Academic literature on the topic 'Soudage faisceau electron'

Analyse des mecanismes de transformation par des methodes physiques complementaires: dilatometrie, calorimetrie, microscopie electronique, diffraction rx, electronique et neutronique. Analyse de la precipitation dans l'alliage cu-1% cr-zr. Influence de la deformation sur le mecanisme de precipitation. Interpretation thermodynamique du phenomene. Etude du mecanisme de deformation dans l'alliage cu-12,6% al a l'etat martensitique. Determination des transformations de phase et developpement d'un effet de memoire de forme. Ces transformations structurales sont a l'origine de la fragilisation des cordons de soudure au cours d'une operation de soudage par faisceau d'electrons

Dans le domaine aéronautique la réduction du ratio buy to fly pour les pièces de structure est devenue un enjeu majeur. Il s'agit de développer, à coût matière réduit, des appareils consommant moins de carburant tout en proposant une autonomie et une capacité de transport plus importantes. Ce travail de recherche s'inscrit dans cette problématique industrielle, et accompagne Airbus dans le développement du procédé de soudage par faisceau d'électrons de tôles en alliage TA6V dans le but de concurrencer (en proposant une diminution du ratio buy to fly) les procédés classiques de forgeage/matriçage des pièces de structure. Toutefois, le soudage du TA6V, malgré un traitement thermique de détensionnement, conduit à une hétérogénéité de microstructure caractérisée par l'apparition de très fines lamelles de phase α associées à une diminution de la résistance à la propagation de fissures dans la zone soudée par rapport à celle du matériau de base. Ce gradient de propriétés mécaniques est acceptable pour l'application souhaitée, néanmoins, pour étendre ce procédé d'assemblage à d'autres pièces de structure un Traitement Thermique Post-Soudage (TTPS) est envisagé. On vise ainsi à atteindre, dans l'intégralité de la tôle soudée, un meilleur compromis entre la résistance à la propagation de fissure et les propriétés en statique. Dans ce travail de thèse, des lignes de fusion ont été réalisées par la société Airbus sur des tôles laminées d'épaisseurs 12mm présentant une microstructure biphasée α+β soit équiaxe (dite recuit α-β), soit lamellaire (dite recuit β). La caractérisation de chacune des microstructures et des propriétés mécaniques (via des essais de traction, de résilience et de propagation de fissure en fatigue) de la zone de fusion et du matériau de base a permis d'appréhender les mécanismes d'endommagement de l'alliage soudé. Les résultats macroscopiques des essais mécaniques associés à l'étude des faciès de rupture et des chemins de propagation de fissure ont par ailleurs révélé, pour chacune des microstructures impliquées (recuit α-β et recuit β), une importante anisotropie des propriétés mécaniques et de fortes hétérogénéités de comportement mécanique dans l'épaisseur de la tôle. La caractérisation de la microtexture par analyses EBSD de ces matériaux a mis en exergue la présence de nombreuses macrozones contribuant aux hétérogénéités observées. Le développement d'un Traitement Thermique Post-Soudage (TTPS) à partir de l'état recuit β soudé ne permet pas d'aboutir à des propriétés mécaniques statiques satisfaisantes dans la tôle à cause d'un grossissement excessif des ex-grains β. C'est pourquoi, un TTPS à partir de l'état recuit α-β soudé a été envisagé afin d'homogénéiser la microstructure et d'améliorer la résistance à la propagation de fissure de l'ensemble de la tôle soudée. Finalement, une optimisation du TTPS est proposée en considérant le passage de l'échelle du laboratoire à l'échelle industrielle. Les caractérisations microstructurales et mécaniques après TTPS ont par la suite été confrontées aux résultats obtenus sur le matériau recuit β, ce qui a permis de comprendre les avantages et les limites du TTPS choisi
In the aeronautic industry, the reduction of the « buy-to-fly » ration for structural parts has become a major issue. The goal is to develop planes, at a reduced material cost, requiring less fuel with an extended range and higher load capacity. This research study has been designed with the Airbus Company in order to contribute to solve this industrial problem. In particular, the development of the electron beam welding process of the β annealed titanium alloy Ti-6Al-4V should concurrence the usual forging/pressing processes of structural parts. However, welding of Ti-6Al-4V, despite a stress relieving heat treatment, lead to a microstructural heterogeneity between the welded zone and the base metal and, as a consequence, to an heterogeneity of the mechanical properties. In comparison to the crack propagation resistance of the base metal, the one measured fusion zone is weaker and is associated to the presence of very thin α platelets. This mechanical properties gradient remains acceptable for the industrial purpose, nevertheless, in order to extend the use of the electron beam welding process to other structural parts, a Post-Welding Heat Treatment (PWHT) is considered. The aim is to achieve, in the entire welded plate, a better compromise between the crack propagation resistance and the static properties. In this PhD work, fusion lines were performed by the Airbus company on two rolled plates of biphasic α+β Ti-6Al-4V presenting either a lamellar microstructure (also called β annealed) or an equiaxe microstructure (also called α-β annealed). Characterizations of the microstructures involved as well as the mechanical properties helped to understand the failure mechanisms of the welded alloy. The analysis of the different test revealed, thanks to the observation of the crack propagation path on the Charpy specimens, that the very thin α platelets in the fusion zone do not act as a strong barrier against the crack propagation. On the contrary, in the case of the β annealed base metal, the α platelets are thick enough (1µm) to be an obstacle and to slow down the crack. In this case, the crack undergoes many deviations at the α/β interfaces, generating a very long and tortuous crack path. In order to improve the mechanical properties of the fusion zone, it seems appropriate to apply a PWHT, which will transform the microstructure and increase the thickness of the α platelets in the fusion zone. This PWHT consists mainly in a treatment in the β field followed by a controlled cooling rate. However, even if the PWHT applied on the β annealed and welded material lead to a thickening of the α platelets and improve the crack propagation resistance in the fusion zone, a strong enlargement of the prior β grain in the base metal is responsible of low tensile properties. That is why, a PWHT applied on the α-β annealed material is considered in order to homogenize simultaneously the microstructure in both fusion zone and base metal and improve the mechanical in the entire welded plate. Results obtained from the Charpy tests underline that the PWHT applied on the α-β annealed and welded material lead to homogeneous fracture energies in the plate, and to an higher fracture energy after PWHT than the one in the fusion zone of the β annealed material, which fulfill the initial industrial goal. An important anisotropy of the mechanical properties as well as important fluctuations of these properties in t he thickness of the plates has also been observed. The EBSD analyses of the crystallographic microtexture revealed the presence of numerous macrozones responsible of the heterogeneities observed for both microstructures

Les technologies de fabrication additive(FA) basées sur la technique de fusion laser sur lit de poudres, telles que les procédés de fusion sélective laser (Selective Laser Melting ‘SLM’) et de fusion par faisceau d'électrons (Electron Beam Melting ‘EBM’), ne cessent de se développer afin de produire des pièces fonctionnelles principalement dans les domaines aérospatial et médical. Le procédé de fabrication additive offre de nombreux avantages, tels que la liberté de conception, la réduction des étapes de fabrication, la réduction de la matière utilisée, et la réduction de l'empreinte carbone lors de la fabrication d'un composant. Néanmoins, les pièces obtenues nécessitent une opération d’usinage de finition afin de satisfaire les tolérances dimensionnelles et l’état de surface
Additive Manufacturing (AM) techniques based on powder bed fusion like Selective Laser Melting(SLM) and Electron Beam Melting processes(EBM) are being developed to make fully functional parts mainly in aerospace and medical sectors. There are several advantages of using AM processes like design freedom, reduced process steps, minimal material usage and reduced carbon footprint while producing a component. Nevertheless, the parts are built with near net shape and then finish machined to meet the demands of surface quality and dimensional tolerance

La présente étude est dédiée à la compréhension des mécanismes de malaxage intervenant lors du soudage de matériaux dissimilaires par des sources de haute énergie et en particulier sur deux couples de matériaux présentant des problèmes métallurgiques différents : * cuivre - inox (lacune de miscibilité, différence de propriétés thermophysiques),* TA6V- inox (oxydation, formation de phases intermétalliques fragilisant la soudure).Pour le premier couple de matériaux, le soudage par laser Nd:YAG continu et par faisceau d'électrons a été utilisé. L'étude des évolutions de la morphologie des soudures, de la composition et de la microstructure des zones fondues ainsi que des propriétés mécaniques a permis de proposer des hypothèses sur les mécanismes de formation du mélange hétérogène à solubilité limitée. Afin de quantifier les phénomènes physiques intervenant en soudage continu de matériaux dissimilaires, la modélisation numérique a été mise en œuvre en utilisant le logiciel FEM "Comsol Multiphysics". Une série des modèles simulant les champs de températures, les mouvements convectifs et le malaxage (diffusion, méthode level set, méthode des champs de phases) a été créée. Dans le cas du laser, la formulation pseudo-stationnaire du transfert de chaleur basée sur la géométrie du capillaire simplifiée et la convection a été couplée avec les problèmes 2D de diffusion et de malaxage des matériaux dans différents plans horizontaux. En soudage par faisceau d'électrons, la morphologie de la microstructure a nécessité une formulation temporelle. Le modèle multiphysique final en couplage complet (solution multiphysique simultanée) reproduit le processus de formation d'une structure périodique de solidification lors du soudage par faisceau d'électrons et permet d'expliquer l'aspect des structures alternées entre matériaux immiscibles ou présentant de grandes différences de propriétés thermophysiques.Le deuxième couple de matériaux présente des problèmes métallurgiques majeurs liés à la formation des phases intermétalliques rendant l'assemblage direct par fusion impossible. La composition locale devient donc l'aspect-clef de la formation d'une soudure correcte : l'introduction d'un troisième matériau (cuivre) ayant une meilleure compatibilité avec le titane est nécessaire. Pour pouvoir déterminer les fenêtres optimales des conditions opératoires, les modèles numériques, créés précédemment, ont été adaptés pour quatre procédés de l'assemblage : faisceau d'électrons, soudage lasers Nd:YAG continu et pulsé, brasage par laser avec apport de fil. L'analyse élémentaire des microstructures dans les soudures résistantes mécaniquement a permis de développer le scénario de la solidification d'une zone fondue et de comprendre l'influence de la composition aux interfaces sur la résistance mécanique des assemblages.Les modèles numériques multiphysiques créés au cours de cette étude permettent l'accès rapide à la grande quantité d'information sur le comportement de la zone fondue en fonction des paramètres de soudage en se basant sur le nombre des données de départ relativement limité et sur quelques hypothèses simplificatrices. L'approche multiphysique à la modélisation de soudage permet de reproduire la forme de la zone fondue, visualiser les écoulements du liquide et cartographier la distribution de certains éléments avec une bonne corrélation avec les résultats expérimentaux. L'ensemble des modèles permet de déterminer les conditions opératoires répondant aux critères fixes en fonction de la métallurgie d'un couple hétérogène.

Pour fabriquer le caisson-coeur du futur réacteur expérimental Jules Horowitz (RJH), un assemblage de viroles est effectué à l'aide d'un procédé haute énergie : le soudage par faisceau d'électrons (FE). L'aluminium 6061-T6 qui a été choisi pour la fabrication de ces viroles est un alliage à durcissement structural, ce qui signifie que ses propriétés mécaniques sont très fortement dépendantes de son état de précipitation. Lors du soudage des viroles, l'état microstructural du matériau est affecté : on assiste notamment à une dégradation de l'état fin de précipitation (T6). Les conséquences de cette dégradation microstructurale sont diverses. Notamment, l'évolution de l'état de précipitation au cours du soudage engendre une variation du comportement mécanique et impactera donc la distribution des contraintes résiduelles. De plus, les propriétés mécaniques en service à proximité du joint soudé seront grandement modifiées, on assiste par exemple à une chute de la limite d'élasticité. Dans ce travail, des essais cycliques ont été effectués après des chargements thermiques représentatifs d'une opération de soudage mais aussi pendant des essais isothermes. L'analyse de ces résultats et la confrontation à des mesures de Diffusion de Neutrons aux Petits Angles (DNPA) et de Microscopie Electronique en Transmission (MET) permettent de comprendre les effets de la précipitation sur la loi de comportement de l'alliage. Afin de prédire les évolutions microstructurales et mécaniques dans l'alliage 6061, un logiciel de précipitation a été implémenté et couplé à un modèle élastoplastique à base physique. Les résultats obtenus permettent de représenter la grande variété de comportement observé lors de la campagne expérimentale. Un couplage entre simulation éléments finis thermique et précipitation a été effectué et permet d'ouvrir des perspectives de simulations plus physiques pour ce type d'alliage
In order to assemble the pressure vessel of experimental Reactor Jules Horowitz (RJH) of France in the future, the electron beam welding process will be used. Several ferrules in a 6061-T6 age hardening aluminum alloy are used for manufacturing this vessel. The fine precipitation state (T6) is affected significantly by the electron beam welding process. Consequently, this microstructural degradation leads to an evolution of the mechanical behaviour and thus will affect the distribution of residual stresses. Moreover, the mechanical properties of the weld joint at ambiant temperature can be modified, such as the yield stress that may drop from 280 MPa to 55 MPa. In this work, cyclic tensile tests have been performed after anisothermal histories representative of welding and during isothermal treatments. The analysis of these results is compared with Small Angles Neutrons Scattering (SANS) and Transmission Electron Microscopy (TEM) characterizations that allow to understand the effect of the precipitation on the material behaviour. To predict the microstructural evolutions in the 6061 structure, a precipitation model has been developped. The precipitation software "PreciSo" coupled with a Finite Element thermal simulations and elastoplastic models allows to open new prospectives in the physical-based simulations domain