Etude de la ténacité d'une soudure en undermatch : Application à la tenue mécanique de la jonction soudée FE en Al 6061-T6

par Wissal Rekik

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Catherine Gardin et de Olivier Ancelet.

Le président du jury était Philippe Bompard.

Le jury était composé de Philippe Gilles.

Les rapporteurs étaient Stéphane Marie, Thierry Palin-Luc.


  • Résumé

    Dans le cadre de la démonstration de l’intégrité des composants nucléaires les plus sensibles, une analyse de la présence d’un défaut potentiel de type fissure peut être requise par la sureté nucléaire. Ceci est particulièrement le cas en présence de jonctions soudées. Pour assurer un conservatisme de cette analyse, la position du défaut postulé doit être la plus pénalisante possible. Les analyses réalisées pour des démonstrations similaires sur des structures en acier reposent sur une approche de type mono matériau utilisant le comportement du métal de base. Cette approche est la plus pénalisante dans le cas d’une soudure en overmatch mais doit être remise en cause dans le cas d’une soudure en undermatch. Dans ce cadre, cette thèse propose une méthodologie expérimentale et numérique permettant l’identification de la configuration la plus pénalisante vis-à-vis de la mécanique de la rupture d’une soudure en undermatch. L’application de cette méthode a été réalisée sur une soudure en faisceau d’électrons en Al6061-T6. Un gradient de propriétés mécaniques le long de la jonction soudée a été dans un premier temps identifié permettant la conduite d’une analyse fine basée sur une approche multimatériau. Dans un second temps, le comportement en ténacité de la jonction soudée a été étudié sur éprouvettes CT. La transférabilité du paramètre J à l’amorçage à une autre géométrie d’éprouvette a été démontrée ce qui constitue une base importante pour l’hypothèse de transférabilité vers des structures. Pour finir, une étude numérique sur un tube de grandes dimensions avec un défaut semi-elliptique a été développée en prenant en compte les contraintes résiduelles de soudage. Les résultats montrent que la zone affectée thermiquement à 13 mm du centre de la soudure considérée est la plus sensible en mécanique de la rupture, ceci remet par conséquent en question les méthodes traditionnelles menées dans des analyses à la rupture brutale qui consistent à considérer un défaut dans la zone fondue.

  • Titre traduit

    Toughness Study of an Undermatched Welded Joint : Application to the Mechanical Integrity of the Electron Beam Welded Joint of 6016-T6 Aluminium Alloy


  • Résumé

    For the demonstration of the integrity of the most sensitive nuclear components, conventional defects, as cracks for example, must be considered within the design step as required by the nuclear safety authority. This phase is particularly crucial for dimensioning of welded structures. To ensure a conservative prediction, the position of the initial crack within the welded joint must be the most detrimental in fracture behavior. Commonly used analyzes consider homogeneous structure with the behavior of the base metal of the welded joint, considered as the weakest metallurgical zone in the case of an overmatched weld. In contrast, similar analysis is not conservative in case of undermatched weld. The thesis contributes by the development of an experimental and numerical methodology allowing the identification of the detrimental metallurgical zone in fracture behavior of an undermatched welded joint. The methodology proposed is applied to an electron beam welded joint on Al 6061-T6. To reach this goal, the gradient of the mechanical behavior along the welded joint was first identified. This is particularly interesting to conduct an advanced analysis based on a multimaterial approach. In a second step, the fracture behavior of the welded joint was studied on CT specimen. The transferability of the J integral at initiation was approved on another geometry: this represents an important foundation for the transferability assumption to structure. Finally, a numerical analysis on full scale tube was developed. Residual welding stresses and structural effects were considered. The results demonstrate that the heat affected zone located at 13 mm from the middle of the welded joint is the most detrimental zone for fracture analysis. This contradicts the conventional methods conducted on fracture analysis which consider a conventional defect within the fusion zone.


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