Mots-clés

Soudage, mécanique des solides, thermique, thermo-dilatation, contraintes résiduelles, lois de comportement, changement de phase, métallurgie
 

Contexte / Objectif

Le procédé de soudage engendre, via une sollicitation thermique localisée, des dilatations et contractions non-uniformes. Ces dernières conduisent à des déformations et contraintes résiduelles au sein de l’assemblage. La simulation numérique du soudage permet d’approcher ces grandeurs pour différents modes de déformation classiquement rencontrés dans l’industrie, illustrés ci-après :

La modélisation constitue une méthode de plus en plus utilisée pour limiter les coûts de développement et permettre d’optimiser le procédé en déterminant :

• le niveau de contrainte résiduelle, pour prévenir le risque de fissuration
• les déformations résultantes, pour fournir une aide au dimensionnement
   

Réalisations de SIMTEC / Résultats

Basé sur une caractérisation thermomécanique et métallurgique du matériau, un modèle numérique du procédé de soudage est réalisé sous Comsol Multiphysics®. En partenariat avec le client, la démarche de modélisation suivante a été choisie :

• Détermination d’une configuration de soudage de référence : le soudage de deux plaques « bord à bord »
• Identification du terme source thermique via la connaissance de la zone fondue expérimentale et une procédure d’optimisation
• Caractérisation thermomécanique et métallurgique du matériau d’étude
• Calcul éléments finis thermomécanique avec prise en compte des changements de phase métallurgique

La modélisation permet d’obtenir les contraintes résiduelles au sein de l’assemblage ainsi que les déformations après soudage. Une illustration de la contrainte de von Mises après soudage est fournie ici :

 
Ce type de calcul permet de répondre aux besoins industriels à la précision souhaitée. Si nécessaire, il est cependant possible d’étudier avec plus de finesse la dépendance des matériaux vis-à-vis de la température d’un point de vue mécanique et métallurgique (voir Modélisation des changements de phase métallurgique et Caractérisation et lois de comportement).