Méthode du trou profond

2.4.1 Principe de la méthode

La méthode du trou profond ou DHD (deep hole drilling) est une méthode semi-destructive qui, comme

la méthode du contour, est basée sur la mesure des déplacements résultant de la redistribution des

contraintes suite à un enlèvement de matière. Cette méthode consiste à percer un trou de référence

à travers la pièce puis à en mesurer le diamètre avant et après la redistribution des contraintes en

réalisant un carottage concentrique au trou de référence. La différence entre les deux mesures avant

et après redistribution des contraintes permet de remonter aux valeurs des contraintes résiduelles en

appliquant la théorie de l’élasticité linéaire. Cette technique permet d’évaluer les contraintes

résiduelles dans deux directions orthogonales pour des profondeurs de plusieurs centaines de

millimètres. La méthode DHD a été développée par l’Université de Bristol et est maintenant

commercialisée par l’entreprise VEQTER. Les principales étapes sont représentées Figure 2.16 (Schajer

et Ruud, 2013).

Etape 1 Etape 2

Etape 3 Etape 4

Canon de perçage 1

Pièce

Canon de perçage 2

Sonde pneumatique

Electrode EDM Sonde pneumatique

Foret

Figure 2.16 : Schéma des principales étapes de la méthode DHD d’après

(Schajer et Ruud, 2013)

 Lors de l’étape 1, deux canons de perçage sont fixés de part et d’autre de la pièce à

l’emplacement de la mesure puis l’usinage du trou de référence est effectué. Les canons de

perçage permettent de guider le foret lors de l’usinage.

 L’étape 2 consiste à mesurer la forme du trou de référence à différentes hauteurs (canon de

perçage compris) à l’aide d’une sonde pneumatique.

 Au cours de l’étape 3 un carottage concentrique au trou de référence est effectué. L’usinage

est réalisé par électroérosion (ou EDM) entre une électrode cylindrique creuse et la pièce. C’est

lors de cette découpe (sans contact) que les contraintes sont redistribuées.

 La dernière étape consiste à mesurer à nouveau la forme du trou de référence après

redistribution complète des contraintes résiduelles présentes dans la pièce. Il est alors possible

de calculer les contraintes à partir de ces deux mesures.

Les mesures par la méthode DHD ont été réalisées par VEQTER sur un demi-tronçon, pour chaque

configuration du soudage les demi-tronçons restant étant utilisés pour les cartographies de dureté

présentées au chapitre 1. Il a été décidé de réaliser la mesure au même endroit pour chaque

demi-tronçon de manière à pouvoir suivre et comparer l’évolution des contraintes résiduelles au fur et à

mesure du dépôt des cordons. Les mesures ont été réalisées avec un axe du trou de référence situé en

pied du 1

cordon. Ce choix est justifié par le fait que cet emplacement se situe au cœur de la ZF et de

la ZAT globale permettant ainsi de visualiser l’effet de l’ensemble des cordons (Figure 2.17). Dans notre

cas, le diamètre de référence est de 1,5 mm et le diamètre intérieur du carottage est d’environ 5 mm.

Les mesures de la forme du trou de référence ont été effectuées par pas de 0,2 mm sur la profondeur.

Les constantes d’élasticité utilisées pour le calcul des contraintes sont identiques à celles utilisées pour

la méthode du contour (E=204 GPa et =0,3).

Figure 2.17 : Position du trou de référence pour l'évaluation des contraintes résiduelles par la

méthode DHD

Position du trou

de référence

x

y

Bas de la plaque

Haut de la plaque

Les résultats obtenus par la méthode DHD sont présentés Figure 2.18. Pour chaque étape du soudage

multipasse, est tracée l’évolution des composantes longitudinale et transverse des contraintes

résiduelles. Ces contraintes sont tracées en fonction de leur position à partir du bas de la plaque

jusqu’à la surface du cordon de soudure.

Pour l’ensemble des tronçons, les résultats obtenus présentent un niveau de contrainte modéré au du

bas de la plaque diminuant progressivement jusqu’à atteindre un minima en compression à une

épaisseur d’environ deux tiers de la plaque. Ensuite, le niveau de contrainte augmente jusqu’à

atteindre un pic en traction dans la zone proche du cordon, puis diminue brusquement jusqu’à

repasser en compression près de la surface. Les évolutions des contraintes longitudinales et

transverses sont similaires et les niveaux de contraintes atteints sont proches en particulier pour les

deux premières passes. Ce constat n’est plus valide pour les deux dernières passes où l’on observe un

écart plus important pour les contraintes de traction situées au niveau de la ZAT. Pour la passe 3 et

plus particulièrement pour la passe 4, il faut noter qu’après le minima en compression, la contrainte

augmente brusquement pour atteindre un premier pic en traction puis diminue légèrement pour la

passe 3 et plus significativement pour la passe 4 pour augmenter à nouveau jusqu’à atteindre un

second pic en traction. La présence de ces pics de traction est principalement due à l’aspect multipasse

du soudage du fait de la dépose successive des cordons de soudure ce qui provoque donc cette

distribution particulière de la contrainte.

Dans le cas où le niveau de contrainte résiduelle dans le joint soudé serait élevé, la redistribution des

contraintes lors du carottage pourrait générer un écoulement plastique. Si de tels phénomènes

apparaissent lors des mesures le calcul des contraintes résiduelles peut ne pas être représentatif de

l’état de contrainte post-soudage. Une variante de la technique DHD a donc été mise au point pour

pallier ce problème. Cette technique est appelée iDHD (incremental Deep Hole Driling). Contrairement

à la technique DHD classique où le carottage est réalisé en une seule fois, la technique iDHD exige un

carottage effectué en plusieurs étapes (Mahmoudi et al., 2009). Les mesures utilisant cette technique

ont été réalisées sur le tronçon représentatif de l’état final (4 passes) dans l’hypothèse où les

contraintes les plus élevées seraient présentes sur ce tronçon. Les résultats obtenus pour ces points

de mesure figurent en bleu clair (contrainte longitudinale) et bleu foncé (contrainte transverse) sur la

Figure 2.18. Cette précaution a permis de s’assurer que le niveau de contrainte résiduelle atteint était

suffisamment faible pour ne pas générer de plasticité confirmant ainsi la validité des mesures DHD.