Dialogue essais/simulation dans le cas de soudages TIG, laser et par friction inertielle

Experimental/Numerical swapping within TIG, laser and inertia welding

SNECMA et Groupe SAFRAN, Centre de Compétence Industrielle en Assemblage Métallurgique SNECMA site d’Evry-Corbeil, 81 rue Henri-Auguste Desbruères, 91003 Evry Cedex, France

Reçu : 19 Juin 2014
Accepté : 29 Septembre 2014

Résumé

Deux exemples de simulation du soudage par fusion et par friction inertielle sont présentés dans cet article. Le premier exemple traite d’un carter à bras dont les distorsions lors l’assemblage par TIG sont modélisées à deux échelles par la méthode locale-globale. A cette fin, une simulation préliminaire partielle est réalisée sur un bras du carter [Y. Duan, Thèse : Modélisation numérique des distorsions résiduelles de soudage de structures minces, École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, 2007]. Cette simulation montre une déformation localisée sur la bride amont avec une mise en parapluie de la virole (augmentation du rayon et réduction de la distance inter-brides). Cette bride a donc été instrumentée pour capturer les déplacements en cours de soudage pour les deux gammes proposées. Ces mesures ont permis de valider les simulations préliminaires qui ont donc été utilisées pour simuler la gamme complète d’assemblage (30 soudures réparties sur 15 bras). Cette méthode a permis aussi de quantifier la différence de déformation de la structure entre une gamme de soudage par LASER et une gamme de soudage TIG. Un second exemple présente les hypothèses réalisées pour modéliser le procédé de soudage par friction inertielle et les validations associées. Un des phénomènes prépondérant lors du soudage par friction est la génération de chaleur à l’interface. Dans le cas présenté ici, il est montré que la friction peut être aisément remplacée par un flux et un couple calculable dans certain cas. Cependant, même si le flux est connu par calcul, sa répartition spatiale doit être supposée. Dans notre cas, la répartition est supposée uniforme. Des simulations préliminaires montrent que la position des thermocouples au plus près de l’interface permet de discriminer clairement la validité ou non de l’hypothèse. Une instrumentation en cours de soudage a été réalisée en ce sens. Une fois les essais réalisés et l’hypothèse validée, la validation thermique du modèle est entreprise et nécessite de prendre en compte des phénomènes expérimentaux affectant la mesure comme le temps de réponses des thermocouples.

Abstract

In this article, two case studies of welding simulation are presented. The first case assesses the predictions of the distortion of a turbine rear vane with arm welded by GTAW. The simulation is carried out using the local/global approach. A first preliminary simulation on a reduced geometry shows that the distortions are mainly located on the forward flange. Therefore, during an experiment, this flange is equipped with displacement sensors allowing the validation of the preliminary simulations. Finally, these simulations were used to feed a global model taking into account the 30 welds. The second case presents the development of an inertia friction welding model. The friction phenomenon is reduced to a flux and forces which are supposed to be uniform on the contact area. This hypothesis is validated using a specific experiment designed using preliminary simulations. The thermal validation of the model is presented and takes into account the response time of the temperature sensors which plays a major role for such a short process.