Planification de la trajectoire et des paramètres de chauffe

Pour obtenir les profils de températures temporelles demandées, les paramètres de chauffage et de trajectoire sont générés par la méthode d’optimisation décrite au chapitre 4. Il est déterminé que le volume à traiter, où la température doit être maintenue dans l’intervalle de température demandée, est de dimension 25 mm x 120 mm x 12 mm. La longueur de cette zone est choisie en fonction de la longueur de la trajectoire (Ltot = 200 mm). Une longueur de 200 mm est choisie pour couvrir en quasi-totalité la ZS tout en s’assurant que l’inducteur ne dépasse pas la plaque, pour éviter les effets de bord lors de la modélisation.

Dans un premier temps, le profil transversal de température est uniformisé. L’optimisation est effectuée en régime stationnaire avec un inducteur de rayon extérieur de 37 mm. Le décalage optimal de la trajectoire est de 68,5 mm. Une trajectoire avec décalage est privilégiée pour augmenter la profondeur du volume traité. Ainsi, la largeur optimisée est

l1 = 50,8 mm. Il est à noter que la valeur optimale du décalage ici (68,5 mm) est différente de la valeur trouvée précédemment (70 mm). Cette différence s’explique par la dimension de la plaque. Le maillage utilisé est celui de 11 400 nœuds. Par ailleurs, le profil d’efficacité utilisé pour uniformiser le profil de température longitudinal est celui présenté précédemment à la figure 56.

Par la suite, une optimisation en régime transitoire est effectuée pour déterminer le profil de puissance temporel requis pour obtenir les profils de température demandés. La phase de montée en température est effectuée à puissance maximale pour minimiser le temps de chauffage.

Pour maximiser la profondeur traitée, la température maximale en surface qui est ciblée est de 630 °C, soit la borne supérieure de la tolérance. L’endroit où cette température est atteinte est utilisé comme point de référence pour générer le profil de puissance avec le logiciel thermique. Sa position est indiquée sur la figure 63. Le graphique de la figure 61 présente le profil de puissance nominale ainsi que la température au point de référence, obtenu pour le premier traitement thermique. De plus, la température obtenue au point de contrôle est aussi présentée. Le point de contrôle, situé au centre de la plaque, est l’endroit où l’asservissement en température est effectué (indiqué sur la figure 63). Le profil de température à ce point est utilisé par la boucle de rétroaction. La position du point de contrôle est choisie à la coordonnée (0, 0, 0). À cette position, les gradients sont moins importants et la lecture est donc moins sensible à la précision du positionnement du thermocouple. Les profils de puissance obtenus pour le second traitement thermique sont présentés à l’annexe XII, au figures A XII-7 et A XII-8.

Figure 61 Profil de puissance nominale et profils de température au point de contrôle et au point de référence

Le profil de puissance généré par le logiciel éléments finis est le profil de puissance nette . Pour calculer le profil de puissance nominale à fournir au contrôleur du robot, les équations 6.8 et 6.3 sont utilisées. Le matching maximum visé est de 95 %, soit le matching correspondant à une hauteur de l’inducteur de 3 mm. Cette hauteur est choisie pour ne pas heurter les thermocouples qui sont soudés sur la plaque. Le profil de température est utilisé comme référence dans la boucle de rétroaction. La boucle de rétroaction est utilisée pour asservir la puissance en fonction de la température à un point de contrôle. Lors des traitements thermiques ce point de contrôle se trouve au centre de la plaque et la température est lue à l’aide d’un thermocouple. Le profil de température obtenu dans le volume de chauffe avec le profil de puissance calculé est présenté à la figure 62. Les profils de température calculés, selon les axes x, y et z, pour les 2 traitements thermiques sont présentés à l’annexe XII, figures A XII-9 à 14.

Sur la figure 62, il est remarqué qu’au moment (0 min) où la température maximale dans la zone traitée atteint la température cible, la partie la plus profonde de la ZS n’a pas atteint l’intervalle de température cible. Après 5 minutes, la température de tout le volume de la ZT s’est stabilisée et se trouve dans cet intervalle (entre 610 °C et 630 °C). Bien que la limite

0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Température (°C)

Puissance (kW)

Temps (s)

Pin Point de référence (60.3, 12.7, 0.0) Point de contrôle (0, 0, 0) Q_nom T. au point de référence (°C) T. au point de contrôle (°C)

inférieure de l’intervalle soit 610 °C, il est assumé que l’austénite commence à se former à partir de 580 °C (voir section 2.1.4). Ainsi, la formation commencerait après 5 minutes dans toute la zone à traiter. Il suffit alors de prolonger le traitement de 5 minutes. Des résultats similaires sont observés pour le traitement thermique double.

Figure 62 Profil de température calculé dans le volume de chauffe

Au cours des traitements thermiques, le profil de puissance calculé était trop élevé. La boucle d’asservissement a montré son efficacité car la température est toujours maintenue à la température cible. La figure 63 (gauche) compare la courbe de puissance calculée avec le code thermique et la courbe de puissance nécessaire réelle, générée par la boucle d’asservissement. La figure 63 (droite) montre une comparaison de la température cible au point de contrôle et de la température réelle obtenu.

La différence entre la puissance mesurée et réelle peut vraisemblablement être attribuée à la linéarisation du comportement de la source de chauffage (voir section 6.3). Les relations empiriques trouvées sont considérées linéaires pour des valeurs de matching supérieures à 80 %. En raison de la variation de hauteur de l’inducteur, le matching chute sous cette valeur à quelque endroit sur la trajectoire. Or, rien n’indique que sous 80 % de matching la linéarisation du comportement est valide. Néanmoins, les relations ont permis d’uniformiser

Zone traitée

Point de référence (60,3, 12,7, 0)

Point de contrôle Zone soudée

0 min

5 min

30 min y x

correctement le profil de température. La seule modification effectuée par le contrôleur est une mise à l’échelle du profil de température.

Figure 63 Comparaison des profils de puissance calculée et réelle (gauche) et des profils de température au point de contrôle calculée et réelle (droite)

À titre indicatif, la figure 64 montre la distribution de température sur une des plaques lors du traitement thermique simple. Il est également possible de distinguer le thermocouple au point de contrôle.

Figure 64 Comparaison des profils transversaux de température mesurés et calculés pour différents temps

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