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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERI

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE HASSIBA BENBOUALI DE CHLEF FACULTE DE TECHNOLOGIE Département de Génie Mécanique MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER Filière : Génie Mécanique Spécialité : Construction Mécanique Thème Etude de l’influence des paramètres de soudage par friction malaxage (FSW) du PEHD sur l’efficacité du cordon Présenté par : Dirigé par : ABDI Abdelkader Pr. ZAHLOUL Hamou BOUHDIBA Djamel Mr. LATEF Mohamed PROMOTION: 2019-2020 REMERCIEMENTS Nous tenons à remercier Allah, le tout puissant de nous avoir donné la santé et la volonté d’entamer et de terminer ce mémoire. Nous adressons nos remerciements à notre encadreur, monsieur ZAHLOUL HAMOU, professeur au département Génie mécanique, Université Hassiba Benbouali de Chlef de nous avoir beaucoup aidés dans notre travail de recherche, de nous avoir fait confiance et de nous avoir permis de réaliser ce mémoire de Master dans les meilleures conditions possibles. Nous exprimons notre reconnaissance à Monsieur LATEF MOHAMED, pour nous avoir accueillis dans le laboratoire de caractérisation et d’instrumentation du centre de recherche en technologies industrielles (CRTI) de Chéraga , Alger et pour avoir assuré la tache de co-encadreur. Mes remerciements vont également au personnel du laboratoire et du centre de recherche CRTI pour nous avoir facilité la tache à l’accomplissement de ce travail. Nous tenons à remercier toutes les personnes qui ont contribué au succès de notre mémoire. Enfin, Nous remercions tous les membres de jury qui nous feront l’honneur d’examiner ce travail et tous les enseignants du département de Génie Mécanique qui ont contribué à notre formation. Dédicaces C’est avec une grande émotion, Je dédie ce modeste travail de fin d’études aux êtres les plus chers : Mon père et ma mère qui ont fait de moi ce qui je suis aujourd’hui et qui ont veillé à guider mes pas durant toute ma vie par leur aide, leur grande émotion et leur sacrifice. A toute Ma famille et à tous mes amis. « ABDI ABDELKADER » « BOUHDIBA DJAMEL » Table des matières Chapitre Ⅰ : Soudage Par Friction Malaxage .1- Introduction Ⅰ .2- Avantages et Inconvénient du FSW Ⅰ .2.1- Avantages Ⅰ .2.2- Inconvénients Ⅰ .3-Principe de procédé Ⅰ .3.1- Phase de pénétration de l’outil Ⅰ .3.2- Phase transitoire d’échauffement par frottement Ⅰ .3.3- phase de réalisation du cordon de soudure Ⅰ .3.4- Phase de retrait de l’outil Ⅰ .4- Paramètres de soudage par friction malaxage Ⅰ .4.1-Outils de soudage Ⅰ .4.1.1- Ⅰ Outil conventionnel .4.1.2- Outil à pion rétractable Ⅰ .4.1.3- Outil à double épaulement Ⅰ .4.1.4- Corps de l’outil Ⅰ .4.1.5- Epaulement Ⅰ .4.1.6- Pion Ⅰ .4.2- Vitesses de rotation et d’avance Ⅰ .4.3- Force verticale exercée par l’outil Ⅰ .4.3- Angle d’inclinaison de l’outil Ⅰ .5- Matériaux utilisés pour la réalisation des outils FSW Ⅰ .6- Domaines d’application Ⅰ .6.1- Ⅰ Industrie Aéronautique .6.2- Ⅰ Industrie Ferroviaire .6.3- Ⅰ Industrie navale .6.4- Ⅰ Industrie Automobile .7-Travaux de la recherche dans FSW pour le PEHD Ⅰ .8-Conclusion Ⅰ Chapitre Ⅱ - Etude Expérimentale .1-Introduction Ⅱ .2- Matériau Ⅱ .2.1-Polyéthylène à haute densité (PEHD) Ⅱ .2.2- Domaine d’utilisation Ⅱ .2.3- Matériau utilisé Ⅱ .2-Machine de soudage par friction malaxage Ⅱ .4- Opération de soudage Ⅱ .4.1-PEHD cylindrique Ⅱ .4.2-PEHD en forme de plaque Ⅱ .5-Paramètres de soudage par friction malaxage Ⅱ .5.1-PEHD en forme cylindrique Ⅱ Ⅱ.5.1.1- Géométrie des outils de soudage Ⅱ.5.1.2- Vitesses d’avance et de rotation .5.2-PEHD en forme de plaque Ⅱ Ⅱ.5.2.1- Géométrie des outils de soudage Ⅱ.5.2.2- Vitesses d’avance et de rotation .6-Préparation des éprouvettes pour la caractérisation Ⅱ .7- Essai de traction Ⅱ .8.1-Définition Ⅱ .8.2-Principe de fonctionnement Ⅱ Chapitre - Résultats et Discussions Ⅲ .1-PEHD cylindrique Ⅲ .1.1-Interprétation des résultats Ⅲ .2-PEHD en forme de plaque Ⅲ .2.1-Interprétation des résultats Ⅲ .3-Conclusion Ⅲ CONCLUSION GENERALE REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUES Liste des Figures Chapitre Ⅰ : Soudage Par Friction Malaxage Figure .1 Ⅰ : Soudage par friction-malaxage.................................................5 Figure .2 : Chronologie d’une opération de soudage FSW Ⅰ ........................6 Figure .3 Ⅰ : Trou à la fin de soudure............................................................7 Figure .4 Ⅰ : Variations de la force axiale et du couple durant les phases de soudage........................................................................................................8 Figure .6 Ⅰ : Outil à pion rétractable...........................................................10 Figure .7 Ⅰ : Outil à pion rétractable...........................................................10 Figure .8 Ⅰ : Schématisation d’un outil FSW..............................................11 Figure .9 Ⅰ : Différentes géométries d'épaulement......................................12 Figure . Ⅰ10 : Synthèse des géométries et des formes utilisées pour les pions..........................................................................................................13 Figure .11 Ⅰ : Effet de la vitesse de rotation sur la microstructure, (a) vitesse de rotation 1500 tr / min (b) vitesse de rotation 1700 tr /min. [11] ...................................................................................................................14 Figure .12 Ⅰ : Evolution des défauts de soudure en fonction de la vitesse de soudage (a).10 mm / min, (b).100 mm / min et (c) 200 mm / min............14 Figure .13 Ⅰ : État du joint FSW en AA7020 de 4,4 mm d’épaisseur et la force mesurée (a) 4 kN, avec défaut (b) à 10,4 kN son défaut..................15 Figure .14 Ⅰ : Angle d’inclinaison de l’outil...............................................16 Figure .15 Ⅰ : Effet de l’inclinaison de l’outil par rapport à la surface du joint FSW de l’alliage AA5456 (a) La surface du joint soudé à une inclinaison de l’outil. De 1°, (b), (c) et (d) sont des coupes transversales des joints soudés lorsque l’inclinaison de est de 1,5°, 3,5° et 4,5° respectivement...........................................................................................17 Figure .16 Ⅰ : Voilure d'avion soudée par FSW..........................................18 Figure .17 : a) Ⅰ Soudage par FSW trains, b) Technique de soudage des carrosseries des trains................................................................................19 Figure .18 Ⅰ : a) Bateau en aluminium construit en utilisant FSW, (b)- Panneaux préfabriqués destinés au pont du bateau de croisière................19 Chapitre Ⅱ - Etude Expérimentale Figure .1 Ⅱ : Tubes polyéthylène à haute densité. [20]...............................22 Figure .2 Ⅱ : Machine de soudage par friction-malaxage du CRTI............24 Figure Ⅱ.3 : PEHD en forme cylindrique..................................................25 Figure .4 Ⅱ : Opération de soudage du PEHD en forme cylindrique par FSW...........................................................................................................25 Figure .5 Ⅱ : PEHD en forme de plaques....................................................25 Figure Ⅱ.6 : Opération de soudage des plaques de PEHD.........................26 Figure .8 Ⅱ : Echantillons montrant le joint de soudure.............................27 Figure .9 Ⅱ : Outil de soudage en forme de pion triangulaire.....................28 Figure . Ⅱ10 : Éprouvette de type haltère...................................................29 Figure .11 Ⅱ : Machine de traction.............................................................30 Figure .12 Ⅱ : Impression de l’image du défaut sur le film radiographique. ...................................................................................................................31 Chapitre - Résultats et Discussions Ⅲ Figure .1 Ⅲ : Eprouvettes vierges (Non-soudées)......................................33 Figure .2 Ⅲ : Eprouvettes soudées par fusion.............................................33 Figure .3 Ⅲ : Eprouvettes soudées par FSW avec vr = 2000 tr/min et vd = 10 mm/min.....................................................................................................34 Figure .4 Ⅲ : Eprouvettes soudée par FSW avec vr = 2000 tr/min et vd = 32 mm/min.....................................................................................................34 Figure .5 Ⅲ : Eprouvettes soudée par FSW avec Vr = 1200 tr/min et Va = 16 mm/min................................................................................................35 Figure .7 Ⅲ : Contrôle des plaques PEHD par X –Radiographie...............37 Liste des Tableaux Chapitre Ⅰ : Soudage Par Friction Malaxage Tableau . Ⅰ1 : Synthèse des matériaux d’outil utilisés en FSW. [17] ..........................................................................Erreur ! Signet non défini. Tableau .2 Ⅰ : Travaux de la recherche dans FSW pour le PEHD...Erreur ! Signet non défini. Chapitre Ⅱ - Etude Expérimentale Tableau . Ⅱ1 : Caractéristiques mécaniques du PEHD [19]. Erreur ! Signet non défini. Tableau . Ⅱ2 : Caractéristiques physiques du PEHD [19].. .Erreur ! Signet non défini. Tableau .3 Ⅱ : Vitesses de rotation et d’avance.Erreur ! Signet non défini. Tableau .4 Ⅱ : Vitesses de rotation et d’avance et la géométrie de pion. ..........................................................................Erreur ! Signet non défini. Chapitre - Résultats et Discussions Ⅲ Tableau . 1 Ⅲ : Efficacité conjointe du cordon pour chaque vitesse de rotation et de vitesse d’avance.........................Erreur ! Signet non défini. Nomenclature NOTATIONS ET SYMBOLES F : la force [N] Va : vitesse d’avance [mm/min] Vr : vitesse de rotation [tr /min] σ [N/mm2] LETTRES GRECQUES θ : Angle de soudage θ° 1-ACRONIMES AA5456 : Alliage d’Aluminium 5456 CRTI : centre de recherche de technologies industrielle FSW : Friction Stir Welding PEHD : Polyéthylène à haute densité ZAT : Zone Affectée Thermiquement MB : Matériaux de Base RESUME Le soudage par friction-malaxage (FSW) est un procédé d’assemblage permanant récent. Il est considéré comme une technologie principale en industrie Ce type de soudage s’applique sur les matériaux métalliques et non métalliques notamment les polymères. Développé depuis le début des années 1990, le soudage par friction malaxage (FSW) est une alternative très prometteuse pour résoudre une grande partie des problèmes de soudage. L’objectif de ce travail est d’étudier l’influence des paramètres de la méthode du PEHD sur la qualité du cordon. Les résultats obtenus nous ont permis de mettre en évidence que ces paramètres de soudage par friction malaxage en l’occurrence la vitesse de rotation, la vitesse d’avance et la géométrie de l’outil jouent un rôle prépondérant dans l’efficacité du cordon de soudure. ABSTRACT Friction stir welding (FSW) is a recent permanent joining process. It is considered to be the main technology in the industry. This type of welding is applied to metallic and nonmetallic materials, namely polymers. Developed since the uploads/Science et Technologie/ pfe-bouhdiba-last-version.pdf