Analyse des paramètres opératoires et leur impact sur les propriétés morphologiques et mécaniques des cordons de soudure en angle de l'acier inoxydable 301LN : étude expérimentale et développement d'une modélisation numérique

Thierry, Adrien (2024). Analyse des paramètres opératoires et leur impact sur les propriétés morphologiques et mécaniques des cordons de soudure en angle de l'acier inoxydable 301LN : étude expérimentale et développement d'une modélisation numérique. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 137 p.

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Résumé

« Le soudage laser possède de nombreux avantages : un faible impact thermique, une zone affectée thermiquement (ZAT) de faible épaisseur ainsi qu'une grande pénétration. Il permet de souder de nombreux matériaux tels que l'acier inoxydable AISI 301LN avec des mises en position spécifique à ce procédé. Dans ce mémoire le soudage en angle sur deux plaques fines de 301LN est étudié. Cette mise en position est utilisé afin de simuler le comportement des soudures en angle couramment retrouver dans de nombreuses structuresEn utilisant la méthode Taguchi, une table d'expérience est conçue permettant d'étudier les effets de la puissance, de la vitesse, le diamètre focal et l'amplitude des oscillations du laser sur le cordon de soudure. L'analyse statistique ANOVA est utilisée pour déterminer l'influence de ces paramètres sur les propriétés de la soudure, permettant la construction de modèles mathématiques. La morphologie obtenue par attaque chimique est un facteur crucial sur la qualité de la soudure. Afin d'optimiser la pénétration, le diamètre focal doit être minimisé tout en gardant l'équilibre entre la puissance et la vitesse. La microstructure révèle l'apparition de delta-ferrite, spécifique au soudage d'acier inoxydable austénitique. L'étude de la dureté montre que le ZAT est de faible épaisseur, nécessaire pour l'intégrité des joints.Pour finaliser l'étude, des essais en traction sont effectués. L'utilisation du modèle de Ramberg-Osgood modifié a permis la description d'une loi de comportement des assemblages soudés avec un coefficient de Pearson de 0.997. À partir de ces modèles, l'énergie d'absorption est calculée analytiquement. Elle est inférieure à la valeur expérimentale d'environ 10\% ce qui s'explique par la limitation du modèle. Les études statistiques ont montré que pour maximiser le comportement mécanique, la pénétration doit être minimisés et la vitesse comprise entre 3.0 m/min et 3.7 m/min. La détermination des paramètres opératoires est un inconvénient majeur du soudage laser. Néanmoins, sa modélisation et résolution numérique permettent de réduire cet intervalle d'étude. L'équation de chaleur est résolue, permettant de déterminer la morphologie du cordon de soudure. Ces caractéristiques sont comparées aux résultats de la première étude, montrant que le modèle manque de précision mais reste une bonne approximation. Ce décalage avec l'expérimentation provient de la négligence de certains phénomènes comme l'écoulement du métal liquide. -- Mot(s) clé(s) en français : 301LN, Soudage laser, Jointure angle, COMSOL, ANOVA, Microstructure, Comportement mécanique. »--
« Laser welding offers numerous advantages: low thermal impact, a thin heat-affected zone (HAZ), and deep penetration. It enables the welding of various materials such as stainless steel AISI 301LN with specific positioning to this process. This paper focuses on angle welding on two thin plates of 301LN. This setup is used to simulate the behavior of corner welds commonly found in many structures. Using the Taguchi method, an experimental design table is developed to study the effects of power, speed, focal diameter, and laser oscillation amplitude on the weld bead. ANOVA statistical analysis is employed to determine the influence of these parameters on weld properties, facilitating the construction of a mathematical model. The morphology revealed by chemical etching is crucial for weld quality. To optimize penetration, focal diameter should be minimized while maintaining a balance between power and speed. The microstructure shows the presence of delta-ferrite, characteristic of austenitic stainless steel welding. Hardness analysis indicates a thin HAZ, essential for joint integrity. To finalize the study, tensile tests are conducted. The use of the modified Ramberg-Osgood model allowed the description of a behavior law for welded assemblies with a Pearson coefficient of 0.997. From these models, the absorption energy is calculated analytically, it is lower than the experimental value by about 10\%, which can be explained by the limitations of the model. Statistical studies have shown that to maximize mechanical behavior, penetration must be minimized and the speed should be between 3.0 m/min and 3.7 m/min. Determining operating parameters is a major challenge in laser welding. However, its modeling and numerical resolution help narrow this study interval. The heat equation is solved to determine weld bead morphology. These characteristics are compared with the results of the initial study, showing that the model lacks precision but remains a good approximation. This deviation from experimental results stems from neglecting certain phenomena such as liquid metal flow. -- Mot(s) clé(s) en anglais : 301LN, Laser welding, edge joint, COMSOl, ANOVA, Microstructure, mechanical behavior. »--

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (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 de maître.
Mots-clés :	Soudage laser ; Soudage laser - Modèles mathématiques ; Détecteurs de fuites ; Acier inoxydable austénitique - Microstructure - Soudage ; Matériaux - Propriétés mécaniques ; Méthode Taguchi ; Soudage en angle.
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Date de dépôt :	14 janv. 2025 16:21
Dernière modification :	14 janv. 2025 16:21
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3165