Modélisation des structures de solidification en soudage MIG - Développement d’une approche couplée Automates Cellulaires – Eléments Finis (CM-13-794)
Résumé
Lors du développement des procédés de soudage à l’arc, une source de chaleur mobile est déplacée à l’interface entre les pièces métalliques à assembler, conduisant à un domaine de fusion commun aux deux éléments. La resolidification de cette zone se traduit par une croissance épitaxiale de grains, dirigée essentiellement selon les gradients de température locaux. Les propriétés mécaniques finales du cordon, l’origine de défauts spécifiques telle que la fissuration à chaud, mais également la qualité des contrôles non destructifs, sont fortement liés à cette structure de grains anisotrope et à ses caractéristiques. La maitrise des propriétés finales de l’assemblage nécessite ainsi une amélioration de la connaissance de la formation de cette structure. Dans cet objectif, un modèle couplé Automates Cellulaires (CA) – Eléments Finis (FE) est proposé. A l’échelle macroscopique, la résolution des équations de conservation permet la connaissance du champ de température pour un chemin de solidification spécifique. Dans le cadre d’une approche Level Set, cette résolution considère également l’apport de matière, et permet le suivi de l’avancement du cordon. A l’échelle microscopique, la grille de cellules introduites sert de support à la description de la structure de grains, simulant les mécanismes de compétition de croissance. Une structure de grains initiale est préalablement définie, permettant la modélisation du processus d’épitaxie. Ce modèle CAFE est appliqué au soudage multipasse d’aciers de nuance Duplex 2202 pour différents paramètres procédés, dont l’influence est montrée. Les évolutions et orientations de la structure de grains, de même que les dimensions de la zone de fusion, sont retrouvées, en conformité avec les résultats attendus de la littérature et les observations expérimentales.