Contribution à la modélisation et à la compréhension du procédé de soudage par friction linéaire

Contributions to the modeling and the understanding of the linear friction welding process

• Auteur / Autrice : Loïc Debeugny
• Direction : Guillaume Racineux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, productique transport
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes (1962-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement thermomécanique

Titane -- Alliages

Soudage par friction linéaire

Résumé

Le soudage par friction linéaire est un procédé récent permettant d'assembler des pièces non-axisymétriques par friction. Il est principalement utilisé dans ledomaine aéronautique pour l'assemblage de disques aubagés monoblocs en alliage de titane. La qualité des joints soudés obtenus par ce procédé est conditionnée par une bonne maîtrise des conditions expérimentales etnotamment des paramètres influents du cycle de soudage (amplitude et fréquence de l'oscillation, effort normal et quantité de matière évacuée). Le travail de cette thèse se focalise sur l'analyse de l’effet des paramètres sur le comportement de la matière en cours de procédé et sur la qualité des joints soudés. Unemodélisation simplifiée est, dans un premier temps,proposée et permet de développer une méthodologie de choix des paramètres de soudage. Cette méthodologie est ensuite appliquée et validée par la réalisationde soudures sur un couple d'alliage d'aluminium et de cuivre, un alliage d'aluminium-lithium et différents couples d'alliages de titane. Ensuite, l'effet des paramètres est analysé finement pour un alliage de titane TA6V, afin d'évaluer leur impact sur la qualité et la tenue mécanique des joints soudés et afin de servir d'entrée à une modélisation fine par éléments finisdu cycle de soudage. Dans la dernière partie, la modélisation fine du procédé par éléments finis est présentée et permet d'analyser l'évolution des contraintes et de la température en cours de procédé. Elle est ensuite appliquée à la simulation d'un cas d'étude industriel sur un disque aubagé monobloc.

The linear friction welding is a recent process forthe assembling non-axisymmetric parts by friction. It is mainly used in aviation for joining blisks in titanium alloy. The quality of welded joints produced by this process is conditioned by control of experimental conditions including influential parameters of the welding cycle (amplitude and frequency of oscillation, normal force and upset). The work of this thesis focuses on the analysis of the effect of parameters on the behavior of the material during the process and the quality of welded joints. A simplified model is, firstly, proposed and used to develop a methodology for the selection of welding parameters. This methodology is then applied and joined by friction welding a pair of aluminum alloy and copper, an aluminum-lithium alloy and various pairs of titanium alloys. Then, the effect of the parameters is finely analyzed for titanium alloy TA6V to assess their impact on the quality and the mechanical strength of welded joints and to be used as input to a fine finite element modeling of the welding. In the last part, the detailed modeling of the process by finite element is presented and used to analyze the evolution of stresses and temperature during the process. It is also applied to the simulation of an industrial case study on blisks.