Macrographies et cartographies de dureté

1.3.1 Protocole expérimental

Concernant le protocole expérimental, après avoir effectué les mesures nécessaires à l’évaluation des

contraintes résiduelles, chaque échantillon a été découpé pour ne conserver que la zone utile (proche

du cordon) puis enrobé à froid pour finalement être poli en vue de la mesure de dureté (polissage

mécanique jusqu’à une rugosité Ra de 3µm). Les mesures de dureté Vickers ont été effectuées sur un

microduromètre Durascan Struers©. Cet appareil possède un plateau asservi XY permettant de

cartographier en dureté une surface de façon automatique. Les mesures ont été effectuées à l’Institut

des Matériaux Jean Rouxel de Nantes (IMN). Les mesures de dureté Vickers Hv0,1 permettent

d’obtenir une résolution suffisante pour étudier les évolutions de dureté au sein de la ZAT, le pas étant

de 500µm. Nous avons en moyenne sur la surface de l’échantillon 3000 mesures de dureté Hv0,1 avec

pour chaque point de mesure les coordonnées associées. Il est alors possible de tracer la cartographie

en dureté des joints soudés correspondant à chaque étape du soudage multipasse. Après l’obtention

de ces cartographies, chaque échantillon est de nouveau poli puis attaqué chimiquement de manière

à révéler la position de la zone fondue et de la ZAT pour chaque passe. Pour notre étude, la ZAT est

définie comme l’ensemble des points où la dureté a évolué par rapport à la dureté initiale (250 Hv0,1).

Ces observations permettront par la suite de valider la simulation numérique. L’attaque chimique est

réalisée par l’immersion de l’échantillon dans du Nital 3% (97% d’éthanol + 3% d’acide nitrique).

1.3.2 Macrographies

Les Figure 1.16 et Figure 1.17 représentent les macrographies réalisées sur la zone de la maquette

correspondant respectivement à l’agrafage et à l’agrafage + 1 passe MAG. Le contour de la zone fondue

est représenté par un trait noir continu. On remarque que la zone fondue et la ZAT générée par

l’agrafage sont recouvertes par celles de la première passe MAG. Il est alors possible de supposer que

l’histoire thermique et métallurgique vue par la structure lors de l’agrafage puisse être effacée par la

première passe. De plus la position des cordons ainsi que leurs formes géométriques présentent une

bonne symétrie. Ces aspects pourront être pris en compte pour simplifier la simulation numérique.

La Figure 1.18 représente la zone correspondant à l’agrafage + 2 passes MAG, la Figure 1.19 la zone

agrafage + 3 passes MAG et la Figure 1.20 la zone agrafage + 4 passes MAG. Le trait interrompu délimite

les cordons formant la ZF globale. La deuxième passe MAG refond partiellement la première passe, la

troisième étant déposée sur ces dernières les refond partiellement également. Enfin, la quatrième

passe MAG refond la troisième passe seulement. Le bain de fusion de la deuxième et la troisième passe

MAG a tendance à s’étaler, les formes des cordons étant d’ailleurs relativement proches. En revanche,

le bain de fusion pour les passes 1 et 4 est plus contraint géométriquement, cela est dû au fait que

pour ces deux passes le cordon est déposé dans une zone plus « fermée » (angles proches de 90°)

laissant moins la possibilité au bain de s’étaler. Les formes des cordons des passes 1 et 4 sont proches

l’une de l’autre.

Figure 1.16 : Macrographie après agrafage –

la ZF est délimitée par un trait noir

Figure 1.17 : Macrographie après agrafage + 1

passe MAG

Figure 1.18 : Macrographie après agrafage + 2

passes MAG – les traits interrompus délimitent les

cordons formant la ZF globale

Figure 1.19 : Macrographie après agrafage + 3

passes MAG

1.3.3 Cartographies de dureté

Sur chacune des cartographies présentées dans cette partie, le contour de la zone fondue ainsi que la

délimitation entre les cordons déterminés à partir des macrographies sont superposés aux résultats

afin de favoriser leur analyse. La cartographie de la zone agrafage est présentée Figure 1.21. Les zones

de dureté élevée correspondent à l’emplacement de la ZF et de la ZAT. Le niveau de dureté dans ces

deux zones est globalement homogène (entre 400 et 450 Hv0,1). Néanmoins le maximum de dureté

appartient à la partie de la ZAT située dans la plaque. Il s’agit de la zone de la ZAT surchauffée où le

grossissement des grains austénitiques favorise la formation de microstructures les plus dures (cf.

chapitre 3). Dans la ZAT appartenant au raidisseur les vitesses de refroidissement plus faibles (cf. Figure

1.13) limitent ce phénomène. Au-delà de la ZAT, on retrouve la dureté du métal de base proche de 250

Hv0,1.

ZF ZF

Figure 1.21 : Cartographie de dureté après agrafage – les ZF

sont délimitées par des traits noirs

Les résultats pour la zone de la maquette correspondant à l’agrafage + 1 passe MAG sont présentés

Figure 1.22. Les duretés les plus élevées sont situées dans la ZAT et correspondent au pourtour de la

zone fondue. Les duretés maximales sont proches de 400 Hv0,1. La disparition des zones de duretés

proches des 450 Hv0,1 est compatible avec l’hypothèse de l’effacement de l’agrafage par la première

passe. Les ZF1 possèdent une dureté plus faible proche de 350 Hv0,1. Ce type de cartographie permet

également de visualiser la limite entre la ZAT et le métal de base.

La Figure 1.23 présente la cartographie obtenue pour la configuration agrafage + 2 passes MAG. Les

niveaux de dureté les plus élevés sont situés sur le pourtour de la ZF2 côté plaque dans le métal non

fondu. En revanche, à l’extrémité de la zone fondue de la passe 1 (devenue la ZAT de la deuxième

passe), la passe 2 a provoqué une diminution de la dureté dont le niveau s’approche du métal de base.

La même chose est observée sur le pourtour de la ZF1. Cette diminution de dureté étant observée dans

des zones relativement éloignées de la zone fondue (ZF2), pourrait être liée à un revenu provoqué par

la nouvelle passe sur le reste de la structure.

ZF1

ZF1

ZF2 ^ZF2

ZF1 ^ZF1

Figure 1.22 : Cartographie de dureté après agrafage + 1 passe MAG – les ZF sont

délimitées par des traits noirs

Figure 1.23 : Cartographie de dureté après agrafage + 2 passes MAG – les traits

interrompus délimitent les cordons formant la ZF globale

Sur les Figure 1.24 et Figure 1.25 représentant respectivement les configurations agrafage + 3 passes

MAG et agrafage + 4 passes MAG, les observations sont similaires à celles effectuées sur la Figure 1.23.

Dans le raidisseur le métal non fondu proche de la ZF3 ou de la ZF4 a vu sa dureté croître de manière

significative. Le reste de la zone sous-cordon de la ZF3 possède une dureté d’environ 350 Hv0,1 déjà

rencontrée. Les zones plus éloignées mais appartenant à la nouvelle ZAT ont vu leurs dureté

respectives diminuer. Au-delà de cette ZAT, la dureté n’est pas modifiée.

ZF1

ZF1

ZF2 ^ZF2

ZF3 ^ZF3

Figure 1.24 : Cartographie de dureté après agrafage + 3 passes MAG

Figure 1.25 : Cartographie de dureté après agrafage + 4 passes MAG

ZF2 ^ZF2

ZF3 _ZF3

ZF4

L’ensemble des macrographies et cartographies de dureté obtenues illustre bien les transformations

métallurgiques dues à l’enchaînement des passes de soudage. Si les zones surchauffées proches des

ZF ont conduit classiquement à la formation des phases les plus dures, on peut cependant constater

que leur étendue est au final très réduite et localisée aux extrémités de la ZF globale formée par les

différents cordons. Les zones de dureté élevée apparues suite à l’agrafage ont été effacées dès la

première passe. Après les quatre passes MAG la dureté maximale proche de 450 Hv0,1 n’est atteinte

que dans le raidisseur en bordure de ZF4. Ailleurs, que ce soit en ZAT ou en ZF, la dureté reste proche

de 350 Hv0,1 ou retombe au niveau des 250 Hv0,1 du métal de base. Dans ces zones adoucies, cette

réduction de dureté est sans doute provoquée par des revenus.