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Auteur(s)
-
Thomas DUPUY : Docteur-ingénieur - Usinor Recherche et Développement
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Le soudage par résistance est un procédé par fusion qui utilise la chaleur produite par l’effet Joule d’un courant électrique de forte intensité traversant les pièces à assembler. Les différents procédés (soudage par points, à la molette, par bossages, par étincelage) sont décrits dans l’article Soudage par résistance de ce traité.
Cet article est essentiellement consacré à la simulation du procédé en lui-même plus qu’à celle du comportement des soudures. Bien que la complémentarité entre ces deux approches soit évidente, les exemples de simulation complète (depuis le soudage jusqu’à la rupture de la soudure) sont encore très rares. On mettra en évidence la façon par laquelle les résultats d’une simulation du procédé peuvent être utilisés dans une simulation du comportement de la soudure.
On précisera d’abord l’utilité, les principes d’emploi et les limites d’un outil de simulation numérique dans l’étude des procédés de soudage par résistance.
Par la suite, on distinguera les trois phases de la mise au point d’un modèle : la formulation des hypothèses, l’obtention et l’analyse des résultats et la validation.
À chaque fois seront données les particularités liées à chaque procédé et des exemples tirés de la littérature. Notons qu’aucun exemple de modélisation numérique du soudage par étincelage n’a été recensé. En effet, ce procédé met en jeu des mécanismes physiques (production d’étincelles, consommation de matière) différents des autres procédés de soudage par résistance. Par conséquent, il n’est pas évident d’étendre au soudage par étincelage les exemples cités dans la suite. La modélisation numérique de ce procédé nécessiterait d’abord une bonne compréhension des mécanismes mis en jeu.
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2. Hypothèses et données d’entrée
On peut distinguer les données relatives à la géométrie du problème (maillage), aux équations à résoudre (selon les mécanismes physiques impliqués) et aux caractéristiques des matériaux nécessaires au calcul. On n’aborde pas ici les paramètres du calcul numérique en tant que tel (pas de temps, critères de convergence, etc.) dont la définition n’est pas spécifique au cas du soudage.
2.1 Géométrie
Il est d’abord évident que la zone de soudure (pièces à assembler) doit être modélisée ; cependant dans le cas particulier du soudage par étincelage, il faut prévoir une géométrie évolutive capable de rendre compte de la disparition de matière sous formes d’étincelles.
Quel que soit le procédé, il convient d’optimiser le maillage choisi en le raffinant dans les zones où l’on prévoit de forts gradients, notamment autour des interfaces et dans la ZAT (zone affectée thermiquement) de la soudure.
Une partie de l’outil de soudage est généralement incluse dans le modèle, notamment les électrodes dans le cas du soudage par points. Par contre, inclure l’ensemble de la machine dans le modèle rendrait les calculs beaucoup trop longs pour les gains escomptés (prise en compte des phénomènes d’induction électrique et de la réponse mécanique de la machine). Bien que cette voie n’ait été que peu explorée, on peut envisager de prendre en compte ces caractéristiques de la machine dans un modèle localisé limité à la zone de soudure.
Dans le cas le plus courant de la simulation du soudage d’un seul point soudé, la symétrie de révolution permet de se ramener à une géométrie 2D axisymétrique, que l’on peut encore simplifier grâce aux symétries de l’assemblage (figure 3). On peut également se ramener à deux dimensions en utilisant les symétries dans le cas du soudage par résistance pure de deux barres orthogonales ,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GREENWOOD (J.A.) - Temperatures in spot welding. - Brit Weld J. vol. 8 no 6, p. 316-322[nbsp ]1961.
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(2) - KIM (E.), EAGAR (T.W.) - Parametric study of heat flow during resistance spot welding. - Proc. Modeling and Welding Processes IV Palm Coast Floride p. 95-105 1988.
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(3) - ANASTASSIOU (M.), LEBRUN (J.-L.) - Développement d’un modèle thermique en soudage par points. - Rapport SERAM dossier no 13040 1988.
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(4) - TSAI (C.L.), DICKINSON (D.), JAMMAL (O.A.) - Study of nugget formation in resistance spot welding using finite element method. - Proc TWS 1992.
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(5) - THIÈBLEMONT (E.) - Modélisation du soudage par résistance par points. - Thèse de doctorat, INPL 1992.
-
(6) - NIED (H.A.) - The finite element modeling of the resistance spot welding process. - Weld....
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