Contribution numérique pour l’optimisation d’un mode opératoire de soudage – Identification d’une source de chaleur équivalente

¹ CEA, DEN, DANS, DM2S, 91191 Gif-sur-Yvette, France
² AREVA NP (CORP/RD), Tour AREVA, 1 place Jean Millier, 92084 La Défense Paris, France
³ AREVA NP (ACF), BP 112, 6 allée Jean Perrin, 71200 Le Creusot, France
simon.morville@areva.com
⁴ AREVA NP (EQOTC), BP 40001 Saint Marcel, 71328 Chalon-sur-Saôn, France

Reçu : 19 Juin 2014
Accepté : 22 Octobre 2014

Résumé

L’utilisation d’un chanfrein étroit pour le soudage de composants lourds tels que ceux utilisés dans l’industrie nucléaire et particulièrement par AREVA, requiert la maîtrise de plusieurs paramètres et plus spécifiquement du retrait. La prédiction par la simulation numérique peut alors s’avérer utile pour la définition de modes opératoires de soudage. Le principal objectif de cette étude est d’identifier par méthode inverse les paramètres d’un modèle thermique 3D pour une configuration de soudage MAG multipasse en chanfrein étroit profond sur un acier bas carbone. La simulation de la géométrie des zones fondues ainsi que du champ de température dans le métal solide passe par l’optimisation d’un problème multiobjectif. L’optimisation du modèle numérique se base sur des résultats expérimentaux obtenus grâce à une instrumentation fine réalisée sur une maquette de soudage. Le modèle de source de chaleur 3D retenu après optimisation est une combinaison de deux sources de chaleur volumiques. Ce modèle peut alors être utilisé comme chargement pour des analyses thermiques, thermo-métallurgiques ou thermomécaniques, notamment pour la prédiction des retraits.

Abstract

The use of narrow gap for thick component welding as applied in nuclear industries and especially by AREVA NP, requires the mastering of several parameters and especially shrinkage. The prediction through numerical simulation is very helpful for welding procedure definition. This paper describes an approach used to determine a 3D heat source dedicated to a new industrial welding process configuration (deep narrow groove multipass low-carbon steel gas metal arc welding (GMAW), two pass per layer) to assess the groove shrinkage which occurs during welding by numerical simulation. The revelant bead shape and temperatures in the solid zone are identified by optimazing a multiobjective problem. The optimization is performed with experimental datas from fine temperature measurements on the welding mock-up. Finally, the identified 3D heat source model is a combination of two volumetric heat sources. It can be used as thermal loading for subsequent thermal metallurgical mechanical calculations, notably for shrinkage prediction.