Ingénierie du soudage et des traitements thermiques

Simulation numérique du soudage (SNS)

Pour accompagner les industriels dans toutes les problématiques d’assemblage de composants soudés simples ou complexes, EC2 développe depuis 2005 une expertise dans :

• La modélisation du soudage et de ses conséquences mécaniques (distorsions, transformations métallurgiques, contraintes résiduelles…)
• La modélisation des traitements thermiques ou mécaniques de mitigation
• L’analyse de la durée de vie des assemblages soudés

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Prédire la fatigue, la corrosion voire la rupture dans les zones soudées : un enjeu industriel

Les structures soudées sont omniprésentes dans l’industrie, et bien que la résistance immédiate d’un joint soudé soit généralement égale ou supérieure à celle du métal de base, les soudures constituent à plus ou moins long terme des talons d’Achille dans les structures.

Le soudage génère des modifications locales de propriétés mécaniques dans et au voisinage des joints soudés (modifications métallurgiques, durcissement, fragilisation…) exposant les soudures aux phénomènes de fatigue et de corrosion . La Zone Affectée Thermiquement (ZAT) constitue donc une zone de fragilité en raison des conséquences métallurgiques de l’opération de soudage.

De plus, les soudures sont rarement exemptes de défauts de natures diverses : présence de porosités ou d’inclusions, singularités géométriques locales, qui entraînent des concentrations locales de contraintes pouvant conduire à l’apparition de fissures se propageant en fatigue, voire à des ruptures brutales à court terme.

De même, les changements de forme locaux non désirés liée aux distorsions thermiques peuvent parasiter le bon fonctionnement mécanique des assemblages, ou poser des problèmes de tolérances dimensionnelles après réalisation.

Enfin, les fortes contraintes résiduelles induites par le soudage, qui s’ajoutent aux contraintes en service, contribuent également à réduire la durée de vie ou la performance mécanique des assemblages soudés.

Ces problèmes concernent tous les types de soudures, des assemblages mécano-soudés de faibles dimensions aux panneaux soudés de grandes dimensions et aux soudures de circuit primaire de centrales nucléaires.

Notre expertise dans la modélisation numérique et l’analyse de la tenue mécanique des assemblages soudés

Notre savoir-faire dans l’analyse mécanique des assemblages soudés s’appuie sur différents types de modélisations, plus ou moins complexes selon les objectifs visés :

• La simulation des phénomènes thermiques afin d’estimer les gradients de température dans la ou les pièces pour mettre au point les paramètres de soudage ou éviter les problèmes de surchauffes
• La simulation des transformations de phases métallurgiques à l’état solide, susceptibles de se produire dans le cas des aciers faiblement alliés, des alliages de titane ou d’aluminium, afin d’estimer la chute de résistance mécanique ou la fragilisation liée aux transformations.
• La détermination des contraintes résiduelles par des estimations forfaitaires (issues de bases de données) ou bien par une simulation thermo-métallo-mécanique transitoire non linéaire
• Le calcul des déformations engendrées par le soudage. Dans le cas de structures de grandes dimensions, des méthodes simplifiées (type déformations inhérentes) peuvent également être utilisées.
• La simulation du soudage multipasses, même dans le cas d’un grand nombre de passes (>100), en introduisant différentes méthodes simplifiées
• La simulation de procédés de type traitements thermiques (modélisation de la relaxation des contraintes lors de traitements de détensionnement par viscoplasticité, modélisation des phénomènes métallurgiques et mécaniques générés lors de la trempe de pièces massives, modélisation de procédés de traitements de surface…)
• L’intégration des contraintes et distorsions de soudage dans des calculs mécaniques avals sous divers types de chargement

Parallèlement à la simulation du procédé de soudage lui-même et de ses conséquences, EC2 réalise des analyses de tenue mécanique et de durée de vie des assemblages soudés, en conformité avec les principaux règlements et codes de construction (Eurocode, CODAP, CODRES, RCCM…). EC2 apporte également une expertise sur les problèmes de nocivité de défauts dans les soudures. Ces analyses peuvent associer des calculs éléments finis et des modèles analytiques et peuvent faire intervenir des géométries et des chargements complexes.

Formation à la simulation numérique du soudage (SNS)

EC2 propose une formation sur la simulation numérique du soudage, ainsi qu’une formation sur les approches éléments-finis en mécanique de la rupture.

Exemples de Simulation Numérique du Soudage :