Etude de la convection capillaire lors de la fusion - solidification d'alliages industriels par bombardement electronique defocalise. Application au soudage

Study of capillary convection during industrials alloys fusion - solidification by electron beam. Application in welding

• Auteur / Autrice : LUCAS DOMERGUE
• Direction : Surendar Kumar Marya
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Nantes

Résumé

Certains elements favorisant la fissuration sont tensioactifs. Ils causent une inversion du sens de la convection dans le bain en augmentant la tension de surface avec la temperature. Nous avons realise des calculs en ordre de grandeur pour une geometrie cylindrique idealisee. Nous evaluons les importances relatives des phenomenes physiques et resolvons des equations simplifiees contenant les seuls termes dominants. Nous obtenons des lois liant les gradients thermiques a la vitesse de convection : pour les grands nombres de marangoni, le transport de chaleur est convectif. En solidification, un rejet de solute tensioactif par le front de solidification induit un gradient de concentration diminuant localement la tension superficielle. Il est possible de predire l'inversion en fonction de la concentration en tensio-actifs. Nous validons cette modelisation en realisant des points de fusion-solidification en bombardement electronique sur des aciers inoxydables et des alliages bases nickel. Nous discernons le sens des ecoulements en suivant des particules d'oxydes. Sur les alliages sans element tensioactif, les courants sont centrifuges. Ils sont inverses pour les coulees contenant plus de soufre. La chaleur est alors convectee en surface de l'exterieur vers le centre de l'echantillon. L'interpretation repose sur l'inversion du gradient de tension superficielle avec la temperature, en presence d'un element surfactant. La consequence directe de ce phenomene est une augmentation de la penetration dans le cas de coulees suffisamment chargees en elements tensioactifs. Lors de la solidification, une inversion du sens des courants se produit pour les alliages ayant de faible teneur en surfactants car le front de solidification rejette du solute tensioactif. La solidification induit un renversement immediat du sens de convection. Nos observations montrent que les deformations de la surface apres solidification dependent de al convection presente au sein du bain a ce seul moment et non pas, comme il est couramment admis, de la convection en regime permanent.