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Thomas DUPUY : Docteur-ingénieur - Usinor Recherche et Développement
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Le soudage par résistance est un procédé par fusion qui utilise la chaleur produite par l’effet Joule d’un courant électrique de forte intensité traversant les pièces à assembler. Les différents procédés (soudage par points, à la molette, par bossages, par étincelage) sont décrits dans l’article Soudage par résistance de ce traité.
Cet article est essentiellement consacré à la simulation du procédé en lui-même plus qu’à celle du comportement des soudures. Bien que la complémentarité entre ces deux approches soit évidente, les exemples de simulation complète (depuis le soudage jusqu’à la rupture de la soudure) sont encore très rares. On mettra en évidence la façon par laquelle les résultats d’une simulation du procédé peuvent être utilisés dans une simulation du comportement de la soudure.
On précisera d’abord l’utilité, les principes d’emploi et les limites d’un outil de simulation numérique dans l’étude des procédés de soudage par résistance.
Par la suite, on distinguera les trois phases de la mise au point d’un modèle : la formulation des hypothèses, l’obtention et l’analyse des résultats et la validation.
À chaque fois seront données les particularités liées à chaque procédé et des exemples tirés de la littérature. Notons qu’aucun exemple de modélisation numérique du soudage par étincelage n’a été recensé. En effet, ce procédé met en jeu des mécanismes physiques (production d’étincelles, consommation de matière) différents des autres procédés de soudage par résistance. Par conséquent, il n’est pas évident d’étendre au soudage par étincelage les exemples cités dans la suite. La modélisation numérique de ce procédé nécessiterait d’abord une bonne compréhension des mécanismes mis en jeu.
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3. Résultats de la simulation
Selon l’option de calcul choisie pour le modèle, les résultats sont évidemment différents. Par ailleurs, les résultats à extraire pour comparaison avec l’expérience (phase de validation du modèle) peuvent être différents de ceux qui sont à retenir pour une étude particulière (exploitation du modèle).
En fait, chaque module (électrique, thermique, mécanique, métallurgique) a ses propres résultats, plus ou moins facilement exploitables selon qu’ils se rapportent à des valeurs mesurables expérimentalement. D’une façon générale, une simulation numérique conduit à une grande quantité de résultats parmi laquelle il faut savoir sélectionner des valeurs exploitables. La première sélection peut se faire dans le choix d’une périodicité de stockage des résulats, le stockage intégral de tous les instants de calcul étant généralement superflu. On peut ensuite retenir plutôt des résultats facilement comparables avec des résultats expérimentaux, en particulier lors de la phase de validation (cf. § 4). Il est également nécessaire de prendre garde que la sélection des résultats ne soit pas trop radicale et reste représentative de l’ensemble du calcul (éviter de choisir un seul instant d’analyse ou un seul point particulier).
Enfin on rappelle que lors de l’exploitation du modèle, il est souhaitable d’utiliser les résultats de la simulation numérique de façon relative plutôt qu’absolue, en comparant entre eux les résultats de différentes simulations.
3.1 Résultats thermiques
Dans ce cas majeur, le résultat principal fourni par le modèle est un champ thermique, c’est-à-dire une valeur de température en chaque nœud et à chaque instant. Mais on peut généralement aussi avoir des valeurs de flux thermiques en chaque point et d’autres résultats plus sophistiqués. Les résultats thermiques principalement utilisés...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - KIM (E.), EAGAR (T.W.) - Parametric study of heat flow during resistance spot welding. - Proc. Modeling and Welding Processes IV Palm Coast Floride p. 95-105 1988.
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(3) - ANASTASSIOU (M.), LEBRUN (J.-L.) - Développement d’un modèle thermique en soudage par points. - Rapport SERAM dossier no 13040 1988.
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(4) - TSAI (C.L.), DICKINSON (D.), JAMMAL (O.A.) - Study of nugget formation in resistance spot welding using finite element method. - Proc TWS 1992.
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(5) - THIÈBLEMONT (E.) - Modélisation du soudage par résistance par points. - Thèse de doctorat, INPL 1992.
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(6) - NIED (H.A.) - The finite element modeling of the resistance spot welding process. - Weld....
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