Static GTAW: experimental and numerical investigations and heat flux parameter estimation
Etude expérimentale et numérique d'un essai de soudage TIG statique et estimation des paramètres du flux de chaleur
Résumé
Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) process is generally used for assemblies that requires
high quality weld joint. Weldment properties rely mainly on the thermal cycle due to
the welding operation and the complex flow of molten metal in the weld pool. Better
understanding of the physical phenomena involved in the welding operation, more exactly
in the weld pool, are the fundamental step for improving the GTAW operation. In the
present research work, a 2D multiphysics model was established in order to predict the
weld pool shape evolution in the frame of a static GTAW using a finite element numerical
approach. In order to validate the GTAW model, an experimental set up was defined
for synchronizing the acquisition of time dependent data such as temperature, weld pool
radius and welding process parameters. Then an inverse approach (Levenberg-Marquardt
method) is used to estimate the parameters in the heat flux formulation from the available
experimental data such as temperature and weld pool radius. The estimated parameters
are in good agreement with the literature. The evaluated error on the estimated parameters
is less than 10%.
Le procédé de soudage à l’arc sous atmosphère inerte (TIG) est employé pour réaliser des
assemblages soudés d’une grande qualité. Les propriétés de la soudure dépendent essentiellement
du cycle thermique imposé par l’opération de soudage et des mouvements du
métal fondu au sein du bain de fusion. Afin d’appréhender les phénomènes physiques mis
en jeu, un modèle multi-physique 2D axisymétrique a été établi. Un protocole expérimental
a été développé dans le but de valider le modèle proposé. L’opération a été contrôlée
par des mesures synchronisées de température, une observation du bain de fusion et la
mesure des paramètres opératoires (intensité et tension). Le flux de chaleur a été modélisé
par une fonction Gaussienne qui nécessite la connaissance du rendement du procédé
TIG et sa distribution spatiale. Une méthode inverse a été mise en place afin d’estimer
ces paramètres. La méthode de Levenberg-Marquardt associée à une technique de régularisation
itérative a été utilisée pour résoudre le problème inverse. Les paramètres ont été
estimés à partir des mesures expérimentales et les résultats sont en bon accord avec les
valeurs trouvées dans la littérature.