Contribution à l’étude du soudage MIG-MAG sous mélanges Ar-CO₂-O₂ : diagnostics physiques et physico-chimiques du milieu

Contribution to the study of the MIG-MAG welding under mixture Ar-CO₂-O₂ : physical and physico-chemical diagnostics

• Auteur / Autrice : Quentin Castillon
• Direction : Stéphane Pellerin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des plasmas
• Date : Soutenance le 12/10/2016
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés. UMR 7344 (Orléans ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Bauchire
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Pellerin, Jean-Marc Bauchire, Jean-Marie Jouvard, M'hammed Abbaoui, Nadia Pellerin, Flavien Valensi, Jean-Pierre Planckaert, Bogdan Hnatiuc
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Marie Jouvard, M'hammed Abbaoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydes de fer

Microstructure (physique)

Électrodes

Spectroscopie

Équilibre thermodynamique

Arc électrique

Plasmas (gaz ionisés)

Soudage GMAW

Mots clés libres

Soudage MIG-MAG

Plasma

Spectroscopie optique d’émission

Microstructure

Oxyde de fer

MIG-MAG Welding

Plasma

Optical emission spectroscopy

Microstructure

Iron oxide

Résumé

Le soudage à l’arc avec fil fusible est un procédé très utilisé, mais la compréhension des mécanismes régissant son fonctionnement comporte toujours quelques interrogations compte tenu de sa complexité. La composition du gaz de protection a une très forte influence sur le procédé : l’ajout de gaz actif modifie, par exemple, le courant nécessaire à la transition entre les différents régimes et est responsable de l’apparition d’oxyde de fer (gangue) à l’extrémité du fil fusible. Pour mener à bien l’étude du soudage MIG-MAG sous mélanges Ar-CO₂-O₂, plusieurs études sont réalisées pour caractériser et mieux comprendre les phénomènes physico-chimiques qui gouvernent le soudage MIG-MAG afin d’optimiser à terme le procédé. Un diagnostic spectroscopique, avec la mise en place d’un système d’acquisition composé de deux spectromètres qui permet d’enregistrer simultanément les raies spectrales de fer et d’argon, permet d’évaluer les distributions radiales de température et densité électronique dans la colonne de plasma. Une étude par cinématographie rapide est également menée pour tenter d’évaluer la formation et l’écoulement de la couche d’oxyde apparaissant en régime globulaire à la surface de l’anode fusible. Et enfin, des analyses micrographiques des électrodes sont réalisées pour étudier l’influence des modifications chimiques et structurales sur le comportement général du procédé pour différents types de paramètres utilisés. Les conséquences d’un changement de gaz de protection sont également appréhendées : Ar-CO₂, Ar-O₂ et Ar-CO₂-O₂. Il s’avère que la température électronique de l’arc évolue en présence d’oxygène dans le gaz de protection et que la modification du gaz actif modifie le type d’oxyde de fer formé.

The arc welding with consumable wire is a process widely used, but understanding the mechanisms governing its operation still has some questions given its complexity. The composition of the shielding gas has a very strong influence on the process: the addition of active gas changes, for example, the current necessary for the transition between the different metal transfers and is responsible for the appearance of an iron oxide (gangue) at the end of the consumable wire. To carry out the study of MIG-MAG welding under mixtures Ar-CO₂-O₂, several studies are performed to characterize and understand the physical and chemical phenomena that govern the MIG-MAG welding to optimize the process. A spectroscopic diagnosis, with the establishment of an acquisition system consisting of two spectrometers to record simultaneously the iron and argon spectral lines, allows to estimate the radial distributions of temperature and electron density in the plasma column. A study by rapid cinematography is also conducted to try to estimate the formation and flow of the iron oxide layer appearing in globular regime on the surface of the anode consumable. And finally, micrographic analyzes of the electrodes are made to study the influence of chemical and structural changes on the general behavior of the process for different types of parameters used. The consequences of a shielding gas change are also apprehended: Ar-CO₂, Ar-O₂ and Ar-CO₂-O₂. It turns out that the electron temperature of the arc changes in the presence of oxygen in the shielding gas and the change of the active gas modifies the type of iron oxide formed.