Aperçu des projets

L'Institut Belge de la Soudure (IBS) joue un rôle de premier plan dans le développement de technologies de soudage innovantes. Grâce à la recherche fondamentale et appliquée, il contribue à améliorer l'efficacité, la durabilité et la sécurité des structures soudées. En tant qu'organisme de recherche indépendant, IBS lance et réalise divers projets dans le domaine de la technique du soudage. Dans ce numéro spécial soudage de Métallerie, vous trouverez un aperçu de quelques projets de recherche actuels. Pour plus d'informations sur ces projets, veuillez contacter le Dr Koen Faes (koen.faes@bil-ibs.be,+32 (0)92921403).

AILEEN - Centres d'excellence professionnelle (CEP) dans le domaine de l'aérospatiale et de la défense pour la fabrication avancée

Avec le projet AILEEN, l'Europe met en place un réseau ambitieux pour remédier à la grave pénurie de profils techniques dans les processus de production des secteurs de l'aérospatiale et de la défense. Dans ces secteurs, la demande de professionnels spécialisés dans les technologies de fabrication de pointe telles que le soudage, le brasage, la fabrication additive et l'inspection ne cesse de croître.

Au sein d'AILEEN, 18 partenaires de sept pays unissent leurs forces pour établir une plateforme transnationale de centres d'excellence professionnelle (CEP). L'objectif est de développer des méthodologies innovantes et des outils pratiques qui répondent aux besoins des professionnels actuels et futurs de la fabrication avancée, ceci en assurant une formation sectorielle spécialisée et un transfert de connaissances dans le cadre de l'éducation et de la formation professionnelles (EFP).

Le projet vise un large impact européen. Non seulement les résultats sont activement partagés, mais les fournisseurs externes d'EFP peuvent également rejoindre le réseau. Cela crée un écosystème dynamique dans lequel le partage des connaissances, la formation spécifique au secteur et les meilleures pratiques sont essentiels.

AILEEN est un projet de quatre ans financé par le programme ERASMUS+ (référence du projet: 101103507). Plus d'informations sur www.aileencove.eu ou par l'intermédiaire de Wim Verlinde (wim.verlinde@bil-ibs.be) de l'Institut Belge de la Soudure.

COAMWELD - Soudage de matériaux obtenus par fabrication additive: un pas en avant crucial

Les progrès constants des technologies de fabrication additive (AM), telles que la fabrication additive par arc de fil électrique (WAAM) et la fusion de lit de poudre par faisceau laser (PBF-LB), offrent des avantages significatifs par rapport aux processus de fabrication traditionnels, en particulier lors de la fabrication de pièces métalliques complexes ou de grande taille. Toutefois, les produits finis complexes nécessitent souvent une combinaison de méthodes de fabrication additive et conventionnelle. La soudabilité des pièces imprimées en 3D, en particulier lorsqu'elles doivent être assemblées à des pièces fabriquées de manière traditionnelle, pose un défi majeur à cet égard. La densité et la microstructure des matériaux AM constituent ici un obstacle important.

Pour relever ce défi, l'Institut Belge de la Soudure a mené le projet COAMWELD. Ce projet s'est concentré sur le développement de concepts d'assemblage pour le soudage de pièces métalliques imprimées en 3D, en menant systématiquement des recherches expérimentales sur les facteurs qui influencent la qualité du soudage. Diverses techniques de soudage - notamment le soudage MIG/MAG, TIG, laser, plasma et par friction-malaxage - ont été testées afin d'évaluer leur applicabilité, de comparer les propriétés des joints obtenus et d'identifier le potentiel de ces processus d'assemblage.

Soudage de pièces en aluminium PBF issues de la fabrication additive

Le soudage de pièces en aluminium PBF(Powder Bed Fusion) issues de la fabrication addictive à l'aide de techniques de soudage à l'arc présente des défis importants, principalement en raison de la forte porosité des soudures. Cette porosité est due à l'hydrogène piégé pendant le processus de solidification, l'aluminium ayant une forte solubilité à l'état fondu mais une faible solubilité à l'état solide. En outre, la formation d'oxyde d'aluminium à la surface exacerbe les défauts en piégeant les films d'oxyde dans le bain de fusion. La poudre recyclée couramment utilisée dans les procédés PBF contribue encore davantage aux problèmes de porosité en raison de l'oxydation de la surface et de la contamination de la poudre. Ces facteurs conduisent à des soudures aux propriétés mécaniques réduites et de faible qualité.

Les procédés de soudage à l'état solide présentent un avantage certain. Comme ces procédés se déroulent en dessous du point de fusion des alliages, le soudage ne modifie pas le niveau de porosité. La réduction de la porosité crée une liaison plus forte entre les matériaux, ce qui améliore la résistance et l'intégrité globales. Le soudage par friction-malaxage (Friction Stir Welding, ou FSW)  a donné d'excellents résultats pour toutes les combinaisons de matériaux, aucune imperfection n'ayant été constatée dans les soudures.

La comparaison entre les procédés de soudage à l'état solide et les procédés de soudage à l'arc pour l'assemblage de pièces fabriquées additivement en PBF permet de conclure que les techniques de soudage à l'état solide offrent des avantages significatifs. Ces procédés sont préférables pour l'assemblage des pièces d'aluminium fabriquées par PBF, en particulier lorsque l'intégrité structurelle et la qualité constante des soudures sont cruciales. Les améliorations microstructurales et l'absence de défauts font que ces méthodes conviennent parfaitement aux applications de haute performance où la fiabilité est essentielle.

COAMWELD est un projet soutenu par l'Agence pour l'innovation et l'entrepeneuriat(VLAIO) - Projet No HBC.2020.2994. Pour plus d'informations, consultez www.bil-ibs.be, Dr ir. Koen Faes (koen.faes@bil-ibs.be) ou ing. Rafael Nunes (rafael.nunes@bil-ibs.be).

FlexWind - Prolonger la durée de vie des éoliennes offshore

L'Institut Belge de la Soudure (IBS) travaille actuellement sur un projet innovant qui pourrait changer l'avenir de l'énergie éolienne offshore. En collaboration avec l'OCAS, l'Université de Gand et l'Université de Liège, l'IBS réalise le projet FlexWind, qui vise à prolonger la durée de vie des fondations vieillissantes des éoliennes offshore.

Les éoliennes offshore et leurs fondations sont conçues pour une durée de vie de 20 à 30 ans. La procédure standard actuelle de prolongation de la durée de vie est limitée aux situations où il peut être démontré que la charge était inférieure à ce qui était initialement prévu. Le projet FlexWind va plus loin et étudie la possibilité pour les structures d'atteindre une durée de vie plus longue que celle prévue par les normes actuelles.

Méthodes d'essai avancées

Des échantillons avec deux procédés de soudage ont été produits pour l'étude: MAG(Metal Active Gas) et OP (lower powder welds). Ces soudures ont été réalisées dans des conditions similaires à celles des fondations d'éoliennes offshore réelles, dans le but d'obtenir des caractéristiques mécaniques proches des conditions réelles.

L'IBS utilise la technologie du balayage laser pour mesurer avec précision la géométrie des cordons de soudure. Cette technologie fournit des images détaillées pour la détection des défauts de soudure, le contrôle de la qualité et l'amélioration de l'efficacité de l'inspection. Un logiciel d'analyse avancé convertit ces mesures laser en données quantitatives, qui sont ensuite mises en corrélation avec les données de fatigue. Cette approche permet de prédire avec beaucoup plus de précision l'intégrité structurelle des structures offshore.

Progrès en cours

Les soudures MAG ont été soumises à divers essais statiques, notamment des essais de traction et de flexion, ainsi qu'à un examen macroscopique. La phase suivante consiste en des essais de fatigue à cinq niveaux de charge différents. En outre, deux séries d'essais seront réalisées sur des échantillons corrodés et deux séries avec un traitement parimpact pneumatique (PIT) autour des soudures, une technique qui peut augmenter la résistance à la fatigue.

Soutenu par le SPF Économie via le Fonds pour la transition énergétique, ce projet innovant représente une avancée importante dans l'optimisation de la durée de vie de l'infrastructure éolienne offshore. Plus d'informations via ing. Ben De Brouwer (ben.debrouwer@bil-ibs.be).

STWIN - l'intelligence artificielle appliquée à l'optimisation des processus de soudage

L'arrivée de l'intelligence artificielle (IA) dans divers secteurs industriels a entraîné une transformation sans précédent, et le monde du soudage ne fait pas exception à la règle. Contrairement aux méthodes de soudage conventionnelles où le matériau de base est fondu, lesoudage par friction-malaxage (FSW) utilise un outil rotatif pour générer de la chaleur par friction et déformer plastiquement le matériau, ce qui permet d'obtenir un joint sans faire fondre le matériau. Cette technique réduit considérablement le risque de défauts tels que la porosité et la déformation.

Bien que cette méthode permette d'obtenir des soudures de haute qualité dans les alliages d'aluminium, le procédé présente des limites pour l'acier. Le projet STWIN, coordonné par CIDAUT en Espagne, étudie le potentiel de l'IA pour garantir la qualité des joints FSW dans l'acier en s'assurant que les paramètres du processus sont toujours optimaux, quel que soit le type de matériau. À cette fin, le projet utilise des méthodes d'inspection non destructives telles que la surveillance des émissions acoustiques et la thermographie.

Mise en œuvre de l'apprentissage automatique dans la technique du soudage

La réduction des défauts dans les assemblages soudés est cruciale pour assurer la productivité et la durabilité dans divers secteurs. L'IA, qui a la capacité d'analyser de grandes quantités de données et de reconnaître des modèles, est utilisée pour augmenter de manière significative la précision des processus de soudage.

La méthodologie se concentre sur l'intégration de méthodes d'inspection en ligne afin que l'IA puisse effectuer une analyse prédictive des facteurs affectant la qualité des soudures. L'objectif de la mise en œuvre de ces technologies est de réduire le gaspillage de matériaux et d'énergie, ce qui se traduit par des opérations plus durables. En outre, la capacité prédictive de l'IA permet aux entreprises de déterminer de manière proactive les paramètres optimaux du processus, ce qui améliore considérablement la qualité du soudage.

Progrès dans le soudage par friction-malaxage de l'acier

Le projet STWIN repousse les limites du soudage par friction-malaxage de l'acier, en mettant l'accent sur les aciers à haute résistance (S700/S960) d'une épaisseur de 6 à 10 mm, sur le développement de nouvelles géométries d'outil pour optimiser les propriétés d'assemblage et la durée de vie des outils, sur le soudage d'assemblages d'acier et de tôles dissemblables d'épaisseurs différentes, et sur l'assemblage de l'aluminium et de l'acier.

Le projet a déjà permis de réaliser des progrès significatifs dans le domaine du soudage des aciers à haute résistance. Pour l'acier S700MC, les résultats montrent de bonnes propriétés de soudage, bien qu'une optimisation supplémentaire soit nécessaire pour éviter les défauts de racine. Des travaux sont actuellement en cours avec l'acier S960MC afin d'optimiser la qualité de la soudure.

Modèles d'IA

L'équipe du projet STWIN développe des modèles d'IA pour la prédiction automatique des variables du processus qui optimisent la qualité de la soudure. Les modèles transforment les données brutes des méthodes d'inspection en ligne en informations exploitables, telles que la prédiction des défauts et l'optimisation des paramètres du processus. L'IA ouvre ainsi de nouveaux horizons pour le soudage par friction-malaxage en général.

Le projet STWIN rassemble un consortium d'organisations: CIDAUT (Espagne) pour la coordination du projet et la modélisation de l'intelligence artificielle; l'Institut Belge de la Soudure pour la recherche sur la soudabilité et les méthodes d'essai non destructif; STIRWELD (France) pour la fabrication d'équipements de soudage; ISEND (Espagne) pour l'expertise en matière de contrôle par courants de Foucault; SSAB (Suède) pour la fourniture d'acier à haute résistance; Element Six (Irlande) pour le développement de systèmes prêts pour le soudage par friction-malaxage; et HIAB, HORSE et GRANALU (Suède/Espagne) pour les démonstrateurs industriels.

Les recherches qui ont abouti à ces résultats ont été financées par les programmes du Fonds de recherche du charbon et de l'acier (RFCS) de la Commission européenne dans le cadre de la convention de subvention 101112504. Pour plus d'informations, veuillez contacter le Dr Koen Faes (koen.faes@bil-ibs.be).