Étude physique et modélisation numérique de procédés d'assemblage par soudo-brasage de sous-ensembles en carrosserie automobile

Physical study and numerical simulation of welding brazing processes in the automotive industry

• Auteur / Autrice : Benoit Beaubier
• Direction : René Billardon, Karine Laverhne-Taillard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique Génie mécanique Génie civil
• Date : Soutenance le 07/03/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-José Orteu, Michel Coret, Djimedo Kondo, Jean-Michel Bergheau, Clara Boucq

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux -- Traitement thermomécanique

Soudobrasage

Mots clés libres

Identification des propriétés à chaud

Soudo-brasage laser

Soudo-brasage Plasmatron

Acier XES

Corrélation d'images numériques à chaud

Stéréocorrélation d'images

Laser brazing process

Plasmatron brazing process

Résumé

Cette thèse traite de la prise en compte de l'impact des procédés d'assemblage thermomécanique sur la géométrie de la caisse en blanc lors de la phase de conception d'un véhicule, chez PSA Peugeot-Citroën. Pour cela, on souhaite développer un outil de prévision des déformations induites par les procédés de soudo-brage - plasmatron et laser - lors de l'assemblage du pavillon sur le côté de la caisse. Les pièces - de dimensions métriques - sont composées de tôles fines d'épaisseur 0,67 mm en acier XES. Afin de réaliser une simulation numérique du procédé, il est nécessaire d'identifier un certain nombre de modèles, objets de cette thèse. Dans un premier temps des essais de soudo-brasage en laboratoire ont été réalisés afin de définir les domaines de validité de l'étude, d'identifier des modèles de sources de chaleur, et de déterminer les coefficients d'échange thermique avec l'extérieur. Une étude spécifique d'identification des lois de comportement des matériaux mis en jeu, sur toute la gamme de température, a également été réalisée. Pour cela, une méthode de mesure de champs par corrélation d'images numériques à haute température a été développée, qui a permis d'identifier complètement les paramètres de la loi de comportement de l'acier XES. Pour finir, de façon à réaliser la validation de la simulation numérique, ces travaux de thèse ont été l'occasion de développer une nouvelle méthode de calibration pour la stéréocorrélation d'images basée sur la connaissance a priori de la géométrie de l'objet observé, en considérant sa forme théorique via son modèle CAO. Cette méthode est tout particulièrement adaptée aux dimensions des structures étudiées ici.

This study is about the impact of thermo-mechanical assembly processes of metal sheets, in the automotive industry context. The aim is to predict thermally induced deformations by using a numerical tool. We are particularly interested in Plasmatron and laser brazing processes that are used to assemble an automotive roof and the body side of the vehicle. Parts are made from 0,67 mm thickness XES thin metal sheet of about one meter length. To validate such complex non-linear numerical simulations with experimental observations, it is necessary to develop well-controlled and highly instrumented tests. In a first step, experimental welding brazing tests are carried out in order to identify validity domains, heat source model and thermal coefficients of exchange. In a second step, high temperature tension tests are performed to identify the behaviour of each material. These tests are instrumented with a new DIC protocol in order to measure displacement fields from 20°C to 1000°C. Finally, in order to validate the thermo-mechanical simulation, in-situ 3D Digital Image Correlation (stereo-correlation) measurements were performed during the welding-brazing assembly. For this purpose and due to the geometry of the involved parts, a new calibration method, based on the CAD part geometry has been developed.