Étude des effets du martelage répétitif sur les contraintes résiduelles (2009)

La fabrication mécanosoudée des composants de grandes dimensions engendre des contraintes résiduelles. Ces contraintes provoquent des fissurations prématurées et un raccourcissement de la durée de vie des composants. Dans ce contexte, l'institut de recherche d'Hydro-Québec (IREQ) a développé la technique de relaxation des contraintes résiduelles par martelage robotisé. Cette technique consiste à réaliser des impacts répétés pour déformer plastiquement la surface du composant traité. Cela induit des contraintes de compression et augmente la dureté des zones traitées, ce qui réduit les risques de fissuration, et améliore le comportement en fatigue des composants ainsi traités. Cette étude comporte trois volets. Les deux premiers sont consacrés à la partie expérimentale du projet, alors que le troisième présente les résultats numériques obtenus.&#13;\n&#13;\nDans la première partie, une approche originale est utilisée. Elle consiste à évaluer les effets des impacts unitaires répétés sur le champ de contraintes développé dans trois plaques vierges (ne contenant pas de contraintes résiduelles) d'acier inoxydable austénitique 304L et sur frois plaques du même acier contenant des confraintes résiduelles initiales induites par une torche de soudure. Une machine à impact initialement conçue pour les essais de résilience a été modifiée afin de réaliser des impacts unitaires. Trois niveaux d'énergie ont été utilisés afin d'étudier l'effet de l'énergie d'impact sur les contraintes induites ou relaxées. Dans les plaques vierges, le martelage a induit de la compression. Dans les plaques préinduites de contraintes résiduelles en compression, le martelage a relaxé ces contraintes ou les a remplacées par des contraintes de compression. Il est trouvé que l'augmentation de l'énergie du marteau a amélioré l'efficacité du martelage, et que les trois à quatre premiers coups de marteau sont les plus efficaces. Plusieurs effets du martelage ont été explorés : son influence sur la dureté des surfaces fraitées ainsi que le risque d'initier des fissures dans les zones martelées.&#13;\n&#13;\nDans la deuxième partie de ce projet, le martelage est appliqué grâce au robot SCOMPI. Les contraintes résiduelles induites et relaxées par martelage sont ensuite mesurées par la méthode des contours, qui a été adaptée à cet effet. Le martelage robotisé a d'abord été utilisé pour induire des contraintes résiduelles de compression dans des échantillons d'acier 304L ; de I à 9 couches de martelage ont été appliquées et les contraintes résiduelles ont été ensuite évaluées par la méthode des contours. La capacité du martelage à relaxer les contraintes résiduelles de tension a été ensuite étudiée, cela en l'appliquant sur des plaques d'acier 304L soudées avec de l'acier 308 (pour induire des contraintes de tension). Ces essais ont prouvé que le martelage est une technique de relaxation efficace et capable d'induire de la compression à une profondeur de plusieurs millimètres. Certains paramètres du procédé ontété optimisés tel que le nombre optimal de couches de martelage à appliquer, cela pour réduire la durée du traitement tout en maximisant l'intensité des contraintes compressives induites.&#13;\n&#13;\nDans la troisième partie, le procédé de martelage est modélisé par la méthode des éléments finis, cela pour prédire le développement, l'amplitude et la distribution des confraintes résiduelles induites à l'intérieur des pièces traitées. Un modèle axisymétrique développé grâce au logiciel ANSYS permet de simuler des impacts répétés d'un marteau élastique sur une plaque ayant un comportement élastoplastique. Plusieurs non-linéarités sont prises en compte par ce modèle : les grandes déformations, la plasticité et le contact. Aussi, une approche nouvelle concernant l'évaluation de l'énergie fournie lors des impacts est utilisée; elle s'appuie sur la détermination du ratio enfre les énergies dynamique et statique nécessaires pour réaliser des impacts similaires. Une hypothèse est nécessaire dans ce cas-là : un impact dynamique est identique à un impact statique si les deux laissent la même empreinte de marteau. Les résultats de ce modèle sont comparés à ceux obtenus dans la première partie : ils démontrent que le modèle représente bien le procédé.