Feasibility study of ultrasonic inspection of thin laser welds on fuel cell bipolar plates

Résumé

Dans une optique de démocratisation des véhicules à hydrogène, l’industrie automobile travaille sur le développement et le perfectionnement des procédés de fabrication afin de lancer une production de masse. Par soucis d’optimisation des couts et du poids, certains composants des piles à combustible hydrogène ont été fortement réduits en épaisseur. C’est notamment le cas des plaques bipolaires qui composent les piles à membrane échangeuse de protons. Les plaques bipolaires se composent de deux fines plaques d’acier inoxydable soudées par laser en de nombreux points. Cependant, les soudures laser montrent des défauts internes pouvant mener à des fuites internes ou externes. Ainsi, le développement d’une méthode d’évaluation non destructive et fiable pour évaluer l’intégrité structurelle des soudures laser de très petites dimensions sur les plaques bipolaires des piles à hydrogène est indispensable. La méthode doit pouvoir déterminer les joints défaillants et décrire les caractéristiques du défaut. Les méthodes d’inspection de soudures laser sont nombreuses et variées. Cependant, aucune n’a été évaluée pour inspecter des défauts internes dans des soudures de si faibles dimensions (environ 200 μm de largeur). Ce mémoire se concentre sur les solutions ultrasonores qui pourraient être apportées afin de répondre à cette problématique. Les ultrasons ont l’avantage sur les autres techniques de contrôle non destructif de pouvoir inspecter la structure interne des soudures, de pointer la position de défauts et pouvoir caractériser ceux-ci. Deux méthodes de contrôle par ultrasons ont été menées dans ce mémoire : le contrôle par ondes guidées ainsi que la microscopie acoustique. Chacune de ces méthodes a été évaluée dans un premier temps par un modèle d’éléments finis afin de simuler l’émission et la propagation de l’onde ultrasonore au travers des divers milieux transverses. Ces simulations ont permis de démontrer la faisabilité et les limites des méthodes. L’analyse des défauts pouvant se trouver dans les soudures a ainsi été réalisée. Par la suite, des expérimentations ont été menées sur plusieurs échantillons présentant diverses géométries et défauts. À la lumière des résultats obtenus, une conclusion sur la faisabilité de l’inspection par ultrasons de fines soudures laser des plaques bipolaires ainsi que des pistes d’amélioration pour les travaux futurs ont été formulées.

Date	23 juil. 2019
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pierre Bélanger (Directeur(-trice))