Capture automatique de la géométrie par laser pour l’analyse par éléments finis des cordons de soudure

Résumé

Un processus est décrit pour acquérir une métrologie en temps quasi réel des cordons de soudure et préparer automatiquement la géométrie résultante pour l’analyse par éléments finis.

Résumé

Le soudage par fusion pour la fabrication à haute valeur ajoutée nécessite des contrôles stricts du processus sur la distorsion des composants et la détermination des niveaux de contraintes résiduelles infligées au composant fini. Le processus dépend du contrôle d’une myriade de paramètres, en se concentrant principalement sur la garantie d’une fusion adéquate du matériau parent et des consommables. Les gradients thermiques élevés qui sont conférés au cours du processus peuvent entraîner une distorsion importante s’ils ne sont pas contrôlés, et des niveaux élevés de contraintes résiduelles si le composant est complètement retenu. L’analyse par éléments finis est couramment utilisée dans les procédés de soudage par fusion pour prédire la distorsion. Cependant, ces modèles utilisent presque exclusivement une géométrie idéalisée ou simplifiée définie avant le début du processus, qui peut ne pas être représentative du composant final. Un protocole est décrit pour capturer la forme réelle d’un dépôt de cordon de soudure unique dans un système de coordonnées unique à l’aide d’un système de balayage laser et convertir cette géométrie capturée en une forme qui peut être immédiatement incorporée dans les analyses par éléments finis. Cela permet au modèle d’éléments finis d’être rapidement peuplé avec une géométrie représentative du dépôt réel avec une entrée limitée de l’utilisateur.

Introduction

Le soudage par fusion est utilisé pour le collage permanent de composants métalliques par fusion localisée des matériaux de base et d’apport. Ces matériaux d’apport se présentent sous la forme d’un fil ou d’une tige. La source de chaleur pour effectuer cette fusion peut varier¹, mais dans tous les cas, le parent et la charge sont exposés à des températures et des gradients élevés. Ces excursions thermiques peuvent entraîner une distorsion importante, des modifications des propriétés du matériau et induire des contraintes résiduelles à l’intérieur du composant pendant le processus de soudage et pendant le refroi....

Protocole

On suppose que les deux robots ont été activés et ont subi tous les diagnostics de configuration pour confirmer la conformité de la position, tels que des tests de freinage, et qu’ils ont été installés.

1. Effectuer l’étalonnage

REMARQUE : Avant de pouvoir utiliser le scanner laser, il doit être calibré pour s’assurer que les distances qu’il perçoit sont représentatives des distances réelles. Ce n’est peut-être pas le cas par défaut, car si le scanner est incliné par rapport à la plaque, cela créera un changement trigonométrique de distance (Fi....

Résultats

Le Tableau 2 indique les rayons et les distances calculés entre les sphères de repère pour le composant d’étalonnage dans chacun des systèmes de coordonnées. L’erreur entre la MMT et la recherche électronique du point pour chaque position de sphère de repère est faible, inférieure à 0,1 mm. Ces deux techniques reposent sur le contact physique entre la sphère de repère et le stylet. L’erreur induite par le scanner laser lors de la localisation des sphères est un peu importante en comparaison et domine à 1.......

Discussion

Qualité de capture
L’exactitude dimensionnelle et la précision du système de balayage laser ont été étudiées par les positions et les rayons des sphères repères dans le tableau 2. La précision de chaque système est déterminée par la différence de position des sphères de repère mesurée par les systèmes robotiques (scanner laser et détection électrique des bords) par rapport aux données de la MMT lorsqu’elles sont transformées dans le système de coordon.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Stylet CMM en rubis de 3 mm de diamètre	Renishaw		Stylet utilisé sur la machine MMT (A-5004-0422)
80 % Argon 20 % CO2 gaz	BOC		Mélange de gaz pour gaz de protection (Argosheild)
Crysta-Apex 776	Mitutoyo		Machine de mesure tridimensionnelle, précision cotée 10 & micro ; m
Fil de soudage FK 1000 MIG 1,2 mm	Iabco		Consommable de fil de soudage  ;
GratuitCAD 1.0	GratuitCAD		Logiciel permettant de visualiser les géométries et de créer des fichiers stl, step et FE à partir du nuage de points. Version 1.0 utilisée
Soudeuse Fronius CMT 4000 GMAW	Fronius		Torche de soudage  ;
Plaque d’acier doux G43 50 cm x 50 cm x2,5 cm	Métal Smiths		Substrat métallique utilisé comme plaque de construction
GEOPAK/MCOSMOS	Mitutoyo  ;		Logiciel de contrôle de la MMT. Version 4.0 utilisée
KUKA KR20	KUKA		Bras robotique utilisé comme robot de balayage
KUKA KR70	KUKA		Bras robotique utilisé comme robot de soudage
LAZ3RUS	Université de Manchester		Rendu 3d basé sur LAZer dans Universal Scene : pour la création de la géométrie EF pour le balayage laser. Version 1.0 utilisée
Micro Epsilon LLT3010-100  ;   ;	Micro Epsilon  ;		Scanner laser, coté précision 9 & micro ; m
Sphère d’étalonnage Mitutoyo 30 mm dimater	Mitutoyo  ;		Sphère d’étalonnage de MMT en silice fondue
ScanCONTROL3000_100  ;	Micro Epsilon  ;		Logiciel de capture et de traitement des informations du scanner laser
TouchSense	Fronius		Système de recherche électronique de bords/caractéristiques dans une mise en œuvre de soudage robotisé