Les mesures de températures

Il est très difficile de mesurer la température à l’interface. Une mesure directe implique un thermocouple qui possède une certaine inertie thermique occasionnée par sa taille et influence le

75 temps de réponse de ce thermocouple, plus le thermocouple a un gros diamètre, plus le temps de réponse sera élevé. Des essais ont été réalisés pour pouvoir mesurer la température par le bas de la soudure. Ces essais ont pris beaucoup de temps et de matériel et ont mené à la conclusion que la méthode employée était totalement inefficace pour plusieurs raisons. La première est que le thermocouple possède une rigidité considérable et ne peut être courbé jusqu’à un certain degré ce qui a rendu son positionnement complexe.

Figure 4.11: Positionnement des thermocouples pour les mesures de températures à l'interface

La feuille d’acier de l’assemblage a été fixée solidement sur une des plaques de support en laissant une largeur dépassée. La figure 4.11 montre la vue de dessous de la feuille d’acier avec les thermocouples insérés dans les trous de la méthode expliquée prochainement et fixés sur le côté de la plaque de support. Cette méthode a été de percer de petits trous de 0,6 mm de diamètre à travers la feuille pour y insérer les thermocouples qui ont un diamètre de 0,51 mm. La figure 4.12 montre l’un de ces trous positionnés à la bordure de la plaque de support. Une autre plaque de support de

76 la même épaisseur était contre les thermocouples en essayant de minimiser l’espace entre les deux plaques. Si cette espace avait été trop grande, elle aurait pu influencer la profondeur de pénétration de l’outil. Le raisonnement était que lorsque l’outil allait passer au-dessus du thermocouple, celui- ci allait baisser légèrement afin de toujours avoir un contact direct entre l’outil et le thermocouple et ainsi, avoir une lecture de la température.

Figure 4.12: Trou employé pour insérer le thermocouple dans la feuille d'acier

La méthode employée n’a pas été un succès puisqu’elle n’a pu donner des résultats répétitifs et c’est pourquoi elle ne sera pas présentée en détail. Toutefois, elle peut donner des idées de concept pour la lecture de températures à l’interface alors voici une image d’une coupe transversale des soudures d’essai de lecture de température à l’interface.

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Figure 4.13: Mesures des distances intra-soudure pour les mesures de températures à l'interface

Elle montre les différentes distances qu’a données un essai de mesures de températures à l’interface. On peut voir que du dessus de la feuille d’aluminium jusqu’à la racine du trou pour le thermocouple, une distance de 2,36 mm les sépare. Cette distance correspond à la longueur du pion et la sous- épaisseur occasionnée par l’outil. Seulement 0,31 mm séparait l’extrémité du thermocouple de l’extrémité de l’outil ce qui peut potentiellement donner de bons résultats. Cependant, 2 thermocouples des 6 essais ont pu donner une valeur. Les autres thermocouples n’ont pas tenu et ont été entraînés dans la soudure.

L’approche adoptée dans ce projet a donc été d’insérer un thermocouple à l’intérieur de l’outil à son centre jusqu’à la hauteur de l’épaulement. Bien que les températures soient inférieures à celles obtenues à l’interface, elles seront distinctes en fonction des paramètres de soudage. C’est

78 la différence de température en fonction des paramètres qui est visée par la présente étude et non la valeur absolue à l’interface.

La figure 3.16 montre l’emplacement du thermocouple dans l’outil. Le détail du système a été présenté au chapitre précédent et sert à approximer la température à l’interface de la soudure. Dans une soudure relativement longue, on peut considérer que la température de l’outil a le temps d’atteindre un régime permanent. Les températures maximales sur des essais répétitifs ont été enregistrées. Généralement, la température maximale est fonction de la vitesse de rotation de l’outil et de la vitesse d’avance. Les figures 4.14 à 4.16 montrent les températures maximales atteintes dans l’outil en fonction de la vitesse de rotation dans les assemblages AA6082-T6 et A1008. On peut remarquer qu’à 2000 RPM, la température à 0,5 m/min est de 540°C et de 515°C à 1,0 m/min. En augmentant la vitesse d’avance de l’outil, l’apport de chaleur, aussi appelé l’énergie spécifique [18], diminue (l’énergie est distribuée dans un plus grand volume) ce qui a pour effet de créer une température maximale inférieure par rapport à une vitesse d’avance plus faible. La figure 4.14 montre les températures maximales atteintes pour une vitesse d’avance de 0,3 m/min. À 2000 RPM, la température est élevée pour une vitesse d’avance faible.

Figure 4.14:Température dans l'outil en fonction de la vitesse de rotation dans un assemblage AA6082-T6/A1008 à 0,3 m/min

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Figure 4.15:Température dans l'outil en fonction de la vitesse de rotation dans un assemblage AA6082-T6/A1008 à 0,5 m/min

Figure 4.16:Température dans l'outil en fonction de la vitesse de rotation dans un assemblage AA6082-T6/A1008 à 1,0 m/min

Comme il a été mentionné dans le chapitre 2, plusieurs paramètres influencent la température dont le couple de rotation. Aussi, le passage du régime adhérent au régime glissant peut expliquer les différences observées. Toutefois, la compréhension des régimes de glissement n’est pas clairement comprise et aucune référence claire ne permet de statuer sur les effets des différents régimes de glissement. Donc, en l’absence de preuve de ma dernière affirmation, celle-ci va demeurer en hypothèse et ne doit pas être considérée comme une conclusion. L’approche adoptée dans certains ouvrages penche davantage vers une variation du régime glissant et adhérent entre les stries laissées par l’épaulement à la surface de l’assemblage [17].

80 L’apport de chaleur n’influence pas seulement le comportement des aciers comme présenté précédemment, mais elle influence aussi la résistance de l’outil. Rappelons que l’outil est fabriqué en carbure de tungstène allié au cobalt dans une proportion de 25%. Du chapitre 2, on sait que la résistance globale de cet alliage est conséquente de plusieurs paramètres, mais plus particulièrement de la teneur en cobalt ainsi que de la grosseur des carbures et de l’uniformité de leur distribution. Le carbure de tungstène possède une très bonne stabilité à haute température ce qui le rend apte à garder sa résistance dans des applications où la température est élevée. Le cobalt permet une meilleure absorption des impacts et rend l’alliage plus ductile. La figure 4.17 montre les variations des propriétés mécaniques du WC-Co en fonction du pourcentage de cobalt dans l’alliage. Les courbes A à D correspondent à une teneur en carbure de tungstène (WC) respectivement de 95%, 85%, 75% et 65%.

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Figure 4.18: Variations des propriétés du WC-Co en fonction de pourcentage de cobalt[44]

La figure 4.18 montre la variation de la dureté en fonction de la température pour différents alliages de WC. Selon ces graphiques, la dureté diminue grandement dans l’intervalle de températures entre 400°C et 600°C (entre 1100 et 900 HV). Cette diminution en dureté a été testée en laboratoire à l’aide d’un appareil de nano-indentation Vickers. Les résultats sont présentés à la figure 3.4 et montrent les différentes valeurs de dureté en fonction de la position sur l’outil. On peut constater que la dureté est relativement constante. La courbe C de la figure 4.17 représente la diminution de dureté Vickers en fonction de la température pour un pourcentage de WC se rapprochant beaucoup du pourcentage de WC que possèdent les outils de ce projet. En comparant les figures 4.17 et 4.18, on peut supposer que la différence de températures entre le centre de l’outil et l’extrémité est relativement faible puisque la variation de dureté entre ces deux positions n’est pas significative. En effet, en associant une dureté à l’atteinte d’une certaine température, il est possible de déduire une valeur de dureté en exploitant les figures mentionnées dernièrement. La température associée

82 à une combinaison de paramètres opératoires est une température en régime permanent. En mettant les dernières informations en relation, on peut dire que la température lue par le thermocouple est approximativement la température à l’interface de la soudure. En effet, l’épaisseur de matière qui sépare l’extrémité du thermocouple et l’extrémité de l’outil est très faible et la conductivité thermique du matériau de l’outil est bonne. Ce qui veut dire que le transfert de chaleur se fait rapidement.