[PDF] EFFET DE LA SOUDURE SUR LA STRUCTURE DE LACIER

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Du diplôme de

Doctorat en sciences

Spécialité : Génie Mécanique

EFFET DE LA SOUDURE

SUR LA STRUCTURE

Présentée par :

Mr : Chems-Eddine DERFOUF

Soutenue publiquement le 27 Septembre 2011

Devant le jury composé de :

A. CHALLA Professeur Président Univ. Biskra

Z. BOUMERZOUG Professeur Directeur de thèse Univ. Biskra

K. ZIDANI Professeur Examinateur Univ. Batna

A. BELGACEM BOUZIDA Professeur Examinateur Univ. Batna

D. BRADAI Professeur Examinateur USTHB. Alger

République Algérienne Démocratique et Populaire

Université Mohamed Khieder Biskra

Faculté des Sciences et de la technologie

Département : Génie Mécanique

Réf :

Remerciements

tout puissant qui nous a guidés vers le droit chemin. Mes remerciements vont avant tout à mon Directeur de Thèse, Monsieur Zakaria BOUMERZOUG, Professeur à l, avoir accordé son temps et toute

sa compétence avec une grande générosité tout au long des quatre années nécessaires à

aboutissement de ces travaux.

Je remercie également

accueils, aides, et efforts particulièrement Madame A. BOUMAARAF qui a effectuée la totalité

des prélèvements des échantillons au cours de la production. Je remercie Monsieur Abd El Wahed CHALLA, Professeur à Biskra et

Vis Recteur chargé de la formation supérieure, de la formation continue et des diplômes pour

vouloir accepter la présidence de ce jury. Je remercie Monsieur Aissa BELGACEM BOUZIDA, Professeu Batna, Kamel ZIDANI, Professeur et Monsieur Djamel BRADAI, Professeur à ENP (Alger) accepté dde cette thèse. Je tiens plus particulièrement à remercier Monsieur S. JAKANI, manager à ARCELOR METAL Belgique, Monsieur T. BAUDIN, directeur de recherche CNRS à Orsay, pour leurs

patiences, contributions et aides dans lors des analyses expérimentales réalisées en France.

Monsieur Y. BOUABA (Chef de service des analyses physico- chimie) dans strielles de Seriana (E.R.I.S) Batna. Finalement, je remercie infiniment mon humble et chère épouse, pour son aide précieuse

dans la mise en forme finale de la thèse et tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la

réalisation de ce travail.

Sommaire

i

Sommaire :

INTRODUCTION

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Chapitre I / Notions sur les phénomènes métallurgiques du soudage

I. Introduction .

I.1. Notions sur la métallurgie du soudage :

I.2. Considérations générales

I.2.a. Déformation d'origine thermique

I.3. Caractéristiques de la soudure

I.3. a. Définition

I.3. b. Morphologie de la zone de fusion

I.4. Aspects métallurgique du soudage

I.4.1. Structure globale de solidification

I.4.2. Sous structure de solidification

I.4.2.a. Mécanisme de formation

I.4.2.b. Effet de la vitesse de refroidissement

I.4.2.c. La soudabilité .......................

I.4.2.d. La soudabilité des aciers

Référence :

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Chapitre II / Procédés de soudage

II. Procédés de soudages :

II.1. Soudage automatique sous flux solide (arc submergé)

II.1.a. Morphologie de la zone de fusion :

II.2. Processus de solidification des soudures :

II.3. Calcul de la vitesse de refroidissement en zone de fusion :

II.3.a. Modèle de ROSENTHAL :

II.3.b. Effet des paramètres de soudage :

Référence

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Chapitre III / Soudage des aciers

III. Introduction

III. A. Les Aciers au carbone

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Sommaire

ii

III.A.1. ÉlĮ-Ȗ-gènes

III.A.2. Les aciers non alliés

III.A.4. Microstructures des aciers

III.B.1. Évolution des aciers en fonction des exigences relatives à la soudabilité III.B.1.b. Caractéristiques métallurgiques des soudures

III.B.2. Évolution de la composition chimique

III.B.3. Traitements thermiques des soudures d'acier III.B.3.2. Traitement comportant une austénisation (Recuit Normalisation) . III.B.4. Transformations microstructurales des aciers faiblement allié à faible pourcentage en carbone au cours du soudage

III.B.4.1. Classification des microstructu

soudage des aciers faiblement allié et à faible pourcentage en carbone : III.B.4.2. Grain de ferrite ou ferrite aliotriomorphique (FG)

III.B.4.2.a. Cristallographie de FG

III.B.4.2.b. Effet du taux de refroidissement sur les dimensions du grain de ferrite : ..

III.B.4.4.a. Ferrite aciculaire (FA)

III.B.4.4.b. Cristallographie de la ferrite aciculaire III.B.4.4.c. Germination et croissance de la ferrite aciculaire

III.B.4.5. Bainite supérieure :.

III.B.4.5.b. Comportement des transformations dans la ZAT

III.B.4.6. Bainite inferieure .............

III.B.4.7. Martensite (M)

III.B.4.7.a. La latte martensitique

III.B.4.7.b. Plaques martensitiques

III.B.4.8. Cinétique de formation de l'austénite . III.B.5. Mécanisme structural de soudage des aciers III.B.5.a. Pour la Zone affectée thermiquement ZAT 27
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Sommaire

iii

III.B.5.b. Pour la zone fondue ZF

III. C. Etude numérique

III. C.1. Etude numérique du soudage :

III. C.1.a. Présentation du problème

III. C.1.b. Prédiction des contraintes résiduelles de soudage III. C.1.c. Présentation du champ de température au cours du soudage III. C.1.d. Exemple de maillage pour modélisation numérique de pièces soudées

Référence

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ETUDE EXPERIMENTALE

Chapitre IV/ Présentation de la bouteille à gaz B11/13 Kg et sa fabrication. IV/ 1. Processus de fabrication de la bouteille à gaz type B11/13 Kg : IV/ 1.1. Notice technologique pour la fabrication de Bouteille à gaz type 11/13 Kg :

IV/ 1.2. Constitution de la bouteille

IV/ 1.3. Caractéristiques techniques des bouteilles

IV/ 1.3.b. Dimensions

IV/ 1.4. Caractéristiques des matériaux utilisés

IV/ 1.4.c. Caractéristiques mécaniques

IV/ 1.4.d. Identification technique de la bouteille B11/13 : IV/ 1.4.e. Étapes de fabrication de la bouteille à gaz B11/13 : IV/ 1.4.f. Organigramme du processus de fabrication de la bouteille B11/13 IV/ 1.5. Préparation de la matière première

IV/ 1.5.1 Emboutissage

IV/ 1.5.1.a Embouti supérieur

IV/ 1.5.1.b Embouti inférieur

IV/ 1.6. Soudage

IV/ 1.6.a. Préparation des éléments

IV/ 1.6.b. Soudage électrique sous flux

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Sommaire

iv

IV/ 1.6.c. Soudage électrique

IV/ 1.7. Traitement thermique

IV/ 1.8. Epreuve de pression

IV/ 1.9. Contrôles et essais

IV/ 1.9.a. Contrôle de ressuyage étirage et traction

IV/ 1.9.b. Contrôle de l'élasticité

IV/ 1.9.c. Essais d'étanchéité

IV/ 1.9.d. Essais d'éclatement

IV/ 1.10. Grenaillage

IV/ 1.11. Revêtement

IV/ 1.11.a. Peinture antirouille ou métallisation

IV/ 1.11.b. Peinture

IV/ 1.12. Montage robinet

Référence

Chapitre V/ Techniques expérimentales utilisées

Introduction :

V.1. Présentation schématique de la bouteille à gaz et des zones de prélèvement des

échantillons étudiées :

V.2.Présentation des soudures étudiées :

V.4.1. Spectrophotométrie par absorption atomique :

V.4.1.a. La lampe à cathode creuse :

V.4.1.b. Le nébuliseur :

V.4.2. Microscope optique :

V.4.3. Microscope optique à balayage MEB :

V.4.4. Mesures de micro dureté :

V.4.4.a. Principe de Mesure :

V.4.5. La diffraction des rayons X :

V.4.5.a: Principes généraux :

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Sommaire

v V.4.6.a. Définition de la fonction de distribution des orientations cristallines (FDOC) : V.4.7. Mesures des orientations locales dans le Microscope Electronique à Balayage par EBSD (diffraction des électrons rétrodiffusés) : .. V.4.7.a Préparation des échantillons de mesure : V.5. Essai mécaniques (Traction et micro-dureté) : V.5. Préparation des éprouvettes pour les essais :

V.5.a. Essais de traction :

Référence

Chapitre VI/ Résultats et Interprétations

Introduction

VI.A. Etude du joint soudé avant le traitement thermique

VI.A.1. Etude macrographique

VI.A.1.a Observation visuelle du joint soudée

VI.A.2. Le métal de base

VI.A.3. Etude du joint soudé

VI.A.3.1. Estimation du taux de ferrite au niveau du cordon de soudure

VI.A.4. Analyse par diffraction des rayons X

VI.A.5. Etude par la micro dureté

VI.A.6. Etude par la E B S D

VI.A.6.1. Métal de base

VI.A.7. Variation de la composition chimique

VI.B. Etude du joint soudé après le traitement thermique

VI.B.1. Etude mécanique

VI.B.1. Etude micrographique

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Chapitre VII/ Etude numérique

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Sommaire

vi

électrique sous flux solide

VII.1. 1. Données

VII.1. 1. b. Type et caractéristiques technique du soudage

VII.1. 1. c. :

VII.1.1.d. Formulation

VII.1.1.e. Conditions aux limites

VII.1. 1.f. Conclusion

VII.2. Etude numérique du comportement de la température lors du recuit des pièces en acier à faible pourcentage en carbone assemblés par soudage

VII.2.1.a. Domaine de calcul

VII.2.1.b. Conditions aux limites

VII.2.1.c. Co

VII.2.1.d. Conclusion

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Conclusion générale 136

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Introduction

Introduction

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Introduction

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