Malgr´e la richesse des r´esultats issus des recherches, anciennes comme r´ecentes, portant sur les ph´enom`enes intervenant lors de la solidification des alliages, en particulier en cours de soudage, cette revue de bibliographie montre qu’il subsiste beaucoup de zones d’ombre, tels que les caract´eristiques des ´ecoulements dans le bain liquide, l’influence de ces ´ecoulements sur les ´echanges de chaleur et de solut´e au niveau du front de solidification, et l’influence des param`etres du proc´ed´e de soudage sur la microstructure finale. Il est n´ecessaire d’approfondir ces ´el´ements afin d’avancer dans la compr´ehension des ph´enom`enes physiques en soudage. Mˆeme si la maˆıtrise op´erationnelle des proc´ed´es de soudage `a pu ˆetre atteinte depuis de nombreuses ann´ees, `a partir d’´etudes exp´erimentales et de mod`eles souvent empiriques, les ph´enom`enes restent en effet souvent mal compris, ce qui rend certains r´esultats encore difficiles `
a pr´evoir.
des derni`eres ann´ees, elle ne permet pas de d´ecrire toute la complexit´e du soudage et de pr´edire efficacement les caract´eristiques g´eom´etriques et microstructurales des cordons. Le caract`ere multi-physique du proc´ed´e, avec des couplages entre la m´ecanique du solide, la thermique, la m´ecanique des fluides, la m´etallurgie, l’´electromagn´etisme, et ´egalement multi-´echelle, rend la mod´elisation complexe et tr`es coˆuteuse en temps de calcul. Cependant, les enjeux importants li´es au soudage, et l’am´elioration des performances des moyens de calcul actuels, expliquent les efforts de recherche entrepris pour am´eliorer la simulation num´erique du soudage, avec le d´eveloppement de mod`eles de plus en plus complets. A l’oppos´e, les mod`eles analytiques de solidification prennent en compte moins de ph´enom`enes, mais sont bien plus simples `a r´esoudre, et peuvent donner dans certains cas de bonnes approximations de la physique du soudage. Mˆeme s’ils ne font g´en´eralement pas intervenir les ´ecoulements, ou alors de mani`ere tr`es simplifi´ee, ils restent tout de mˆeme des outils de pr´ediction utiles pour certains ph´enom`enes, comme l’´evolution des champs thermiques dans la partie solide.
Les mod`eles et th´eories d´evelopp´es s’appuient la plupart du temps sur des ´etudes exp´e-rimentales et des analyses post-mortem d’´echantillons soud´es. Malgr´e la difficult´e de r´ealiser des observations in-situ sur la solidification et les ´ecoulements dans l’environnement hostile du proc´ed´e, il est pourtant important d’acc´eder `a ce type d’information, et donc de d´evelopper des moyens d’observation sp´ecifiques. En effet, l’analyse post-mortem pr´esente des limites d`es lors que l’on s’int´eresse aux ph´enom`enes intervenant lors du soudage, tels que les mouvements de fluide ou le d´eroulement de la solidification dans le bain de fusion.
Le but du travail pr´esent´e dans les chapitres qui suivent, sera de d´evelopper de tels ou-tils, et de les utiliser pour apporter une contribution `a la compr´ehension des ph´enom`enes intervenant lors de la solidification en soudage. Le caract`ere multi-´echelle nous oblige `a r´ea-liser ces observations in-situ `a plusieurs niveaux, `a l’´echelle microscopique si l’on s’int´eresse par exemple `a la morphologie de solidification et aux ´ecoulements proches du front, et `a l’´echelle macroscopique si l’on s’int´eresse par exemple aux champs de temp´erature, ou aux vitesses moyennes de solidification. Ainsi, les connaissances sur l’influence des ´ecoulements sur la solidification pourront ˆetre approfondies. De plus, par l’interm´ediaire de l’observation du comportement de la solidification en soudage, les relations entre les param`etres du proc´ed´e de soudage et la microstructure g´en´er´ee au niveau du cordon pourront ˆetre mieux comprises, dans le but de pr´edire cette microstructure depuis les param`etres du proc´ed´e.
Pour finir, les donn´ees exp´erimentales recueillies permettront d’observer de mani`ere qua-litative les ph´enom`enes, et de quantifier certains param`etres. Par comparaison `a ce qui est d´ej`a connu dans la litt´erature, les th´eories, les mod`eles et les simulations pourront ˆetre valid´es ou approfondis.
Le chapitre suivant d´ecrit le montage exp´erimental d´evelopp´e pour atteindre ces objectifs, ainsi que le proc´ed´e de soudage choisi et les mat´eriaux retenus, qui doivent `a la fois ˆetre adapt´es aux observations et autoriser la comparaison avec les mod`eles th´eoriques. Toutes les techniques de mesure pour les diff´erentes donn´ees `a recueillir seront ainsi d´etaill´ees.
Chapitre 2
Approche exp´erimentale pour
l’´etude de la solidification en
soudage
2.1 Introduction
Ce chapitre commence par d´ecrire les objectifs de l’´etude, d´eduits de la conclusion de la revue de litt´erature. Ensuite un ´etat de l’art sp´ecifique sur les techniques d’observation in-situ utilis´ees en soudage est propos´e. Les essais pr´eliminaires servant `a tester ces techniques d’observation sont alors d´ecrits. Grˆace `a ces derniers, les contraintes sp´ecifiques au montage ont pu ˆetre d´egag´ees, puis la conception des dispositifs exp´erimentaux et le choix des m´e-thodes d’observation qui en d´ecoulent et des mat´eriaux est expliqu´e. Pour finir, les m´em´e-thodes d’exploitation des r´esultats bruts obtenus avec ces montages exp´erimentaux, sont expos´ees.