Modélisation de la formation d'un joint de soudure sophistiqué
Le soudage par friction-malaxage (Friction Stir Welding - FSW) est un nouveau procédé de soudage réalisé à «l'état solide», permettant d'assembler deux pièces métalliques sans atteindre la température de fusion. Les composants sont chauffés et ramollis par friction provenant d'une pièce cylindrique rotative qui passe sur le joint entre deux pièces de métal à souder. La fusion des pièces est ensuite assurée par pression, comme deux morceaux d'argile qui sont pincés ensemble pour les coller. Le FSW est considéré comme l'un des développements les plus récents dans l'assemblage métal, produisant des soudures extrêmement solides de par leur résistance à la rupture fragile (fracture), en particulier dans les métaux souples comme l'aluminium et ses alliages. En fait, il a été adopté par la NASA (National Air and Space Administration) pour le projet de réservoir externe de la navette spatiale. Outre ses avantages mécaniques et de coût, le FSW est un procédé extrêmement «vert» car consommant moins d'énergie que les méthodes conventionnelles et utilisant des techniques et matériaux respectueux de l'environnement. Le procédé FSW donne des caractéristiques microstructurales très inhabituelles et diverses zones microstructurales. Étant donné le retard pris en connaissance détaillée du procédé FSW par rapport à sa mise en application, un outil de conception virtuelle serait extrêmement précieux pour les secteurs de la conception et de la fabrication. Des chercheurs européens se sont employés à développer un outil logiciel visant à simuler le procédé FSW, au titre du financement du projet Deepweld («Detailed multi-physics modelling of friction stir welding»). L'objectif principal consistait à inclure des échelles de modélisation multiples, de l'échelle microscopique à l'échelle macroscopique, et d'obtenir des prévisions précises sur le comportement des pièces, les propriétés de la soudure et les charges d'outils. L'équipe du projet Deepweld a réussi à développer un outil de simulation numérique de modélisation multi-physique et multi-échelle pour le procédé FSW. L'outil intégrait un nouveau résolveur de flux de matériel à l'échelle la plus réduite ainsi que des modules d'éléments finis de type industriel pour modéliser toutes les phases du procédé FSW. Les chercheurs ont incorporé de nouveaux modules de métallurgie dans le résolveur de flux thermomécanique d'échelle réduite afin de tenir compte des variations de microstructure durant le malaxage et le refroidissement du métal. Le résolveur Deepweld a été appliqué sur des composants aéronautiques réels. Il a évalué avec précision les propriétés macroscopiques des joints, comme la contrainte résiduelle et la déformation et dans la conformité des expérimentations sur des panneaux soudés. Le logiciel de simulation de FSW Deepweld offre un outil précieux aux concepteurs et fabricants de composants en métal. Il a le potentiel de réduire considérablement le temps et le coût associés à la conception et la fabrication des produits tout en améliorant la fiabilité et la qualité des produits finis.
