Ecoulements ` ´ a l’arri`ere du bain liquide

a une valeur plus faible de 100 K/mm environ lorsqu’il atteint sa taille la plus faible `a une fr´equence tr`es proche de la fr´equence de pulsation du courant (Fig. 4.10 et Tab. 4.5). Les valeurs minimales varient assez faiblement le long du front, alors que les valeurs maximales diminuent de quasiment 100 K/mm, lorsque l’on passe du bord du bain de fusion `a son centre (Tab. 4.5). La surfusion reste plutˆot stable le long du front, les valeurs minimales ´etant de 200 K environ et les valeurs maximales de 250 K environ.

4.3.3 Ecoulements `<sup>´</sup> a l’arri`ere du bain liquide

Les ´ecoulements au sein du bain de fusion sont observ´es `a l’´echelle macroscopique en faces sup´erieure et inf´erieure `a l’aide des cam´eras AVT, et `a l’´echelle microscopique au voisinage du front de solidification, `a l’arri`ere du bain en face envers, `a l’aide de la cam´era rapide. Rappelons que les ´ecoulements peuvent ˆetre visualis´es grˆace aux particules solides transport´ees par le fluide, qui servent de traceurs.

On peut observer `a l’´echelle microscopique, comme dans le cas des essais statiques, que les particules tra¸cantes partent des canaux liquides s´eparant les dendrites colonnaires au sein de la zone semi-solide, puis entrent dans le bain de fusion en se dirigeant vers l’avant (Fig. 4.11 et 4.12). A l’´echelle macroscopique, on observe en face envers, comme en face endroit, deux vortex situ´es `a l’avant du bain, positionn´es de mani`ere sym´etrique de part et d’autre de la ligne centrale du bain, visibles grˆace aux amas de particules tourbillonnantes en son sein (Fig. 4.13). Deux vortex plus petits sont aussi visibles en face envers uniquement, sur les bords du bain de fusion, `a l’endroit o`u celui-ci est le plus large (Fig. 4.13). Les amas de particules ´etant plus petits `a cet endroit, leur rotation est plus difficile `a distinguer.

La mesure des vitesses de d´eplacement est effectu´ee avec la m´ethode PTV, `a partir des enregistrements de la cam´era rapide `a l’´echelle microscopique. A l’´echelle macroscopique, hormis les amas de particules tourbillonnantes, les particules sont trop fines ou se d´eplacent trop rapidement au regard de la fr´equence d’acquisition pour pouvoir ˆetre d´etect´ees. Les

Figure 4.11 – S´erie d’images extraite d’une vid´eo de la cam´era rapide pour un essai type 1. On peut distinguer les particules blanches transport´ees par l’´ecoulement dans les canaux liquides depuis la zone semi-solide vers le bain liquide.

mesures montrent que l’´ecoulement acc´el`ere `a la travers´ee du front de solidification, passant d’une vitesse de 70 `a 90 mm/s environ dans les canaux interdendritiques, `a une vitesse comprise entre 110 et 190 mm/s selon les essais `a une distance de 0, 1 `a 0, 2 mm du front (Fig. 4.14). La vitesse maximale est plus ´elev´ee et est atteinte `a une distance plus proche du front de solidification (0, 1 mm environ) pour l’essai type 2, qui est r´ealis´e `a la plus faible intensit´e, et donne le bain de fusion le moins long. L’essai type 3, r´ealis´e `a la plus grande vitesse, pr´esente quant `a lui un profil de vitesse d’´ecoulement tr`es proche de celui de l’essai type 1, avec toutefois une vitesse maximale plus faible, de 120 mm/s environ, contre 150 mm/s environ pour l’essai type 1. Une fois ce maximum atteint, la vitesse d’´ecoulement se stabilise voire ralentit pour l’essai type 2 en s’´eloignant du front de solidification. `A partir d’une distance de 0, 5 mm environ du front, les vitesses deviennent sensiblement identiques

Figure4.12 – Image extraite d’une vid´eo de cam´era rapide et trait´ee par PTV. `A gauche se trouve le front de solidification (la zone semi-solide apparaˆıt en noir) et `a droite le bain liquide o`u sont trac´ees les trajectoires des particules.

Figure4.13 – Vue `a l’´echelle macroscopique de la face envers d’un bain de fusion. Des vor-tex (mouvements tourbillonnant de fluide) sont visibles grˆace aux amas d’oxydes, dispo-s´es sym´etriquement de chaque cot´e du bain.

pour les trois essais, comprises entre 120 et 140 mm/s environ (Fig. 4.14). Notons que pour l’essai type 2, la vitesse continue de diminuer l´eg`erement au del`a de cette distance, devenant inf´erieure aux vitesses d’´ecoulement mesur´ees pour les autres essais.

Figure 4.14 – ´Evolution de la vitesse d’´ecoulement en fonction de la distance par rapport au front de solidification `a l’arri`ere du bain liquide (l’abscisse correspond `a la position par rapport au front de solidification d´efini par une ligne reliant les pointes de dendrites). Deux essais sont r´ealis´es pour chaque condition.

Figure 4.15 – Vitesses de l’´ecoulement dans le liquide en fonction de la distance au front pour l’essai type 4 (courant puls´e). La distance n´egative signifie que l’on se situe dans le zone semi-solide.

courant lisse (de la zone semi-solide vers le coeur du bain de fusion), pr´esente toutefois une vitesse qui fluctue `a une fr´equence sensiblement identique `a celle du courant (1, 44 Hz). L’´ecoulement atteint une vitesse maximale `a proximit´e du front de solidification (Fig. 4.15). Ce maximum de vitesse (100 mm/s environ) au niveau du front est atteint au moment de la fin de l’impulsion du courant. Ensuite, lorsque le courant de soudage prend sa valeur basse, la vitesse d’´ecoulement diminue, pour atteindre des valeurs moyennes au front de 20 mm/s environ. Ces fluctuations de vitesse d’´ecoulement sont ´egalement mesur´ees dans le bain de fusion, mais avec une amplitude qui s’att´enue au fur et `a mesure que l’on s’´eloigne du front, la variation n’´etant plus que de 20 mm/s environ `a 0, 9 mm du front, contre plus de 70 mm/s au niveau du front (Fig. 4.15).

4.4 Analyses

La premi`ere partie de ce chapitre a montr´e que les r´esultats pr´esentent de fortes variations entre les diff´erentes ´energies de soudage. Ces r´esultats vont maintenant ˆetre analys´es, en commen¸cant par les essais en courant lisse, puis viendront les essais en courant puls´e.