I.6 CONTRAINTES RESIDUELLES DUE AU SOUDAGE
I.6.1 Introduction
Le soudage des aciers fait intervenir de nombreux
phénomènes physiques, de l'ordre de la thermique (chauffage et
refroidissement du matériaux), de la métallurgie (solidification
et transformation de phases du matériaux), de la mécanique des
fluides (fusion du matériaux) et de la mécanique des solides
(apparition de contraintes et déformations résiduelles).
Les contraintes résiduelles s'ajoutent aux
sollicitations de service et peuvent, de ce fait, altérer le
comportement mécanique d'une construction et notamment diminuer sa
résistance à la rupture fragile, à la fatigue et à
la corrosion sous tension [12].
L'origine des contraintes résiduelles de soudage est
liée à la localisation de la source de chaleur et aux variations
des propriétés mécaniques des matériaux en fonction
de la température. Très schématiquement, on peut
distinguer deux sources de contraintes résiduelles :
? Les contraintes résiduelles d'origine purement
thermique, qui proviennent du fait suivant: soumis à une
élévation de température ?O, un
élément de la zone centrale chauffée devrait se dilater
d'une quantité E ? a.?O, a
désignant le coefficient de dilatation linéaire du
matériau. En réalité, cette expansion est très
limitée puisque les parties froides avoisinantes jouent le rôle
d'éléments de bridage « autobridage ».
l'élément est donc soumis à une compression de leur part.
La limite d'écoulement étant très faible à haute
température, toutes les déformations apparaissent correspondent
à des déformations plastiques. Au refroidissement, la situation
s'inverse: la zone centrale chauffée ne peut se rétracter
librement, et est mis en tension par les zones avoisinantes. Après
refroidissement, les zones chauffée (métal fondu et ZAT) seront
soumises à des contraintes résiduelles de traction, les zones
avoisinantes étant, pour des raisons d'équilibre, en compression.
Dans le métal fondu, les contraintes ainsi crées peuvent
être très élevées, de l'ordre de grandeur de la
limite d'élasticité du matériau à
température ambiante.
? Les contraintes résiduelles associées aux
transformations allotropiques au refroidissement: dans le cas des aciers de
construction, la transformation de l'austénite s'accompagne toujours
d'une expansion plus ou moins marquée. Si celle-
Chapitre I Recherches bibliographique.
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ci intervient à température relativement basse
(cas de matériaux trempant, de refroidissement rapide....), la
déformation associée ne sera plus plastique, mais
élastique. L'expansion, contrariée par les zones avoisinantes, se
traduit par la formation de contraintes de compression résiduelles.
Superposées aux contraintes thermiques, celles-ci peuvent diminuer le
niveau des contraintes de traction, voire même conduire à des
contraintes globales de compression en ZAC I13].
Le bref rappel des principes des différents
procédés de soudage montre qu'un certain nombre de
phénomènes métallurgiques pourront être mis en jeu ;
leur liste, tous procédés confondus, s'établit comme suit
:
? phénomènes dus aux
variations de température :
· Fusion et élaboration du bain liquide,
· Solidification,
· Transformations allotropiques,
· Dilatation ;
? phénomènes dus
à l'environnement :
· Action de l'atmosphère,
· Actions des polluants ;
? phénomènes dus aux
inclusions.
Dans cette partie nous ne tenons compte que les
phénomènes qui sont dues à l'élévation de
température.
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