Résistance mécanique des assemblages

La résistance mécanique des assemblages a été caractérisée en mesurant la force de traction nécessaire à la rupture des échantillons, tel que décrit dans le chapitre précédent (section 3.5.1, page 78). Dans le cadre du plan d’expériences, cette force d’arrachement varie d’une valeur minimale d’envi- ron 30 N à une valeur maximale d’environ 200 N. Compte tenu de la surface soudée effective connue, il est possible de calculer la contrainte pour laquelle les cordons de soudure ont été arrachés.

Les valeurs du diamètre des cordons de soudure et du pas de hachu- rage utilisé lors de soudage sont recensées dans les tableaux 4.1 et 4.2 pour chaque combinaison de paramètres. Cela permet de calculer le ratio de recou- vrement, ainsi que l’aire soudée effective nécessaire au calcul des contraintes de rupture, comme présenté dans la section 3.7.3 (page 93).

N° Diamètre_{cordon hachurage}Pas de Ratio _soudéeAire 1.1 7 µm 30 µm 0.23 5.8 mm2 1.2 9 µm 30 µm 0.30 7.5 mm2 1.3 7 µm 30 µm 0.23 5.8 mm2 1.4 12 µm 30 µm 0.40 10 mm2 1.5 15 µm 100 µm 0.15 3.8 mm2 1.6 20 µm 100 µm 0.20 5.0 mm2 1.7 15 µm 70 µm 0.21 5.4 mm2 1.8 20 µm 100 µm 0.20 5.0 mm2

Table 4.1: Diamètres des cordons mesurés et distance de hachurage pour chaque combinaison de paramètres laser : détermination de la surface soudée effective dans le cas du plan n°1

N° Diamètre_{cordon hachurage}Pas de Ratio _soudéeAire

2.1 7 µm 30 µm 0.23 5.8 mm2 2.2 25 µm 80 µm 0.31 7.8 mm2 2.3 10 µm 30 µm 0.30 7.5 mm2 2.4 30 µm 100 µm 0.30 7.5 mm2 2.5 8 µm 30 µm 0.27 6.7 mm2 2.6 30 µm 130 µm 0.23 5.8 mm2 2.7 10 µm 30 µm 0.30 7.5 mm2 2.8 25 µm 80 µm 0.25 6.3 mm2

Table4.2: Détermination de la surface soudée effective pour chaque combi- naison de paramètres laser dans le cas du plan n°2

Les détails des valeurs de la force d’arrachement et de la contrainte de rupture sont recensés en annexe. L’écart-type des valeurs mesurées pour chaque combinaison de paramètres y est également recensé.

Les tableaux 4.3 et 4.4 présentent la moyenne des contraintes de rup- ture pour chaque combinaison de paramètres des plans d’expériences n°1 et n°2 respectivement, tandis que les diagrammes d’effets présentés dans les figures 4.2 et 4.3 permettent de simplifier la lecture des tableaux et de déter- miner les paramètres ayant le plus d’influence sur la contrainte de rupture.

Dans le cadre du plan d’expériences n°1, les paramètres ayant le plus d’influence sur la résistance mécanique apparaissent comme étant la longueur d’onde et la puissance moyenne. La vitesse de balayage du faisceau laser sur l’échantillon présente également une influence non négligeable.

L’influence de la puissance moyenne sur la résistance suit les tendances décrites dans la littérature : la contrainte de rupture augmente avec la puis-

Table 4.3: Influence sur la résistance mécanique : mesure de la contrainte de rupture pour différentes combinaisons de la fréquence de répétition, de la longueur d’onde, de la puissance moyenne et de la vitesse (durée d’impulsion fixée à 300 fs et énergie par impulsion libre)

sance moyenne. Cela peut s’expliquer par le fait qu’une puissance moyenne plus grande permette de fondre un volume plus grand.

La longueur d’onde présente un effet très marqué sur les valeurs de la résistance à l’arrachement. L’utilisation d’une longueur d’onde de 1030 nm conduit à une résistance mécanique presque deux fois supérieure à celle d’une longueur d’onde de 515 nm. Bien qu’une longueur d’onde plus petite conduira naturellement à une focalisation plus forte et donc à des cordons plus petits, l’aire soudée pour chaque échantillon a été conservée constante. La résistance mécanique plus faible n’est donc pas liée à cela. Cependant si la surface est la même, la profondeur fondue au niveau du cordon sera sans doute moindre. L’utilisation d’une longueur d’onde de 1030 nm apparait alors à privilégier lorsqu’une haute résistance mécanique est souhaitée. Cela pourrait aussi être dû à la réponse non-linéaire différente du matériau.

La vitesse de balayage influe sur le taux de recouvrement longitudinal des impulsions, et ainsi sur la quantité d’énergie déposée par zone irradiée du matériau et donc sur le volume fondu. L’implémentation d’une vitesse de balayage plus faible tendrait à améliorer la résistance mécanique des assem- blages en fondant un volume plus grand.

Certaines interactions semblent également exister, probablement entre la puissance moyenne et la vitesse de balayage et entre la longueur d’onde et la puissance moyenne.

Dans le cadre du plan d’expériences n°2, le paramètre présentant la plus grande influence sur la résistance mécanique est la fréquence de répétition. La moyenne des valeurs de contraintes de rupture obtenues pour une fréquence de répétition de 2 MHz, de 24,8 N/mm², est bien supérieure à celle obtenue pour une fréquence de répétition de 500 kHz, de 17,8 N/mm². L’énergie

Table 4.4: Influence sur la résistance mécanique : mesure de la contrainte de rupture pour différentes combinaison de la fréquence de répétition, de la durée d’impulsion, de l’énergie par impulsion et de la vitesse (longueur d’onde fixée à 1030 nm et puissance moyenne libre)

Figure4.2: Diagramme des effets sur la contrainte de rupture (durée d’im- pulsion fixée à 300 fs et énergie par impulsion libre)

Figure 4.3: Diagramme des effets sur la contrainte de rupture (longueur d’onde fixée à 1030 nm et puissance moyenne libre)

par impulsion étant déterminée par la méthode du plan d’expériences, la puissance moyenne du faisceau laser est laissée libre. Elle découle de la valeur de la fréquence de répétition et de l’énergie par impulsion. L’implémentation d’une fréquence de répétition élevée de 2 MHz conduit alors à une puissance moyenne bien supérieure à celle obtenue pour une fréquence de répétition de 500 kHz. L’influence de la fréquence de répétition est ainsi en concordance avec l’effet de la puissance moyenne mesuré dans le plan d’expériences n°1.

L’effet de la vitesse de balayage est en accord avec celui observé lors du plan d’expériences n°1. L’utilisation d’une vitesse de balayage plus faible produit des échantillons présentant une résistance mécanique plus élevée.

Il est intéressant de noter que les moyennes des contraintes de rupture obtenues pour différentes durées d’impulsions (300 fs, 1 ps) sont très proches. L’interaction est liée à la contribution de l’absorption non-linéaire, mais n’est pas spécifique au régime femtoseconde.