Approches expérimentale et numérique de la fissuration à chaud dans les soudures en acier inoxydable

Experimental and numerical approaches to hot cracking in stainless steel welds

• Auteur / Autrice : Minh Le
• Direction : Philippe Pilvin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'ingénierie des matériaux de Bretagne
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Soudage

Acier inoxydable austénitique

Modèles mathématiques

Soudage à l'arc TIG

Résumé

Cette étude porte sur des approches expérimentales et numériques de la fissuration à chaud dans les soudures en acier inoxydable. La soudabilité métallurgique de deux produits d'ap­port , utilisés pour le soudage d'une nuance d'acier inoxydable austénitique AISI-316L(N) est évaluée. Ces produits d'apport se distinguent par leur microstructure de solidification : austénoferritique pour la nuance 19Cr-12Ni-2'. Mo et austénitique pour la nuance Thermanit 19-15H. L'étude de soudabilité présentée concerne l'évaluation de la susceptibilité à la fissuration à chaud de ces trois alliages, la proposition d'un critère de fissuration à chaud et l'évaluation de sa transposabilité à l 'échelle d'essais sur structure. Les fissures à chaud sont des décohésions du matériau apparaissant à haute température le long des joints de grains lorsque la déformation et la vitesse de déformation dépassent un certain seuil. Les fissures étudiées se forment en cours de la solidification à partir du métal fondu. L'étude bibliographique met en évidence la complexité des mécanismes d'amorçage et de propagation de ces décohésions. Trois types d'essais sont étudiés durant ces travaux : des essais de fissuration à chaud permettant d'initier le phénomène dans des conditions expérimentales maîtrisées tels que les essais trapézoïdaux et Varestraint et des expériences sur un simulateur thermomécanique Gleeble pour les caractérisations thermomécaniques (lois de comportement, propriétés en rupture) et métallurgiques (intervalles de fragilité en température (BTR), évolution de la ferrite delta) des alliages. L'ensemble des essais réalisés sur les trois nuances a été analysé via des modélisations et simulations numériques mis en œuvre dans le code de calculs aux éléments finis Cast3M pour dégager un critère thermomécanique de fissuration à chaud.

This work concerns experimental and numerical approaches to studying hot cracking in welds in stainless steel. Metallurgical weldability of two filler products used for the welding ofan AISI-316L(N) austenitic stainless steel grade is evaluated. These filler metals are distingui­ shed by their solidification microstructures : austenoferritic for the 19Cr-12Ni-2Mo grade and austenitic for the 19-15H Thermani t grade. The study of weldability concerns the assessment of the susceptibility to hot cracking of these three alloys, the proposition of a hot cracking criterion , and the evaluation of its transferability to structure-scale tests. Hot cracks are material separations occurring at high temperatures along the grain boundaries (dendrite boundaries), when the level of strain and the strain rate exceed a certain level. The hot cracks studied are formed during solidification from the liquid phase of weld metals. The bibliography study brings to the fore the complexity of initiation and propagation mechanisms of these material separations. Three types of tests are studied in this work : hot cracking tests, such as trape­zoidal and Varestraint tests, allowing to initiate the phenomenon in controlled experimental conditions, and tests on the Gleeble thermomechanical simulator for thermomechanical (materials behavior laws, fracture properties) and metallurgical (brittle temperature range (BTR), evolution of delta ferrite) characterizations of the alloys. All these tests on the three materials were analyzed via numerical modeling and simulations implemented in the Cast3M finite element code in order to bring out a thermomechanical hot cracking criterion.