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Soudage électromagnétique - apport de la simulation

Quelques résultats issus du projet Join’EM

Contexte
Join’EM est un projet européen de recherche (H2020) regroupant un consortium de 15 entreprises et instituts de recherche. Le projet a pour objectif d’améliorer la connaissance et la maîtrise du soudage électromagnétique (EMW) à travers l’établissement de démonstrateurs expérimentaux et du développement de simulations prédictives des phénomènes physiques sous-jacents.
PHIMECA a contribué au projet Join’EM en tant que responsable d’un lot portant sur le développement d’outils de simulation numérique du procédé de soudage.

Objectifs du travail
Le modèle numérique vise, dans un premier temps, la prédiction de l’intensité et de l’allure du champ électromagnétique qu’il est nécessaire de fournir afin de produire une soudure « de bonne qualité ».
Ensuite, à travers des études de sensibilité, le modèle doit permettre d’aboutir à une meilleure compréhension des phénomènes physiques se produisant à l’interface des deux composants à souder, et ce à l’échelle microscopique.

Ci-dessous un exemple de soudage électromagnétique (Aluminium/Cuivre)

Approche mise en oeuvre
Nous avons proposé et mis en place plusieurs modèles numériques susceptibles de répondre aux objectifs de la simulation. Un modèle Lagrangien a été retenu pour la première partie (Prédiction du champ électromagnétique). Ensuite, pour simuler l’interaction qui se produit à l’interface des deux composants soudés, les techniques de modélisation suivantes ont été utilisées :

  • Modélisation purement Eulérienne
  • Modélisation Lagrangienne avec adaptation du maillage (ALE)
  • Modélisation en SPH (Smooth Particles Hydrodynamics) Ce dernier type de modélisation (SPH) , qui a été finalement été retenu, consiste à représenter les composants à souder (plaques ou tubes) par des particules liées entre elles par la loi de comportement du matériau et ses caractéristiques de cohésion. Ce type de modélisation permet de visualiser deux aspects déterminants vis à vis de la soudabilité des deux matériaux mis en jeu : la morphologie de l’interface d’une part et le jet de matière d’autre part.

Résultats
Le modèle a été validé en se basant tout à la fois sur des articles de la littérature et sur des essais expérimentaux réalisés dans le cadre du projet Join’EM.
Le modèle SPH mis en place par PHIMECA a été capable de reproduire les déformées finales des deux plaques soudés observées lors des essais expérimentaux. Afin de capitaliser et de faciliter la génération de simulations SPH du soudage électromagnétique de deux plaques sous LsDyna, une interface graphique a été développé en PyQt4 et baptisée MS_WELDING (MicroScaleSimulation_ Welding : Simulation microscopique du soudage)
L’ensemble des fichiers et résultats de simulation ainsi que l’interface graphique développée ont été mis à disposition du consortium. De même, un rapport technique détaillant la mise en place des modèles, leur bases théoriques et les résultats obtenus a été livré au projet Join’EM


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