche expérimentale est utilisée, dans le cadre de l'application choisie, pour obtenir des mesures suffisamment riches pour décrire le comportement dynamique du bain de fusion en P-GMAW. Une analyse dimensionnelle de ces mesures expérimentales permet d'identifier les mécanismes prépondérants qui interviennent et de déterminer expérimentalement les temps caractéristiques associés. Ce type d'approche permet notamment de mieux décrire le comportement d'une macro-goutte de métal fondu ou les phénomènes intervenant dans les problèmes de humping.

  • Titre traduit

    An approach for optimizing arc welding applications


  • Résumé

    The dynamic and transport mechanisms involved in the arc plasma and the weld pool of arc welding operationsare numerous and strongly coupled. They produce a medium whose magnitudes exhibit rapid time variations and gradients very marked which make any experimental analysis complex in this disrupted environment. In this work, we study the TIG and MIG processes. An experimental platform was developed to allow synchronized measurement of various physical quantities associated with welding (process parameters, temperatures, clamping forces, metal transfer, etc.). Numerical libraries dedicated to applied studies in arc welding are developed. They allow to treat large flow of data (signals, images) in a systematic and global method. The advantages of this approach for the enrichment of numerical simulation and arc process control are shown in different situations. Finally, this experimental approach is used in the context of the chosen application, to obtain rich measurements to describe the dynamic behavior of the weld pool in P-GMAW. Dimensional analysis of these experimental measurements allows to identify the predominant mechanisms involved and determine experimentally the characteristic times associated. This type of approach includes better describe for the behavior of a macro-drop of molten metal or the phenomena occurring in the humping instabilities.


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