Modélisation du processus de texturation par faisceau laser : approches expérimentale et numérique

The aim of this work is to reache a better control of the laser beam surface texturing process on three materials: 304L, TA6V and AA6056 alloys. For this purpose, two complementary methods, experimental and numerical modelling, have been used. As a result of the experimental design approach, it was observed that the laser surface texturing process of 304L and TA6V alloys is strongly influenced by the pulse energy and frequency. In order to obtain a surface roughness Sa < 5 µm for the highest possible productivity it is necessary to work with an energy of 5 mJ and a frequency ranging between 10 and 12 kHz. Unfortunately, for aluminium alloy AA6056, it is necessary to make a choice between having a good surface quality and having a high productivity. Numerical simulations of the coupled phenomena (heat transfer-hydrodynamics-mechanics) complete the experimental results. They show that the existence of a strong recoil pressure generates a strong movement of liquid towards the edges of the crater. This movement continues even after the end of the laser pulse due to the inertial effect. Since the liquid displacement is more significant in case of AA6056 than in case of 304L and TA6V, there is a more significant pad formation around the impact area of aluminium samples. This has a negative influence on surface roughness. In this case, in order to minimize the surface roughness, it is necessary to assure the best compromise which favours the vaporization in order to decrease the thickness of the melted layer and optimizes the covering rate of the impacts. In conclusion, the laser beam can successfully be used in metal surface texturing process.L'objectif de ce travail est de mieux maîtriser le processus de texturation par faisceau laser sur trois matériaux : 304L, TA6V et AA6056. Dans ce but, nous avons mis en œuvre deux types de modélisation, expérimentale et numérique, que nous voulons complémentaires. A l'aide de la méthode des plans d'expériences on a observé que le processus de texturation par faisceau laser pour les alliages 304L et TA6V est fortement influencé par l'énergie et la fréquence des impulsions. Afin d'obtenir une rugosité Sa < 5 µm avec la plus grande productivité possible, il faut travailler avec une énergie de 5 mJ et une fréquence comprise entre 10 et 12 kHz. Malheureusement, pour l'alliage d'aluminium AA6056 il faut choisir soit une bonne qualité de surface soit une productivité élevée. Les simulations numériques des phénomènes couplés (thermique-hydrodynamique-mécanique) complètent les informations expérimentales et ont montré l'existence d'une forte pression de recul qui repousse le liquide vers les bords du cratère (vitesse de mouvement de qq m.s-1) même après la fin d'impulsion (effet d'inertie). Le fait que le déplacement du liquide est plus important pour AA6056 que pour 304L et TA6V, conduit à une formation de bourrelets plus importante autour de l'impact. Ils ont une influence négative sur la rugosité de la surface. Dans ce cas, afin de minimiser la rugosité, il faut assurer le meilleur compromis qui permet de favoriser la vaporisation, de diminuer l'épaisseur de la couche de liquide, ainsi que d'optimiser le taux de recouvrement des impacts. En conclusion, le faisceau laser peut être utilisé avec succès pour la texturation de surfaces métalliques