Prototypage rapide de pièces en acier : étude du dépôt de matière et d'énergie lors de la fusion à l'arc d'un fil par le procédé MIG-CMT

Rapid prototyping of steel parts : study of weld and energie depositon during the arc fusion of a wire by MIG-CMT welding process

• Auteur / Autrice : Luis Corona Galvan
• Direction : Frédéric Deschaux-Beaume, Sébastien Rouquette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et génie civil
• Date : Soutenance le 23/02/2018
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Patrice Peyre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Deschaux-Beaume, Sébastien Rouquette, Patrice Peyre, Stéphane Segonds, Vincent Guipont, Denis Delagnes
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphane Segonds, Vincent Guipont

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acier

Fil métallique

Soudage électrique

Prototypage rapide

Mots clés libres

Prototypage

Rapide

Métallique

Fabrication

Additive

Acier

Rapid

Prototyping

Metallic

Additive

Manufacturing

Résumé

Un banc d’essai spécialement dédié à la fabrication additive par une nouvelle technologie basée sur la fusion à l’arc électrique d’un fil métallique a été développé. Le procédé utilise une source de soudage à l’arc appelée Cold Metal Transfer (CMT) pour assurer la fusion contrôlée d’un fil métallique et le dépôt de gouttelettes de métal liquide, afin de produire par la superposition de cordons des pièces mécaniques. La technologie développée a été employée pour fabriquer des éprouvettes à partir d’un fil en acier faiblement alliés. L’influence des nombreux paramètres contrôlant la source de soudage à l’arc sur les mécanismes de fusion du fil et de transfert des gouttelettes de métal fondu pour former les cordons a été étudiée. Les cycles de fusion-transfert de métal liquide ont été analysés en particulier au regard des énergies générées durant chacune des phases du cycle. Cette connaissance a permis de trouver des réglages du procédé permettant d’accroître le taux de dépôt de métal en comparaison des réglages standards préenregistrés dans le microprocesseur du générateur de soudage CMT. Des murs constitués par la superposition d’un grand nombre de cordons ont ensuite été réalisés, et l’influence de l’ajout de nombreuses couches sur la géométrie des dépôts discutée. Finalement, une méthode de contrôle en ligne du procédé, basée sur le principe des cartes de contrôle, a été développée. Une étude approfondie des formes d’onde d’intensité et de tension représentatives du cycle de fusion/transfert avec le procédé CMT a permis d’identifier les caractéristiques les plus pertinentes pour détecter, à partir d’une carte de contrôle, une dérive du procédé pouvant conduire à l’apparition de défauts géométriques.

A test bench specially dedicated to additive manufacturing by a new technology based on the electric arc melting of a metallic wire has been developed. This technology uses an electric arc welding process called Cold Metal Transfer (CMT) as energy source to ensure the controlled melting of the wire and the deposition of liquid metal droplets to produce mechanical parts by superposing weld beads. The developed technology was used to make specimens from a low alloyed steel wire. The influence of the many parameters controlling the arc welding source on the mechanism of wire melting and transfer of molten metal droplets to form weld beads was studied. The melting-transfer cycles of liquid metal were analyzed in particular with special interest in the energies generated during each of the cycle phases. This knowledge has made possible to find different process settings for increasing the metal deposition rate compared to the pre-recorded standard settings in the microprocessor of the CMT welding generator. Walls consisting of the superposition of a large number of weld beads were then made, and the influence of the addition of many layers on the geometry of the deposits were discussed. Finally, a method of online control of the process, based on the principle of control charts, has been developed. A detailed study of the representative waveforms of current and voltage of the melting / transfer cycle with the CMT process has allowed to identify the most relevant characteristics for detecting, from a control chart, a deviation on the process that may lead to the appearance of geometrical defects.