Etude expérimentale et simulation de soudures obtenues par procédé de frottement-malaxage (FSW) sur des alliages d'aluminium de la série 2000

Thermomechanical and microstructural modelling of the Friction Stir Welding Process.

• Auteur / Autrice : Philippe Heurtier
• Direction : Frank Montheillet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Jean Monnet (Saint-Étienne1969-...)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aluminium -- Alliages

Soudage

Résumé

Le procédé de soudage par frottement malaxage (FSW) permet sans fusion de la matière l'assemblage de tôles aluminium de forte épaisseur. Les objectifs de cette étude étaient à travers une expertise de différents joints FSW, d'analyser l'influence des paramètres du soudage sur les principales caractéristiques de la soudure : dureté, microstructure, texture et état de précipitation afin d'établir des hypothèses sur la physique du procédé. Une modélisation thermomécanique, basée sur l'utilisation de trois champs de vitesse semi-analytique et la combinaison de deux sources de chaleurs, et microstructurale ont été mise en place afin de développer des outils de calcul capables de prévoir les caractéristiques des joints mais aussi de valider les différentes hypothèses réalisées lors de l'étude expérimentale. Parallèlement, à partir des résultats fournis par le modèle, des essais de torsion à chaud ont été effectués pour développer un moyen simple et rapide de prévision de la soudabilité d'un alliage.

Friction stir welding is a solid state welding process operating joints by the mean of bulk material mixing. Such mixing is performed through a rotative tool. The material flow is favoured by the temperature raise generated through the frictional and plastic deformation power dissipation. The work aims at modelling the thermomechanical history of the bulk material in the zones affected by the process, and its influence on the resultant microstructures. This study is carried out on 2024 aluminium alloy, subjected to continuous dynamic recrystallisation during hot deformation. This model provides the evolutions of the thermomechanical parameters along the flow lines for a bulk element located in the welded area. Strain, strain rate and temperature values encountered in the welded zones are the main direct output provided by this model. All these parameters are then considered as input data for a microstructural model.