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Sujet de stage : Détection de défauts de soudage à l'arc en fabrication additive
Dates : 2017/03/01 - 2017/07/31
Directeur(s) CRAN : El-Hadi DJERMOUNE , David BRIE
Description : Contexte :
La fabrication additive est un procédé d'assemblage de matériaux permettant de réaliser des objets à partir d'un modèle 3D, souvent
couche par couche, par opposition aux méthodes de fabrication soustractive telles que l'usinage traditionnel. La fabrication additive est
utilisée pour produire des modèles physiques, des prototypes, des composants et des appendices fonctionnels en plastique, en métal,
en céramique et en matériaux composites. Les systèmes de fabrications additives utilisent de fines coupes horizontales tirées de
modèles CAO, de scans 3D ou de scanners médicaux des objets à fabriquer et la pièce réelle est créée en superposant ces couches de
matériaux.
Une stratégie est d'utiliser les procédés de soudages conventionnels comme le MIG-MAG, le TIG, le plasma et le laser afin de générer
les couches successives par la fusion d'un fil. Cette famille de procédés de fabrication additive est appelée WAAM (Wire + Arc Additive
Manufacturing). Une étape d'usinage pour le parachèvement est indispensable pour assurer la précision dimensionnelle de la pièce.
Une étape de traitement thermique est souvent appliquée également. Le matériel utilisé pour le WAAM est très souvent de
l'équipement de soudage standard : générateur, torche et système de dévidage. Le déplacement de la torche peut être effectué par un
robot ou par un portique. Le procédé MIG-MAG est à choisir en première option dès que possible : le fil est l'électrode consommable et
sa coaxialité avec la torche conduit à des trajectoires plus faciles. Le MIG-MAG est parfait pour des matériaux comme l'aluminium et
l'acier mais malheureusement avec le titane, le procédé est affecté par des instabilités cathodiques. Par conséquent le TIG ou le
soudage plasma est aujourd'hui utilisé pour le dépôt de titane.
Une opération de soudage dépend d’un grand nombre de paramètres : type de pièces, type de générateur, type de gaz, type de fils,
position et vitesse de soudage, réglages électriques, etc. L'ensemble de ces paramètres définissent les conditions de soudage. Lors de
l'opération de soudage proprement dite, il est classique de mesurer certains paramètres caractéristiques susceptibles de traduire un
dysfonctionnement comme, par exemple, l'intensité de courant, la tension, la pression du gaz de protection et la vitesse d'amenée du
fil. Ces grandeurs peuvent être enregistrées à des fréquences élevées (de l'ordre du kHz) ce qui doit permettre de réaliser des
diagnostics plus fins. En particulier les enregistrements de tension et d'intensité montrent des fluctuations lorsque des défauts
apparaissent.

Objectif :
Le stage sera réalisé dans le cadre d’une collaboration entre le CRAN et la société Air Liquide. L'objectif est de détecter des défauts des
soudures à partir des enregistrements de tension et d'intensité. Un algorithme de détection de défauts a déjà été développé au
laboratoire. Il s’agit ici de d’analyser l’applicabilité de l’algorithme et, le cas échéant, de proposer des modifications.

Dans un deuxième temps on pourra envisager d'ajouter une profilométrie laser ainsi qu'une mesure de température. A terme, le but
est de pouvoir installer un système électronique sur les robots de soudage afin de faire le tri automatiquement et en temps réel entre
pièces conformes et pièces défectueuses. Un deuxième niveau de diagnostic serait de classifier les défauts détectés en fonction de la
cause de leur apparition, afin d'aider l'opérateur à remédier à un possible dysfonctionnement.

Références :
[1] E.-H. Djermoune, D. Brie, F. Briand, F. Richard. Détection et classification de défauts de soudure à l'arc. Rapport de contrat CRAN-Air
Liquide n°UNI2003/046, décembre 2003, 28 pages
[2] E.-H. Djermoune, D. Brie, F. Briand, F. Richard. Calibrage de l'algorithme de détection. Rapport de fin de contrat CRAN-Air Liquide
n°UNI2004/033, décembre 2004, 26 pages.
[3] J.-P. Planckaert, E.-H. Djermoune, D. Brie, F. Briand, F. Richard. « Modeling of MIG/MAG welding with experimental validation using
an active contour algorithm applied on high speed movies », Applied Mathematical Modelling, vol. 34, no. 4, pages 1004-1020, 2010.
Mots clés : Traitement du signal, détection de défauts, soudage à l'arc, MIG/MAG
Conditions : La durée du stage est de 5 mois. Il se déroulera au CRAN, site Faculté des Sciences et Technologies. Le stagiaire bénéficiera du montant
de la gratification légale (540 € par mois).
Le candidat doit avoir des connaissances en traitement du signal et la programmation Matlab.
Ce travail se poursuivra dans le cadre d’une thèse de doctorat (convention Cifre entre le CRAN et Air Liquide).

Encadrement :
el-hadi.djermoune(at)univ-lorraine.fr
david.brie(at)univ-lorraine.fr
Département(s) :
Santé - Biologie - Signal
Financement : Contrat de collaboration industrielle CRAN/AIr Liquide
Publications : hal-00413895v1, tel-00325823v1    + CRAN - Publications