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The structure prediction of metallic alloys during a welding or additive manufacturing process is the key point for the joining’s properties. In addition to the welding parameters (or additive manufacturing), the base metal microstructure, chemical homogeneity and crystallographic structure are numerous factors playing an important role on the final microstructure and texture development. Few studies are available in this way. This work purposes a focus on the microstructure establishment during the welded zone solidification during Gas Tungsten Arc Welding. The materials investigated are nickel – chromium – iron austenitic alloys. The grain selection is tracked in a real weld and a texturation criteria is proposed. The following data’s are compared to the properties of the numerical weld experience. The conclusion suggests that is necessary to improve the knowledges in the grain selection mechanism in order to produce numerical welding microstructure in good accordance with real microstructure welding., La prédiction de la structure des alliages métalliques durant une étape de soudage ou de fabrication additive est un point clef du développement de ces procédés et des propriétés des assemblages. En plus des paramètres de soudage (ou de fabrication additive), la microstructure du métal de base, son homogénéité chimique et sa nature cristallographique sont autant de facteur jouant un rôle sur l’établissement final des microstructures et des textures pour lesquels peu d’études détaillées sont disponibles. Une description précise de l’établissement des microstructures de solidification lors du soudage TIG d’alliage austénitique nickel-chrome-fer est réalisée dans ce travail. La sélection des grains dans la soudure est suivie dans une soudure réelle. Un critère de texturation est proposé et les données sont comparées aux textures simulées d’où il ressort l’importance d’augmenter la connaissance des mécanismes de sélection de grains pour espérer modéliser encore plus fidèlement les propriétés microstructurales et de texture générées par le soudage.

Today, industrials want to upgrade their welding numerical simulation knowledge’s in order to be able to guarantee the welded structure integrity. Solidification is the main step of welding process. As soon as the grain selection in welded region is well reproduced by simulation software, mechanical properties and nondestructive test response can be deduced. This work tries to find thermometallurgical phenomena in order to describe the microstructures formation during welding. These mechanisms are used for validating a new solidification model which realizes a thermal calcul post-treatment with a cellular automaton (CAFE_WELD). In this aim, welding experiences were done and characterized with EBSD. These analyses allow following the grain selection into the weld. The refusion effect is clearly seen in the case of multi-pass weld. These results are completed by the fine solidification characterizations on filler metal employed in welding experiences. In this way, the model implementation can be done in order to do numerical simulation of the same experiences. The comparisons between real and numerical experiences show that the physical laws taken into account in CAFE_WELD model are not sufficient to reproduce the microstructural properties occurring in welding, La nécessité de garantir l’intégrité des structures soudées pousse les industriels à augmenter leur domaine de compétences en matière de simulation numérique du soudage. La solidification est l’étape clé de ce procédé. Dès lors que la sélection des grains est reproduite correctement par les simulations, le comportement mécanique et la réponse aux contrôles non destructifs de l’assemblage peuvent être déduits. Ce travail cherche à définir les phénomènes thermométallurgiques décrivant les mécanismes de formation des microstructures du soudage. Ces mécanismes servent ensuite à valider l’usage d’un nouveau modèle de solidification qui réalise un post-traitement du calcul de thermique avec un automate cellulaire (modèle CAFE_WELD). Pour se faire, des expériences de soudage sont réalisées et caractérisées par EBSD. Ces analyses permettent de suivre la sélection des grains dans la soudure. L’effet de la refusion sur la sélection des grains est bien mis en évidence lors du soudage multi-passes. Ces caractérisations sont complétées par une analyse fine de la solidification du métal d’apport utilisé pour le soudage. Ces résultats permettent la mise en données du modèle nécessaire à la réalisation numérique des mêmes expériences de soudage. Les comparaisons entre les soudures vraies et numériques montrent que les phénomènes physiques intégrés au modèle ne sont pas suffisants pour reproduire les propriétés microstructurales générées par le soudage

The objective of this work is to study, through a simple test, the influence of process parameters on microstructure and mechanical loading in order to minimize hot cracking risk. An original test was developed, consisting of applying a controlled tensile preload in the welding direction on a thin sheet of 6061 aluminum alloy, before making a fusion line with TIG process. Microstructure soldification analysis has permit to identify characteristic lengths reflecting process parameters influence on grains morphology. Microstructure modeling, using data from thermal simulation, has allowed to predict microstructure obtained in different welding conditions. Hot cracking criterion is applied on the predicted microstructure and show grains morphology influence on crack initiation. To end, solutions to optimize welding process, with respect to hot cracking phenomenon, are proposed taking into account the process / material interaction.; L'objectif de ce travail est d' étudier, au travers d'un essai simple, l'influence des paramètres procédés sur la microstructure et sur le chargement mécanique dans le but de minimiser le risque de fissuration à chaud. Un essai original a été développé consistant à appliquer une précontrainte de traction contrôlée dans la direction de soudage sur une tôle d'alliage d'aluminium 6061 de faible épaisseur, avant de réaliser une ligne de fusion avec le procédé TIG. Des analyses de la microstructure de solidification ont permis d'identifier des longueurs caractéristiques traduisant l'influence des paramètres procédés sur la morphologie des grains. La modélisation de cette microstructure, à partir de données thermiques issues de la simulation numérique, a permis de prédire la microstructure obtenue dans différentes conditions de soudage. L'application d'un critère de fissuration à chaud prenant en compte la microstructure prédite permet d'intégrer l'influence de la morphologie des grains sur la prédiction de l'initiation de la fissuration à chaud. Pour terminer, des solutions d'optimisation du procédé de soudage, vis à vis du phénomène de fissuration à chaud, sont proposées en tenant compte des interactions procédé/ matériau.