Influence de la structure métallurgique des soudures en acier inoxydable austénitique sur le contrôle non destructif par ultrasons

= Influence of the metallurgical structure of austenitic stainless steel welds on ultrasonic non destructive testing

• Auteur / Autrice : Bertrand Chassignole
• Direction : Jean-Claude Baboux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acier austénitique

Texture

Ultrasons

Résumé

Les caractères anisotrope et hétérogènes des structures de solidification des soudures acier inoxydable austénitique rendent difficile leur contrôle non destructif par ultrasons. L'objectif est de montrer l'utilité de la simulation numérique, couplée à un modèle de description des soudures adapté, pour étudier les perturbations du faisceau ultrasonore. L'objectif est de monter l'utilité de la simulation numérique, couplée à un modèle de description des soudures adapté, pour étudier les perturbations du faisceau ultrasonore. La structure étant dépendante du procédé et de la position de soudage, plusieurs maquettes sont étudiées dont les soudures en acier 316L du circuit primaire des réacteurs eau pressurisée. Différentes méthodes de caractérisation (observations métallographiques de diffractions des RX, EBSD) révèlent des grains allongés et orientés selon un axe cristallographique <100>. Une symétrie élastique orthotrope est mise en évidence dont les propriétés (constantes et axes de symétrie) sont déterminées par des mesures de vitesses ultrasonores. Ces résultats, complétés par une analyse d'images sur des coupes métallographiques, ont permis de considérer les soudures, pour la propagation des ondes ultrasonores, comme un ensemble de domaines élastiques homogènes. La propagation à travers ces différents domaines a été modélisée à l'aide du code aux éléments finis ULTRASON 2D et du code semi-analytique CHAMPS-SONS 3D. Des études expérimentales en transmission et en échographie, pour des ondes de compression et de cisaillement, permettent de quantifier les perturbations du faisceau ultrasonore (déviation et division du faisceau, pertes d 'amplitude). Les études de simulation associées valident le modèle de description adopté et montrent l'intérêt de cette modélisation pour prévoir les déviations et expliquer l'origine des différents échos. La sensibilité des codes aux diverses données d'entrée est discutée. Des mesures du coefficient d'atténuation ont été effectuées afin de prendre en compte ultérieurement ces mécanismes dans les codes de calcul.

The anisotropic and heterogeneous features of the solidification structure of austenitic stainless steel welds disturb the ultrasonic non destructive testing. The aim is to show the purpose of numeric modelling, coupled to a convenient weld description model, to study the perturbations of the ultrasonic beam. Because of the dependence of the welding process and position on the structure, several mockups are studied, including welds from the primary circuit of PWR nuclear power stations. Several methods of characterization (metallographic observations, RX diffraction, EBSD) show long shape solidification grains and a texture with a <100> growing direction. An orthotropic elastic symmetry is revealed which properties (elastic constants and symmetry axes) are identified by measurements of ultrasonic velocities. These results, completed by image processing on metallographic cuts, allow considering welds as a set of elastic homogeneous domains with regards to ultrasonic propagation. The propagation through these domains has been simulated with ULTSON, a 2D finite element code, and CHAMP-SONS, a 3D semi-analytical code. Experimental studies in transmission and echography modes for pressure and shear waves, allow to quantify the perturbations of the ultrasonic beam (skewing, splitting and attenuation). The different modelling studies validate the weld description model and show the interest of this modeling to forecast skewing and explain the origin of the different echoes. The codes' sensitivity to input data is discussed. Finally, measurements of the attenuation coefficient, which depends on the elastic properties, are realized in order to introduce subsequently this parameter in modelling codes.