Modélisation, optimisation et surveillance en temps réel du procédé de soudage par résistance par points appliqué aux plaques minces pour l'industrie automobile

Feujofack Kemda, Blériot Vincent (2020). Modélisation, optimisation et surveillance en temps réel du procédé de soudage par résistance par points appliqué aux plaques minces pour l'industrie automobile. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 201 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: La présente étude a été menée dans le but d'optimiser et de d'améliorer le procédé de soudage par résistance par points (SRP). En effet, le SRP est un procédé intensivement utilisé dans l'assemblage de tôles minces pour l'industrie automobile. Bien qu'il soit très ancien, le SRP présente toujours des challenges techniques ; tels que :les distorsions thermiques, les temps et énergies de production élevés ou encore l'apparition de fissures après le soudage. L'automatisation du procédé de SRP a vu le jour il y a quelques années. Cette automatisation a notamment permis d'accroître la productivité et la répétabilité du procédé de SRP. Toutefois, l'automatisation a fait naître un nouveau problème ; celui de l'intégrité des soudures effectuées. En effet, en raison d'aléas divers, les conditions de soudage ne sont jamais les mêmes et les soudures qui en résultent sont parfois de mauvaise qualité. Les problèmes cités ci-haut indiquent clairement un besoin d'amélioration du procédé de SRP, d'où la genèse de ce travail intitulé : « Modélisation, optimisation et surveillance en temps réel du procédé de soudage par résistance par points appliqué aux plaques minces pour l'industrie automobile ». Afin de mener à bien ce travail, l'objectif principal a été subdivisé en quatre objectifs spécifiques, à savoir l'exploration, la modélisation, l'optimisation et la surveillance du procédé de SRP. Un premier travail exploratoire a été effectué afin de déterminer l'effet des paramètres de procédé sur la géométrie et la résistance mécanique des joints soudés. Ce travail a permis d'établir une corrélation entre la dureté, la géométrie et la qualité de la soudure. Ensuite, un travail d'optimisation des paramètres de procédé a été effectué. Afin de parvenir a une optimisation effective et efficiente des paramètres de procédé, un algorithme génétique a été développé et implémenté. Cette optimisation a été basée sur les résultats obtenus dans l'étude exploratoire. Afin de résoudre le problème de fragilité des soudures, un modèle électro-thermo-mécano-métallurgique a été développé. Ce modèle a permis de mieux comprendre et aussi de prédire l'évolution de la micro-structure dans le métal lors du soudage. À l'aide de ce modèle, des pistes de solution ont été proposées pour la résolution du problème de fragilité des soudures. Pour finir, une technique a été développée et implémentée afin de prédire la qualité des soudures en temps réel au cours du processus de soudage à l'aide de la signature de résistance dynamique. Les résultats de cette études montrent que le courant de soudage est le paramètre le plus influent dans le SRP et contribue de l'ordre de 70 % à la résistance mécanique des soudures. L'optimisation des paramètres de procédé a entraîné une diminution moyenne du courant de soudage, de la force de pressage des électrodes et du temps de soudage de 10,58 %, 13,59 % et 32,61% respectivement. Le modèle prédictif développé a permis d'établir que l'application du traitement thermique post-soudage (TTPS) mène à augmentation des fractions de bainite et de ferrite et une diminution de la fraction de martensite dans le noeud de soudure ; ce qui signifie une réduction de fragilité au sein des soudures. Une prédiction de la qualité des joints soudés a été rendue possible grâce à l'exploitation des signaux de résistance dynamique. L'application de tous ces résultats mèneront à une augmentation de résistance mécanique des noeuds de soudure et à une réduction des coûts de production. -- Mot(s) clé(s) en français : Soudage par résistance par points ; Dureté ; Diamètre des noeuds ; Analyse de variance ; Surfaces de réponse ; Résistance à la traction-cisaillement ; Optimisation ; Algorithme génétique ; AISI 1010 ; Modélisation ; Traitement thermique post-soudage ; Transformation de phase ; Cinétique ; Conditions de soudage ; Signature de résistance dynamique ; Fuseau de passage ; Intégrité de la soudure. -- ABSTRACT: This study was conducted to optimize and make the resistance spot welding(RSW) process more viable. Indeed, the RSW is a process intensively used in theassembly of thin sheet metal for the automotive industry. Although it is very old, theRSW still presents technical challenges : thermal distortions, high production times andenergy or the appearance of cracks after welding. The automation of the RSW processbegan a few years ago. This automation has notably increased the productivity andrepeatability of the RSW process. However, automation has created a new problem : theintegrity of the welds performed. Indeed, due to various hazards, welding conditions arenever the same and the resulting welds are sometimes of poor quality. The problemsmentioned above clearly indicate a need for improvement in the RSW process, hence thegenesis of this work entitled : "Real-time modelling, optimization and monitoring of theresistance spot welding process applied to thin plates for the automotive industry".In order to carry out this work, the main objective has been subdivided into fourspecific objectives, namely exploration, modelling, optimisation and monitoring of theRSW process. A first exploratory study was carried out to determine the effect of processparameters on the geometry and mechanical strength of welded joints. This work madeit possible to establish a correlation between hardness, geometry and weld quality.Then, work was carried out to optimize the process parameters. This optimization wasbased on the results obtained in the exploratory study. In order to achieve an effectiveand efficient optimization of process parameters, a genetic algorithm has beendeveloped and implemented. In order to solve the problem of weld brittleness, anelectro-thermo-mechanical-mechanical-metallurgical model was developed. This modelhas made it possible to better understand and also to predict the evolution of themicrostructure in the metal during welding. Using this model, possible solutions wereproposed to solve the problem of weld brittleness. Finally, a technique was developedand implemented to predict the quality of the welds in real time during the weldingprocess using the dynamic resistance signature. The results of this study show that welding current is the most influentialparameter in the RSW and contributes up to 70 % to the mechanical strength of the welds. Optimization of process parameters resulted in an average decrease in welding current, electrode pressing force and welding time of 10.58 %, 13.59 % and 32.61%respectively. The predictive model developed established that the application ofpost-welding heat treatment (PWHT) leads to an increase in bainite and ferrite fractionsand a decrease in martensite fraction in the weld node ; which means a reduction inbrittleness within the welds. A prediction of the quality of welded joints was madepossible by using dynamic resistance signals. The application of these results will lead toan increase in the viability of the RSW and a reduction in production costs. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Resistance spot welding ; Hardness ; Nugget diameter ; Analysis of variance ; Response surface ; Tensile-shear strength ; Optimization ; Genetic algorithm ; AISI 1010; Modeling ; Post weld heat treatment ; Phase transformation ; Kinetics ; Welding conditions ; Dynamic resistance signature ; Validation passageway ; Weld integrity.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Barka, Noureddine
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Jahazi, Mohammad
Information complémentaire :	Mémoire présenté à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences appliquées (M.Sc.A.).
Mots-clés :	Soudage électrique Plaques (Ingénierie) Automobiles Carrosseries Soudage par résistance par points Tôles minces
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	18 août 2021 12:58
Dernière modification :	18 août 2021 12:58
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1852

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