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L. Dubourg, X. Cao, B. Monsarrat, M. Jahazi, AMTC - IAR NRC

A. Merati, C. Mandache, SMPL IAR NRC

D. Levesque, P. Gougeon, IMI - NRC

AML, Laval, 18 octobre 2007

Soudage par Friction Malaxage (FSW) au Centre

des Technologies de Fabrication en Arospatial

(CTFA)

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Sommaire

Dveloppement duprocd au CTFA

Principes du FSW

Applications duFSW au CTFA

Soudage par point

Panneaux davions

NDE

FSW de Mg, Al/Mg

FSW robotis

Optimisation du procd

Hydroformage de tubes FSW

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Sommaire

Dveloppement duprocd au CTFA

Principes du FSW

Applications duFSW au CTFA

Soudage par point

Panneaux davions

NDE

FSW de Mg, Al/Mg

FSW robotis

Optimisation du procd

Hydroformage de tubes FSW

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Principe

1 TWI website

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FSW (Friction Stir Welding Soudage par friction-malaxage)

Invent par TWI en 1991

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Principe

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Principe

Avantages : Soudage ltat solide : pas de fissuration chaud (2xxx, 6xxx,7xxx), ZAT minimale, pas de porosit, pas de projection, pas de fume,trs stable et robuste Grande rsistance mcanique (70-90% MB) et la fatigue Bien adapt aux structures daluminium fines (> 1 mm) et paisses(< 75 mm) Soudage dans toutes les positions Simple machine outils ( fraiseuse amliore )

Limitations : Limitation de la gomtrie des joints (attention au recouvrement) Soudage de matriaux bas point de fusion (Al, Mg, Cu) Les pices doivent tre solidement fixe (pb daccessibilit)

Ncessit dun support (backing) Prparation des bords

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Applications duFSW au CTFA

Soudage par point

Panneaux davions

NDEHydroformage de tubes FSW

Sommaire

Dveloppement duprocd au CTFA

Principes du FSW

FSW de Mg, Al/Mg

FSW robotis

Optimisation du procd

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Optimisation du procd

6061-T6

(8 mm)

Une large gamme davance (k) donne des soudures de bonne qualit :

0,8 1,6 mm/tr pour 8 mm 6061-T6 < 1 mm/tr pour 2mm 7075-T6 pas de overstirring

vk= (k) avance (mm/tr)(v) V soudage (mm/s)

() V rotation (tr/s)

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Faible (k): condition chaude(overstirring)- Forte gnration de chaleur et fortmalaxage sous lpaulement- Le matriau est plus entrainsous lpaulement qu la racine

- Apparition de 2 noyaux- Apparition dun dfaut de typewormhole

Grand (k): condition froide- la couche limite minimum

pour un mouvement stabledu matriau nest pas atteinte- manque de matire laracine

Intermdiaire (k): condition stable- Le mouvement de matire est stable- Soudure sans dfaut

Optimisation du procd

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Optimiser les proprits mcaniques selon les paramtres de soudage(alliages TT: 7075-T6, 2024-T3, 6061-T6 et 2098-T8)

Corrlations entre traction, duret et paramtres de soudage

2 profils de duret selon les conditions : chaud et froid

80

100

120

140

160

180

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

d (mm)

HV0.

3

v=1mm/s r=1800rpmv=20mm/s r=600rpm

2098-T8 (Al-Li)

d (mm)

Optimisation du procd

v=1mm/s r=1800rpm

v=20mm/s r=600rpm

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Soudage FSW de Mg

Optimisation du procd pour soudage bout bout AZ31B-H24 Mg 1750 RPM 480 mm/min 7,75 kN

// RD RD

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Mg Al

Dtermination des paramtres pour bout bout AZ31 - AA2024

coulement complexe caractris par une structure lamellaire Al-MgAS-Al2024 RS-AZ31

Al

Mg

Soudage FSW de Mg

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Robotisation du soudage FSW

Machinesddies

Tripodes,hexapodes

Machinesdusinage

Bras robot

Source : KUKA - ESAB

FSW robotis

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FSW robotis

Dveloppement dun dmonstrateur de production intgrant le robotKUKA KR500 MT du CTFA (charge utile de 900 Kg) Production de pices arospatiales reprsentatives du Qubec (panneaux) Approche analytique pour un dveloppement conjoint des configurations

robot et des paramtres procds

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Sommaire

Applications duFSW au CTFA

Soudage par point

Panneaux davions

NDEHydroformage de tubes FSW

Principes du FSW

Dveloppement duprocd au CTFA

FSW de Mg, Al/Mg

FSW robotis

Optimisation du procd

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Soudage par point

Source : MTS

Automobile : porte arrire Mazda

RX 8 Soudage par point (FSSW) pourremplacer le soudage par rsistanceou le rivetageNouvelle mthode du CTFA pourremplir le keyhole

No keyholeKeyhole

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2mm

Principal problme du soudage par point : le dfaut hooking

La plonge de loutil pousse la couche dalumine vers le haut, crantune initiation la fissuration

Pas de

hooking

Aprs optimisation du procd, ce dfaut peut tre vit

2mm

Soudage par point

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Panneaux davions

Fabrication par FSW

Raidisseurs 7075-T6, peau 2024-T3 Replacement des rivets : gain de poids,de productivit et en arodynamisme

Nombreux challenges : kissing bond,hooking, dformation, NDE, certification

2.3-mm 2024-T3 skin

1.6-mm 7075-T651 stringer

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Petit hooking Kissing-bond

SectionEffective

du joint

Problmatique du soudage en recouvrement

2mm

Aprs optimisation

2mm

Pas damincissement

Pas de hooking Pas de kissing-bond

Panneaux davions

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Le UTS des assemblages souds approche celui du matriau de base Les soudures avec un hooking et kissing-bond ont le plus faible

UTS

Ultimate Tensile Strength Comparison

410

420

430

440

450

460

470

480

Average

UTS(MPa)

hooking+kissing-bond

hooking

nodefect

2024-T4

BaseMaterial(2024)

Stress levels: 10, 12, 15 and 20 ksi

La courbe SN montre une augmentation de la rsistance en fatigue dessoudures continues

Hooking + kissing-bond (tack welding)Hooking (tack welding)

No defect (tack welding)

Hooking + kissing-bond (continuous weld)No defect (continuous weld)

* Mesures raliss par A. Merati IRA-CNRC

Panneaux davions

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Inspection par courant de Foucault puls (2-mm 7075 bout bout)

* NDE raliss par C. Mandache IRA-CNRC

Manque de pntration ~ 600 m

Inspection par ultrasons multilments

(phase array UT ) en cours dvaluation

Indication du manque de

pntration

NDE de soudure FSW

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Inspection ultrasons avec la technologie SAFT (2,3-mm 2024 bout bout)

NDE de soudure FSW

1.25 to 1.3 mm 1.45 to 1.5 mm

Failure Failure Failure

1.65 to 1.7 mm

1.85 to 1.9 mm

Failure

1.95 to 2.0 mm

Small failures

observed by microscopy

2.05 to 2.1 mm

Very small and irregular failures

observed by microscopy

1.25 to 1.3 mm 1.45 to 1.5 mm

Failure Failure Failure

1.65 to 1.7 mm

1.85 to 1.9 mm

Failure

1.95 to 2.0 mm

Small failures

observed by microscopy

2.05 to 2.1 mm

Very small and irregular failures

observed by microscopy

1.4 mm 1.6 mm 1.8 mm

2.0 mm 2.1 mm 2.2 mm

1.4 mm 1.6 mm 1.8 mm

2.0 mm 2.1 mm 2.2 mm

Mesure sur chantillons avec despntrations de 1,4 2,2 mm (manque depntration) Dtection par SAFT jusqu 2,2 mm Aucune fissuration jusqu 2,1mmlors dun test de pliage

* NDE raliss par D. Levesque IMI-CNRC

1,4 mm

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Hydroformage de tubes FSW

Hydroformage de tubes soud sur mesure (soudure circonfrentielle) Assemblage de diffrentes paisseurs ou alliages (2xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx)

2 dfis : Conception du gabarit de soudage Remplissage du keyhole la fin

Paramtres optimum : 600 RPM et 4 mm/s

BackingTurntable Rollers

Tube

Die

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2mm 2mm

KeyholeSoudure

Aprs optimisation, 6 coupes @ 60 ont t ralises

Bonne qualit de soudure sans dfaut Tests mcaniques en cours

Hydroformage de tubes FSW

2024-T3 (2,5 mm)

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Questions ?