Influence des param` etres proc´ ed´ e

position sur l’axe z est repr´esent´ee en ordonn´ee, et la temp´erature est repr´esent´ee en niveaux de couleurs.

La temp´erature le long de l’axe est une temp´erature moyenne d’une ligne perpendiculaire `

a l’axe z pour chaque altitude z. Les mesures de temp´eratures utilis´ees pour la d´efinition du chronogramme sont celle de la zone pr´esent´ee dans la figure 4.3.6. Les temp´eratures du chronogramme sont les moyennes des temp´eratures de chaque niveau z. Ces temp´eratures moyennes `a chaque temps sont assembl´ees afin d’ajouter l’information temporelle et donc d’obtenir une cartographie position/temps/temp´erature. La base de la zone de mesure est situ´ee dans la partie basse de la macro-gouttte et s’´etend jusqu’`a la partie solide du fil.

(a) Position de la mesure (b) Chronogramme

Figure 4.15 – Cartographie de la temp´erature de surface de l’axe principal du m´enisque au court du temps.

La cartographie pr´esent´ee en figure 4.15 correspond `a l’´evolution temporelle de la temp´erature de surface selon l’axe principal pour une macro-goutte et le m´enisque liquide. En d´ebut de chronogramme, on peut noter des temp´eratures importantes. La pr´esence d’arc en d´ebut de p´eriode cr´ee des perturbations qui engendrent un artefact de mesure. D`es le d´ebut du court-circuit, les temp´eratures observ´ees reviennent `a un niveau proche des 2000 K. L’augmentation de temp´erature au niveau de la zone de striction est ici parfaitement visible. Un ´echauffement de 150 K peut ˆetre observ´e entre 2 ms et 3 ms. Il s’agit des derniers instants avant la rupture du pont liquide. Le rayon du m´enisque est faible (inf´erieur `a 0,2 mm) et la hauteur du m´enisque est d’environ 1 mm avant rupture. Le volume du m´enisque est donc faible, ce qui permet des variations rapides de la temp´erature du m´enisque.

4.4 Influence des param`etres proc´ed´e

La modification de la grandeur consigne Vf il modifie l’ensemble des grandeurs ´electriques et physiques. L’impact de cette modification doit donc ˆetre ´etudi´ee pour mieux appr´ecier les tendances g´en´erales sur le d´epˆot.

4.4.1 Grandeurs associ´ees

Les grandeurs ´electriques et physiques associ´ees aux quatre param`etres utilis´es sont pr´esent´ees dans le tableau 4.1.

R´ef. V_{f il}(mm/s) V_{f il,remonte}(mm/s) I_haut(A) I_bas(A) U (V) f_detach(Hz)

1 400 1000 80 30 18 50

2 500 1000 180 40 20 55

3 750 1000 250 50 22 46

4 1000 1000 280 50 25 49

Table 4.1 – Grandeurs physiques et ´electriques associ´ees aux quatre essais. v_{f il} et v_{f il,remonte} sont les valeurs maximales observ´ees lors d’un cycle.

L’augmentation du param`etre proc´ed´e vitesse fil, engendre une augmentation de la vitesse de descente du fil, de 400 `a 1000 mm/s. Il est n´ecessaire de fondre le fil d’apport par effet Joule pour le bon fonctionnement du proc´ed´e. C’est pourquoi, la tension est fix´ee en consigne pour un param`etre donn´e. Ainsi, l’intensit´e haute qui permet la fusion du fil augmente lorsque la vitesse fil augmente. La fr´equence de court-circuit est quant `a elle presque constante. L’alternance du mouvement du fil n’est pas asservie. Le fil suit un cycle r´egulier d’alternances descente/mont´ee, `

a fr´equence constante.

4.4.2 Observations

La figure 4.16 pr´esente un cycle complet en soudage CMT pour chacun des quatre param`etres de soudage. Les cycles repr´esent´es par ces s´eries d’images sont extraits `a des moments diff´erents au cours des quatre essais ; les volumes des macro-gouttes ne peuvent donc pas ˆetre compar´es sur la base de ces images. D’un point de vue g´en´eral, les macro-gouttes des essai 1 et 2 semblent subir de plus grandes d´eformations que celles des essais 3 et 4. La rupture du m´enisque a lieu dans les quatre cas dans une zone proche de la partie solide du fil.

Figure 4.16 – Observation d’un cycle pour les quatre param`etres proc´ed´e.

Dans le cas de l’essai 4, la forte intensit´e du temps chaud engendre la fusion d’une grande quantit´e de fil. La partie liquide `a l’extr´emit´e de l’´electrode est donc importante et tend `a se d´etacher, transf´erant ainsi une grande partie de la quantit´e de mati`ere sous forme de goutte et non durant le court-circuit. Dans le cas de l’essai 1, la g´eom´etrie de la macro-goutte semble ´

evoluer dans la mˆeme direction que la traction du fil. Cet effet a tendance `a diminuer avec l’augmentation de l’´energie de soudage. Une diminution de l’´etirement de la macro-goutte semble s’observer pour chaque pas dans les param`etres proc´ed´es.

4.4. INFLUENCE DES PARAM `ETRES PROC ´ED ´E La variation des param`etres proc´ed´es modifie ´egalement l’angle de raccordement entre la macro-goutte et le disque support. L’augmentation de la vitesse fil, et donc des grandeurs ´

electriques associ´ees, diminue cet angle de raccordement. Le mouillage de la macro-goutte est modifi´e, ce qui facilite l’´etalement. La variation de l’angle de mouillage est particuli`erement sensible : angle proche des 90 ° pour l’essai 1 et angle d’environ 45 ° dans le cas de l’essai 4 hors sollicitation du court-circuit.

4.4.3 Evolution de la g´^´ eom´etrie de la macro-goutte

L’´evolution de l’´etalement de la macro-goutte durant un essai permet d’appr´ecier les probl´ e-matiques de mouillage de la macro-goutte. Les essais r´ealis´es ici ont ´et´e effectu´es en soudage statique. Toutefois, dans un cas industriel o`u un mouvement relatif est op´er´e entre la torche et le substrat, ces mouvements peuvent engendrer des d´efauts de forme du joint soud´e. Il est donc n´ecessaire de les comprendre pour obtenir une meilleure maˆıtrise du bain.

Dans un premier temps, le comportement global des zones liquides peut ˆetre ´etudi´e en observant la variation de forme, et donc l’´etalement de la macro-goutte. En appliquant la m´ethode de d´etection de contour d´ecrite pr´ec´edemment sur chacun des cycles hors court-circuit ´

etudi´es des quatre essais, l’´evolution de la macro-goutte peut-ˆetre observ´ee. Pour chacune des p´eriodes, une largeur moyenne est calcul´ee. Ce diam`etre moyen est un indicateur coh´erent puisque la largeur de la macro-goutte n’´evolue pas durant le temps hors court-circuit. La figure 4.17 pr´esente l’´evolution du diam`etre moyen de la macro-goutte au cours du temps.

Figure 4.17 – ´Evolution de la largeur de la macro-goutte au cours du temps.

De la mati`ere est ajout´ee cycle apr`es cycle, ce qui entraˆıne l’augmentation du diam`etre de la macro-goutte au cours du temps. La valeur initiale de chacun des quatre essais varie car l’observation ne commence pas au mˆeme instant pour chacun des essais. Toutefois, l’allure g´en´erale de l’´evolution du diam`etre moyen permet d’observer l’influence des param`etres proc´ed´es sur le comportement global de la macro-goutte. L’essai 2 pr´esente la pente la plus faible des quatre essais. Malgr´e une quantit´e de mati`ere apport´ee sup´erieure `a l’essai 1, le diam`etre de l’essai 2 augmente moins. Cela signifie, que la macro-goutte de l’essai 2 se d´eveloppe plus rapidement vers le haut. L’essai 3 quant `a lui ´evolue `a l’inverse de l’essai 2. On peut voir un ´etalement rapide de la macro-goutte au cours de cet essai. Enfin, dans le cas de l’essai 4, trop peu de points de mesure sont disponibles pour obtenir une tendance g´en´erale. Toutefois, les observations pr´ec´edentes ont montr´e un ´etalement important de la macro-goutte.

En utilisant la mˆeme m´ethode que l’´etude du diam`etre de la macro-goutte, l’´evolution de la hauteur de celle-ci peut ˆetre ´etudi´ee. La hauteur observ´ee ici est la hauteur maximale du d´epˆot pour chaque cycle, hors temps de court-circuit. Cela permet de tracer l’´evolution de la hauteur du d´epˆot durant chacun des essais, comme illustr´e par la figure 4.18.

Figure 4.18 – ´Evolution de la hauteur de la macro-goutte au cours du temps.

Ces mesures confirment les observations r´ealis´ees dans la partie 4.4.2. Le param`etre proc´ed´e de l’essai 2 est bien celui qui produit la macro-goutte la plus haute des quatre param`etres. Les essais 1, 3 et 4 pr´esentent des hauteurs proches, ainsi que des vitesses d’´evolution comparables. Mais il a ´et´e observ´e, dans la partie 4.4.3, que les essais 3 et 4 mobilisent des volumes de m´etal liquide beaucoup plus importants puisque les diam`etres des macro-gouttes de ces essais sont environ deux fois sup´erieurs aux diam`etres observ´es dans le cas de l’essai 1.

4.4.4 Rupture du pont liquide

La seconde partie du probl`eme concerne l’apparition des satellites. L’´etude de la dynamique de celui-ci est pr´esent´ee dans la partie 4.3.3. Toutefois, afin de diff´erencier les essais entre eux, des mesures sur chaque p´eriode de chaque essai permettent l’obtention de valeurs macroscopiques sur la dynamique de l’essai, et donc de comparer les essais entre eux.

4.4.4.1 Vitesses de striction

La mesure des vitesses de striction peut permettre, dans le cas de l’observation d’une seule p´eriode, de d´etecter l’apparition d’instabilit´es. `A l’aide d’une mesure plus globale de ces vitesses pour chacun des essais, des diff´erences de comportement dues aux param`etres proc´ed´es pourraient ˆ

etre observ´ees. Les vitesses de striction peuvent ˆetre ´evalu´ees pour les quatre essais. La figure 4.19 repr´esente la r´epartition des valeurs de vitesse de striction pour chacun des essais.

Figure 4.19 – Boxplot des vitesses de striction de chacune des p´eriodes ´etudi´ees pour les quatre essais.

4.4. INFLUENCE DES PARAM `ETRES PROC ´ED ´E Les m´edianes des quatre essais pr´esentent des valeurs tr`es proches. Seul le param`etre proc´ed´e de l’essai 2 fait apparaˆıtre des vitesses de striction l´eg`erement plus importantes. La r´epartition de ces vitesses est elle aussi comparable, l’´ecart entre le premier et le troisi`eme quartile est le mˆeme pour les essai 1, 2 et 3. L’´ecart plus important entre les quartiles de l’essai 4 peut ˆetre dˆu au comportement moins r´egulier du transfert de m´etal de l’essai 4. Lors du contact entre l’´electrode et la macro-goutte, deux configurations peuvent ˆetre rencontr´ees dans le cas de l’essai 4 : une grosse goutte pendante `a l’extr´emit´e du fil entre en contact avec le bain, o`u cette goutte est d´etach´ee avant le court-circuit et ainsi seule une petite partie liquide reste `a l’extr´emit´e de l’´electrode et entre en contact avec le bain. La r´epartition de la quantit´e de mati`ere est donc diff´erente durant le retrait du fil, entraˆınant des diff´erences de vitesses de striction.

Toutefois, les valeurs semblent homog`enes par essai, cette observation ne semble donc pas permettre de diff´erencier les d´etachements avec et sans satellites.

4.4.4.2 Hauteur de rupture

La position verticale (en z) de la rupture peut ˆetre observ´ee `a l’aide de la vid´eo grˆace `a la derni`ere image de chaque cycle. La figure 4.20 pr´esente l’´evolution au cours des quatre essais de la position verticale du point de rupture du m´enisque.

Figure 4.20 – Hauteur de striction (cf. figure 4.5(b)) lors de la rupture du pont liquide. Dans le cas d’un comportement homog`ene du m´enisque, l’´evolution de la hauteur de rupture devrait avoir une tendance proche de celle observ´ee sur l’´evolution de la hauteur de la macro-goutte (figure 4.18). Cependant, dans le cas des essais 2 et 3, la r´epartition de la hauteur de rupture est disparate. Dans le cas de l’essai 4, le manque de points de mesure ne permet pas de conclure sur le comportement de la rupture. Enfin, l’essai 1 a un comportement relativement homog`ene, malgr´e quelques cas particuliers.

Les donn´ees relatives `a la hauteur de rupture font apparaˆıtre de fortes variations en fonction des p´eriodes observ´ees. Cela semble indiquer des variations de comportement. L’´etirement du m´enisque doit donc ˆetre observ´e p´eriode par p´eriode afin d’´evaluer son influence sur la qualit´e du transfert de masse.

4.4.5 Influence des param`etres proc´ed´es sur la temp´erature

Pour chacun des essais, la temp´erature moyenne de la macro-goutte de chacune des p´eriodes de court-circuit est ´etudi´ee. Cette moyenne par p´eriode correspond `a la moyenne de la temp´erature de chacune des images constituant cette p´eriode. La r´epartition de cette temp´erature moyenne permet de comparer ces quatre essais entre eux `a l’aide d’un boxplot repr´esent´e en figure 4.21.

Figure 4.21 – Boxplot des temp´eratures moyennes par court-circuit pour chacun des quatre essais.

La r´epartition pr´esent´ee en figure 4.21 montre des ´ecarts faibles au sein d’un mˆeme essai. En effet, dans le cas de l’essai 1, toutes les temp´eratures moyennes sont comprises dans un intervalle de 90 K. Les essais 2 et 4 pr´esentent une dispersion de la temp´erature moyenne encore plus faible : 70 K pour l’essai 2 et 60 K pour l’essai 4. L’essai 3 est l’essai qui pr´esente la plus grande dispersion. Malgr´e cela, pour toutes les p´eriodes de l’essai, les temp´eratures moyennes sont comprises dans un intervalle d’une largeur de 120 K. Les essais 2 et 4 pr´esentent des valeurs aberrantes. Toutefois, mˆeme si ces valeurs ne rentrent pas dans l’intervalle de leur boxplot respectif, les ´ecarts avec les bornes inf´erieures et sup´erieures restent faibles. Dans le cas de l’essai 4, les deux valeurs trop faibles le sont de seulement 40 K. Dans les cas des valeurs sup´erieures, l’´ecart est encore plus faible, entre 10 et 20 K.

En comparant le boxplot de chacun des essais, une l´eg`ere augmentation de la temp´erature m´ediane (en rouge) est observable. Les essais 1 et 2 pr´esentent des temp´eratures par p´eriode tr`es proches. Une augmentation de la m´ediane de 40 K peut ˆetre observ´ee entre les essais 2 et 3. Enfin, l’essai 4 pr´esente une augmentation de 30 K par rapport `a l’essai 3. Le tableau 4.1 montre les grandeurs ´electriques des quatre essais. Malgr´e des variations importantes de param`etres proc´ed´es (cf. table 4.1), tout en conservant une fr´equence de court-circuit identique, les diff´erences de temp´erature sont faibles. Cela est dˆu aux ´echanges entre le disque sur lequel est r´ealis´e le d´epˆot et le d´epˆot lui-mˆeme. De plus, comme il a ´et´e montr´e dans la partie 4.4.3 la largeur du d´epˆot augmente avec les essais, augmentant ainsi la surface d’´echange avec le disque. Cela tend donc `a homog´en´eiser les temp´eratures moyennes entre les essais.