Finite element modeling of the heat source during welding of 415 steel joints (13%CR-4% NI) with the robotic FCAW

Abstract

Les contraintes résiduelles constituent le problème le plus connu durant le processus de soudage en industrie, et a pour conséquence de réduire la durabilité de la partie soudée. Le modèle d’éléments finis peut prédire la distribution thermique le long de la pièce, induite par le processus de soudage et la distribution de contraintes résiduelles. Plusieurs approches ont été développées pour simuler la variation de température et des contraintes résiduelles pendant le soudage. Malgré tous les efforts faits par les universitaires pour prédire le champ thermique dans le processus de soudage, le manque de précision reste encore un problème dans le voisinage de la zone affectée par la chaleur. Cette étude est menée dans le but de précisément calculer le champ thermique dans et au voisinage de la zone affectée par la chaleur en utilisant la méthode des éléments finis. Un code thermique d’éléments finis, développé à l’IREQ, est utilisé afin d’obtenir le champ thermique au sein du soudage multi-passe. Ce code a été modifié, afin de considérer les propriétés thermiques de l’Acier inoxydable martensitique 415 comme matériau de base, pour obtenir une simulation plus fiable de la transmission de chaleur. Ensuite, la capacité du code à prédire la distribution de température est évaluée aux noeuds donnés sur la plaque, pendant le soudage multi-passe, dans le but de la comparez avec les données expérimentales. Dans notre simulation, le mouvement d'une source de chaleur de Goldak est appliqué dans le code pour prendre en compte l’énergie thermique induite dans la pièce par le processus de soudage. De plus, la méthode naissance des éléments est employée pour modéliser le dépôt du métal d’apport. Afin de relier les résultats expérimentaux et analytiques, 20 thermocouples sont installés sur la plaque pendant le processus du soudage, dans le but de mesurer le changement de la température. Une cartographie de la micro-dureté et de la microstructure des sections transversales sont analysées pour comparer avec la configuration prédite de la zone affectée par la chaleur. Enfin, la micro-dureté de petits spécimens est comparée à la mesure expérimentale de l’histoire thermique, simulée analytiquement, sur le spécimen, à la micro-dureté d’un nœud pour la même position sur la pièce. La comparaison des résultats obtenus par le code et expérimentaux, avec les thermocouples, du profil thermique montrent que le modèle peut prédire justement le profil de température durant les processus de chauffage et de refroidissement pour le processus de soudage multipasse. L’erreur moyenne calculée est inférieure à 10°C pour les trois passes de soudure.

Date	29 Jul 2015
Original language	French
Awarding Institution	École de technologie supérieure
Supervisor	Henri Champliaud (Supervisor) & Jacques Lanteigne (Co-supervisor)