Academic literature on the topic 'Fusion d’aluminium'

Cette étude présente le brasage isotherme sous vide des alliages d’aluminium appliqué à la fabrication d’échangeurs thermiques. Ainsi, on étudie les évolutions microstructurales des nuances 3003 (Al-Mn) et 4004 (Al-Si-Mg) au cours des différentes étapes du cycle de brasage. Une double approche est mise en œuvre. Dans un premier temps, des échantillons modèles sont traités thermiquement en laboratoire. On suit l’évolution des phases en présence dans les deux alliages et les phénomènes de diffusion à l’état solide grâce à des analyses EDS. Nous montrons que les outils de simulation thermodynamique Thermo-Calc et DICTRA sont fiables à des températures supérieures à 400°C. On propose ensuite une description des mécanismes gouvernant la fusion du métal d’apport. Nous montrons qu’elle aboutit à la ségrégation d’un liquide enrichi en Si à la surface du métal d’apport. Dans un deuxième temps, des essais sont réalisés en industrie afin de prendre en compte les paramètres du brasage réel. Nous mettons en évidence des phénomènes de dissolution excessive et de pénétration de liquide aux joints de grains. Nous identifions les mécanismes qui gouvernent l’apparition de ces problèmes métallurgiques au cours du brasage. Ainsi, une faible taille de grains du métal de base et une diffusion préférentielle aux joints de grain sont mises en cause
This study deals with the vacuum TLP (Transient Liquid Phase) brazing of aluminum alloys applied to the manufacture of heat exchangers. Thus, the microstructure evolutions of 3003 (Al-Mn) and 4004 (Al-Si-Mg) alloys during the whole assembly process are studied. Firsty, model samples are heat treated in laboratory. The phase transformations and the solid state diffusion between the filler alloy and the base alloy are studied. The results are compared to thermodynamic predictions obtained with both Thermo-Calc and DICTRA softwares. We conclude that these tools are reliable at temperatures above 400°C. The fusion path of the filler alloy is described. It is shown that a Si enriched liquid is formed at the clad surface. On a second time, tests are carried out in industrial conditions, in order to take actual brazing parameters into account. Excessive dissolution and liquid penetration at grain boundaries are observed. The fine grained structure of the base alloy associated to a preferential diffusion at grain boundaries appear to be the main causes

Dans le cadre de ce travail, la génération des surfaces produites par le procédé de fusion laser sur lit de poudre LPBF a été étudiée. Le LPBF est un procédé de fabrication additive qui peut conduire à de nouvelles opportunités (fabrication de structures complexes avec canaux internes, structures lattices). Ce procédé attire donc une attention considérable en particulier dans l'industrie aéronautique. Une étude de l’influence des paramètres primaires du procédé LPBF sur la génération des surfaces a été réalisée. Au cours de cette étude, la relation entre la rugosité des surfaces supérieures et latérales et la densité du matériau a été établie. Cela a permis de déterminer la première fenêtre de paramètres optimaux.Une analyse de la dispersion de la rugosité et la reproductibilité du procédé ont ensuite été réalisées. Cette analyse a révélé une importante dispersion de la rugosité, notamment d'une face à l'autre. En conséquence, des recommandations sur les mesures de surface ont été proposées.L'effet de différents paramètres secondaires est également étudié afin de mieux comprendre la génération de la surface latérale et de l'optimiser. Cette étude a montré que les compensations et les réglages de contour sont des paramètres clés qui peuvent contribuent à la réduction de la rugosité des surfaces latérales. Sur la base des résultats de ces études, la rugosité a pu être diminuée d’un Sa de 40 µm à un Sa de 10 μm.Enfin, cette thèse présente une nouvelle approche de modélisation de génération des topographies des surfaces latérales. L’approche est basée sur la géométrie du cordon (rayons de courbure). Elle permet de prendre en compte la position des cordons et des couches et prédit la rugosité pour différentes stratégies de lasage et paramètres de compensation
In the current study, surface generation during additive manufacturing (AM), especially the laser powder bed fusion (LPBF) process was studied. LPBF is a progressive process that can lead to new opportunities, such as applications that require complex structures (internal channels or lightweight lattice structures). It has therefore attracted considerable attention, which has led to research and development in many industries, particularly in the aerospace industry.A surface generation study to optimize surface roughness and material density by examining the influence of the primary LPBF process parameters was therefore performed. During this study, the relationship between the roughness of the top and side surfaces and the density of the material was established. This made it possible to determine the first window of optimal parameters.An analysis of the roughness dispersion and process reproducibility were then carried out. This analysis revealed a significant roughness dispersion, especially from one side to the other. As a result, recommendations on surface measurements have been proposed.The effect of different process options (secondary parameters) are also studied in order to better understand the generation of the side surface and optimize it. This study showed that compensations and contour settings are key parameters that can help reduce the side surface roughness. Indeed, the geometric positioning of the different weld tracks is an important issue that must be addressed to reduce surface roughness. Based on the results of this study, it is possible to reduce the average surface roughness Sa from 40 to 10 μm.Finally, this thesis presents a new approach to modeling side surfaces roughness (at 0°). The approach is based on the weld track geometry (radii of curvature). It allows to take into account the weld tracks and layers position in relation to each other and thus to predict the roughness for different scanning strategies, compensation parameters

Un nouveau procédé de fabrication additive de pièces métalliques, basé sur le procédé de soudage à l’arc appelé CMT (Cold Metal Transfert), est étudié dans l’objectif de réaliser des pièces en alliage d’aluminium Al-5Si. Un banc de fabrication additive basé sur le principe des imprimantes 3D open source, sur lequel a été intégré le procédé CMT, a été spécialement développé. Le procédé CMT permet de contrôler la fusion d’un fil d’aluminium et son dépôt sous la forme de gouttelettes sur la surface de construction, formant après solidification des « cordons » qui peuvent être superposés pour fabriquer des pièces. L’influence des paramètres du procédé sur les phénomènes de transfert de matière et de chaleur lors de la fusion du métal et de son dépôt sur la surface de construction, ainsi que sur les caractéristiques géométriques des cordons déposés, dans le cas de dépôts mono-cordon, puis dans le cas de murs formés par la superposition d’un grand nombre de cordons, est étudiée. Plusieurs défauts géométriques ont été observés, et les conditions de leur apparition analysées, grâce notamment à l’utilisation d’une caméra rapide. La compréhension des relations entre paramètres procédé, mécanismes de transfert de chaleur et de matière, et géométrie des cordons, a permis de corriger ces défauts en identifiant puis modifiant les paramètres procédé responsables de leur apparition. Enfin, une méthode de contrôle en ligne du procédé, basée sur l’analyse des signaux de tension et d’intensité produits par le générateur de soudage au cours du phénomène de dépôt, qui permet de détecter précocement l’apparition de défauts, et ainsi de modifier les paramètres procédé avant qu’ils ne s’amplifient, a été proposée
A new additive manufacturing process for metallic parts, based on the arc welding process known as CMT (Cold Metal Transfer), is studied with the objective of building parts with the aluminium alloy Al5Si. A workbench for additive manufacturing based on the 3D printers open-source principle, on which the CMT generator was integrated, was specially developed. The CMT process allows to control the aluminium wire melting and its deposition under the form of droplets on the building surface, forming, after solidification, beads that can be superposed for the parts construction. The process parameters influence on the material transfer and heat transfer during the metal melting and deposition on the build surface, as well as on the geometric characteristics of the deposed beads, in the case of mono-layer deposits, and in the case of multi-layer walls, is studied. Many geometric defects were observed, and their apparition conditions analysed, thanks in particular to the use of a high-speed camera. The understanding of the relations between the process parameters, the melting and heat transfer mechanisms, and the beads geometry, allowed the defects correction by identifying and modifying the process parameters responsible of their apparition. Finally, an on-line control method for the process, based on the analysis of the voltage and current signals produced by the welding generator during the deposition phenomena, making possible the early detection of defects, and then the modification of the process parameters before they are amplified, has been proposed

L’électronique de puissance est en pleine croissance. De nombreuses questions de fiabilité sont apportées par le remplacement du silicium par du carbure de silicium, notamment concernant la tenue des composants aux courts-circuits. Aujourd’hui, il existe des modèles de prédiction de durée de vie restante dans le cadre d’une utilisation normale du composant, mais aucun modèle ne gère le cas d’un court-circuit. Or, avec des durées de vie aux alentours de la vingtaine d’années, la modification de la durée de vie restante suite à l’apparition d’un court-circuit est une problématique à intégrer pour optimiser les maintenances préventives ou correctives.La simulation numérique d’un court-circuit d’un module de puissance permettrait de déduire l’endommagement du module et la rectification à effectuer sur la prédiction de la durée de vie restante. Cette démarche étant innovante, de nombreux verrous technologiques et problématiques de modélisation ont dû être résolue. Tout d’abord, comme deux logiciels en éléments finis (ANSYS Mehanical et Sentaurus TCAD) sont utilisés qui ne communiquent pas naturellement entre eux, une passerelle pour permettre ce lien a dû être faite. Une modélisation électro-thermo-mécanique d’une cellule SiC MOSFET 1,2 kV 15 A est présentée dans cette thèse. Pour cette simulation numérique, un modèle de fusion de l’aluminium de surface est adapté et optimisé. Il a aussi été observé dans la littérature une localisation particulière des dégradations par court-circuit. Afin de considérer cette localisation, un modèle multi-échelle est réalisé avec une homogénéisation de la structure de grille de la cellule et une homogénéisation unidimensionnelle de la génération de chaleur de la cellule. Ce modèle est constitué d’une partie microscopique, la cellule, et d’une partie macroscopique, la puce. Ces travaux mettent en place de nouveaux outils pour la modélisation et la simulation de composants de puissance pendant un court-circuit
Power electronics is experiencing significant growth. Many reliability issues arise from replacing silicon with silicon carbide, particularly concerning the component’s resistance to short circuits. Currently, there are models predicting the remaining lifespan under normal component usage, but none of them address the scenario of a short circuit. However, with lifespans typically around twenty years, the modification of remaining lifespan following a short circuit is a crucial consideration for optimizing preventive or corrective maintenance.The numerical simulation of a short circuit in a power module would allow deducing the damage to the module and the corrections needed for predicting the remaining lifespan. This innovative approach faced various technological challenges and modelling issues. Firstly, as two finite element software (ANSYS Mechanicaland Sentaurus TCAD) were used, which do not naturally communicate with each other, a gateway had to be established to facilitate this connection. An electro-thermo-mechanical modelling of a 1.2 kV 15 A SiC MOSFET cell is presented in this thesis. For this numerical simulation, a surface aluminium melting model is adapted and optimized. Literature has also indicated a specific localization of short-circuit-induced degradations. To consider this localization, a multi-scale model is created, involving homogenization of the cell’s gate structure and one dimensional homogenization of the cell’s heat generation. This model comprises a microscopic part, the cell, and a macroscopic part, the chip. These efforts establish new tools for the modelling and simulation of power components during a short circuit