Etude de la création de défauts volumiques générés pendant la solidification de soudures réalisées par faisceau laser Nd : YAG impulsionnel - application au soudage du tantale

• Auteur / Autrice : Karen Girard
• Direction : Jean-Marie Jouvard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique, genie des matériaux
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Dijon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers à solide

Soudage laser

Soudures

Résumé

Ce travail a pour but d'étudier la formation des défauts volumiques apparus au cours de la solidification de points de soudure réalisés par faisceau laser Nd:YAG sur tantale. La fin d'une impulsion laser se caractérise par la phase de solidification pendant laquelle le métal fondu rebouche le capillaire de soudage tout en se refroidissant et en se solidifiant. Selon les conditions opératoires, les modes de remplissage et de refroidissement sont différents et peuvent induire des défauts volumiques dans les soudures. Nous avons étudié ces défauts expérimentalement par microscopie électronique et par radiographie éclair. Ces analyses ont mis en évidence deux catégories de défauts : des porosités et des cavités. Les porosités prennent des formes de petites bulles qui sont piégées dans la matière solidifiée. Les cavités sont des zones sans matière qui sont liées au mode de remplissage du capillaire par le métal fondu qui se refroidit très vite. Nous avons modélisé l'apparition de ces défauts : le piégeage des porosités et la formation des cavités. Le principe du modèle du piégeage des porosités repose sur la comparaison de la durée de solidification de la soudure et de la durée de remontée d'une bulle de dimension connue à la surface du bain fondu. La durée de solidification est calculée grâce à l'équation de diffusion de la chaleur et tient compte d'une loi de remplissage linéaire au cours du temps. Les résultats permettent de prévoir les dimensions des porosités susceptibles d'être piégées dans la zone fondue. La formation des cavités a été modélisée grace à l'étude de l'écoulement du métal fondu à l'intérieur du capillaire avec le logiciel fluent. Les calculs sont basés sur l'équation de Navier-Stokes et tiennent compte des tensions superficielles et de la diffusion de la chaleur. Il apparait que sous l'effet des tensions superficielles, le métal rebouche le dessus du capillaire en emprisonnant une poche gazeuse à l'origine d'une cavité. Les résultats sont corroborés par l'observation in situ de la solidification de soudures de tantale en radiographie X éclair. Cette étude a donc permis de mieux comprendre les phénomènes rapides produits pendant la solidification de soudures et leurs conséquences.