Impact de la fissuration a chaud sur la tenue mécanique des liaisons heterogenes Ta/TA6V

¹ Commissariat à l’Énergie Atomique, Centre de Valduc, 21120 Is-sur-Tille, France
charline.touvrey@cea.fr
² ICB, UMR 6303 CNRS-Université de Bourgogne, BP 47870, 21078 Dijon, France
³ SIMTEC, 8 rue Duployé, 38100 Grenoble, France

Reçu : 19 Juin 2014
Accepté : 28 Octobre 2014

Résumé

Le soudage par laser impulsionnel est un procédé à haute densité d’énergie permettant de réaliser des assemblages hétérogènes mettant en jeu des matériaux aux propriétés thermo-physiques notablement différentes. Malheureusement ce type d’assemblage peut être fragilisé par des fissures dites à chaud, générées au cours du processus de solidification du fait des écarts importants entre les températures de fusion et entre les coefficients de dilatation des pièces à assembler. C’est typiquement le cas de l’assemblage hétérogène Ta-TA6V faisant l’objet de la présente étude. La première partie de l’étude est consacré à la problématique d’assemblage. Après avoir présenté les propriétés des matériaux à assembler, les mécanismes de fissuration à chaud sont détaillés. La seconde partie de cette étude est consacrée à l’impact des fissures sur la tenue mécanique des assemblages. En fatigue, la limite d’endurance de liaisons fissurées ou non à l’issue du procédé a tout d’abord été identifiée. L’impact des hétérogénéités chimiques sur le comportement mécanique sous chargement monotone a ensuite fait l’objet d’une attention particulière. Pour cela, des éprouvettes ont été instrumentées par lithographie (dépôt de plots permettant de mesurer la déformation) et les essais ont été réalisés in-situ dans un MEB afin de mettre en relation les sites d’activité plastique prépondérante avec la microstructure locale (orientation granulaire identifiée par EBSD et composition chimique). Une approche numérique au sein du logiciel COMSOL Multiphysics a permis de corréler les microstructures observées avec les cycles thermiques subis en différents point de la zone de soudage. Pour de forts incréments de déformations, une fissure s’initie dans le matériau le plus dur et le moins ductile : le TA6V. Cette fissure suit ensuite un chemin de propagation tortueux, directement lié à la présence d’interfaces entre des zones de type cellulaire dendritique et des amas riches en tantale.

Abstract

Pulsed Laser Beam Welding is a high energy density process able to achieve heterogeneous junction of many materials, even if the physical properties of the work pieces appear quite different. Unfortunately some defects, as hot cracks, can reduce the welded joints quality. This is typically the case of Ta/TiAl6V4 junctions studied in the present paper. The first part of this paper is devoted to the specificities of the assembly. After presenting the material properties, the hot cracking mechanisms are detailed. The second part of the study is devoted to the fatigue behaviour of welding structures. First of all, this study intends to compare the high cycle fatigue limit of welded assemblies affected or not by hot cracking. Different experimental methods have been used to evaluate the fatigue limit. Moreover, the micromechanical behaviour of Ta/TiAl6V4 heterogeneous welded joint has been studied using SEM in-situ traction test coupled with local strain measurement by lithography deposit. The local plastic activity has been quantified and analyzed considering the microstructure (grain orientation identified by EBSD and chemical composition). Thanks to a numerical approach in COMSOL Multiphysics software, the thermal cycle in the welding area has been evaluated and confronted with the local microstructure observations. For large deformation loading, a crack is initiated in the less ductile material (Ti6Al4V) and the propagation stage is strongly influenced by the weak interface between cellular dentritique area and Ta enriched region.