Thèse soutenue

Etude expérimentale et numérique de l’élaboration et du soudobrasage par résistance d’une électrode de masse d’une bougie d’allumage

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Auteur / Autrice : Chaouki Tahri
Direction : Jean-Michel BergheauEric FeulvarchHelmut Klöcker
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
Date : Soutenance le 07/07/2020
Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec 170300412
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
établissement opérateur d'inscription : Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne ; 1961-....) - École Centrale de Lyon (1857-....)
Jury : Président / Présidente : Alain Rassineux
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Michel Bergheau, Eric Feulvarch, Helmut Klöcker, Bernard Beaugiraud, Christophe Bertoni
Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Le Masson, Katia Mocellin

Résumé

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Pour améliorer le rendement des moteurs, une possibilité est de changer les matériaux de quelques composants des bougies d’allumages tels que l’électrode de masse. Des alliages spéciaux à base de nickel, ainsi que des électrodes de masse à noyau de cuivre qui se distinguent par une bonne évacuation de la chaleur et une résistance élevée à la corrosion et à l’oxydation, sont utilisés. La réalisation d’une électrode de masse se déroule en plusieurs étapes : une étape de tassage du noyau de cuivre dans un godet en inconel, une étape de frappe à froid lubrifiée de mise en forme de l’électrode, une étape de recuit pour remettre la microstructure de l’inconel dans son état initial, une étape de soudobrasage par résistance de l’électrode sur le culot en acier et enfin une étape de cambrage de l’électrode lui donnant sa forme finale. Il a été industriellement constaté que le choix de certains matériaux conduisait à l’apparition de défauts dans l’électrode de masse qui peuvent être liés au changement de comportement métallurgique, mécanique ou de la répartition du chauffage par effet Joule pendant l’opération de soudobrasage. Les travaux réalisés au cours de cette thèse visent ainsi à mieux comprendre l’origine des défauts observés dans le cas d’une électrode de masse composée d’un noyau de cuivre revêtu par de l’inconel 601 et à proposer une solution industrielle pour y remédier. Dans un premier temps, on s’attache à recenser l’expérience industrielle : présence de gaps à l’interface cuivre-inconel 601 des électrodes de masse, présence d’oxydes, etc. Dans un second temps, une analyse chimique a été effectuée dans le but de comprendre l’oxydation de l’Inconel 601 à haute température en présence de résidus d’huile et ainsi d’expliquer son rôle sur la cohésion de l’interface cuivre-inconel 601. Dans une troisième étape, une étude expérimentale et numérique a permis de mieux comprendre l’origine des gaps à l’interface cuivre-inconel 601, gaps qui conduisent à une rupture de la liaison soudée lors du cambrage de l’électrode. Dans une quatrième étape, une étude numérique a été effectuée pour simuler le soudobrasage par résistance des électrodes de masse sur des culots en acier tout en changeant des paramètres de soudage (fréquence, type de courant, régulation de courant, présence ou non de gaps). Enfin, une étude numérique a permis de comprendre l’influence de la présence ou non des gaps sur la tenue mécanique de l’électrode pendant le cambrage. Il est clairement apparu que la présence d’huile était responsable du manque de cohésion de l’interface cuivre-inconel conduisant à la formation de gaps pendant la phase de recuit. Des solutions ont été proposées et testées pour y remédier. Ces solutions sont en cours d’industrialisation.