ÉTUDE EXPERIMENTALE DU GRADIENT DE COMPORTEMENT MÉCANIQUE GÉNÉRÉ PAR LE PROCÉDÉ DE SOUDAGE FSW ET LIEN AVEC LA MICROSTRUCTURE

La méthode de corrélation d’images numériques a été utilisée pour caractériser, localement, le gradient de propriétés mécaniques observé sur des joints soudés soumis à des chargements monotones et cycliques, uniaxiaux et multiaxiaux. Ce deuxième chapitre, exclusivement expérimental, présente les résultats obtenus. En outre, nous tenterons de relier ce gradient de propriétés mécaniques à l’évolution de la précipitation durcissante au travers du joint soudé. Dans ces travaux, le gradient de comportement mécanique du joint soudé a été étudié et caractérisé en réalisant des essais mécaniques de traction monotone et des essais cycliques sous chargement symétrique. Il y a deux sortes d’éprouvettes, illustrées sur la figure 2.1.L’une est prélevée dans la tôle avec un joint soudé (a), qui est centré et perpendiculaire à l’axe de chargement. Les éprouvettes sont prélevées dans trois directions, respectivement selon L, T et D (45°) des tôles. Les tôles ont été soudées selon ces trois directions (Figure 2.2). Les géométries de ces éprouvettes respectent la norme ASTM E-466-07 [59]. Une deuxième éprouvette contient un joint soudé centré et orienté à 45° par rapport à l’axe de chargement (b). Cette géométrie d’éprouvette doit permettre de solliciter le joint soudé en cisaillement.

Dans la suite de ces travaux, les directions L, T et D correspondent à l’axe de sollicitation des éprouvettes. Toutes les éprouvettes ont les mêmes dimensions, à savoir une longueur de 174 mm, une largeur de 24 mm dans les têtes et une largeur dans la zone utile de 16 mm. L’épaisseur est de 3,18 mm, c’est-à-dire que, dans le cas des éprouvettes avec un joint soudé, l’épaisseur n’est pas reprise après soudage. Les joints sont simplement ébavurés de façon à avoir une surface lisse. La zone utile a pour longueur 30 mm et les rayons des congés de raccordement sont de 20 mm. Les essais de traction et cycliques sont pilotés en force avec une vitesse de pilotage de 0,2 kN.s-1. Un essai de traction a été réalisé avec une vitesse de pilotage 100 fois plus faible (0,002 kN.s-1) afin de caractériser une éventuelle évolution du comportement en fonction du temps. Les essais cycliques ont été réalisés avec un rapport de charge symétrique à des niveaux de force croissants de 15,26kN, 16,28kN, 17,30kN et 18,32 kN. Ces niveaux de force correspondent, en considérant la section nominale utile de l’éprouvette, à des contraintes nominales d’environ 300MPa, 320MPa, 340MPa et 360MPa. Pour chaque niveau de force, un certain nombre de cycles est réalisé avant le passage au niveau supérieur (Figure 2.3). Le but est d’étudier le durcissement cyclique ou l’adoucissement cyclique du matériau. L’ensemble des essais et des chargements sont regroupés dans les annexes 1.1 et 1.2.

Lors de l’étude d’un matériau homogène, les essais sont généralement réalisés en déformation imposée [60]. Dans notre cas, les essais ont été réalisés en force imposée car les comportements mécaniques locaux des zones du joint sont très différents. Pour une déformation globale imposée à l’éprouvette, chacune des zones du joint soudé va connaître une évolution des déformations qui varie avec des durcissements différents rendant la méthode d’identification des paramètres mécaniques plus longue. Tous les essais cycliques réalisés avec un chargement symétrique (Rσ = σmin/σmax = -1), sur le joint soudé, ont été rendus possibles grâce à un dispositif anti-flambage inspiré des travaux de Khan [60] (Figure 2.4). Il s’agit d’une cage en acier dans laquelle l’éprouvette peut tout de même glisser. En traction, cette cage n’a pas d’effet sur le comportement de l’éprouvette mais pour la partie compression, il est possible qu’elle rigidifie la structure à cause de « l’effet Poisson ». Ces effets seront discutés lors de l’analyse des résultats. La cage est dimensionnée avec deux ouvertures, sur la première face pour pouvoir réaliser la corrélation d’images au cours de l’essai et sur la deuxième face afin d’installer l’extensomètre permettant de capter le comportement global de l’éprouvette. Les vis de cette cage sont serrées à la main arbitrairement de façon à laisser l’éprouvette libre de se déplacer, mais suffisamment serrées pour que la cage ne tombe pas lors de fortes déformations de l’éprouvette. Les dimensions de cette cage sont présentées dans les annexes 1.3 et 1.4.