Etablissement de la texture au cours du soudage TIG d’alliages austénitiques : soudures réelles et numériques

The structure prediction of metallic alloys during a welding or additive manufacturing process is the key point for the joining’s properties. In addition to the welding parameters (or additive manufacturing), the base metal microstructure, chemical homogeneity and crystallographic structure are numerous factors playing an important role on the final microstructure and texture development. Few studies are available in this way. This work purposes a focus on the microstructure establishment during the welded zone solidification during Gas Tungsten Arc Welding. The materials investigated are nickel – chromium – iron austenitic alloys. The grain selection is tracked in a real weld and a texturation criteria is proposed. The following data’s are compared to the properties of the numerical weld experience. The conclusion suggests that is necessary to improve the knowledges in the grain selection mechanism in order to produce numerical welding microstructure in good accordance with real microstructure welding.La prédiction de la structure des alliages métalliques durant une étape de soudage ou de fabrication additive est un point clef du développement de ces procédés et des propriétés des assemblages. En plus des paramètres de soudage (ou de fabrication additive), la microstructure du métal de base, son homogénéité chimique et sa nature cristallographique sont autant de facteur jouant un rôle sur l’établissement final des microstructures et des textures pour lesquels peu d’études détaillées sont disponibles. Une description précise de l’établissement des microstructures de solidification lors du soudage TIG d’alliage austénitique nickel-chrome-fer est réalisée dans ce travail. La sélection des grains dans la soudure est suivie dans une soudure réelle. Un critère de texturation est proposé et les données sont comparées aux textures simulées d’où il ressort l’importance d’augmenter la connaissance des mécanismes de sélection de grains pour espérer modéliser encore plus fidèlement les propriétés microstructurales et de texture générées par le soudage

Sensibilité à la fissuration à chaud des alliages base nickel à haute teneur en chrome

Les alliages base nickel à haute teneur en chrome (FM52) utilisés dans le milieu nucléaire se sont révélés plus sensible à la fissuration à chaud dite par manque de ductilité. Des nouveaux matériaux d’apport, plus riche en niobium et molybdène, sont développés pour diminuer le risque d’apparition de fissure. Le comportement de ces matériaux d’apport est étudié en couplant des analyses microstructurales et un essai de fissuration à chaud, l’essai PVR. Les analyses métallurgiques illustrent un enrichissement des espaces interdendritiques en Nb et Mo des nouveaux matériaux. Une teneur élevée en niobium (FM52MSS) induit la formation de carbures primaires en fin de solidification. Les essais PVR révèlent une sensibilité plus élevée des nouveaux matériaux à la fissure de solidification, et une sensibilité amoindrie à la fissuration par manque de ductilité pour le FM52MSS

Établissement d’un critère numérique de fissuration à froid

Les aciers faiblement alliés présentent une certaine sensibilité au risque dit de fissuration à froid au soudage. Ce risque apparaît dans les zones de trempe martensitique, par l’action conjointe de la présence d’hydrogène, introduit par l’opération de soudage, et des contraintes de retrait. Face à ce risque, les soudeurs sont amenés à prendre des précautions opératoires pour l’obtention de soudures saines. Outre le retour d’expérience, la définition des paramètres opératoires à mettre en œuvre est souvent issue de résultats d’essais de fissuration normalisés généralement très conservatifs. Grâce aux progrès de la simulation numérique de nouvelles perspectives s’ouvrent pour une meilleure maîtrise des facteurs influents intervenant dans la fissuration à froid. Elle peut aussi à terme être d’une grande aide pour la définition et la justification de la mise en œuvre de précautions opératoires spécifiques dans des cas où les essais empiriques ne permettraient pas de répondre au besoin par excès de conservatisme. Ce papier présente les travaux réalisés dans le cadre du développement d’un outil numérique prédictif du risque de fissuration à froid au soudage multipasses des aciers type 16MND5 (SA 508 Gr3 Cl1). Les premiers développements exposés dans ce document utilisent, comme cas d’étude et de recalage, un essai monopasse normalisé dit « essai sur implant » sur acier 16MND5 à l’électrode enrobée. Une caractérisation de la zone affectée thermiquement obtenue est d’abord présentée en termes de microstructure et de microdureté, données primordiales vis-à-vis du risque de fissuration à froid. L’influence de la présence d’hydrogène sur les caractéristiques mécaniques de la martensite est aussi abordée en vue de la détermination d’un critère numérique de fissuration. Des simulations numériques réalisées avec le logiciel SYSWELD® (thermo-mécanico-métallurgique avec diffusion d’hydrogène) sont confrontées à des résultats expérimentaux. Il est ainsi mis en avant des besoins en termes d’amélioration des modèles métallurgiques existants, quand bien même l’outil a déjà fait ses preuves pour des applications prédictives en termes de déformations et contraintes résiduelles dues au soudage

Presentation du projet MUSICAS - Premiers résultats du projet collaboratif FUI - MUSICAS

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