Le thème « Thermique de la mise en forme et des assemblages » s’intéresse aux transferts de la chaleur dans des procédés de fabrication. Les phénomènes mis en jeu dans ce type de problématique sont multiphysiques et les couplages multiphysiques impactent les approches, supposent donc une maitrise des différentes physiques et imposent surtout au titre de la thermique de maitriser les couplages avec les autres physiques. Dans ce sens, il faut aborder l’impact de la thermique sur la chimie (exemple : chimie des matériaux avec des changements de structure et de phase…), sur les phénomènes électriques et électromagnétiques (exemple : changement de propriétés…), sur les forces liées à des écoulements (exemple : variation de tension de surface en fonction de la température et de la composition des matériaux…), sur la mécanique (exemple : gradient thermique engendrant des contraintes et des déformations)… En complément, la démarche de recherche s’articule autour trois points. Le premier concerne le besoin de modéliser et de simuler les procédés de fabrication afin de pouvoir développer des modèles de connaissances ; Ces modèles, souvent consommateur de temps de calcul, peuvent ensuite être dégradés afin de répondre à des attentes industriels à travers des modèles réduits. Ainsi, des études de sensibilité et de propagation d’erreurs conduisent à renforcer les analyses autour de la robustesse des modèles. Le second s’attache à venir nourrir les simulations en développant des méthodes de caractérisation (exemple : thermophysiques qui peuvent être à hautes températures…). Enfin le troisième point a vocation à chercher à valider les modèles de connaissance en développant des techniques de mesure (Thermiques intrusives (thermocouples…) ou non (caméra infrarouge, pyrométrie…), optique (caméra rapide…), tomographie… Ces mesures de différents types peuvent servir aussi à la recherche de paramètres ou de fonctions en développant et/ou utilisant les méthodes inverses.
Les secteurs d'applications industrielles sont très nombreux:
Le soudage au laser d’alliages de titane avec des aciers inoxydables présente un grand intérêt pour les industries chimiques, médicales et aéronautiques. Cependant, l’assemblage par soudage avec fusion directe de l’interface de ce couple de matériaux reste difficile en raison de la formation de phases intermétalliques fragiles tels que Fe2Ti, FeTi et Cr7Fe17Ti5.
Pour un assemblage métallique, un écart trop important de température de fusion pose un problème d’incompatibilité en soudage conventionnel. Le principe de formation de joint soudé par création d’un noyau fondu ne fonctionne plus en général, impliquant en cela la nécessité d’un autre mécanisme de formation de soudure. Une collision interfaciale intense sur une durée très brève constitue une solution éprouvée expérimentalement. Un joint soudé se forme lors d’une collision balistique.
La fabrication de roues pour l’industrie ferroviaire à grande vitesse est réalisée à haute température en plusieurs étapes. La première étape concerne la chauffe de la billette en nuance d’acier : la billette est chauffée progressivement dans des fours à gaz pendant 4h jusqu’à la température de 1325∘C. La billette est ensuite transportée jusqu’à sa zone de décalaminage puis acheminée vers les outils de forgeage (Temps moyen de transfert four/outils de forgeage : 40 s.).
In this research, both equivalent heat sources due to continuous Laser and GTA (Gas Tungstun Arc) welding have been identified. Three-dimensional thermal simulations model has been proposed and applied to 22MnB5 steel thin plates. A 3-D conical with cylindrical shell heat source model and Goldak double-ellipsoid volumetric heat source have been chosen and used, respectively, for Laser welding and GTA welding in finite elements models. The solved model provides the temperature fields and therefore the molten zone shape.
