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Étude des effets des paramètres de soudage laser fibre continu-application à l'acier AISI 304L soudé selon différentes configurations

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Abou Haibeh, Alaa (2021). Étude des effets des paramètres de soudage laser fibre continu-application à l'acier AISI 304L soudé selon différentes configurations. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 102 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: Ce projet a pour but d'étudier la caractérisation métallurgique et mécanique des soudures laser en continu de l'AISI 304L dans différentes positions de soudage, modes de faisceau laser et paramètres de soudage utilisés afin d'exploiter de manière appropriée les avantages offerts par le procédé, d'établir des modèles permettant de prédire les caractéristiques de la soudure dans le cas de soudage bout à bout et par recouvrement sans avoir recours à un processus d'essais et d'erreurs long et coûteux. Pour obtenir des modèles de prédiction précis et robustes, une approche organisée en trois étapes a été adoptée afin d'obtenir les meilleures performances mécaniques et microstructurelles lors de la réalisation d'un soudage laser continu sur deux plaques AISI 304L d'une épaisseur de 2 mm. Des examens microstructuraux, des tests de microdureté et des tests de traction ont été réalisés afin d'estimer les variations de quatre attributs de la qualité de la soudure (largeur du cordon, profondeur de pénétration, résistance/force de traction ultime et microdureté). Les propriétés mécaniques des soudures ont été décrites en termes de résistance à la traction ultime, de forces de traction ultime et de profils de microdureté. Les effets des paramètres de soudage au laser continu fibre de 3 kW (puissance de soudage, vitesse de soudage, diamètre du foyer, fréquence de soudage et pression du gaz de protection) sur la performance des soudures au laser de l'acier inoxydable AISI 304L ont été étudiés à l'aide de la méthode du plan d'expériences de Taguchi. Les effets des paramètres de soudage considérés et leurs contributions à la variation des différentes caractéristiques de la soudure sont analysés à l'aide de l'ANOVA. Ce projet élargit la méthode traditionnelle d'optimisation des performances mécaniques en déterminant statistiquement les effets principaux pour les paramètres de soudage, les positions de soudage et les motifs du faisceau laser, ce qui permet une analyse plus approfondie dans laquelle les résultats expérimentaux sont statistiquement corrélés aux paramètres variables de la machine utilisée. Trois paramètres de soudage, chacun ayant trois niveaux, ont été utilisés dans la première étape dans la configuration de chevauchement. Les expériences qui mesurent les valeurs de la force de traction ultime des échantillons soudés ont été conçues selon le plan d'expériences de Taguchi et les résultats ont été analysés à l'aide de la méthode ANOVA, la microstructure des échantillons soudés ainsi que la microdureté de la zone de soudure ont été visualisées. Alors que le faisceau laser oscillant a été utilisé dans deux motifs différents (triangulaire et carré) avec trois paramètres de soudage ainsi que trois niveaux pour chacun d'eux dans la deuxième étape dans la configuration bout à bout. La microstructure, la microdureté et les valeurs de résistance à la traction ultime ont été mesurées et analysées pour les échantillons soudés, et il a été constaté que le motif carré a de meilleures propriétés et performances mécaniques que le motif triangulaire, et que les valeurs de résistance à la traction ultime étaient beaucoup plus élevées que celles de la première étape. Enfin, la troisième étape était une étape d'amélioration de la deuxième étape, où le gaz de protection a été ajouté pendant le processus de soudage, en plus d'augmenter la plage de tous les paramètres de soudage à quatre niveaux différents. Cette étape a entraîné une augmentation de la valeur de la contrainte maximale obtenue dans la deuxième étape, et en conséquence de cela, ces étapes sont considérées comme des étapes de développement pour les propriétés mécaniques et la microstructure des plaques AISI 304L soudées par soudage laser continu. -- Mot(s) clé(s) en français : AISI 304L, soudage au laser fibre, microstructure, propriétés mécaniques, faisceau laser oscillant, configuration de chevauchement, configuration en bout, méthode Taguchi, méthode ANOVA. -- ABSTRACT: This project aims at investigating the metallurgical and mechanical characterization of AISI 304L continuous laser welds in different weld positions, laser beam modes, and welding parameters used in order to appropriately exploit the advantages offered by the process, to establish models allowing the prediction of the characteristics of the weld in the case of butt and overlap welding without the need for a long and expensive trial-and-error process. To obtain accurate and robust predictive models, an organized three-stage approach was adopted in order to achieve the best mechanical and microstructure performance when performing continuous laser welding on two AISI 304L plates with a thickness of 2 mm. Microstructural examinations, microhardness tests, and tensile tests were performed in order to estimate variations in four attributes of weld quality (bead width, penetration depth, ultimate tensile strength/force, and microhardness). Mechanical properties of the welds were described in terms of ultimate tensile strength, ultimate tensile forces, and microhardness profiles. The effects of 3 fiber continuous laser welding parameters (welding power, welding speed, focal diameter, welding frequency, and shielding gas pressure) on AISI 304L stainless steel laser weld performance was studied using Taguchi's design of experiments method and the effects of the welding parameters considered and their contributions to the variation of the different characteristics of the weld are analyzed using ANOVA. This project expands the traditional method of mechanical performance-optimizing by determining the main effects statistically for welding parameters, welding positions, and laser beam patterns allowing for a more in-depth analysis wherein the experimental results are statistically correlated to the variable machine parameters used. Three welding parameters, each of which has three levels, were used in the first stage in the overlap configuration. Experiments that measure the ultimate tensile force values of the welded samples were designed according to Taguchi's design of experiments and the results were analyzed using ANOVA method, the microstructure of the welded samples in addition to the microhardness of the weld area were viewed. Whereas the oscillating laser beam was used in two different patterns (triangular and square) with three welding parameters as well and three levels for each of them in the second stage in the butt configuration. The microstructure, microhardness, and the ultimate tensile strength values were measured and analyzed for the welded samples, and it was found that the square pattern has better mechanical properties and performance than the triangular pattern, and the ultimate tensile strength values were much higher than the first stage. Finally, the third stage was an improvement stage for the second stage, whereby shielding gas was added during the welding process, in addition to increasing the range of all welding parameters to four different levels, this stage resulted in an increase in the value of the maximum stress obtained in the second stage, and as a result of that, these steps are considered as developmental steps for the mechanical properties and microstructure of the welded AISI 304L plates by continuous laser welding. -- Mot(s) clé(s) en anglais : AISI 304L, Fiber Laser Welding, Microstructure, Mechanical Properties, Oscillating Laser Beam, Overlap Configuration, Butt Configuration, Taguchi Method, ANOVA Method.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Barka, Noureddine
Information complémentaire : Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade « maître ès sciences appliquées » (M.Sc.A.)
Mots-clés : Soudage laser - Propriétés mécaniques ; Soudage laser - Métallurgie.
Départements et unités départementales : Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 17 mars 2022 17:47
Dernière modification : 17 mars 2022 17:47
URI : https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1975

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