Étude de l'influence des patrons de soudage laser sur les propriétés mécaniques des joints soudés par recouvrement

Mailley, Jean (2020). Étude de l'influence des patrons de soudage laser sur les propriétés mécaniques des joints soudés par recouvrement. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 143 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Le procédé de soudage laser gagne actuellement en popularité dans l'industrie manufacturière. Les joints laser soudés par recouvrement peuvent présenter une infinité de patrons ou motifs de soudage, inhérents à la trajectoire parcourue par le faisceau laser soudeur. Pour le moment les différentes études menées se sont simplement limitées à des formes simples. Treize patrons de soudage sont sélectionnés au sein de cette étude, en lien avec le fabricant de matériel roulant ferroviaire Bombardier Transport, afin d'étudier leurs influences sur les propriétés mécaniques que sont les résistances à la traction et à la fatigue. Une étude morphologique est, préalablement aux études mécaniques, menée afin de sélectionner les paramètres des procédés, mais aussi afin de mesurer les différentes surfaces de connexion entre les plaques soudées. L'étude sur les propriétés de traction se concentre sur la recherche de la résistance ultime de chacun des patrons. Il appert que la résistance en traction des joints soudés dépend principalement de la taille de la surface de connexion et peu du patron de soudage. L'étude sur les propriétés de fatigue se limite à la recherche de la limite d'endurance à cinq millions de cycles pour un ratio de chargement de 0,5 de chaque patron à l'aide de la méthode de l'escalier. La famille des patrons circulaires s'est manifestée comme la meilleure. Des courbes de fatigue sont également tracées pour certains patrons. La pente de ces courbes s'est révélée hautement tributaire des patrons de soudage. Les ruptures par fatigue sont celles qui apparaissent le plus souvent lors de l'utilisation de pièces mécaniques et notamment dans le milieu ferroviaire. Cette recherche propose donc une modélisation du comportement en fatigue des patrons sélectionnés à l'aide de la méthode des éléments finis et des méthodes de dimensionnement à la fatigue des assemblages soudés. Le principe de Neuber est utilisé afin de modéliser la soudure. La contrainte équivalente uniaxiale complètement renversée maximale au sein de chaque patron est finalement calculée afin d'être corrélée aux limites d'endurance mesurées précédemment. -- Mot(s) clé(s) en français : patrons, soudage laser, 201LN, morphologie des soudures, essais de traction, essais de fatigue, méthode de l'escalier, méthode des éléments finis. --
ABSTRACT : The laser welding process is currently gaining popularity in the manufacturing industry. Laser welded lap joints may present an infinity of patterns or weld shape. Patterns depends on the path taken by the laser beam during the welding. Until now studies addressed only on simple laser patterns. Thirteen welding patterns are selected in this research with the railway rolling stock manufacturer Bombardier Transportation. The goal of this research is to study the pattern influence on the mechanical properties (tensile and fatigue). A morphological study is firstly conducted in order to choose the process parameters but also to measure the connexion surface sizes between the welded sheets. The studies of the tensile properties focus on the determination of the ultimate strength of each pattern. It appears that the tensile strength of the welded joints depends mostly on the connexion surface size and only a little on the welding pattern. The study of the fatigue properties restricts itself on the assessment of the fatigue limit according to the staircase method for each welding pattern. The stress ratio is 0.5 and the run out is fixed to five million cycles. The circular pattern family turns up to be the best. Fatigue curves are also presented for some patterns. Their slopes come out to be very dependent upon the welding patterns. Fatigue breaks are the most common failure of mechanical components, and so on the railways industry. Hence this research proposes a numerical modelling by means of the finite element analysis and by means of fatigue assessment methods for welded structures. Neuber's concept is used for representing the weld part. The maximal equivalent stress completely reversed uniaxial in each pattern is finally calculated in order to be correlated with the fatigue limits previously measured. -- Mot(s) clé(s) en anglais : patterns, laser welding, 201LN, weld morphologies, tensile tests, fatigue tests, staircase method, finite element method.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Brousseau, Jean
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) 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 ès sciences appliquées (M.Sc.A.).
Mots-clés :	Soudage laser; Soudures; Résistance; Traction; Fatigue; Propriétés mécaniques; Patron; Morphologie.
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Date de dépôt :	10 oct. 2025 14:07
Dernière modification :	10 oct. 2025 14:07
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3335