Développement du procédé de soudage par point par implusion magnétique : Assemblage hétérogène Al/Fe

par Arun Prasath Manogaran

Thèse de doctorat en Mécanique, productique, transport

Sous la direction de Guillaume Racineux.

Le président du jury était Jean-Yves Hascoët.

Le jury était composé de Gilles Avrillaud, Surendar Kumar Marya, Laurent Dubourg.

Les rapporteurs étaient Nicolas Perry, Aude Simar.


  • Résumé

    Le soudage par impulsion magnétique est un procédé qui permet l'assemblage rapide (en quelques micro secondes) de matériaux similaires ou dissimilaires à l'état solide. Ce procédé consiste à générer des forces de Lorentz dans une pièce conductrice au moyen d'un inducteur parcouru par un courant variable et intense. Pour pouvoir réaliser une soudure il est nécessaire d'accélérer la première pièce afin qu’elle impacte à grande vitesse la seconde. Il faut donc assurer une distance suffisante entre les deux pièces (entrefer) pour permettre cette accélération. Cette technique permet classiquement d'effectuer des soudures de tubes et de tôles à condition de ménager un entrefer entre les deux pièces à assembler. Dans le cadre de cette thèse nous avons développé une nouvelle façon de souder par point deux tôles placées l'une sur l'autre sans entrefer (Magnetic Pulse Spot Welding - MPSW). Pour assurer l’entrefer entre les deux pièces à assembler nous réalisons un pré-emboutissage local appelé plot. Les tôles sont donc en contact l’une sur l’autre avant et après le soudage. Ce procédé permet d'envisager l'assemblage hétérogène de structures automobile par point ou la connexion de batteries entre elles sans chauffage. De nombreux essais et des simulations numérique sur le logiciel comsol multiphysics nous ont permis d’optimiser la géométrie du plot ainsi que celle des inducteurs. L’approche proposée a été validée en utilisant un inducteur en « I » avec une section rectangulaire et un plot rectangulaire pour l’assemblage hétérogène AA1199 / EN 355. La qualité des assemblages a été vérifiée au moyen d’essais de traction / cisaillement (quasi-statique et dynamique), d’essais de fatigue, d’essais en croix et essais de pelage. Toutes les ruptures ont lieu dans le matériau de base (Al) à la périphérie du point de soudure. D’un point de vue métallurgique les soudures sont seines avec une interface en vague caractéristique du MPW. Les observations au MEB et à l’EDX révèlent des couches d’intermétalliques (FeAl3, Fe2Al5) d’épaisseur 2 à 5 microns dans le creux des vagues de l’interface de soudage. Cette nouvelle technique de soudage ouvre de nouvelles possibilités dans le domaine de l’assemblage hétérogène par point.

  • Titre traduit

    Development of the magnetic pulse spot welding (MPSW) process for the heterogeneous assembly of Al/fe


  • Résumé

    Magnetic pulse welding is a rapid process that involves applying high current on an inductor to generate Lorentz forces on to the conductive primary part (flyer). To realize the weld, it is necessary to accelerate the flyer to impact on the secondary stationary part (target) at a very high velocity attained over a certain distance called air gap between the parts. It is typically possible to perform welding of tubes and sheets provided there is an optimized standoff distance between the parts to be welded. As part of our research work, we have developed an innovative approach, Magnetic Pulse Spot Welding that eliminates the delicate task of maintaining the aforementioned air gap between the plates. A local prior stamping in the intended welding location is done on the flyer sheet called “hump” which provides the air gap. The advantage of this process is that the two sheets are always in contact with each other before and after welding. Numerical simulations using COMSOL Multiphysics allowed us to optimize the hump geometry as well as the inductor. The proposed approach was validated using an "I" shaped inductor with a rectangular cross section and a rectangular hump to join AA1199 / EN 355. The weld quality was verified by tensile/shear tests (quasi - static and dynamic), fatigue tests, cross-tension tests and peel tests. All failures occurred on the base material (Al) just along the periphery of the spot weld. From a metallurgical point of view, the weld morphology of the interface shows characteristic waves typical to MPW. The SEM and EDX observations reveal intermetallic layers (FeAl3, Fe2Al5) of thickness 2-5 μm along the wave pockets. This new method opens better prospective with regards to the heterogeneous assembly of Al/Fe.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (185 p.)
  • Annexes : Bibliographie : p. 178 à p. 185

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th 2489 bis
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