Etude de l'influence des écoulements dans le bain de fusion sur les mécanismes de solidification en cours de soudage sur l'alliage Cu30Ni

Overview & Synopsis

Les conditions de solidification de la matière au cours d’une opération de soudage sont très particulières. Le phénomène se produit en effet à des vitesses de croissance de grains élevées, en présence de forts gradients de température, et surtout de forts écoulements dans le bain liquide, qui peuvent modifier les mécanismes de solidification. Le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à la compréhension des couplages pouvant exister entre écoulements et mécanismes de solidification, en relation avec les paramètres de soudages, à l’échelle macroscopique du bain, mais aussi à l’échelle microscopique des grains en cours de solidification. Une étude expérimentale est menée, basée sur l’observation in-situ d’un bain liquide traversant généré sur une tôle mince d’alliage Cu30Ni à l’aide d’une torche de soudage TIG (Tungsten Inert Gas), dans deux configurations : une configuration statique générant un bain de fusion axisymétrique, et une configuration en translation générant une ligne de fusion. Pour chaque configuration, la morphologie du front de solidification et les écoulements autour du front sont observés à l’échelle microscopique à l’aide d’une caméra rapide équipée d’un objectif à fort grossissement. A l’échelle macroscopique, le bain dans son ensemble est observé à l’aide d’une caméra infra-rouge et de deux caméras filmant dans le visible. La première permet d’obtenir le champ de température dans le solide sur la face envers, tandis que les deux autres permettent de déterminer la frontière du bain sur les faces supérieure et inférieure. Les observations synchronisées ont permis d’extraire une grande quantité de données permettant de discuter les interactions entre mécanismes de solidification et écoulements pour plusieurs conditions de soudage. Pour finir, les résultats expérimentaux sont confrontés aux résultats issus de modélisations analytiques et numériques, afin de discuter la validité de ces modèles et de tenter de mieux comprendre les analyses.