Effets du défaut caniveau sur la concentration de contrainte au sein de joints soudés par laser en alliage d’aluminium AA6005-T6

Pot, Clément (2021). Effets du défaut caniveau sur la concentration de contrainte au sein de joints soudés par laser en alliage d’aluminium AA6005-T6. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les caractéristiques mécaniques des alliages d’aluminium sont intéressantes, car leur emploi allège les structures des véhicules ferroviaires. En parallèle, le soudage laser est un procédé novateur qui permet de grandes cadences de production. Leur emploi combiné en construction ferroviaire est un excellent moyen de diminuer les coûts de production.

Pour se faire, Bombardier Transport, aujourd’hui Alstom, s’est positionné en tant que pionnier dans l’utilisation de ces techniques. Des normes réglementent les défauts admissibles dans les joints soudés. Cependant, les restrictions qu’elles imposent ont un impact négatif sur la productivité. Il a ainsi été formulé le besoin de développer de nouvelles normes utilisant le plein potentiel du soudage laser de l’aluminium, sans nuire à la sécurité. L’étude ici s’intéresse particulièrement au défaut n°11 « caniveau » de la norme DIN EN ISO 13919-2.

Des simulations numériques ont permis d’observer les fluctuations du champ du coefficient de concentration de contrainte, noté Kt, autour des valeurs critiques de la norme. Une méthode de mesure des caractéristiques géométriques des défauts a ensuite été mise en place pour élargir les simulations au spectre de données des échantillons fournis. Un modèle théorique de calcul du Kt en fonction des paramètres a aussi été proposé.

Enfin, des essais de fatigue ont été menés afin de valider l’hypothèse d’amorçage de fissure au niveau des zones de concentration de contrainte. Les résultats ont montré que la profondeur du défaut ne suffit pas à caractériser sa sévérité comme le laisse entendre la norme, mais que la durée de vie en fatigue est dépendante d’autres paramètres géométriques du défaut. Les faciès de rupture ont été analysés de sorte à mieux déterminer les facteurs influençant le nombre de cycles.

Titre traduit

Effects of undercut defect on the stress concentration factor in laser welded AA6005-T6 aluminium alloy joints

Résumé traduit

Given to their mechanical properties, the aluminium alloys are more and more used for building train cars body. Furthermore, laser welding is a process which offers very interesting results combined with high production frequencies. As a result, using both would be a very powerful mean to decrease the production costs in railway construction industry.

Bombardier Transport, now acquired by Alstom, has become a leader in using this promising combination. A large field of standards regulates the defects in the laser welded joints. Nevertheless, these standards has a detrimental impact on the productivity of this method and the need of developping a new internal standard has emerged, which could improve the effectiveness without being nefast to the security. The study has been done on the defect named « undercut » in the DIN EN ISO 13919-2.

Numerical simulations has been done around the critical values given in the standard. This would higlight the impact on the stress concentration factor that could have some variations in the shape of the undercut. Furthermore, a method for measuring the depth, the width and the radius of curvature of the defects, as fast and precise as possible has been worked out to improve the simulations and simulate more shapes regarding to the ones of the defects on real laser welded joints. A computed theoretical model of the Kt has been proposed.

Finally, several fatigue tests has been done to validate the hypothesis concerning the location of the fracture initiation at the maximum stress concentration zones and search the linked between the shape of the defect and the fatigue life, also by analysing the fracture surfaces.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 125-127).
Mots-clés libres:	aluminium, soudage laser, fatigue, éléments finis, caniveau
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Bocher, Philippe
Codirecteur:	Codirecteur Demers, Vincent
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	24 sept. 2021 19:09
Dernière modification:	24 sept. 2021 19:09
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2757

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