Avantages du soudage Laser

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2 Avantages du soudage Laser Par rapport au rivetage - gain en masse 8 à 1% - gain en maintenance (fatigue, corrosion ) - coût réduit de 15% Avantages du Laser YAG - transport d énergie par fibre optique - meilleur couplage faisceau/matière - meilleure stabilité du faisceau

3 Objectif des travaux Etre capable de simuler dans certaines conditions le procédé d assemblages de structures par soudage Laser et d obtenir des informations sur leurs déformées (contraintes, déformations résiduelles). Prédire les déformations dues au soudage Prédire l évolution de l état du matériau Evaluer les contraintes résiduelles pour les prendre en compte dans le dimensionnement en fatigue Etudier l influence des paramètres du procédé Aider à la mise au point et l optimisation du procédé

4 Position du problème Caract. mécaniques=f (T) THERMIQUE MECANIQUE Chaleur=f (déformations) Chaleur latente Transformations de phase Caract. mécaniques= f (microstructure) METALLURGIE Cinétiques= f (contraintes)

5 Travaux préliminaires Matériaux - Métal de base : alliage d aluminium 656 T4 - Fil d apport : AS12 Type de soudage - Soudage en T - Source Laser YAG Code EF MSC.Marc

6 Travaux préliminaires Modèle géométrique - Tôle et raidisseur de 2,5 mm d épaisseur 8,66 mm 5 mm Modèle numérique éléments 4 mm 3 mm y z x

7 Enchaînement des calculs Calcul thermo-mécanique mécanique semi couplé Echanges thermiques Passage de la source (soudage) Refroidissement Déformées Contraintes résiduelles... Champ de température Analyse mécanique Bridage Déformations thermiques Evolution des propriétés mécaniques Débridage

8 Calcul thermique Equation de la chaleur en non stationnaire ρc T& p w λ T = Modes d échange T - Convection λ = Hc (T T ) n ( ) T Rayonnement λ = Hr T ( ) T - Echange avec le support λ c λ = (T Tc ) n e n T

9 Calcul thermique Source r² = l exp r l 2 r = f(z) = r e (r e (z r i) (z e e z) z ) i ze z lo re r P = πl (ze z i)(re + ri + r 3 e r ) i zi ri y

10 Calcul thermique Temperature ( C) C,2,4,6,8 1 1,2 t(s) Evolution de la température au point C

11 Calcul thermique Problème de calage et de validation de la thermique Coupe micrographique d une soudure en T Zone fondue après des tentatives de recalage

12 Calcul mécanique Calcul non linéaire quasi statique Modèle de comportement - Modèle élastoplastique parfait - Modèle viscoplastique Loi de Hooke Fonction seuil σ & = D an (& ) ε ε& ( p) J k = J = an & = ε p& 2 s : s s J Modèle élastoplastique Modèle viscoplastique J k = p& = J k(p) K N

13 Calcul mécanique σeq (MPa) Viscoplastique Elastoplastique C 3 2 1,2,4,6,8 t (s) 1 Evolution de la contrainte de von Mises au point C

14 Travaux en cours Essais mécaniques à différentes températures et différentes vitesses de déformation sur le métal de base Von Mises stress (MPa) C 2 C 25 C C 35 C 4 C,5,1,15,2,25,3,35 Von Mises strain Vitesse de déformation.1

15 Travaux en cours Von Mises stress (MPa) C 25 C 3 C 35 C 5 4 C,5,1,15,2,25,3,35,4 Von Mises strain Vitesse de déformation.1 Modèle de comportement élastoplastique dépendant de la vitesse

16 Investigation du cordon et son voisinage - Relevé de micro dureté Travaux en cours Cordon Métal de base Métal de base Zone frontière Cordon Carte isocouleur de la dureté

17 Travaux en cours - Identification inverse 2 8 P (N) 15 Calculs ο Mesures σ y (MPa) h (1-3 mm),5,1,15,2,25,3 p

18 - Analyse de la micro structure Travaux en cours Zone dans le cordon Zone dans le métal de base Analyse de deux zones au MEB

19 Travaux en cours Cordon Métal de base

20 Conclusion et perspectives Améliorer le modèle de la source de chaleur 4Imposer des isothermes provenant d un calcul basé sur la physique de l interaction laser matière Relevé de température lors du soudage et calage de la thermique par des méthodes inverses Identification d un modèle de comportement élastoplastique dépendant de la vitesse 4Prise en compte de la dépendance au temps? 4Prise en compte des transformations métallurgiques? Prédiction de la fissuration à chaud 4Modèle de comportement et critère?

21 Conclusion et perspectives Adaptation des modèles à des structures réelles 4Volumique-coques avec transition 4Adaptation dynamique du maillage 4Transfert des efforts sur un maillage coques

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