Hostname: page-component-7479d7b7d-8zxtt Total loading time: 0 Render date: 2024-07-12T04:52:41.383Z Has data issue: false hasContentIssue false

Modélisation du soudage par point : définition des conditions interfaciales et validation expérimentale

Published online by Cambridge University Press:  17 November 2006

Éric Feulvarch
Affiliation:
Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes, UMR 5513 CNRS/ECL/ENISE, École Nationale d'Ingénieurs de Saint-Étienne, 58 rue Jean Parot, 42023 Saint-Étienne Cedex 2, France ESI Group, Le Récamier, 70 rue Robert, 69458 Lyon Cedex 06, France
Philippe Rogeon
Affiliation:
Laboratoire d'Études Thermiques Énergétiques et Environnement, Université de Bretagne Sud, Rue de Saint-Maudé, BP 92116, 56321 Lorient Cedex 3, France
Patrick Carré
Affiliation:
Laboratoire d'Études Thermiques Énergétiques et Environnement, Université de Bretagne Sud, Rue de Saint-Maudé, BP 92116, 56321 Lorient Cedex 3, France
Gauthier Sibilia
Affiliation:
Laboratoire Génie des Matériaux, École Polytechnique de l'Université de Nantes, La Chantrerie, Rue Christian Pauc, BP 50609, 44306 Nantes Cedex 3, France PSA Peugeot Citroën, Centre Technique de Vélizy, MXP/CEB/ASG, Route de Gisy, 78943 Vélizy Villacoublay Cedex, France
Jean-Michel Bergheau
Affiliation:
Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes, UMR 5513 CNRS/ECL/ENISE, École Nationale d'Ingénieurs de Saint-Étienne, 58 rue Jean Parot, 42023 Saint-Étienne Cedex 2, France
Get access

Abstract

Cet article présente un modèle de connaissance pour mieux comprendre et expliquer les mécanismes à l'origine de la formation de la soudure dans le procédé de soudage par point en nous limitant ici au cas d'assemblages symétriques de tôles nues en acier extra-doux. Dans une première approche, on considère un modèle simplifié prenant en compte les couplages entre les phénomènes électrique, thermique et métallurgique dans l'assemblage mais en supposant les surfaces de contact constantes aux interfaces électrode-tôle et tôle-tôle. Dans une seconde approche le modèle est complété par un calcul mécanique qui permet de calculer les évolutions des surfaces de contact. Les résistances de contact électrique et thermique sont mesurées en fonction de la température et de la pression sur un dispositif expérimental conçu à cet effet. La variation des profils des électrodes en fonction du nombre de soudures réalisées et ses conséquences sur les surfaces de contact sont de même présentées. Le modèle numérique est validé en comparant, d'une part, la taille et la forme des points soudés relevées expérimentalement et calculées numériquement et, d'autre part, les cinétiques thermiques mesurées et calculées dans les électrodes et les tôles. Les techniques d'instrumentation mises au point visent à limiter les perturbations inévitables générées par l'intrusion des capteurs. Les hypothèses et les jeux de données considérés dans le modèle pour définir les conditions interfaciales sont enfin discutés.

Type
Research Article
Copyright
© AFM, EDP Sciences, 2006

Access options

Get access to the full version of this content by using one of the access options below. (Log in options will check for institutional or personal access. Content may require purchase if you do not have access.)

References

Murakawa, H., Zhang, J., FEM simulation of spot welding process (report 1) – Effect of an initial gap on nugget formation, Trans JWRI 27 (1998) 7582
B.H. Chang, M.V. LI, Y. Zhou, Comparative study of small scale and “large scale” resistance spot welding, Mathematical modelling of weld phenomena VI, Graz, 1er–3 octobre 2001, H. Cerjak (éd.), 923–937
V. LI, M. Kimchi, Modeling of resistance spot welding high-strength steel, International Body Engineering Conference'00, Body Assembly & Manufacturing, Vol. 34, Detroit, 3–5 October 2000
James, P.S., Chandler, H.W., Evans, J.T., Wen, J., Browne, D.J., Newton, C.J., The effect of mechanical loading on the contact resistance of coated aluminium, Materials Science and Engineering A230 (1997) 194201 CrossRef
Babu, S.S., Santella, M.L., Feng, Z., Riemer, B.W., Cohron, J.W., Empirical model of effects of pressure and temperature on Electrical Contact Resistance of metals, Science and Technology of Welding and Joining 6 (2001) 126132 CrossRef
Vogler, M., Sheppard, S., Electrical contact resistance under high loads and elevated temperatures, Welding J. 72 (1993) 231298
G. Sibilia, Modélisation du soudage par point, Influence des conditions interfacia. (a) Principe du soudage par résistance. (b) Exemple de Zone Fondue sur le procédé, Thèse, Polytechnique Nantes, 2003
E. Thieblemont, Modélisation du soudage par résistance par points, Thèse, INPL, 1992
J-J. Salgon, O. Quemener, M. Belghali, J. Bransier, Résistance thermique de contact statique. Évaluation expérimentale d'un modèle à deux résistances issu d'une description probabiliste des déformations de l'interface, Revue générale de Thermique 37 (1998) 284294
G. Le Meur, Étude de la condition de liaison thermique à une interface de contact solide-solide siège d'une dissipation par effet Joule : application au soudage par point, Thèse, Université de Nantes, 2002
Rapport DETB 7101, Rapport des principales recherches sur les résistances thermiques de contact, Université de Nantes, Département d'échanges thermiques, Laboratoire de Thermocinétique, 1971
Z. Feng, S.S. Babu, M.L. Santella, B.W. Riemer, J.E. Gould, An incrementally coupled Electrical-thermal-mechanical model for Resistance Spot Welding, 5th International Conference on Trends in Welding Research, Pine Mountain, 1–5 juin 1998
T. Dupuy, La dégradation des électrodes lors du soudage par points de tôles zinguées, Thèse, ENSMP, 1998
Dong, P., Li, M.V., M.Kimchi, Finite Element analysis of electrode wear mechanisms: face extrusion and pitting effects, Science and Technology of Welding and Joining 3 (1998) 5964 CrossRef
Dong, P., Model, F. Lu for estimating electrode face diameter during resistance spot welding, Science and Technology of Welding and Joining 4 (1999) 285289
E34.03.180.G, Norme PSA Peugeot Citroën, Soudage électrique par résistance : Techniques de soudage, Spécifications générales, mars 2001
Gupta, O.P., De, An, A. improved numerical Modeling for resistance spot Welding process and its experimental verification, J. Manufacturing Science and Technology 120 (1998) 246251
Browne, D.J., Chandler, H.W., Evans, J.T., Wen, J., Computer simulation of resistance spot welding in aluminium: Part I, Welding J. 74 (1995) 339344
Khan, J.A., Xu, L., Chao, Y.-J., Broach, K., Numerical simulation of resistance spot welding process, Numerical Heat Transfer Part A 37 (2000) 425446
Li, M.V., Dong, P., Kimchi, M., Modeling of contact resistance during resistance spot welding, NIST Special publication 923 (1997) 423434
E. Thieblemont, J.V.C. Chevrier, P. Conraux, J.-M. Bergheau, P. Gobez, Couplage électro-thermique. Application au soudage par résistance par point, Actes STRUCOME, Paris, 1991, pp. 143–156
SYSWELD®, Manuel utilisateur, ESI Group 2003
J. Negre, Le soudage électrique par résistance, Publications de la Soudure Autogène, 4e édition, 1972
S. Denis, Prévision des contraintes résiduelles induites par traitement thermique et thermochimique, Revue de métallurgie – CIT/Science et Génie des matériaux, pp. 157–176 (1997)
J.-B. Leblond, J.-C. Devaux, A new kinetic model for anisothermal transformation metallurgical transformations in steel including effect of austenite grain size, Acta Metallurgica, 32 (1984) 137–146
Koistinen, D.P., Marburger, R.E., A general equation prescribing the extent of austenite-martensite transformation in pure iron carbon alloys and plain carbon steels, Acta Metallurgical 7 (1959) 417426
V. Robin, A. Sanchez, T. Dupuy, J. Soigneux, J.M. Bergheau, Numerical simulation of spot welding with special attention to contact conditions, Graz-Seggau, Austria, October 2001, H. Cerjak (eds.), Mathematical Modelling of Weld Phenomena 6, The Institute of Materials, London, 2002
E. Feulvarch, V. Robin, J.M. Bergheau, Resistance Spot Welding Simulation: A General Finite Element Formulation of Electrothermal Contact Conditions, Proceedings of AMPT 2003, The International Conference on Advances in Materials and Processing Technologies, Dublin City University (Ireland), July 8–11, D.G. Olabi, S.J. Hashmi, 2003, pp. 558–561
G. Sibilia, P. Rogeon, G. Saindrenan, Experimental validation of an electrical-thermal-metallurgic predictive model in resistance spot welding, 2nd International Conference on Thermal Process Modelling and Computer Simulation, Nancy, 31 mars–2 avril 2003