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Page de résumé pour ULgetd-06122013-163134

Auteur : Kechaou, Adnen
E-mail de l'auteur : adnen.kechaou@hepl.be
URN : ULgetd-06122013-163134
Langue : Français/French
Titre : Etude du soufflage magnétique de l'arc électrique de soudage
Intitulé du diplôme : Doctorat en sciences de l'ingénieur
Département : FSA - Département d'aérospatiale et de mécanique
Jury :
Nom : Titre :
Deghaye, J-P Membre du jury/Committee Member
Duysinx, Pierre Membre du jury/Committee Member
Filippi, Enrico Membre du jury/Committee Member
Geuzaine, Christophe Membre du jury/Committee Member
Simar, Aude Membre du jury/Committee Member
Debongnie, Jean-François Président du jury/Committee Chair
Lecomte-Beckers, Jacqueline Promoteur/Director
Mots-clés :
  • magnétisme résiduel
  • champ magnétique
  • Défauts de soudage
  • Arc de soudage
  • Soufflage magnétique de l’arc électrique de soudage
Date de soutenance : 2017-01-01
Type d'accès : Restreint/Intranet
Résumé :

Les procédés de soudages à l’arc électrique restent les plus largement utilisés en fabrications

soudées. La nature de l’arc électrique rend celui-ci particulièrement sensible aux champs

magnétiques. Les forces électromagnétiques créées par ces champs peuvent être à l’origine de

la déflexion et de l’instabilité de l’arc jusqu'à, dans certaines conditions, éteindre l’arc

électrique. Ce phénomène complexe et imprévisible est connu dans l’industrie sous le

vocable « soufflage magnétique de l’arc ». Il est rencontré surtout sur des matériaux

magnétisables, lors de soudage en fond de chanfrein, en angle et sur les extrémités de pièces

de longues dimensions comme les gazoducs.

Il peut être la cause d’apparition de nombreux défauts et même rendre impossible la

réalisation de l’assemblage. Les conséquences techniques et économiques de l’apparition

d’un tel phénomène peuvent être particulièrement lourdes.

Cette thèse tente d’étudier ce phénomène et de mettre en évidence les différentes causes de

son apparition ainsi que l’étude qualitative et quantitative de l’influence des différents

paramètres impliqués dans le processus.

Face à la pluralité de connaissances requises, une étude bibliographique est d’abord réalisée

dans une première partie. Elle constituera une base de connaissance utile pour les problèmes

étudiés dans ce travail : L’arc électrique de soudage, sa particularité et les phénomènes

électromagnétiques et magnétohydrodynamiques.

Dans une deuxième partie, une étude expérimentale est menée. Des analyses théoriques et

expérimentales ont été présentées pour mettre en évidence le mécanisme de soufflage de l’arc

de soudage. Un programme d’essai a été réalisé pour déterminer les paramètres qui

influencent ce phénomène. Ainsi, on a déterminé qualitativement et quantitativement les

différentes causes du soufflage de l’arc, et on a montré, grâce à des dispositifs expérimentaux

simples, que la position de la masse n’est pas le facteur majeur du soufflage comme présenté

dans la littérature.

Cette étude a permis aussi de montrer une importante variation des forces magnétiques au

cours de l’opération de soudage de la première passe et les passes de remplissage en fonction

de la position de l’arc sur toute la longueur du chanfrein en découplant l’effet de la masse et

celui de la matière magnétique autour de l’arc.

Le travail aborde ensuite la question de déformation de la colonne de l’arc plongé dans un

champ magnétique transversale. Ici encore, les essais pratiques et la modélisation sont

employés de manière complémentaire ce qui a permis de déterminer une relation simple entre

le courant de soudage, la longueur de l’arc et l’intensité du champ magnétique. Une valeur

dite critique du champ magnétique, au-delà de laquelle la qualité du cordon n’est plus

garantie, est proposée.

Une piste également de nature électromagnétique est également suggérée afin de lutter contre

le soufflage de l’arc par l’application d’un contre champ magnétique. L’expérimentation a

montré qu’elle peut être une solution efficace.

Enfin, une application industrielle des champs magnétiques en soudage est proposée en vue

de développer des technologies de soudage innovantes./The electric arc welding process is the most widely used in welded fabrications. The nature

of the electric arc makes it particularly sensitive to magnetic fields. Electromagnetic forces

created by these fields can cause deflection and instability of the arc and, under certain

conditions, lead to arc extinguishing. This unpredictable and complex phenomenon is

commonly known in industry as "magnetic arc blow". This latter is encountered mainly on

magnetizable materials during welding chamfer groove, in fillet welding and in extremities

of long dimensions parts such as gaspipelines.

That complex phenomenon can be the cause of appearance of many defects and even makes

the achievement of the assembly impossible. The technical and economic consequences of

such a phenomenon can be particularly severe.

This thesis aims to study this phenomenon and attempts to emphasize the different causes of

its appearance. Furthermore, the present thesis is focused on the qualitative and quantitative

study of the influence of various parameters involved in the process.

Owing to the plurality of knowledge required, a bibliography is first carried out in the first

part. It will be a very useful knowledge base to introduce the different issues studied in this

work : The electric arc welding, its particularity and magnetohydrodynamic electromagnetic

phenomena.

In a second part, an experimental study is conducted. Theoretical and experimental analyzes

have been set out to emphasize the blow mechanism of welding arc. A test program was

conducted to determine parameters which influence this phenomenon. Thus, different causes

of arc blow were qualitatively and quantitatively defined and it has been shown through the

simple experimental devices, that position of the mass is not the major factor in the blow as

presented by literature.

This study also points out a significant variation of magnetic forces during the first pass

welding and filler passes depending on the position of the arc over the entire length of the

chamfer decoupling both mass effect and the mass of the magnetic material around the arc.

The thesis then discusses the deformation of the arc column immersed in a transverse

magnetic field. Here again, trials and modeling are used in a complementary way. which have

identified a basic relationship between the welding current, the arc length and intensity of the

magnetic field. A value called « magnetic field critical value », beyond which cable quality

is not guaranteed, is suggested.

In addition, for the purpose of countering the arc blow, a similar electromagnetic trail with

application of a counter-magnetic field is suggested. Experiment has pointed out that it could

be an efficient solution.

Finally, the present study offers industrial application of magnetic fields in welding to

develop innovative welding technologies.

Keywords : Magnetic arc blow, electric arc welding, weld defects, residuel magnetic in

groove.

Autre version :
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