Conclusion

Le soudage par friction-malaxage est une technologie qui gagne à être employée dans l’industrie, notamment par son apport de chaleur moindre permettant de limiter la déformation et d’augmenter les propriétés mécaniques post-soudage. De plus, cette méthode permet d’assembler des matériaux possédant des températures de fusion bien différentes comme l’aluminium et l’acier. Ces éléments ont un attrait élevé face à l’industrie du transport, mais exposent un problème difficilement inévitable étant donné la nature du procédé : l’usure des outils rencontrée lors du soudage de matériaux durs tel que l’acier. Cette usure a donc été soulevée comme composante d’étude pour les applications visées par le groupe industriel ALTec du CNRC. Cette recherche porte donc sur l’étude de l’usure des outils utilisés dans le soudage par friction-malaxage dans un assemblage dissimilaire en recouvrement contenant des matériaux durs. Son objectif était de valider un modèle prédictif de l’usure pour des paramètres de procédé applicables en production. À l’aide d’outils en WC-25%Co, des fenêtres opératoires ont pu être établies pour les trois assemblages dissimilaires suivants, contenant différentes nuances d’acier : AA5083 SPF/ Acier inoxydable 201LN ¼ dur; AA6082-T6/DP800 galvanisé; AA6082-T6/A1008.

Dans le but de connaître les conditions à l’interface de la soudure, un système de mesure de température a été installé et les données ont été présentées. Finalement, les mesures d’usure des outils ont été fournies et ont servi à construire une formulation dérivée de la loi d’usure générale d’Archard dans le but de pouvoir prédire cette usure en se basant sur les phénomènes en présence. Par la suite, la loi d’usure phénoménologique a été calibrée et mise à l’épreuve afin de valider si la prédiction de l’usure était adéquate par rapport aux cas expérimentaux. De cette démarche est ressortie plusieurs points importants qui ont été soulevés dans le chapitre de présentation des résultats et qui sont essentiels à la compréhension des finalités de cette recherche. Il est donc intéressant d’exposer ces points de façon claire :

109 ➢ l’étude de la revue de littérature a permis de mettre en lumière les mécanismes d’usure qui sont dominants dans les soudures par friction-malaxage dans différents aciers. Dans les études répertoriées, les matériaux d’assemblage et les matériaux d’outils était différent de ceux utilisés dans cette recherche ce qui influence nécessairement l’usure des outils. Il a été toutefois démontré par certains travaux antérieurs que les mécanismes d’usure en action dépendent des interactions aux contacts de l’outil et des matériaux d’assemblage. De ce fait, la microstructure des matériaux et les types de sollicitations engendrés par le soudage par friction-malaxage provoquent majoritairement de l’usure adhésive et de l’usure abrasive;

➢ les deux types d’usures sont toujours présents en même temps, mais dans des proportions qui diffèrent en fonction des paramètres opératoires et des caractéristiques des matériaux d’assemblage telles que la microstructure et la dureté des phases des aciers;

➢ la loi d’usure généralisée d’Archard est à la base de la formulation de K. Fraser. Cette dernière est utilisée pour bâtir une formulation phénoménologique de prédiction de l’usure des outils utilisés dans le soudage par friction-malaxage pour des assemblages en recouvrement aluminium et acier;

➢ pour réaliser les essais d’usure dans un cadre industriel, des combinaisons de paramètres opératoires optimisés (ou fenêtres opératoires) ont été identifiées sur les trois couples de matériaux définis dans cette étude, ce qui a permis de définir un cadre de travail optimal. Ces fenêtres opératoires produisent des soudures viables en production et certaines de ces combinaisons ont été employées pour effectuer les essais d’usure;

➢ en analysant ces fenêtres opératoires, des conclusions peuvent être tirées ce qui permettra ultimement d’effectuer moins de soudures d’essai pour une gamme de matériaux. La principale conclusion que l’analyse peut relever est que l’apport de chaleur par les paramètres opératoires est primordial à contrôler afin d’éviter une remontée d’acier trop

110 importante, un morcellement trop important à l’interface de la soudure, un manque de miscibilité des matériaux d’assemblage et l’apparition de phases intermétalliques fragiles; ➢ la majorité de ces défauts d’assemblage sont reliés à la diminution de la limite élastique des matériaux. Cette diminution influence aussi l’usure des outils en réduisant ou en augmentant le couple nécessaire à la production de la soudure. Ce couple a un impact sur les contraintes que l’outil subit pendant la soudure et influence nécessairement l’usure; ➢ une température a pu être associée à la majorité des combinaisons de paramètres par

l’entremise d’un système de lecture de températures sans fil relié à un fin thermocouple ce qui améliore la réponse en temps de la mesure;

➢ en considérant la température lue comme la température moyenne dans la soudure, les propriétés mécaniques des matériaux peuvent être trouvées et ces propriétés peuvent être utilisées pour prédire l’usure des outils;

➢ en effectuant les essais d’usure avec des paramètres opératoires constants, les taux d’usure pour chaque couple de matériaux peuvent être connus grâce à une méthode et un système de mesures de l’usure précis. Il a été montré que les aciers des assemblages en recouvrement ont des effets déterminants pour l’usure des outils. En effet, la microstructure des aciers influence davantage cette usure que la limite ultime des matériaux soudés; ➢ une formule phénoménologique a pu être écrite en prenant en compte les éléments qui

influencent l’usure des outils, tout en gardant le sens de la formulation de base d’Archard encore utilisée aujourd’hui pour sa simplicité et sa polyvalence. Les coefficients 𝑘_𝑔 (coefficient empirique d’usure géométrique) et 𝑓_𝑀 (coefficient de mécanisme d’usure) sont expérimentaux et influencent beaucoup la prédiction du taux d’usure. Ils doivent donc être considérés comme des éléments variables dans la formulation au même titre que les coefficients d’usure normalisés dans la loi d’usure généralisée d’Archard;

➢ une usure circonférentielle a été remarquée sur les outils. Ce type d’usure semble être fonction de la vitesse de rotation de l’outil et peut modifier le coefficient empirique d’usure

111 géométrique 𝑘_𝑔. L’évolution de la géométrie de l’outil n’étant pas prise en compte dans les calculs, ce type d’usure pourra potentiellement impacter la prédiction de l’usure globale en changeant le mouvement interne du matériel dans la soudure.