INTRODUCTION GENERALE
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Introduction générale
INTRODUCTION
Avec le développement des constructions
mécano-soudées de grandes dimensions au début des
années 30, quelques ruptures spectaculaires se sont produites mais, ce
sont surtout les pertes durant la Seconde Guerre Mondiale de plus de deux cents
Liberty Ships sur les cinq mille construits qui ont conduit le laboratoire de
recherches navals (Naval Research Laboratory) à rechercher les causes de
ruptures fragiles observées. Les travaux de Pellini sur la mise au point
d'essais spécifiques et ceux d'Irwin ont conduit aux notions de
température de transition ductile-fragile des aciers puis aux
développements des concepts de la mécanique linéaire
élastique de la rupture
L'assemblage par soudage occupe une place importante dans
l'univers de la construction des bateaux, trains, avions, fusées,
automobiles, ponts, tuyaux, réservoirs et tant d'autres produits qui ne
sauraient être construits sans le recours au soudage. Les
procédés de soudage opèrent dans leur majorité par
la mise locale des pièces à souder à température de
soudage (température de fusion dans la plupart du temps) au niveau de
leur joint, cette mise à température s'effectue soit
progressivement, soit globalement dans l'espace et dans le temps, au moyen
d'une source de chaleur pouvant être associée, pour certains
d'entre eux, à un dispositif de pression mécanique
s'exerçant pendant le processus de formation de la liaison.
L'existence même d'une zone fondue est à
l'origine de modifications radicales de l'état interne de l'assemblage.
D'une part la solidification de cette zone produit une microstructure
particulière, distincte de l'état initial, d'autre part le
retrait dimensionnel de soudage induit des contraintes et des
déformations résiduelles. Ces déformations sont
concentrées autour du cordon de soudure mais elles induisent en pratique
des déplacements à l'échelle de la pièce qui
modifient ses caractéristiques dimensionnelles.
La mesure non destructive des contraintes résiduelles
est délicate et la simulation numérique du processus de soudage
est alors un moyen très attendu dans ce domaine. Elle peut
également permettre d'analyser facilement les effets des
paramètres de soudage sur les caractéristiques mécaniques
du joint soudé et de son influence sur la structure. Les apports de la
modélisation numérique du soudage se situent au niveau :
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Introduction générale
? de la détermination de la microstructure du
matériau dans les différentes zones
caractéristiques du procédé de soudage,
? de l'évaluation de la tenue mécanique des
assemblages soudés (prévoir les
contraintes résiduelles
et le comportement local d'un assemblage),
? des études de faisabilité d'un
procédé visant à identifier d'éventuels
défauts
d'alignement des structures ou à optimiser la
séquence de soudage.
L'objectif de ce travail est la caractérisation
thermomécanique du procédé de soudage des pipelines. Avec
la simulation numérique, on détermine l'état
résiduel d'une tubulure en acier à haut grade.
Dans notre étude aucune transformation de phases
métallurgiques à l'état solide lors du soudage n'est prise
en considération, c'est la particularité du soudage MAG sur
l'acier à haut grade X100. Cependant, même en l'absence des
modifications métallurgiques à l'état solide dans la zone
affectée thermiquement, la simulation numérique par
éléments finis d'une opération de soudage fait intervenir
de nombreux phénomènes physiques complexes et nécessite
une connaissance fine de nombreux paramètres.
Cette étude numérique comporte trois chapitres.
Une recherche bibliographique qui a mis en lumière plusieurs
caractéristiques dont une prise en compte rigoureuse est indispensable
à la modélisation. Les causes des contraintes résiduelles
dues aux opérations de soudage sont également
détaillées dans ce premier chapitre. Le deuxième chapitre
est consacré à la modélisation numérique d'une
opération de soudage (MAG) sur un tube en acier à haut grade. Le
modèle utilisé, le maillage, la mise en équation du
problème, et le logiciel sélectionné pour le calcul
numérique sont ainsi donnés dans ce deuxième chapitre.
Nous avons déterminé numériquement par la méthode
des éléments finis les états, le niveau et la distribution
des contraintes et des distorsions résiduelles présentes dans la
tubulure. Dans le troisième chapitre, sont exposés tous les
résultats obtenus le long de cette étude. En fin nous terminons
ce travail par une conclusion générale.
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