Modélisation multiphysique de l’expulsion interfaciale dans le cas du soudage par résistance par point

contrat CIFRE

ArcelorMittal Research, Maizières les Metz et IRDL, Université de Bretagne Sud, Lorient

Personnes à contacter par le candidat

•ArcelorMittal : T. Dupuy – Team Leader, thomas.dupuy@arcelormittal.com -
•IRDL : M. Courtois – MCF, mickael.courtois@univ-ubs.fr

DATE DE DÉBUT SOUHAITÉ

02/01/2023

DATE LIMITE DE CANDIDATURE

28/10/2022

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Contexte du sujet de thèse :

ArcelorMittal est le premier producteur d’acier au monde. Les technologies les plus innovantes sont utilisées au sein du groupe pour produire les aciers dont l’avenir sera fait. Chaque jour, 190 000 personnes réparties dans 60 pays dans le monde, façonnent le monde de demain dans tous les domaines touchant à l’acier tels que l’automobile, la construction ou l’emballage. La Recherche et Développement d’ArcelorMittal est présente sur 12 sites répartis dans 8 pays et regroupent plus de 25 nationalités. Ses activités comprennent toute la filière de production de l’acier de la mine de fer aux propriétés d’usage de l’acier chez le client, en passant par les hauts fourneaux, les étapes de laminage et de revêtement. Aujourd’hui, les impératifs de décarbonation de l’industrie ouvrent des nouveaux défis pour ArcelorMittal et sa R&D : la production d’aciers « décarbonés » implique une rapide et profonde transformation des procédés de production et des concepts métallurgiques des aciers.

Le soudage par résistance par point fait partie des propriétés d’usage étudiées avec attention au sein de la R&D. C’est un procédé déterminant pour l’assemblage des tôles de caisses en blanc dans le secteur automobile. Les nouveaux produits acier dont sont composées les structures automobiles actuelles, ne se soudent plus de la même manière qu’auparavant et nécessitent des innovations. La bonne soudabilité opératoire est notamment une des clés pour la validation d’un acier.

La soudabilité opératoire est limitée par le phénomène d’expulsion de métal liquide à l’interface entre tôles. L’expulsion interfaciale en soudage par résistance par point est un phénomène courant, mais peut néanmoins représenter une contrainte lorsqu’elle se produit de manière intempestive en réduisant la flexibilité du procédé. Aussi courant soit-il, le phénomène d’expulsion est peu décrit dans la littérature scientifique. Un grand nombre d’inconnues persistent dans les causes de son apparition. L’aspect largement multiphysique du phénomène le rend très difficile à appréhender autant expérimentalement qu’en simulation. Même si plusieurs paramètres influençant l’apparition de l’expulsion sont connus, les mécanismes exacts de l’expulsion restent difficiles à saisir.

Un nombre important d’interactions physiques sont à considérer. Le soudage en général est un procédé de fabrication qui allie les effets des propriétés thermiques et mécaniques des matériaux, avec les propriétés électriques et les propriétés de surface et de contact. L’effet du champ magnétique induit par les forts courants électriques et les écoulements dans la partie fondue (liquide) en cours de soudage ne sont pas à négliger.

Ce sujet de thèse s’inscrit dans la recherche de solutions face à une expulsion interfaciale non désirée. Il vise à modéliser numériquement le phénomène d’expulsion en soudage par résistance par point dans le but de mieux le prédire et le comprendre. La modélisation envisagée devra prendre en compte les effets, thermiques, électriques, mécaniques et hydrodynamiques présents lors de la mise en œuvre du procédé, le tout en trois dimensions, ce qui n’a, a priori, jamais été réalisé jusqu’à présent.

Travail attendu :

  • Recherche et veille bibliographique sur les avancées dans le domaine de l’expulsion en soudage par résistance par point,
  • Création d’un modèle de prédiction de l’expulsion en soudage par résistance par point en se focalisant sur des paramètres d’influence déterminants,
  • Réalisation d’expériences permettant la validation du modèle et l’obtention de données physiques clé pour la représentativité du modèle.

Profil recherché :

Le ou la candidat.e devra posséder une solide formation (master ou ingénieur) en mécanique ou sciences des matériaux avec si possible des affinités avec le soudage. Il devra faire preuve d’autonomie, avoir de bonnes aptitudes dans le domaine de la simulation numérique, mais aussi dans le domaine expérimental. Une connaissance des outils de simulation numérique par éléments finis est requise (Comsol Multiphysics ou similaire). Une bonne maîtrise de l’anglais et de bonnes capacités de synthèse et d’analyse seront également appréciées.

Candidature :

Curriculum vitae + lettre de motivation + recommandations à envoyer aux adresses mails ci-dessous au plus tard le 28 octobre 2022

Démarrage de la thèse :

janvier 2023 (contrat CIFRE)

Déroulement :

La thèse sera réalisée à 50% au laboratoire de recherche académique et à 50% au centre de recherche industriel.