Fatigue Behavior of Welded Joints with Partial Penetration

L'objectif de ce travail est d'aborder les aspects les moins connus des joints soudés à pénétration partielle (PPJ) dans le domaine de la fatigue oligocyclique et mégacyclique en flexion à amplitude constante. Les joints soudés reliant les aubes à la couronne de la roue de turbine Francis (ou du moyeu de la roue d'hélice) peuvent être assimilés à des soudures d'angles structurelles cruciformes en admettant certaines conditions. Dans le cadre de ce projet, ils ont été réalisés suivant les capacités du banc d'essai de fatigue et du montage en flexion. Leur géométrie a été choisie dans l'optique de la caractérisation de la vie en fatigue de la racine et du bord de la soudure. L'influence de la profondeur de pénétration de la soudure, ainsi que l'influence du métal d'apport ont également été étudiées. Afin de répondre aux besoins du projet, quatre types d'essais ont été conçus. Les matériaux utilisés sont l'acier inoxydable martensitique AISI 415 en tant que métal de base, et les aciers martensitiques E410NiMo et austénitiques E316L comme métaux d'apport. Des précautions ont été prises pour la réalisation de la soudure PPJ. En effet, il était important qu'elle soit réalisée dans des conditions réelles, telle que réalisée sur les roues des turbines. Des résultats expérimentaux uniques d'essais de flexion trois points ont été obtenus pour la géométrie choisie (soudures d'angles avec cordons concaves). Ils ont montré que l'aspect de surface de la soudure avait un effet favorable sur l'amorce de la fissure et donc sur sa vie en fatigue. Aussi, le vide résultant à l'issue du soudage par manque de pénétration à la racine de la fissure est suffisamment important pour être considéré comme une fissure. Jusqu'à présent, ce genre de géométrie sollicitée en flexion trois points ne présente pas de solution pout le facteur d'intensité de contraintes. Par conséquent, des méthodes de calculs numériques ont été employées pour le déterminer à la racine de la soudure. La validation des résultats a été réalisée par une étude numérique. Cette étude porte sur les paramètres influençant la précision du mode I des valeurs du facteur d'intensité de contraintes pour une fissure centrale à travers l'épaisseur de la pièce. Les paramètres ont été optimisés par la méthode d'extrapolation du déplacement afin de minimiser les erreurs. La méthode d'interaction intégrale basée sur les énergies a également été utilisée, et a permis d'obtenir des erreurs négligeables pour un intervalle de longueurs de fissures. L'évaluation du facteur d'intensité de contraintes des modes I et II s'est faite en fonction des recommandations faites pour le mode I dans les mêmes conditions.