Dispositif et protocole expérimental

II.2.1.1 Géométrie de l’éprouvette

Les essais auto-bridés développés au cours de cette thèse sont fondés sur la géométrie d’éprouvette proposée par Matsuda (Figure 43(b)) qui a été adaptée à nos besoins. La première modification porte sur l’épaisseur de l’éprouvette qui a été réduite de 3 à 2 mm. Il est en effet nécessaire d’avoir un bain de fusion débouchant ; or celui-ci est nettement moins

Portion d’éprouvette destinée à chuter Encastrement Direction de soudage (a) (b)

pénétrant dans les alliages de nickel que dans les aciers inoxydables. Pour des épaisseurs supérieures à 2 mm, il est recommandé dans la littérature de réaliser une préparation préalable de type entaille en V ou U en soudage bout à bout pour les alliages de nickel.

La tension d’arc pouvant être difficile à réguler dans les premières secondes, l’arc est initié dans une section constante (Figure 44 (b)). La section constante la plus large (Figure 44 (b)) est bridée pour maintenir l’éprouvette pendant le soudage. La mise en plan de l’éprouvette « standard » (géométrie 1) est présentée Figure 44 (a). Afin de mesurer l’impact potentiel d’une variation de section plus marquée (donc d’une vitesse de variation du chargement mécanique à l’arrière du bain plus importante), des essais ont également été effectués sur une seconde géométrie d’éprouvette, plus large (Figure 45 : géométrie 2).

Figure 44 : (a) Géométrie de l’éprouvette standard des essais trapézoïdaux adaptés à l’Inconel 600 (géométrie 1) ; (b) schéma illustrant le principe de l’essai trapézoïdal

II.2.1.2 Dispositif expérimental

La cellule de soudage est équipée d’un robot de soudage à 6 axes de marque PANASONIC (modèle TA-1400WG), de caméras d’ambiance et d’une table XY sur laquelle est fixé un dispositif de bridage. L’éprouvette est placée dans le dispositif de bridage spécialement conçu à cet effet qui maintient sa section constante la plus large (en violet Figure 44 (b)). L’ensemble reste fixe lors de l’essai, le robot assurant les déplacements. Les paramètres de soudage (I, U ainsi que la position de la torche) sont enregistrés pour chaque essai. Les essais sont également filmés de façon à pouvoir suivre les essais en direct ou les observer post mortem.

L’instrumentation en température des essais permettra de recaler la source thermique équivalente qui sera utilisée lors de la modélisation thermomécanique. Les températures ont été mesurées en différents points situés sur les faces inférieure et supérieure de l’éprouvette au moyen de thermocouples chemisés de type K (chromel/Alumel) de classe 2 et de diamètre 0.5

2

(a) (b)

mm (plage de mesure de -100°C à 800°C, précision +/-0.75% de 333°C à 800°C). Ils sont soudés par point sur l’éprouvette (décharge capacitive à l’aide d’une micro-soudeuse). Des protections en alumine adaptées ont été placées sur les thermocouples de la face supérieure pour protéger leur signal du rayonnement émis par l’arc (Figure 46 (a)). En effet, au cours d’essais préliminaires, il a été observé que le rayonnement de l’arc à proximité immédiate d’un thermocouple sans protection pouvait conduire à une surestimation de la température supérieure à 100°C. La fréquence d’acquisition est fixée à 20 Hz, ce qui permet d’avoir suffisamment de points pour suivre correctement les variations de température. Les signaux sont traités par des modules thermocouples 16 voies (référence NI9213) montés sur un boitier d’acquisition (CompactDAQ USB, référence NI-CDAQ-9172) avant d’être enregistrés sur ordinateur.

Quatre thermocouples ont étés fixés en moyenne sur chaque éprouvette pendant les essais (2 par face), à des distances comprises entre 8 et 18 mm de l’axe de symétrie de l’éprouvette. La position des thermocouples est définie avant l’essai par un pointage effectué à l’aide d’un poinçon sur l’éprouvette. On évalue l’incertitude de leur position à +/- 1 mm (le diamètre du thermocouple étant déjà de 0.5 mm) dans le système de coordonnées XY défini ci-dessous (Figure 45). On considère la demi-éprouvette supérieure (en traits verts pleins) étant donné que toutes les mesures ont été effectuées sur une même moitié d’éprouvette (hypothèse de symétrie axiale le long de l’axe X).

Figure 45 : Système de coordonnées XY défini pour l’emplacement des thermocouples (illustration pour la géométrie 2)

II.2.1.3 Protocole

Avant chaque essai les éprouvettes sont brossées à la brosse métallique puis dégraissées (dégraissant N120 de la société BABBCO) de façon à limiter la présence d’impuretés comme le soufre ou le phosphore qui pourraient favoriser la fissuration à chaud.

L’essai consiste à effectuer une ligne de fusion débouchante le long de l’axe central de l’éprouvette, de sa section la plus étroite vers sa section la plus large (Figure 44 (b)).

L’amorçage de l’arc se fait par contact et non à haute fréquence pour éviter de perturber les mesures de température.

Pour les raisons évoquées précédemment (II.1.1), le dispositif d’amorçage de fissuration par chute de portion d’éprouvette (utilisé pour les essais JWRI) n’a pas été retenu. Ce dispositif met néanmoins en évidence que pour initier une fissure à chaud, il faut avoir un bain de fusion avec un bord libre (ce qui arrive lorsque la portion d’éprouvette tombe). Etant donné qu’il n’y a pas de matière solide à l’arrière du bain pouvant opposer une résistance mécanique aux chargements imposés par le soudage, ceci permet l’apparition du défaut.

En partant de ce principe, l’arc est amorcé au bord de l’éprouvette de façon à ce que l’on ait un bord de bain de fusion libre. Il faut pour cela connaître la demi-largeur du bain de fusion qui est fonction du matériau et des paramètres de soudage utilisés puis amorcer l’arc à une distance inférieure à celle-ci. Cependant, il est fortement déconseillé d’initier directement l’arc sur l’arête de l’éprouvette pour éviter d’avoir un arc baladeur, un plasma d’argon très perturbé et/ou un effondrement de bain.

Dans le cadre de nos essais, la demi-largeur du bain de fusion varie entre 2.5 et 3.5 mm suivant l’énergie linéique appliquée à l’éprouvette. L’arc est amorcé à environ 1.5 mm du bord de l’éprouvette permettant l’initiation de la fissuration à chaud de façon quasi-systématique (lorsque les paramètres de soudage permettent d’avoir un cordon débouchant) sans perturber significativement le bain.