Le soudage à l'arc et la fabrication additive sont extrêmement importants pour créer de grands composants métalliques relativement peu coûteux et rapidement.

De nouvelles recherches menées par le professeur Hongbiao Dong du département d'ingénierie de l'Université de Leicester ont montré comment optimiser ce processus pour améliorer l'efficacité et les coûts.

La recherche, qui était une collaboration entre l'Université de Leicester, Université de technologie de Delft, Source lumineuse de diamant, University College Dublin et TATA Steel Research UK ont récemment été publiés dans Communication Nature .

Il explore le comportement de l'écoulement interne dans la fabrication additive de métaux et le soudage à l'arc, le procédé de soudage le plus largement utilisé dans la fabrication moderne.

Les travaux se sont concentrés sur l'examen des bassins de fusion qui sont créés pendant le processus de soudage.

Pour faire ça, l'équipe a inséré de petites particules de tungstène et de tantale dans le bain de fusion. En raison de leurs points de fusion élevés, les particules sont restées solides dans le bain de fusion assez longtemps pour qu'elles puissent être suivies à l'aide de faisceaux intenses de rayons X.

Les rayons X ont été générés à l'aide de l'accélérateur de particules synchrotron de Diamond Light Source, qui est l'installation nationale du Royaume-Uni pour la lumière synchrotron. La ligne de faisceau I12 a été sélectionnée pour cette recherche en raison de sa haute énergie spécialisée, capacité d'imagerie haute vitesse à des milliers d'images par seconde.

En utilisant la ligne de faisceau I12, les chercheurs ont pu créer des films à grande vitesse montrant comment la tension superficielle affecte la forme du bain de fusion de soudage et sa vitesse et ses modèles d'écoulement associés. Les résultats ont montré, pour la première fois, que le comportement d'écoulement à l'état fondu est similaire à celui observé auparavant uniquement via des simulations informatiques.

Les résultats ont révélé que le soudage à l'arc peut être optimisé en contrôlant l'écoulement du bain de fusion et en modifiant les éléments actifs associés sur la surface.

Le professeur Dong a déclaré :« Comprendre ce qui arrive au liquide dans les bains de fusion pendant le soudage et la fabrication additive à base de métal reste un défi. Les résultats nous aideront à concevoir et à optimiser les processus de soudage et de fabrication additive pour fabriquer des composants aux propriétés améliorées à un coût réduit. .

"Le soudage est le moyen le plus économique et le plus efficace d'assembler les métaux de façon permanente, et est une composante vitale de notre économie manufacturière. »

Dr Thomas Connolley, Le scientifique principal de la ligne de faisceau pour I12 chez Diamond Light Source a déclaré :" L'équipe I12 a été étroitement impliquée dans l'expérience. La ligne de lumière a été conçue en pensant à ces expériences in situ difficiles et je suis très heureux que nous ayons contribué à faire progresser la compréhension de la fabrication additive et soudage, étant donné leur importance technologique.

On estime que plus de 50 % des produits domestiques et d'ingénierie mondiaux contiennent des joints soudés. En Europe, l'industrie du soudage a traditionnellement soutenu un ensemble diversifié d'entreprises dans la construction navale, pipeline, automobile, aérospatial, secteurs de la défense et de la construction. Le chiffre d'affaires des marchés des équipements de soudage et des consommables a atteint 3,5 milliards d'euros en Europe en 2017.

Les résultats aideront à la conception et à l'optimisation futures du procédé de soudage et de fabrication additive, et aura un impact important et de grande envergure.