Procédés de soudage

 Les études sur les procédés de soudage et sur la fiabilité des structures assemblées apparaissent actuellement comme un domaine de recherche actif, ouvert et complexe, car elles nécessitent la combinaison de nombreuses connaissances dans différents domaines de la physique, de la mécanique et des procédés. La distribution des contraintes résiduelles joue un rôle important dans la vie des structures en favorisant la rupture par fatigue ou par fissuration. Ainsi, une meilleure compréhension des contraintes résiduelles évite l’utilisation de facteurs de sécurité plus élevés et, par conséquent permet de mieux optimiser le cycle de vie des structures soudées. Dans cette partie, nous allons présenter les résultats d’étude obtenus dans le cas de renforcement des poutres et plaques métalliques, dont l’effet d’assemblage par soudure est pris en considération. Il s’agit de l’interprétation de résultats expérimentaux d’essais élaborés au laboratoire du département de génie civil de l’université Badji Mokhtar Annaba. Une validation numérique est étudié au moyen d’un logiciel numérique très performant ABAQUS version 6.14 pour l’étude des problèmes multiparamétriques vis-à-vis de la modélisation de la soudure, de la source de la chaleur, du type de soudure en tenant compte de la vitesse de celleci, les types d’éléments assemblés (poutres, plaques), différents renforcements adéquats à l’actuelle littérature. 

Renforcement des poutres métalliques

Résultats expérimentaux sur des poutres métalliques renforcées

Les résultats expérimentaux obtenus suite au renforcement de poutres métalliques type IPE100 .par soudage par 2 cornières (50x50x5) mm sont présentés sur le graphe de la figure V.1 pour plusieurs cycles de chargement et déchargement en cours de l’essai de flexion trois 03 points selon la norme ASTM A370 ou ISO 15630-1. Pour la poutre réalisée avec des cordons discontinus (PRSD), la courbe Charge-Déformation croit linéairement jusqu’à une valeur de 55 kN, branche caractéristique du domaine élastique. La branche de déchargement a la même allure que celle du premier 1 er chargement mais avec une déformation résiduelle ε de l’ordre de 1,66.10-3 . La seconde branche caractérisant le second 2 ème cycle de chargement montre une augmentation de la charge limite élastique jusqu’à une valeur de 63 kN, s’accompagnant de déformations plastiques à cause du phénomène d’écrouissage. Pour la poutre réalisée avec des cordons continus (PRSC), la courbe Charge-Déformation croit linéairement cette fois-ci jusqu’à une valeur de 60 kN, branche caractéristique du domaine élastique. La branche de déchargement a la même allure que celle du premier 1 er chargement (précédent) mais avec une déformation résiduelle ε de l’ordre de 0,16.10-3 évoluant jusqu’à une valeur de 0,46.10-3 pour les autres cycles de chargement. Figure V.1 Courbes de variation (Charge-Déformation) expérimentales au milieu de la poutre renforcée avec des cordons de soudures continue et discontinue (PRSC, PRSD) Les variations des flèches mesurées au quart, au milieu et au trois quart de la poutre sont représentées sur la figure V.2. Au milieu, les flèches pour les 2 types de poutres ont la même allure jusqu’à une valeur de la charge égale à 20 kN. Au- delà de cette valeur, la flèche dans la poutre de type (PRSC) augmente rapidement par rapport à celle dans la poutre (PRSD). Cela est dû à la présence de contraintes résiduelles provoquées par les cordons de soudure. Aux points situés au quart et trois quart de la poutre, les courbes représentant les variations des flèches ont la même allure de variation (Figure V.3 et V. 4).  Figure V.2 Courbes (Charge-Flèche) expérimentales des poutres renforcées (PRSD, PRSC) Figure V.3 Courbes (Charge-Flèche) expérimentales au milieu des poutres renforcées avec soudures discontinues (PRSD) Figure V.4 Courbes (Charge-Flèche) expérimentales au milieu des poutres renforcées avec soudures continues (PRSC) .

Résultats numériques selon ABAQUS v6.14 des poutres métalliques renforcées

La détermination de la distribution de la température lors de l’opération de soudage est très délicate à cause du problème de l’échauffement de l’élément par la source de chaleur. Ceci provoque une distribution irrégulière de la température dans l’espace et dans le temps, ayant une influence directe sur les caractéristiques mécaniques et physiques du métal. Un certain nombre de simplifications pour la détermination des diagrammes de distribution de la température tels que l’idéalisation des facteurs (Champ de la température pendant la soudure) et du milieu déformable soumis à la température (Figure V.5.a). Pour la distribution de la température au niveau de la semelle renforcée, une concentration de la température au niveau de la ligne de liaison par soudure atteint la valeur de 1200° C qui diminue en s’éloignant du cordon (Figure IV.5.a). L’âme est aussi affectée thermiquement à cause de l’effet de la conductivité du métal (Figure V.5.b).