Comportement mécanique des joints soudés définition des essais et résultats expérimentaux

Un autre intérêt des éprouvettes entaillées est de tester uniquement une zone particulière de joint soudé, tout en gardant une géométrie globale d’éprouvette « standard » facile à utiliser de manière fiable au laboratoire de fluage (notamment en termes d’amarrage, d’extensométrie et de maîtrise de gradient thermique). Au cours de l’essai de fluage, la présence de l’entaille entraîne une concentration de contraintes dans la section de l’éprouvette, modifiant ainsi l’état de contraintes vers un état multiaxial. La triaxialité des contraintes va donc fortement augmenter dans la section transversale de l’éprouvette et ainsi accélérer les mécanismes d’endommagement qui se produisent généralement après de longues durées. A titre d’exemple, Rice et Tracey ont établi des modèles de croissance de cavités et ont montré l’influence de la triaxialité des contraintes sur la croissance des cavités en rupture ductile [Rice et Tracey, 1969].  Par rapport à une éprouvette lisse (avec une hypothèse de matériau isotrope régi par la contrainte équivalente de von Mises), la contrainte de Von Mises dans la section de l’entaille est inférieure à la contrainte axiale. Cette augmentation de la triaxialité des contraintes est à l’origine de l’accélération des mécanismes d’endommagement dans la section entaillée *Gurson, 1977, Rice et Tracey, 1969, Gaffard et al., 2005]. Pour déterminer le comportement de la zone adoucie et de la zone fondue, des essais de fluage sur éprouvettes entaillées dans chacune de ces zones ont donc été lancés. L’objectif de cette partie est de décrire le dimensionnement et la préparation de ces essais. Des calculs par éléments finis ont été réalisés afin d’une part de valider les géométries des éprouvettes entaillées et d’autre part de calculer la charge à appliquer.

La zone fondue étant large, le choix de la géométrie d’éprouvette lisse n’est pas contraint par le fait de tester uniquement la zone fondue. Une éprouvette de type MF11, dont le plan est donné sur la Figure 4-1, est choisie. Ce type d’éprouvette possède une géométrie standard souvent utilisée dans le laboratoire de fluage du CEA/SRMA. Pour les essais sur éprouvette entaillée, la zone fondue est suffisamment large (entre 9 et 12 mm) pour pouvoir imposer une entaille douce et ainsi limiter les difficultés d’usinage. En outre, cela permet de tester exclusivement le comportement de la zone fondue et ainsi de se rapprocher de la configuration sur éprouvette lisse avec uniquement de la zone fondue en partie utile. Le volume de matière testé est donc large et comporte une grande quantité d’anciens grains austénitiques. La géométrie d’entaille sera validée par la suite.  La largeur de la zone adoucie est estimée à 1,5 mm mais doit être précisément mesurée afin de définir les dimensions de l’entaille. Elle impose de réaliser une entaille sévère pour ne tester que cette zone. Elle a donc été évaluée grâce à des profils de microdureté réalisés dans le sens travers du joint (Figure 4-2).

Afin de solliciter uniquement la zone adoucie, la zone au droit de l’entaille ne doit comprendre que celle-ci. Du fait de la géométrie de chanfrein en V, les bords du joint sont inclinés. L’ébauche de l’éprouvette a donc été prélevée en biais dans le joint (schéma de la Figure 4-3), de manière à positionner la zone adoucie perpendiculairement à l’axe de l’éprouvette. En imposant une section d’entaille de 3 mm, un premier calcul a montré que la longueur de l’éprouvette devait être inférieure à 30 mm. La longueur de l’ébauche doit donc être légèrement supérieure.  Des ébauches d’éprouvettes de longueur 31 mm (longueur maximale prélevable) et de 7 mm de diamètre ont été prélevées dons le joint soudé. Le plan de l’ébauche d’éprouvette utilisée est rappelé sur la Figure 4-4.  Ces éprouvettes entaillées permettent d’accéder au comportement en fluage de la zone adoucie. Cette géométrie n’est pas standard au laboratoire et les machines de fluage ont été adaptées pour réaliser ces essais. Du fait du nombre limité de machines ainsi disponibles, le nombre d’essais et leurs durées sont donc limités.  Les géométries d’entaille doivent être choisies de manière précise. Grâce à des calculs par éléments finis, Jiang et al. (Jiang et al., 2007) ont montré que la forme et les dimensions de l’entaille ont une influence majeure sur le développement de l’endommagement et la durée de vie en fluage de l’éprouvette. Dans une éprouvette entaillée en V (entaille sévère), l’endommagement en fluage se développe en premier au niveau de la pointe de l’entaille. Le risque d’une fissuration précoce n’est pas à négliger.