Fissuration à chaud en soudage d'un acier inoxydable austénitique

Abstract

L'apparition du phénomène de fissuration à chaud en cours de soudage est liée particulièrement à la composition des nuances utilisées et à l'intensité des déformations locales de retrait. L objet de cette thèse est de mieux appréhender les mécanismes impliqués et d'aboutir à un critère thermomécanique local de fissuration à chaud. L exemple étudié est celui d'un matériau particulièrement fissurant : un acier inoxydable stabilisé au titane (X10CrNiTi18-12, AISI 321). Deux essais de soudabilité sont considérés pour forcer l'apparition de la fissuration du matériau dans deux configurations distinctes : - le premier consiste simplement a réaliser une ligne de fusion débouchante par procédé TIG sur une tôle fine. En cas d'apparition du défaut, la fissure est longitudinale et suit l'arrière du bain de fusion. L influence des conditions opératoires (flux de chaleur, vitesse de soudage, largeur de l'éprouvette) est étudiée. - le second est l'essai Varestraint. Il est largement utilisé pour évaluer la sensibilité d'un matériau à la fissuration à chaud. Il consiste en pratique à solliciter le matériau par pliage au cours d'une ligne de fusion par procédé TIG puis a caractériser la quantité de défauts obtenus (longueur, nombre). Différentes méthodes d'instrumentation thermique et mécanique ont été utilisées au cours de cette thèse. Les possibilités d'instrumentation locale étant limitées en raison du passage par la fusion, les résultats expérimentaux sont complétés par une simulation numérique des conditions thermomécaniques des essais à l'aide du code éléments finis ABAQUS. Dans un premier temps, pour établir la simulation thermique, une méthode inverse est mise en place de manière a optimiser le mode de dépôt d'énergie en soudage dans le calcul. Ensuite, une simulation mécanique réaliste des essais, a la fois a l'échelle de l'éprouvette et a l'échelle plus locale, dans la zone de fissuration, demande d'employer une loi de comportement adaptée dans un large domaine de température allant de l'ambiante jusqu'a la température de fusion. Pour cela, une campagne de caractérisation mécanique est réalisée en sélectionnant des valeurs de déformation et de vitesses de déformation représentatives de ce que subit le matériau durant ces essais. Les résultats obtenus proviennent d'essais mécaniques de traction, compression et traction-compression et permettent d'aboutir a l'écriture d'une loi de comportement de type élasto-viscoplastique sur une plage de température étendue jusqu'au liquidus. Une fois validée, la simulation thermomécanique permet d'interpréter les observations et les résultats d'instrumentation. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques permet d'établir un critère thermomécanique de fissuration lors de la solidification : des seuils de déformation et de vitesses de déformation, un domaine de température, une direction de déformation principale.CHATENAY MALABRY-Ecole centrale (920192301) / SudocSudocFranceF