Simulation numérique du procédé de soudage par laser dans l'industrie automobile

Abstract

This master’s thesis presents a study of laser welding applied to the automotive industry, combining theoretical aspects, numerical modeling, and industrial case analyses. The work highlights the advantages of laser welding compared with conventional welding processes, particularly its high precision, high welding speed, and low heat input, which significantly reduce distortions. Finite element numerical simulations performed using Simufact Welding enabled the analysis of thermo-metallo-mechanical phenomena generated during the welding process. Special attention was given to modeling phase transformations in steels such as S355J2G3. Four case studies were investigated to evaluate the influence of clamping conditions, fixturing, and welding speed on residual stresses and distortions. The results demonstrate that laser welding considerably reduces deformation compared with conventional resistance welding. This study confirms that numerical simulation is a strategic tool for optimizing welding processes and ensuring the geometric and mechanical quality of automotive assemblies. -------------------------------------------------------------- تقدم هذه المذكرة الخاصة بالماستر دراسة حول اللحام بالليزر المطبق في صناعة السيارات، من خلال الجمع بين الجوانب النظرية والنمذجة العددية وتحليل الحالات الصناعية. يبرز هذا العمل مزايا اللحام بالليزر مقارنة بطرق اللحام التقليدية، خاصة من حيث الدقة العالية، وسرعة اللحام المرتفعة، وانخفاض المدخل الحراري، مما يساهم بشكل كبير في تقليل التشوهات. وقد مكّنت المحاكاة العددية بطريقة العناصر المحددة باستخدام Simufact Welding من تحليل الظواهر الحرارية والمعدنية والميكانيكية الناتجة أثناء عملية اللحام. كما أُعطي اهتمام خاص لنمذجة تحولات الأطوار في أنواع الفولاذ مثل S355J2G3. وتمت دراسة أربع حالات تطبيقية لتقييم تأثير ظروف التثبيت، والربط، وسرعة اللحام على الإجهادات المتبقية والتشوهات. وأظهرت النتائج أن اللحام بالليزر يقلل بشكل كبير من التشوه مقارنة باللحام بالمقاومة الكهربائية التقليدي. وتؤكد هذه الدراسة أن المحاكاة العددية تُعد أداة استراتيجية لتحسين عمليات اللحام وضمان الجودة الهندسية والميكانيكية للتجميعات المستخدمة في صناعة السيارات. ------------------------------------------------------------- Ce mémoire de master présente une étude du soudage laser appliqué à l’industrie automobile, en combinant aspects théoriques, modélisation numérique et analyses de cas industriels. Le travail met en évidence les avantages du soudage laser par rapport aux procédés conventionnels, notamment sa grande précision, sa vitesse élevée et son faible apport thermique limitant les distorsions. La simulation numérique par éléments finis, réalisée avec Simufact Welding, a permis d’analyser les phénomènes thermo-métallo-mécaniques générés durant le soudage. Une attention particulière a été portée à la modélisation des transformations de phases pour les aciers tels que S355J2G3. Quatre cas d’étude ont permis d’évaluer l’influence des conditions de fixation, du bridage et de la vitesse de soudage sur les contraintes résiduelles et les distorsions. Les résultats montrent que le soudage laser réduit fortement les déformations par rapport au soudage par résistance électrique. Cette étude confirme ainsi que la simulation numérique constitue un outil stratégique pour optimiser les procédés de soudage et garantir la qualité géométrique et mécanique des assemblages automobiles.