Experimental study of liquid phase behaviour in GMAW controlled short arc processes

Etude expérimentale du comportement dynamique des phases liquides en soudage par court-circuit contrôlé

Romain Monier (1, 2)

1 LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil
2 AS - Assemblages Soudés

Welding is a key process in nuclear industry. The use of this assembly process is needed to ensure chemical and physical continuity required for installations safety. For the firm AREVA, one of the major axis of development is improving the productivity of nuclear components with the guaranty of optimum quality. Experimental approach presented in the present work has the double objectives of proposing a monitoring device for temperature fields of liquid metal and characterizing its dynamic behavior in GMAW. A two color measurement method has been developed for in-situ surface temperature measurement of liquid zones. First tests realized in an industrial configuration allow to consider this method as a possible real-time control device for welding. This two color pyrometer, coupled to the observation and the study of droplets deformations during their transfer, allows to study the influence of temperature on surface tension, with the interaction of arc plasma. Main role of surface tension on liquid phase behavior is clearly exposed in the obtained results. The developed investigating and analysis tools have been used to study a GMAW controlled short arc process. So, it is possible to analyse liquid bridge rupture, but also liquid metal deposition behavior, which can induce shape defects, and mass transfer dynamic to identify the apparition of operative defects.

Le soudage est un procédé clef dans l'industrie nucléaire. L'utilisation de ce procédé d'assemblage est nécessaire pour assurer la continuité physique et chimique indispensable à la sûreté des composants des centrales. Pour la société AREVA, un axe de développement important consiste à augmenter la productivité tout en garantissant une qualité optimale. L'approche expérimentale présentée dans ce travail a pour double objectif de proposer un dispositif de contrôle des températures des zones de métal liquide et de caractériser leur comportement dynamique, dans le cas du soudage MAG. Une méthode de mesure de température, en pyrométrie bichromatique, a été développée pour la mesure in-situ des champs de température des zones liquides. Les premiers essais réalisés en configuration industrielle permettent d'envisager l'utilisation de ce type de méthode pour le contrôle temps réel d'opérations de soudage. La méthode de pyrométrie bichromatique, couplée à l'observation et à l'étude des déformations des gouttelettes au cours de leur transfert, permet également d'évaluer l'influence de la température sur la tension superficielle, en interaction avec le plasma d'arc. Le rôle majeur de la tension superficielle dans le comportement dynamique des phases liquides apparaît clairement dans les résultats obtenus. Les outils d'investigation et d'analyse développés ont été utilisés pour étudier un procédé de soudage par court-circuit contrôlé (CMT). Il est ainsi possible d'analyser la rupture du pont liquide, mais aussi le comportement du dépôt de métal liquide, qui peut entraîner des défauts de forme, et la dynamique des transferts de masse pour identifier l'apparition des défauts opératoires.

Mots clés: welding; GMAW; liquid phase; dynamic behavior; two-color pyrometer; experiment

Mots clés: soudage; MAG; pahse liquide; comportement dynamique; pyrometrie bichromatique; experimentale

Domaines: Matériaux; Génie mécanique [physics.class-ph]; Mécanique des fluides [physics.class-ph]; Mécanique des matériaux [physics.class-ph]; Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]; Thermique [physics.class-ph]; Mécanique des structures [physics.class-ph]

Romain Monier. Etude expérimentale du comportement dynamique des phases liquides en soudage par court-circuit contrôlé. Matériaux. Université de Montpellier, 2016. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01833201⟩