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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 ?
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