Essais à chargement extérieur

I.5.1.1 L’essai Varestraint

L’expérience est réalisée sur une éprouvette parallélépipédique maintenue sur un sabot de pliage de rayon variable (en anglais « Variable strain » qui a donné le terme Varestraint [10]). Une ligne de fusion TIG est effectuée au centre de l’éprouvette de la gauche vers la droite (Figure 26). Lorsque l’arc atteint le point A, une force est appliquée par un vérin sur l’extrémité libre de l’éprouvette qui est alors pliée sur l’arrondi du sabot. La durée du pliage est ajustable et le rayon de courbure du sabot est choisi en fonction de la déformation visée. Cet essai permet en théorie de provoquer la fissuration à chaud d’un matériau quelle que soit son aptitude à fissurer étant donné que l’on peut appliquer des déformations très importantes

système, la déformation imposée sur la face en tension vaut : p p MAX E R E + = 2

ε

Avec E_pl’épaisseur de l’éprouvette et R le rayon de courbure du sabot.

Figure 26 : Essai Varestraint : (a) photo (Cambridge University) ; (b) schéma

Cet essai est principalement utilisé pour des études qualitatives visant à classer des matériaux vis-à-vis de leur sensibilité à la fissuration à chaud [27], [43]. Le classement est établi suivant le nombre de fissures, leur longueur cumulée et/ou la longueur maximale des fissures.

Dans le cadre de sa thèse, Kerrouault [68] a effectué des essais Varestraint sur de l’acier inoxydable austénitique (AISI type 321) dans l’optique de déterminer un critère de déformation à chaud pour cet alliage. Il a rencontré des difficultés à évaluer précisément les déformations qui ont eu lieu au niveau du cordon de soudure ce qui limite fortement l’obtention d’un critère valable avec cet essai.

L’inconvénient de l’essai Varestraint dans l’étude de la fissuration à chaud de solidification est qu’il est susceptible de générer des fissures dans la ZF mais également dans la ZAT et qu’il est difficile de les différencier post-mortem. Dans l’optique de séparer ces deux types de fissuration deux variantes ont été développées : l’essai Spot Varestraint qui génère des fissures dans la ZAT [3] et l’essai Trans-Varestraint (ou « tranverse test ») [71] qui génère des fissures uniquement dans la ZF (Figure 27).

L’essai Spot Varestraint consiste à effectuer un simple point de soudure sur une éprouvette qui est déformée mécaniquement en ce point sur un sabot de courbure variable (Figure 27 (b)). Pour l’essai Trans-Varestraint, on plie l’éprouvette le long d’une ligne de fusion sur un sabot (Figure 27 (a)) ce qui conduit à l’apparition de fissures uniquement en zone fondue, la ZAT n’étant soumise qu’à une très faible déformation. Ce dernier permet d’évaluer la

R E_p Sabot Eprouvette Ep (a) (b)

ductilité de l’alliage en cours de solidification mais reste assez imprécis pour la détermination de très faibles valeurs de ductilité comme celles que l’on peut avoir avec des alliages de type inoxydables austénitiques [72].

Figure 27 : Schéma des essais : (a) Trans-Varestraint [71] ; (b) Spot Varestraint [73]

Matsuda et al. [41] ont appliqué l’essai Trans-Varestraint sur de nombreux aciers inoxydables ainsi que sur l’Inconel 600, ce qui leur a permis d’évaluer la ductilité de ces alliages à haute température et dans leur BTR (Figure 28).

On peut voir sur ces courbes que l’Inconel 600 est nettement moins ductile que l’acier inoxydable 304L et donc plus sensible à la fissuration à chaud. Les valeurs de déformation affichées (« Strain (%) »Figure 28) sont élevées, et à relativiser. En effet, elles sont établies à partir de déformations macroscopiques liées au rayon de courbure du sabot mais ne permettent pas de rendre directement compte des déformations de l’alliage en cours de solidification. Chargement mécanique Sabot courbé Torche (a) (b)

Figure 28 : Courbes de ductilité de différents aciers inoxydables austénitiques et de l’Inconel 600 [41]

I.5.1.2 L’essai Murex

Cet essai consiste à réaliser une soudure d’angle entre deux petites plaques bridées [74]. Au cours du soudage, l’une des plaques est mise en rotation autour de l’axe de la soudure. La rotation se poursuit à vitesse constante jusqu’à ce que la plaque ait parcouru un angle de 30°. Le paramètre de cet essai est la vitesse de rotation. Elle influe directement sur l’obtention de fissures qui s’amorcent de façon longitudinale. La sensibilité de l’alliage étudié sera caractérisée par la longueur des fissures observées.

Figure 29 : Principe de l’essai Murex [74]

I.5.1.3 L’essai Sigmajig

Développé par Goodwin [75] , il permet de déterminer le niveau de contrainte nécessaire à la formation d’une fissure à l’arrière d’un bain de fusion débouchant, sur une éprouvette plane. Cet essai consiste à appliquer un effort en traction sur l’éprouvette avant d’effectuer une ligne de fusion. L’opérateur incrémente la contrainte à chaque essai jusqu’à atteindre la contrainte limite, au-delà de laquelle la fissure s’amorce.

I.5.1.4 L’essai MISO

Un effort en traction est appliqué perpendiculairement à l’éprouvette lorsque le cordon de soudure est à mi-chemin des bords de l’éprouvette (Figure 30). Matsuda et al. [41] étudient alors le phénomène de fissuration à chaud in-situ à l’aide d’une caméra rapide montée sur un microscope. Ce montage est appelé MISO (« Measurement by means of In-Situ Observation »).

Figure 30 : Représentation de l’essai MISO [72] : (a) dispositif expérimental ; (b) méthode de mesure de déformation

Ce dispositif permet de mesurer les déplacements observés sur le semi-solide à l’arrière du bain de fusion en suivant l’évolution de la position de petites marques au microscope (Figure 30 (b)). Ainsi, tout comme l’essai Trans-Varestraint, cet essai permet de déterminer la ductilité d’alliages en cours de solidification, tout en offrant l’avantage de présenter une bonne reproductibilité. Cependant, les courbes de ductilité obtenues montrent des valeurs de déformation nettement plus élevées que celles obtenues par d’autres techniques (Trans-Varestraint) [72]. Ceci est notamment dû au fait que les valeurs de déformation annoncées sont dépendantes de la longueur de référence (Lo : Figure 30 (b)). Il est particulièrement délicat d’estimer une déformation en soudage du fait de l’importance des gradients thermiques qui font que la déformation n’est pas homogène et les gradients de déformation sont très élevés.

Ce dispositif est intéressant mais le montage reste complexe à réaliser et il faut garder un œil critique sur les résultats obtenus qui sont fonction du choix de Lo.

(a)