Contribution à l’optimisation d’un moyen de dépôt de métal par friction et malaxage.

Abstract

Le besoin industriel fort d’un moyen capable de mettre en forme des matériaux métallique réputés non ou difficilement soudables, ainsi que s’affranchir des défauts inévitables avec des procédés plus « classiques » de fabrication additive métallique, a fait naitre l’envie d’engager une démarche de développement entre Dassault Aviation et Estia Recherche à travers un projet mené par la plateforme technologique Addimadour.En effet il existe depuis le début des années 1990 un procédé, développé par l’ITW, capable d’assembler, sans éléments de fixation annexes, des tôles d’alliages métalliques classés non soudables ou difficilement soudables (typiquement les alliages d’aluminium employés dans l’industrie des transports, notamment l’aéronautique). Ce procédé se nomme le Soudage par Friction Malaxage (ou Friction Stir Welding) et il est basé sur l’emploie d’un outil tournant, capable sous des conditions de vitesse de rotation et de pression importantes, de générer un changement d’état partiel de la matière lié à son élévation en température. La fusion n’étant pas atteinte, les caractéristiques mécaniques s’en voient moins dégradées.De la même façon que la déclinaison des procédés de soudage conventionnels a dérivé pour donner les procédés de fabrication additive métallique désormais industrialisés, tel que le WAAM. Cette étude s’emploie, à partir du procédé FSW, à développer, comprendre et analyser un procédé de dépôt par friction et malaxage. Un des enjeux de ce développement est donc d’intégrer l’utilisation de métal d’apport associé à la friction, afin de permettre l’empilement et le chevauchement de cordons, permettant le dépôt de volume de matière, avec moins de contraintes que via les procédés de FA « classiques ». Un autre enjeu évident est le besoin de maitriser la paramétrie afin d’assurer la répétabilité du procédé ainsi que des pièces de qualités. Une paramétrie maitrisée se traduit en amont par un compréhension accrue des phénomènes physiques régissant le comportement de la matière.Ces différents verrous amènent donc logiquement vers une problématique industrielle étant : « Concevoir un outil de dépose par friction et malaxage de métal sous forme solide, à partir de l’analyse de l’impact des paramètres sur le dépôt ? ». Ce fort engouement industriel permet à Estia Recherche et à ses plateformes techniques de contribuer scientifiquement à la recherche dans un domaine précis aux nombreux débouchés. C’est en cela que le développement d’un tel procédé intègre une démarche scientifique forte. Cette recherche visera à répondre à la problématique scientifique suivante : « Comment décrire et caractériser le processus de transformation de la matière lors de la mise en œuvre du procédé ? ».Cette étude tentera de répondre à une série de questions de recherche qui sont les suivantes :1. Comprendre l’état thermomécanique de la matière lors de la phase de dépôt ?2. En déduire la paramétrie du procédé nécessaire.3. Concevoir un système mécanique apte à générer cette paramétrie.4. Evaluer l‘influence des paramètres procédé sur la qualité métallographique et géométrique du dépôt ?Dans le but de répondre à ces questions, ma thèse sera articulée autour de quatre chapitres étant :• Les procédés de dépôt par friction et malaxage de métal sous forme solide ;• La conception de l’effecteur, l’instrumentation et la robotisation de celui-ci ;• La compréhension des phénomènes physiques par modélisation et comparaison avec l'approche expérimentale ;• L’influence des paramètres procédés : sur la géométrie des dépôts, sur l’adhésion avec le substrat et sur la structure du matériau déposé.