Méthode de sélection des combinaisons de paramètres pour les soudures d’usure

Une fois que les fenêtres opératoires ont été déterminées pour chaque couple de matériaux, la sélection des combinaisons de paramètres pour les soudures d’usure devait être effectuée en

52 considérant l’applicabilité en usine afin de mettre les outils à l’épreuve dans des conditions de production. Suivant les requis en productivité des clients ainsi que l’analyse approfondie des fenêtres opératoires, quatre combinaisons de paramètres furent sélectionnées à partir des propriétés mécaniques résultantes et pour l’absence de défaut en surface et à l’interface aluminium-acier des matériaux. Le nombre de combinaisons de paramètres a été instauré afin de minimiser le nombre de soudures produites tout en ayant assez d’informations pour construire une équation prédictive pour les trois couples de matériaux et une combinaison de paramètres opératoires pour confirmer cette équation.

Pendant l’étape qui vient d’être décrite, un système de mesure de température a été installé sur la soudeuse. La température intra-outil nous permet d’approximer par extrapolation la température à l’interface entre l’extrémité de l’outil et le matériau. L’apport de chaleur théorique de l’outil en fonction des paramètres opératoires est donné par l’équation 2.1. Cette température est lue par un thermocouple de type K relié à un transmetteur sans-fil collé sur la tête rotative de la soudeuse. Le transmetteur utilisé est un LORD MicroStrain fonctionnant avec un protocole de communication Bluetooth possédant une batterie interne. Le thermocouple est branché dans le transmetteur qui est en lecture continue et transmet ces données à haute fréquence. Nous pouvons donc avoir un suivi en temps réel de la température. Le transmetteur illustré à la figure 3.12 et le récepteur illustré à la figure 3.13 reçoit ces informations et les transmet à l’ordinateur pour pouvoir associer un temps et une position sur la soudure à une température. Avec le thermocouple, ces deux éléments composent le système de lecture de température intra-outil.

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Figure 3.12: Transmetteur sans-fil de la température intra-outil

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Figure 3.14: Transmetteur et thermocouple installé sur la tête et à l'intérieur de l'outil

Ce qu’on voit à la figure 3.14 est la tête de soudage combinée avec le thermocouple. La tête de soudage est le mandrin conique reliant le support de l’outil au beigne de rotation du portique de soudage. Le thermocouple est branché dans le transmetteur et passé à l’intérieur du mandrin pour aller s’insérer à l’intérieur de l’outil par le trou prévu à cette fin. La figure 3.14 montre aussi l’installation du transmetteur et du thermocouple sur la soudeuse sous le ruban gris collé sur le beigne de rotation. Considérant que l’outil est composé d’un matériau très résistant, il était très difficile de percer un trou au centre de l’outil avec un foret. Nous avons donc fait appel à la technologie d’électroérosion pour arriver à percer à l’emplacement désiré. Le trou en question est situé dans le centre du corps de l’outil et descend jusqu’à la base de l’épaulement

55 perpendiculairement à la surface plane de la tête. La figure 3.15 est une représentation du trou percé et de l’emplacement du thermocouple.

Figure 3.15: Emplacement schématisé du thermocouple

Les thermocouples utilisés sont de type K et ont un diamètre de 0,51mm. Une pâte conductrice est introduite en même temps que le thermocouple dans un trou de 0,6mm de diamètre. Il y a donc un espacement entre le thermocouple et l’interface des matériaux équivalente à au plus la hauteur totale du pion qui est de 2,2mm. Plusieurs essais de mesure de température à l’interface, en positionnant un thermocouple à cet endroit, ont été fait ce qui a pris beaucoup de temps sans avoir de résultats concluants et répétitifs.

La figure 3.16 montre comment le thermocouple fut installé avant que la soudure soit produite.

Figure 3.16: Thermocouple fixé sous la feuille d'acier avant un essai de mesure de température à l'interface

56 Ceux-ci étaient insérés à l’intérieur du trou à travers l’épaisseur de la plaque puis fixés légèrement pour permettre leurs mouvements lors du passage de l’outil par-dessus leur extrémité. Cette méthode permettait, a priori, un libre mouvement de haut en bas du thermocouple. Cet essai n’a pas bien fonctionné puisqu’il n’a pas été possible de reproduire cette expérience à plusieurs reprises. Les lectures de température qui ont été concluantes ont toutes été effectuées sur des outils n’ayant subi presque pas de dommage dû à l’usure. En effet, ces outils ont été vérifiés par microtopographie 3D, le même système utilisé pour suivre la progression de l’usure qui va être décrite dans la section suivante. Les résultats de ces lectures de températures ainsi que l’extrapolation pour la température à l’interface seront présentés au chapitre suivant.

3.6 Les soudures d’usure et les mesures d’usure

Ces soudures servent uniquement à user l’outil dans des conditions de production industrielle. Un outil neuf est d’abord mesuré par un appareil de microtopographie 3D couplé à un analyseur d’image, le logiciel MountainMaps®. En conservant les paramètres constants, les soudures d’usure sont effectuées par longueurs courtes d’environ 300mm. La vitesse de pénétration de l’outil dans la phase de plongée, la vitesse de rotation, la vitesse d’avance, la force verticale appliquée ainsi que la phase de retrait de l’outils ont tous demeurés constante à travers les soudures d’usure pour un couple de matériaux. Une période d’attente constante a aussi été respectée pour avoir une température de la plaque de support relativement égale lors de la phase de plongée. Malheureusement, ces températures n’ont pas été mesurées directement.