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LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 1 Identification dun critère de fissuration à chaud lors du soudage par faisceau délectrons de lalliage.

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1 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 1 Identification dun critère de fissuration à chaud lors du soudage par faisceau délectrons de lalliage CuCrZr Jean WISNIEWSKI30 décembre 2007 Contact:

2 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 2 - SOMMAIRE - 1- Objectif du projet 2- Présentation de lalliage étudié 3- Démarche envisagée 4- Utilisation de Castem pour identifier un critère de fissuration à chaud 5- Conclusions

3 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 3 Objectif du projet Mise au point dun test simple de recette matériau au regard du risque de fissuration à chaud en soudage. Objectif du projet: Proposer à lélaborateur et/ou à lutilisateur un test simple pour vérifier que lalliage CuCrZr ne fissurera pas lors du soudage pour une configuration donnée.

4 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 4 - SOMMAIRE - 1- Objectif du projet 2- Présentation de lalliage étudié 3- Démarche envisagée 4- Utilisation de Castem pour identifier un critère de fissuration à chaud 5- Conclusions

5 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 5 Lalliage CuCrZr CuCr1Zr (DIN 17672) Alliage à durcissement structural Présente de bonnes propriétés thermophysiques et thermomécaniques à chaud Actuellement utilisé dans le Tokamak Tore Supra de Cadarache On dispose de peu dinformations sur ses propriétés doù la nécessité de le caractériser (partenariats UBS et EPFL)

6 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 6 Utilisation de lalliage CuCrZr Aperçu d'un TPL daprès J. Schlosser et al

7 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 7 Utilisation de lalliage CuCrZr Doit évacuer des flux de chaleurs très importants (10MW/m 2 ) Doit présenter des propriétés mécaniques élevées à chaud Alliage qui sera utilisé dans ITER Pb: Fissuration à chaud en soudage !

8 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 8 - SOMMAIRE - 1- Objectif du projet 2- Présentation de lalliage étudié 3- Démarche envisagée 4- Utilisation de Castem pour identifier un critère de fissuration à chaud 5- Conclusions

9 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 9 Démarche envisagée Essai laboratoire - Objectif: permettre lidentification dun critère de fissuration à chaud Essai cas type (représentatif dune configuration réelle) - Objectif: appliquer le critère déterminé précédemment sévérité de la configuration? Essai Démonstrateur Validation de la démarche Utilisation de Castem dans chaque étape de la démarche

10 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 10 - SOMMAIRE - 1- Objectif du projet 2- Présentation de lalliage étudié 3- Démarche envisagée 4- Utilisation de Castem pour identifier un critère de fissuration à chaud 5- Conclusions

11 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 11 - SOMMAIRE - 1- Objectif du projet 2- Présentation de lalliage étudié 3- Démarche envisagée 4- Utilisation de Castem pour identifier un critère de fissuration à chaud - Présentation de lessai laboratoire - Réalisation de calculs thermomécaniques 5- Conclusions

12 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 12 Essai Labo Essai JWRI (Joining and Welding Research Institute, Osaka University, Japan) - Géométrie déprouvette simple (simulation et essais) - Soudage par FE - Essais instrumentés - Essai discriminant

13 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 13 Essai Labo

14 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 14 Essai Labo

15 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 15 Essai Labo

16 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 16 Essai Labo Exemple dobservation:

17 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 17 Introduction Présentation des résultats (sens transverse): (largeur 30 mm)

18 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 18 Présentation des résultats: (largeur 50) Introduction

19 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 19 - SOMMAIRE - 1- Objectif du projet 2- Présentation de lalliage étudié 3- Démarche envisagée 4- Utilisation de Castem pour identifier un critère de fissuration à chaud - Présentation de lessai laboratoire - Réalisation de calculs thermomécaniques 5- Conclusions

20 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 20 Réalisation dun calcul thermomécanique Réalisation dessais JWRI instrumentés (mesure de T°…) Couplage Castem-Matlab

21 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 21 Réalisation dessais JWRI instrumentés (mesure de T°…) Couplage Castem-Matlab Identification dun jeu de paramètres pour la source de chaleur Réalisation dun calcul thermomécanique

22 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 22 Réalisation dun calcul thermomécanique Réalisation dessais JWRI instrumentés (mesure de T°…) Couplage Castem-Matlab Réalisation dun calcul thermique Identification dun jeu de paramètres pour la source de chaleur

23 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 23 Réalisation dun calcul thermomécanique Réalisation dessais JWRI instrumentés (mesure de T°…) Réalisation dessais mécaniques (UBS/ECP) Couplage Castem-Matlab Réalisation dun calcul thermique Identification dun jeu de paramètres pour la source de chaleur

24 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 24 Réalisation dun calcul thermomécanique Réalisation dessais JWRI instrumentés (mesure de T°…) Réalisation dessais mécaniques (UBS/ECP) Couplage Castem-MatlabSiDoLo Réalisation dun calcul thermique Identification dun jeu de paramètres pour la source de chaleur Identification des paramètres de la loi de comportement en fonction de la température

25 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 25 Réalisation dun calcul thermomécanique Réalisation dessais JWRI instrumentés (mesure de T°…) Réalisation dessais mécaniques (UBS/ECP) Couplage Castem-MatlabSiDoLo Intégration et validation de la loi de comportement dans Castem Réalisation dun calcul thermique Identification dun jeu de paramètres pour la source de chaleur Identification des paramètres de la loi de comportement en fonction de la température

26 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 26 Réalisation dun calcul thermomécanique Réalisation dessais JWRI instrumentés (mesure de T°…) Réalisation dessais mécaniques (UBS/ECP) Couplage Castem-MatlabSiDoLo Intégration et validation de la loi de comportement dans Castem Réalisation dun calcul thermique Identification dun jeu de paramètres pour la source de chaleur Identification des paramètres de la loi de comportement en fonction de la température

27 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 27 Modèle thermique lagrangien Utilisation de PASAPAS dans Cast3m. Conditions aux limites (soudage sous vide): (Sens de soudage) Température imposée Flux nul Rayonnement (h équivalent) (Mors)

28 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 28 Modèle thermique lagrangien Source CIN (Cylindrical Involution Normal): Paramètres: Q énergie transmise du procédé [J] k en [m -2 ] K Z facteur dinvolution [m -1 ] s troncature [m] E. Ranatowski et al

29 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 29 Modèle thermique lagrangien Optimisation avec: -Contraintes sur la taille de bain - paramètres bornés Calcul thermique lagrangien du soudage FE dune éprouvette JWRI MATLAB CASTEM Signaux de TC expérimentaux Taille de bain expérimentale Signaux de TC simulés Taille de bain simulée P optimisé P P0P0 Soudage dune éprouvette JWRI

30 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 30 Modèle thermique lagrangien –Exemple de résultat: Calcul thermique intégrant les paramètres de la source

31 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 31 Réalisation dun calcul thermomécanique Réalisation dessais JWRI instrumentés (mesure de T°…) Réalisation dessais mécaniques (UBS/ECP) Couplage Castem-MatlabSiDoLo Intégration et validation de la loi de comportement dans Castem Réalisation dun calcul thermique Identification dun jeu de paramètres pour la source de chaleur Identification des paramètres de la loi de comportement en fonction de la température Intégration et validation de la loi de comportement dans Castem Réalisation dun calcul thermique

32 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 32 Réalisation dun calcul thermomécanique Loi de comportement –Première version de la loi –Intégration de la loi dans Castem –Validation de la loi

33 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 33 Loi de comportement Loi élastoviscoplastique à écrouissage isotrope –Fonction de charge Domaine délasticité si Ecoulement inélastique si

34 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 34 Loi de comportement Loi découlement: règle(s) qui va permettre de définir la vitesse de déformation viscoplastique. On utilise le modèle de Norton. Loi décrouissage: caractérise lévolution des variables décrouissage au cours de la déformation inélastique. Dans notre cas on ne considère, pour linstant, que de lécrouissage isotrope. On utilise le modèle de Voce. K et n à déterminer Q et b à déterminer (p: déformation inélastique)

35 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 35 Loi de comportement Expression de la fonction de charge: Contrainte découlement, variable à déterminer 7 paramètres à identifier E,, K, n, Q, b,.

36 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 36 Loi de comportement Identification des paramètres de la loi de comportement (SiDoLo) Simulation Expérimental

37 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 37 Réalisation dun calcul thermomécanique Loi de comportement –Première version de la loi –Intégration de la loi dans Castem –Validation de la loi

38 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 38 Intégration de la loi dans Castem Utilisation du module UMAT –Création/adaptation de deux subroutines en langage esope (très proche du fortran) Vocnor.eso (calcul des déformations élastiques et des contraintes mécaniques) Mefmod.eso (calcul de la variation des variables internes de la loi de comportement) –Surcharge du module umat.eso –Compilation de lexécutable Castem –Utilisation dans le programme en dgibi de la nouvelle loi de comportement: Déclaration dans MODE de lutilisation de VOCNOR Définition de lévolution en fonction de la température des paramètres de la loi de comportement dans MATE

39 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 39 Simulation numérique Loi de comportement –Première version de la loi –Intégration de la loi dans Castem –Validation de la loi

40 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 40 Simulation numérique Loi de comportement –Première version de la loi –Intégration de la loi dans Castem –Validation de la loi Comparaison des résultats issus de simulation des mêmes cas tests SiDoLo/Castem –Essai de traction isotherme –Essai de cisaillement isotherme –Essai de traction anisotherme

41 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 41 Loi de comportement Variation des propriétés matériaux en fonction de la température pour les essais de validation (20°C-700°C).

42 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 42 Validation de la loi de comportement Essai de traction isotherme

43 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 43 Validation de la loi de comportement Essai de traction isotherme (500°C)

44 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 44 Validation de la loi de comportement Essai de cisaillement isotherme (500°C)

45 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 45 Validation de la loi de comportement Essai de cisaillement isotherme (500°C)

46 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 46 Validation de la loi de comportement Essai de traction anisotherme

47 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 47 Validation de la loi de comportement Essai de traction anisotherme

48 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 48 Validation de la loi de comportement Essai de traction anisotherme

49 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 49 Réalisation dun calcul thermomécanique Réalisation dessais JWRI instrumentés (mesure de T°…) Réalisation dessais mécaniques (UBS/ECP) Couplage Castem-MatlabSiDoLo Intégration et validation de la loi de comportement dans Castem Réalisation dun calcul thermique Identification dun jeu de paramètres pour la source de chaleur Identification des paramètres de la loi de comportement en fonction de la température Intégration et validation de la loi de comportement dans Castem Réalisation dun calcul thermique

50 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 50 Réalisation dun calcul thermomécanique Exemples de résultats

51 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 51 - SOMMAIRE - 1- Objectif du projet 2- Présentation de lalliage étudié 3- Démarche envisagée 4- Utilisation de Castem pour identifier un critère de fissuration à chaud - Présentation de lessai laboratoire - Réalisation de calculs thermomécaniques 5- Conclusions

52 LTA – Laboratoire des Technologies dAssemblage 52 CONCLUSIONS Utilisation de Castem pour réaliser des calculs thermomécaniques du soudage par FE dune éprouvette JWRI. –Optimisation: Utilisation dun couplage Castem-Matlab pour identifier les paramètres dune source dapport de chaleur. –Utilisation de UMAT pour ajouter à Castem une loi de comportement. –Validation de la loi de comportement (comparaison Castem-SiDoLo) –Réalisation de simulation thermomécanique du soudage par FE déprouvettes JWRI (utilisation de PASAPAS) Perspective: Identifier un critère de fissuration à chaud. Remerciements: Olivier Fandeur (CEA LM2S)


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