# Fissuration à chaud en soudage d'un acier inoxydable austénitique

Yuan Gao, Olivier Asserin, Danièle Ayrault, Olivier Fandeur, Olivier Fandeur, Rémi Robidet, Denis Solas, Philippe Pilvin

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Yuan Gao, Olivier Asserin, Danièle Ayrault, Olivier Fandeur, Olivier Fandeur, et al. Fissuration à chaud en soudage d'un acier inoxydable austénitique. Congrès Français de Mécanique 2017, Aug 2017, Lille, France. 2017. [hal-02417735](https://hal.science/hal-02417735v1)

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Submitted on 18 Dec 2019

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# Fissuration à chaud en soudage d'un acier inoxydable austénitique

iRDL
Institut de Recherche Dupuy de Lôme
CNRS FRE 3744

Yuan GAO<sup>a,c</sup>, Olivier ASSERIN<sup>a</sup>, Danièle AYRAULT<sup>a</sup>, Olivier FANDEUR<sup>b</sup>, Rémi ROBIDET<sup>a</sup>, Denis SOLAS<sup>d</sup>, Philippe PILVIN<sup>c</sup>

<sup>a</sup> CEA, DEN, DANS, DM2S, SEMT, LTA, 91191 Gif-sur-Yvette, France

<sup>b</sup> CEA, DEN, DANS, DM2S, SEMT, LM2S, 91191 Gif-sur-Yvette, France

<sup>c</sup> Université de Bretagne-Sud, Labo iRDdL (FRE CNRS 3744), Rue Saint-Maudé, 56321 Lorient, France

<sup>d</sup> Université Paris-Sud, ICMMO, Rue du Doyen Georges Poitou, 91405 Orsay, France

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## Contexte

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Fissuration à chaud en cours de soudage</figcaption></figure>

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

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Fissuration à chaud susceptible de se produire
au cours d'une opération de soudage.

Trois types de fissuration à chaud :

* fissure de solidification

* fissure de liquation

* fissure par chute de ductilité en phase solide

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Fissuration à chaud de solidification est un risque
lors du soudage d'aciers inoxydables austénitiques.

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Les règles de construction et de conception
des composants nucléaires n'autorisent pas
la présence de fissures dans les soudures.

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Une qualité sans défaut nécessite de :

* prévenir ce risque

* s'assurer que les matériaux présentent une aptitude satisfaisante au soudage

## Objectifs

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Essai Varestraint</figcaption></figure>

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<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Essai JWRI</figcaption></figure>

* Proposer un essai de fissilité qui réalise le compromis sensibilité/robustesse : sensibilité pour différencier les nuances du matériau et dégager **un critère thermomécanique de fissuration à chaud** ; robustesse pour s'affranchir d'aléas opératoires et **se mettre en conditions de répétabilité**.

* Avancer dans la **compréhension des mécanismes de fissuration** à chaud et **identifier un critère thermomécanique de fissuration à chaud** via la simulation numérique des essais de fissilité.

* Caractériser les structures granulaires des zones fissurées et non fissurées afin de coupler des **approches multiéchelles de type CAFE (Cellular Automata Finite Element)** pour la prédiction de structures de grains avec le comportement thermomécanique de la zone pâteuse.

# Couplage Simulation Numérique/Expérimental

## Essais autobridés

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Essai JWRI Trapèze</figcaption></figure>

<figure><img src="image_14.png" /></figure>

Champ de température simulé en 2D avec l'ouverture de fissure

L'essai JWRI permet :

* d'avoir un arrêt de fissure

* d'analyser les mécanismes de fissuration à chaud

* d'identifier un **critère d'arrêt de fissure**

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Essai CRW [1]</figcaption></figure>

[1] N. CONIGLIO, M. PATRY. Science and Technology of Welding and Joining, vol. 18, No 7, p. 573-580, 2013.

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

Champ de température simulé en 2D

* Avantage de l'essai CRW : amorçage et arrêt de fissure

* Simulation numérique des essais : comprendre les mécanismes locaux de FàC et identifier un **critère d'amorçage de fissure**

CastIM

Champ de contrainte suivant l'axe Y simulé en 2D

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Courbe bleue : température au point P3 au cours du temps
Courbe violette : contrainte suivant Y au point P3 au cours du temps

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Relation entre contraintes et zone de fissuration

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Evolution de la contrainte simulée suivant Y entre la température de liquidus et la température de solidus en différents points de l'éprouvette

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Essai Varestraint</figcaption></figure>

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

Champ de déformation simulé en 3D

* Benchmark Cast3M/Abaqus

* Simulation Varestraint : classer des matériaux au regard de leur sensibilité à la fissuration à chaud

# Examens métallographiques et résultats expérimentaux

<figure><img src="image_22.png" /></figure>

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Coupe transversale</figcaption></figure>

<figure><img src="image_24.png" /></figure>

(a): croissance en épitaxie des grains près de la ligne de fusion

(b): croissance compétitive entre grains dans la zone de fusion

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>Micrographie sur la zone d'épitaxie</figcaption></figure>

<figure><img src="image_26.png" /></figure>

(b)

<figure><img src="image_27.png" /></figure>

(a)

Coupe vue de dessus : (a) $V_s = 150 \text{ mm/min}$ ; (b) $V_s = 80 \text{ mm/min}$

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

(b)

<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>Structure de cordon pour bain elliptique</figcaption></figure>

La direction de croissance préférentielle est la direction <100> qui est alignée avec le gradient de température

# Conclusions et perspectives

* Mise en place d'un essai de fissuration à chaud à chargement contrôlé de type CRW pour le procédé TIG et le matériau de base 316L(N),

* Les premières confrontations simulations expériences montrent un effet de la contrainte locale s'exerçant à l'arrière du bain dans l'intervalle solide-liquide sur la fissuration à chaud.

* Identifier un critère thermomécanique de fissuration à chaud en réalisant les simulations numériques des essais de fissuration à chaud,