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MASTER THESIS
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LASER CLADDING FINITE ELEMENT MODELLING. Application to Ti6Al4V.

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Brusten, Romain ULiège
Promotor(s) : Jaspart, Jean-Pierre ULiège
Date of defense : 2015 • Permalink : http://hdl.handle.net/2268.2/2390
Details
Title : LASER CLADDING FINITE ELEMENT MODELLING. Application to Ti6Al4V.
Author : Brusten, Romain ULiège
Date of defense  : 2015
Advisor(s) : Jaspart, Jean-Pierre ULiège
Committee's member(s) : Habraken, Anne ULiège
Duchene, Laurent ULiège
Beckers, Jacqueline ULiège
Ponthot, Jean-Philippe ULiège
Language : English
Number of pages : 162
Discipline(s) : Engineering, computing & technology > Civil engineering
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Degree: Master en ingénieur civil des constructions, à finalité
Faculty: Master thesis of the Faculté des Sciences appliquées

Abstract

[fr] Cette thèse de Master présente le développement d'un modèle numérique simulant l'utilisation
du laser cladding comme technologie de réparation de pièces endommagées. Le modèle reproduit
une étude expérimentale (article soumis) sur l'application du laser cladding à l'alliage Ti6Al4V
menée par H.Paydas, A.Mertens, R.Carrus, J.Lecomte-Beckers and J.Tchoufang Tchuindjang et
intitulée : "Laser cladding as a repair technology for Ti6Al4V alloy: in?uence of building strategy
on micro-structure and hardness." Dans ce travail, seuls les phénomènes thermiques seront inté-
grés au modèle, néanmoins, les modi?cations nécessaires pour transformer le modèle thermique
réalisé en un modèle thermomécanique sont détaillées.
Ce travail contient en outre un état de l'art, dans lequel les di?érents processus de fabrication
additive seront introduits et comparés. Les propriétés de l'alliage de titane utilisé ainsi que le
code élément ?ni LAGAMINE, utilisé dans le cadre de ce projet, seront aussi introduit. La
conception du modèle est détaillé et comprend notamment : la conception du maillage, la mod-
élisation de la source de chaleur, le détail des lois thermiques utilisées ainsi qu'une description des
conditions limites appliquées. La calibration du modèle numérique est menée sur un modèle 3-D
et basée sur les résultats expérimentaux de Paydas et al. La valeur du ?ux de chaleur absorbée
par la matière est utilisée comme variable de calibration. Etant donné la puissance nominale du
laser utilisé, fournie par le constructeur, la calibration mène à la détermination du coe?cient
d'absorptivité β, rapport entre l'énergie absorbée par la pièce et l'énergie fournie par le laser. La
valeur identi?ée après calibration est de 0,33. A?n de simpli?er l'utilisation du modèle et réduire
le temps de calcul, un modèle 2-D a été développé et est utilisé pour l'analyse des résultats. Les
simpli?cations engendrées par le passage du 3-D vers le 2-D sont répertoriées dans ce travail.
Une série d'observations a été réalisée sur ce modèle 2-D, celles-ci comprennent : une étude
de la distribution de température dans la pièce (spatialement et temporellement), une étude de
la zone de fusion (melt-pool) ainsi qu'une analyse des ?ux de chaleur. L'in?uence des stratégies
de construction et de préchau?age est aussi analysée. Les principaux enseignements tirés des
résultats numériques sont synthétisés ci-dessous:
La comparaison des deux stratégies de construction, constant track length (CTL) et de-
creasing track length (DTL), montre une concentration de la zone de haute température
au centre de la pièce pour la stratégie DTL.
Une micro-structure de Widmanstätten est prédite numériquement en chaque point et pour
les deux stratégies de constructions. Expérimentalement, la Widmanstätten est observée
partout sauf aux extrémités du clad pour le cas DTL, ou une micro-structure de martensite
est observée.
Si on augmente la température de pré-chau?age, la température maximale observée aug-
mente mais la vitesse de refroidissement et le gradient spatial de température diminuent.
Par conséquent, le risque de ?ssures peut être réduit en augmentant la température de
pré-chau?age.
Pour tous les résultats, les pro?ls et formes obtenus sont cohérents avec les résultats expéri-
mentaux mais les valeurs obtenues, particulièrement en ce qui concerne la température, sont
surestimées par le modèle numérique. Les causes et solutions potentielles pour surmonter ce
problème sont détaillées. Ce document constitue un premier pas vers le développement d'un
modèle thermomécanique complet capable d'aider les industriels á mieux comprendre le procédé
du laser cladding et, in ?ne permettre l'optimisation des paramètres de fonctionnement. Cela
a?n de permettre la fabrication de pièces maitrisées, avec les propriétés recherchées. Ce modèle
est en développement au département ArGEnCo de l'Université de Liège, sous la supervision de
A-M. Habraken.


File(s)

Document(s)

File
Access 2014_2015_BRUSTEN_Romain_Brusten.pdf
Description: -
Size: 57.75 MB
Format: Adobe PDF

Author

  • Brusten, Romain ULiège Université de Liège - ULg >

Promotor(s)

Committee's member(s)

  • Habraken, Anne ULiège Université de Liège - ULg > Département ArGEnCo > Département ArGEnCo
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  • Duchene, Laurent ULiège Université de Liège - ULg > Département ArGEnCo > Analyse multi-échelles des matériaux et struct. du gén. civ.
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  • Beckers, Jacqueline ULiège Université de Liège - ULg > Département des Sciences de l'éducation > Département des Sciences de l'éducation
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  • Ponthot, Jean-Philippe ULiège Université de Liège - ULg > Département d'aérospatiale et mécanique > LTAS-Mécanique numérique non linéaire
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