Développement d’une méthode numérique pour la prédiction des dimensions d’un cordon de soudure tig : application aux superalliages bases cobalt et nickel

Abstract

Le procédé de soudage TIG est actuellement le plus utilisé dans l’industrie aéronautique du fait de la qualité des joints de soudure qu’il permet d’obtenir et de sa simplicité d’automatisation. Une opération de soudage provoque des gradients thermiques dus au passage de la source de chaleur sur la pièce qui induisent des déformations et des contraintes résiduelles pouvant impacter la durée de vie de l’assemblage. Ce travail vise à mettre en place un modèle de simulation de ce procédé dans le but d’optimiser les paramètres opératoires.Avant d’envisager un couplage thermomécanique, il convient de représenter convenablement les transferts thermiques au cours du soudage et en particulier l’apport de chaleur lié au procédé. Dans cette étude, on propose une source de chaleur prédictive simplifiée représentative des paramètres opératoires qui permet en particulier d’estimer les dimensions caractéristiques du cordon de soudure et de traduire fidèlement l’évolution thermique dans la pièce. Cette source est définie par un flux de chaleur homogène dépendant d’une puissance P, réparti sur un disque de rayon R, ces 2 paramètres numériques étant liés aux principaux paramètres opératoires de soudage que sont l’intensité I et la hauteur d’arc h.Une campagne d’essais expérimentaux dans laquelle on étudie les variations des dimensions de la Zone Fondue (ZF) pour des cas non pénétrants et pénétrants en fonction des paramètres opératoires (I, h) est présentée. Pour chaque essai, un couple de paramètres d’entrée de la source de chaleur (P, R) permettant de reproduire les dimensions du bain fondu est identifié. La confrontation des résultats obtenus numériquement et expérimentalement permet de mettre en place des relations entre les paramètres opératoires de soudage (I, h) et les paramètres numériques (P, R) conférant un caractère prédictif à la source de chaleur. Ce modèle de source a été validé pour différentes configurations de soudage en termes d’épaisseurs de tôles, de matériaux à assembler, de vitesses d’avance de la torche, ...Notre modèle thermique a ensuite servi de base pour la simulation thermomécanique du procédé. Le modèle est appliqué à l’assemblage de deux composants d’un turbomoteur en superalliage base Nickel.