Evaluation expérimentale et numérique des contraintes résiduelles dans des structures soudées en multipasse

Experimental and numerical evaluation of residual stresses in multipass weld joints

• Auteur / Autrice : Alix Bonaventure
• Direction : Guillaume Montay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes Mécaniques et Matériaux
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diffraction

Neutrons

Éléments finis, Méthode des

Soudage

Contraintes résiduelles

Résumé

Le soudage à l’arc multipasse est une technique d’assemblage des structures épaisses. Dans le cas particulier des liaisons bimétalliques, différents matériaux sont utilisés pour réaliser ces assemblages. La multiplicité et la difficulté des opérations de soudage couplées à l’aspect multi-matériaux compliquent fortement l’analyse des contraintes résiduelles générées lors du soudage. Or il est important de les estimer car elles peuvent nuire à l'intégrité mécanique des joints. Dans ce contexte, ce travail de thèse porte sur l’évaluation expérimentale et numérique des contraintes résiduelles de soudage dans une liaison hétérogène soudée à l’arc en multipasse. Des mesures de contraintes résiduelles sont réalisées à l’aide de deux méthodes complémentaires : le trou incrémental couplé à l’interférométrie de Speckle et la diffraction des neutrons. Le logiciel par éléments finis Sysweld® permet quant à lui de simuler les effets thermo-métallo-mécaniques du soudage. Afin de traiter de manière progressive les difficultés de caractérisations expérimentales et de mise en place de la simulation numérique, une première étude est menée sur deux maquettes planes élémentaires. L’analyse se poursuit sur un joint bimétallique tubulaire (16MND5/Inconel 82/316L) représentatif de configurations du circuit primaire des Réacteurs à Eau Pressurisée. La confrontation des résultats expérimentaux et numériques pour les maquettes planes et tubulaire permet d’évaluer la pertinence des calculs menés pour la prédiction de l’état métallurgique et mécanique de la structure

Arc multipass welding is the assembly process of thick components. For dissimilar joints, different materials (filler and base metals) are used for the assembly. The residual stresses induced by welding are difficult to evaluate because of the multiplicity and difficulty of welding process combined with multi-material aspects. However it is important to estimate them because they may be the cause of damage and then affect the mechanical joint integrity. In this context, welding residual stresses have been evaluated by experimental and numerical methods in a multipass arc welded dissimilar joint. Two complementary methods are used: Electronic Speckle Pattern Interferometry hole drilling and neutron diffraction. The thermometallurgical and mechanical effects of welding process are next simulated by a finite element analysis with software Sysweld®. In order to study the difficulties of experimental characterizations and the simulation setting up, two simplified mock-ups have been considered in a first step. Then the analysis have been extended on a bimetallic tubular joint (16MND5/Inconel 82/316L), which is representative of configurations in primary coolant circuit of pressurized water nuclear reactors. The comparison of experimental and numerical results for the plane and tubular mock-ups allows the characterization of the thermalmetallurgical-mechanical calculations relevancy