Electron beam welding process for joining thick gage section of martensitic stainless steels

Résumé

La fabrication durable pour l'assemblage des turbines utilisées dans les systèmes de production d'hydroélectricité est le moteur du développement de technologies avancées pour réduire les coûts de fabrication tout en assurant une haute performance sur la durée de vie du produit. La roue de turbine, un élément essentiel dans les systèmes hydrauliques de production d'énergie, est composée de trois éléments majeurs, la couronne, les aubes et la ceinture, assemblés par soudage. Le soudage par faisceau d'électrons (EBW) sous vide à haute densité d'énergie peut jouer un rôle très important dans la conception et la fabrication d'une roue de turbine qui est fabriquée à partir de composants à très fortes épaisseurs. En effet, ce procédé a la capacité d’atteindre une pénétration profonde avec un faible apport de chaleur, donnant ainsi une soudure avec d’étroites zones affectées thermiquement (ZAT) et une faible distorsion. Dans cette thèse, la soudabilité par faisceau d’électron (EBW) de fortes épaisseurs d’acier inoxydable martensitique (13% Cr-4% Ni) à faible taux de carbone, largement utilisé dans la fabrication de turbines hydrauliques, a été étudiée. En particulier, le soudage en une seule passe (BOP) et d’un joint bout à bout sans préparation à démontrer qu’il est possible de souder sur une profondeur de 60 mm à 90 mm des plaques en CA6NM et UNS S41500. Les soudures ont été réalisées avec une soudeuse à faisceau d'électrons de 42 kW sous vide sans utiliser de métal d'apport. Les caractéristiques des échantillons soudés ont été mesurées: évaluation de la microstructure dans la zone de fusion (FZ) et dans les ZAT, distribution de la dureté, ainsi que les effets du préchauffage et du traitement thermique après soudage. Les contraintes résiduelles longitudinales dans la section droite d’un joint soudé ont été mesurées par la méthode du contour. Le comportement mécanique des soudures, localement et globalement, a été déterminé par un essai de traction à température ambiante en utilisant un système automatisé de corrélation d’images numériques (DIC). Les mesures de déformations montrent que les propriétés en tension, dans la condition tel que soudé et dans la condition traité thermiquement après soudage, rencontrent les critères d’acceptabilité pour des applications hydroélectriques selon les normes ASME sections VIII & IX. Le système ARGUS combiné au système DIC a également été utilisé pour mesurer la distorsion des assemblages soudés par EBW. Finalement, la distribution longitudinale des contraintes résiduelles a été évaluée par la méthode du contour dans une section droite perpendiculaire au sens de la soudure, pour les aciers CA6NM et UNS S41500, dans les conditions tel que soudé et traité thermiquement après soudage.

Date	28 janv. 2016
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Henri Champliaud (Directeur(-trice)) & Priti Wanjara (Codirecteur(-trice))