Arts&MétiersMag - N°432 - Décembre 2021/Janvier 2022 - 21

pourrait penser à l'assemblage par
laser, mais l'objectif de coût ne
serait pas respecté.
Les coûts d'investissement et d'exploitation
étant la contrainte
d'ordre 1, il faut s'intéresser en
priorité à l'adaptation du soudage
par résistance pour cette opération.
En effet, cette technologie de soudage
est largement répandue pour
le soudage par points des tôles
minces, mais pas pour l'assemblage
circonférentiel de pièces
mécaniques. Pourtant, ce procédé
de soudage par résistance est
simple à mettre en œuvre et serait
donc parfaitement adapté.
UN JUMEAU NUMÉRIQUE
VALIDE LA FAISABILITÉ
Avant de prototyper l'opération
de soudage par résistance, Armélio construit un jumeau
numérique pour valider la faisabilité de l'assemblage des
deux sous-ensembles formant la pièce finale, définir les
paramètres de réglage et les optimiser.
Le modèle de calcul va représenter l'ensemble des phénomènes
et leur temporalité : l'effort mécanique d'emmanchement
est appliqué en même temps qu'une quantité de
chaleur est déposée par résistance au cœur de la pièce.
L'effort mécanique est ensuite maintenu alors que le courant
est coupé. La simulation du phénomène prend en compte
le courant I appliqué aux bornes de chaque électrode qui
se transforme en quantité de chaleur Q par effet Joule
Q = RI² t (R étant la résistance électrique des matériaux en
présence et t le temps de présence du courant). Ensuite,
par simulation, il est possible de rechercher les efforts (F)
et la quantité de chaleur (Q) optimaux pour obtenir une
zone fondue équivalente au processus de référence.
Ces simulations multiphysiques permettent de définir
des jeux de paramètres qui devront être validés par la
mise en œuvre d'un plan de tests expérimental. Cela
nécessite de concevoir puis d'usiner un jeu d'électrodes
en cuivre permettant de contraindre
les pièces pendant l'opération et de concentrer le flux de
chaleur dans la zone à assembler.
SOUDAGE PAR RÉSISTANCE RETENU
Les premiers essais sont prometteurs : les deux pièces sont
assemblées sans déformation globale de l'ensemble, mais la
recherche de paramètres de réglage doit être poussée davantage
pour garantir une iso-qualité de zone fondue. Pour cela,
nous mettons en œuvre des plans d'expériences qui permettent,
par méthode mathématique, de minimiser le
nombre d'essais de mise au point pour la recherche du
meilleur jeu de paramètres de réglage du process.
L'avantage complémentaire de cette nouvelle proposition
est d'assembler les deux opérations précédentes (emmanchement
puis soudage) en une seule opération : les électrodes
de soudage vont mettre en position la rondelle avant
de la solidariser avec le pignon par fusion.
La conclusion ? Le soudage par faisceau d'électrons a pu
être remplacé par une technique plus simple et économique.
Le soudage par résistance présente deux gains majeurs : un
temps de cycle divisé par 5 grâce à la réalisation de l'emmanchement
simultanément au soudage ; un coût d'investissement
divisé par 10 grâce au
remplacement d'une technologie
mise en œuvre sous vide par une
technologie très simple.
Dr Catherine Sanjeu
(1)
https://www.armelio.net
Le soudage par
résistance offre
un temps de cycle
divisé par 5 grâce
à la réalisation de
l'emmanchement
simultanément
au soudage
et un coût
d'investissement
divisé par 10
puisque cette
technologie très
simple permet de
s'affranchir
d'une opération
sous vide.
Pignon d'une boîte de vitesses.
L'industriel soudait cette pièce
par faisceau d'électrons mais cherchait
une solution plus simple et
économique. Armélio lui a proposé
le soudage par résistance.
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