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Semi-crystalline high performance composite laminates are candidates for the aeronautical industry. Welding of these structures is emerging as a new method of joining without the addition of external materials and consists of locally melting the interface and bringing the two substrates into contact. The development of adhesion is historically described by two thermally activated steps: the establishment of intimate contact at the interface and the healing process allowing the assembly to ideally recover the mechanical properties of the initial material. Current composite forming processes are very fast, even continuous, and the time available for adhesion development is limited. This thesis work focuses on the multiphysical phenomena that take place at welded interfaces at short times using experimental and theoretical studies. For this purpose, a new experimental welding device was developed, allowing the identification of the healing kinetics of a high performance PEKK-Carbon composite. A correlation between the welding and rheological relaxation times shows the influence of the degradation related to the thermal history of the composite on its healing kinetics. The establishment of intimate contact also appears to be the limiting factor at low pressures. It is shown that the generally used model is not adapted to predict this kinetics. On the other hand, crystallization, favored by the presence of fibers, is coupled with healing and can therefore degrade the quality of adhesion because it influences crack propagation. An evolution of the bench allowing a faster radiative heating is presented and opens perspectives for a study closer to industrial conditions.; Les stratifiés composites hautes performances semi-cristallins sont des candidats pour l’industrie aéronautique. Le soudage de ces structures apparaît comme une nouvelle méthode d’assemblage sans ajout de matériaux externes et consiste à fondre localement l’interface et à mettre en contact les deux substrats. Le développement de l’adhésion est historiquement décrit par deux étapes activées thermiquement : l’établissement du contact intime à l’interface et la cicatrisation permettant à l’assemblage de retrouver idéalement les propriétés mécaniques du matériau initial. Les procédés de mise en forme des composites actuels sont très rapides, voire continus, et le temps disponible pour le développement de l’adhésion est limité. Ce travail de thèse s’intéresse aux phénomènes multiphysiques qui ont lieu aux interfaces soudées à des temps courts à l’aide d’études expérimentales et théoriques. Pour cela, un nouveau dispositif expérimental de soudage a été développé, permettant l’identification de la cinétique de cicatrisation d’un composite hautes performances PEKKCarbone. Une corrélation entre les temps de soudage et de relaxation rhéologiques montre l’influence de la dégradation liée à l’histoire thermique du composite sur sa cinétique de cicatrisation. L’établissement du contact intime apparaît également comme le facteur limitant aux basses pressions. Il est montré que le modèle généralement utilisé n’est pas adapté pour la prédiction de cette cinétique. D’autre part, la cristallisation, favorisée par la présence de fibres, est couplée avec la cicatrisation et peut donc dégrader la qualité de l’adhésion car elle influence la propagation de fissure. Une évolution du banc permettant un chauffage radiatif plus rapide est présentée et ouvre des perspectives pour une étude plus proche des conditions industrielles.

This PhD work concerns the problem of bimetallic austenitic/martensitic steel connections. This research action focuses on a 316L austenitic steel (X2 CrNiMo 18-12-02) / Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1) martensitic steel connection. The objective is to understand the metallurgical problems related to the assembly of these two steels and to evaluate the possibilities of using powder metallurgy and additive manufacturing to produce austenitic/martensitic steel transitions. A weld obtained by electron beam is used as a reference for this study which focuses on the interest of powder metallurgy to achieve a transition between two steels. Materials with a chemical composition gradient have been consolidated by HIP and SPS and show very good mechanical properties and an excellent junction between the two steels. By additive manufacturing (DED-LB or PBF-LB), we also obtain very good bonds between the two steels, but the microstructures are much more complex. Curiously, we observe that the higher the cooling rate, the higher the ferrite fraction in the martensitic steel. Different calculations based on the nucleation and growth of the austenitic phase have made it possible to propose a coherent scenario to explain the phase fractions present in the materials. The transition zone between the two steels shows strong variations in hardness. These variations are explained by changes in chemical composition, leading to modifications in phase change temperatures, and the particular thermal cycles seen during building. From a technological point of view, materials obtained by additive manufacturing have tensile performances very similar to those obtained by electron beam welding. It is shown that additive manufacturing also makes it possible to control the composition gradient between a martensitic and an austenitic steel., Ces travaux de thèse concernent la problématique des liaisons bimétalliques acier austénitique/acier martensitique. Cette action de recherche se focalise sur une liaison acier austénitique 316L (X2 CrNiMo 18-12-02) / acier martensitique Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1). L’objectif est de comprendre la problématique métallurgique liée à l’assemblage de ces deux types de nuance et d’évaluer les possibilités de réaliser par métallurgie des poudres et par fabrication additive des transitions aciers austénitiques/aciers martensitiques. Une soudure obtenue par faisceau d’électrons sert de liaison de référence pour cette étude qui se focalise sur l’intérêt de la métallurgie des poudres pour réaliser une transition entre deux aciers. Des matériaux à gradient de composition chimique ont été consolidés par CIC et par SPS et montrent de très bonnes propriétés mécaniques et une excellente jonction entre les deux types de nuances. Par fabrication additive (DED-LB ou PBF-LB), nous obtenons aussi de très bonnes liaisons entre les deux aciers mais les microstructures sont beaucoup plus complexes. On observe curieusement que plus la vitesse de refroidissement du procédé est importante et plus la présence de ferrite dans l’acier martensitique est importante. Différents calculs basés sur la germination et la croissance de la phase austénitique ont permis de proposer un scénario cohérent pour expliquer les fractions de phases présentes dans les matériaux. La zone de transition entre les deux aciers présente, elle, de fortes variations de duretés. Ces variations sont expliquées par les changements de composition chimique, entrainant des modifications dans les températures de changement de phases, et les cycles thermiques particuliers vus lors de la fabrication. D’un point de vue technologique, les matériaux obtenus par fabrication additive présentent en traction des performances très semblables à ce que l’on obtient par soudage par faisceau d’électrons. Il est montré que la fabrication additive permet aussi de piloter le gradient de composition entre un acier martensitique et un acier austénitique.

This PhD work concerns the problem of bimetallic austenitic/martensitic steel connections. This research action focuses on a 316L austenitic steel (X2 CrNiMo 18-12-02) / Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1) martensitic steel connection. The objective is to understand the metallurgical problems related to the assembly of these two steels and to evaluate the possibilities of using powder metallurgy and additive manufacturing to produce austenitic/martensitic steel transitions. A weld obtained by electron beam is used as a reference for this study which focuses on the interest of powder metallurgy to achieve a transition between two steels. Materials with a chemical composition gradient have been consolidated by HIP and SPS and show very good mechanical properties and an excellent junction between the two steels. By additive manufacturing (DED-LB or PBF-LB), we also obtain very good bonds between the two steels, but the microstructures are much more complex. Curiously, we observe that the higher the cooling rate, the higher the ferrite fraction in the martensitic steel. Different calculations based on the nucleation and growth of the austenitic phase have made it possible to propose a coherent scenario to explain the phase fractions present in the materials. The transition zone between the two steels shows strong variations in hardness. These variations are explained by changes in chemical composition, leading to modifications in phase change temperatures, and the particular thermal cycles seen during building. From a technological point of view, materials obtained by additive manufacturing have tensile performances very similar to those obtained by electron beam welding. It is shown that additive manufacturing also makes it possible to control the composition gradient between a martensitic and an austenitic steel.; Ces travaux de thèse concernent la problématique des liaisons bimétalliques acier austénitique/acier martensitique. Cette action de recherche se focalise sur une liaison acier austénitique 316L (X2 CrNiMo 18-12-02) / acier martensitique Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1). L’objectif est de comprendre la problématique métallurgique liée à l’assemblage de ces deux types de nuance et d’évaluer les possibilités de réaliser par métallurgie des poudres et par fabrication additive des transitions aciers austénitiques/aciers martensitiques. Une soudure obtenue par faisceau d’électrons sert de liaison de référence pour cette étude qui se focalise sur l’intérêt de la métallurgie des poudres pour réaliser une transition entre deux aciers. Des matériaux à gradient de composition chimique ont été consolidés par CIC et par SPS et montrent de très bonnes propriétés mécaniques et une excellente jonction entre les deux types de nuances. Par fabrication additive (DED-LB ou PBF-LB), nous obtenons aussi de très bonnes liaisons entre les deux aciers mais les microstructures sont beaucoup plus complexes. On observe curieusement que plus la vitesse de refroidissement du procédé est importante et plus la présence de ferrite dans l’acier martensitique est importante. Différents calculs basés sur la germination et la croissance de la phase austénitique ont permis de proposer un scénario cohérent pour expliquer les fractions de phases présentes dans les matériaux. La zone de transition entre les deux aciers présente, elle, de fortes variations de duretés. Ces variations sont expliquées par les changements de composition chimique, entrainant des modifications dans les températures de changement de phases, et les cycles thermiques particuliers vus lors de la fabrication. D’un point de vue technologique, les matériaux obtenus par fabrication additive présentent en traction des performances très semblables à ce que l’on obtient par soudage par faisceau d’électrons. Il est montré que la fabrication additive permet aussi de piloter le gradient de composition entre un acier martensitique et un acier austénitique.

Vibration welding is a common process used in automotive industry to assembly polymer parts. For pristine polymers, welding ratio, defined as the ratio between weld strength and tensile strength of non-welded material, is close to 1. However, for glass-fiber reinforced polymers, welding ratios are around 0.6 at best. In order to understand this discrepancy, several grades of polyamide (PA) 6 and 66 reinforced with 30% glass fibers as well as polypropylene (PP) with 0, 20, 35 and 50 % glass fibers have been injected in plates and vibration welded. A linear relationship was obtained between tensile strength of welded and non-welded PA specimens and their glass fiber orientation. Correlations were also found when plotting weld strength of samples regarding their welded zone thickness. In addition, voids are present only in the welded zone of glass fiber reinforced specimens, indicating that these voids are due to reorientation of fibers during the welding process. Finally, finite element modeling of mechanical behavior up to failure has been applied on a meshed specimen with a welded zone. Results show an amplification and distribution of stresses in the three directions inside the welded zone due to geometrical confinement. This generated triaxiality promotes growth and coalescence of cavities in the welded zone, explaining the weakening of the macroscopic uniaxial stress at failure.; Le soudage par vibration est un procédé largement utilisé dans l’industrie automobile pour assembler des pièces en polymère. Lorsque la matière à souder ne contient pas de renforts, le coefficient de soudage, défini comme le rapport entre la contrainte à la rupture du matériau soudé et celle du matériau non soudé est proche de 1. En revanche, il devient difficile d’obtenir des coefficients de soudage dépassant 0,6 lorsque le matériau contient des fibres de verre. Afin de mieux comprendre pourquoi, différents grades de polyamide (PA) 6 et 66 renforcés à 30% de fibres ainsi que du polypropylène (PP) à 0, 20, 35 et 50% de fibres ont été injectés en plaques et soudées par vibration. Pour les échantillons en PA, des corrélations sont obtenues entre la contrainte à la rupture des assemblages soudés et l’orientation des fibres mais aussi avec l’épaisseur de la zone soudée déterminée par tomographie RX. L’étude sur les échantillons en PP indique que des cavités, probablement nocives, sont présentes uniquement dans la zone soudée des polymères renforcés. Leur présence est alors principalement attribuée à la réorientation des fibres pendant l’opération de soudage. Enfin, une simulation par éléments finis du comportement mécanique jusqu’à la rupture a été réalisée sur une éprouvette maillée comprenant une zone soudée. Les résultats obtenus mettent en exergue un phénomène d’amplification et de redistribution des contraintes dans la zone soudée en raison du confinement. Cette triaxialité générée favorise la croissance et la coalescence des cavités dans la zone soudée expliquant ainsi l’affaiblissement de la contrainte macroscopique uniaxiale à la rupture.

Vibration welding is a common process used in automotive industry to assembly polymer parts. For pristine polymers, welding ratio, defined as the ratio between weld strength and tensile strength of non-welded material, is close to 1. However, for glass-fiber reinforced polymers, welding ratios are around 0.6 at best. In order to understand this discrepancy, several grades of polyamide (PA) 6 and 66 reinforced with 30% glass fibers as well as polypropylene (PP) with 0, 20, 35 and 50 % glass fibers have been injected in plates and vibration welded. A linear relationship was obtained between tensile strength of welded and non-welded PA specimens and their glass fiber orientation. Correlations were also found when plotting weld strength of samples regarding their welded zone thickness. In addition, voids are present only in the welded zone of glass fiber reinforced specimens, indicating that these voids are due to reorientation of fibers during the welding process. Finally, finite element modeling of mechanical behavior up to failure has been applied on a meshed specimen with a welded zone. Results show an amplification and distribution of stresses in the three directions inside the welded zone due to geometrical confinement. This generated triaxiality promotes growth and coalescence of cavities in the welded zone, explaining the weakening of the macroscopic uniaxial stress at failure.; Le soudage par vibration est un procédé largement utilisé dans l’industrie automobile pour assembler des pièces en polymère. Lorsque la matière à souder ne contient pas de renforts, le coefficient de soudage, défini comme le rapport entre la contrainte à la rupture du matériau soudé et celle du matériau non soudé est proche de 1. En revanche, il devient difficile d’obtenir des coefficients de soudage dépassant 0,6 lorsque le matériau contient des fibres de verre. Afin de mieux comprendre pourquoi, différents grades de polyamide (PA) 6 et 66 renforcés à 30% de fibres ainsi que du polypropylène (PP) à 0, 20, 35 et 50% de fibres ont été injectés en plaques et soudées par vibration. Pour les échantillons en PA, des corrélations sont obtenues entre la contrainte à la rupture des assemblages soudés et l’orientation des fibres mais aussi avec l’épaisseur de la zone soudée déterminée par tomographie RX. L’étude sur les échantillons en PP indique que des cavités, probablement nocives, sont présentes uniquement dans la zone soudée des polymères renforcés. Leur présence est alors principalement attribuée à la réorientation des fibres pendant l’opération de soudage. Enfin, une simulation par éléments finis du comportement mécanique jusqu’à la rupture a été réalisée sur une éprouvette maillée comprenant une zone soudée. Les résultats obtenus mettent en exergue un phénomène d’amplification et de redistribution des contraintes dans la zone soudée en raison du confinement. Cette triaxialité générée favorise la croissance et la coalescence des cavités dans la zone soudée expliquant ainsi l’affaiblissement de la contrainte macroscopique uniaxiale à la rupture.

Nowadays, welding in steel structure design is the most widely used assembly technology. In the case of bridge structures, it has replaced riveting and bolting for the past thirty years. It is well known that this type of structure may deteriorate not just because of corrosion but also because of fatigue issues. In the case of corrosion, specific maintenance actions are currently being undertaken by bridge owners to increase the life span of their structures, such as painting operations. In the case of fatigue issues, it is well known that the high level of residual stresses due to the welding process may increase fatigue hazards. Several techniques may be used to reduce the high level of tensile stresses in the top layer of the weld near the welding toe. In this paper, the influence of welding and shot-peening parameters is investigated. A 3D finite element model is proposed and improved. The model results are compared to the residual stresses measured on several samples using X-ray diffraction method. Effects of the shot diameter, speed and angle impact are investigated. The transverse and longitudinal residual stresses near the welded joint, with a peak tensile stress value of 250 MPa and 280 MPa respectively, drop to a compressive stress value of more than 50 MPa and fit with the experimental results.

In the numerous thermomechanical manufacturing processes such as rolling, welding, or even machining involve either moving loads with respect to the fixed material or moving material with respect to fixed loads. In all cases, after a transient regime which is generally quite short, the thermal, metallurgical, and mechanical fields associated with these processes reach a steady state. The search for these stationary states using the classical finite element method requires the implementation of complex and expensive models where the loads move with respect to the material (or vice versa). The steady-state simulation in one increment has been the subject of much researches over the past thirty years. Methods are now available and some are integrated into calculation codes commercial. Thus, a so-called Moving Reference Frame method proposed by various authors is available in the SYSWELD software. This method makes it possible to calculate the steady-state of thermal, metallurgical, and mechanical states associated with a welding process, by solving a thermal diffusion-convection problem in thermal-metallurgy and by integrating, in mechanics, the constitutive equations of the material along the streamline. Moreover, this method has been used successfully in many applications, it nevertheless has some limitations. Thus the mesh must be structured and the convergence of computations is generally quite slow. In this thesis, we propose to solve the mechanical problem in a frame linked to the solicitations, by relying on a finite element calculation method based on nodal integration and the SCNI (Stabilized Conforming Numerical Integration) technique. This method allows the use of tetrahedron meshes (or 2D triangles) without encountering a locking problem resulting from the plastic incompressibility associated with the von Mises plasticity criterion. Rather than directly calculating the steady-state, the general idea here is to construct the steady-state from a transient analysis by bringing material step by step upstream and by making it exit downstream of a fixed mesh related to the solicitations and of the limited mesh size. The steady-state is therefore only achieved after certain steps of analysis. Apart from a general introduction (Chapter 1) and a state of the art on the existing methods (Chapter 2), we present an approach of simulation of the movement of material within the framework of the classical finite element method on a welding problem (Chapter 3). We also provide relevant thermal boundary conditions for directly calculating the steady-state of temperature distribution. The finite element method based on the nodal integration technique is then described in Chapter 4. The advantages and disadvantages of the method are discussed. The nodal-integration-based finite element is validated by comparing its simulation results with classical finite element methods in large elastoplastic strains, a bending problem, and a thermomechanical simulation of welding. The nodal-integration-based finite element is then developed and applied to simulate material motion (Chapter 5). Three types of movement are considered: translational, circular, and helical. Different methods of field transport are approached and discussed as well as thermomechanical coupling. Perspectives for this work are presented in Chapter 6. The envisaged perspectives aim, on the one hand, to improve the proposed method and on the other hand, to develop the method to simulate other processes. A first application of the material motion method to the simulation of the orthogonal cut is presented there., De nombreux procédés de fabrication thermomécanique comme le laminage, le soudage ou encore l’usinage mettent en jeu soit des sollicitations mobiles par rapport à la matière fixe, soit de la matière mobile par rapport à des sollicitations fixes. Dans tous les cas, après un régime transitoire en général assez court, les champs thermiques, métallurgiques et mécaniques associés à ces procédés atteignent un état stationnaire. La recherche de ces états stationnaires à l’aide de la méthode des éléments finis classique nécessite de mettre en œuvre des modèles complexes et couteux où les sollicitations se déplacent par rapport à la matière (ou l’inverse). La recherche directe des états stationnaires a fait l’objet de nombreux travaux de recherche ces trente dernières années. Des méthodes sont aujourd’hui disponibles et pour certaines sont proposées dans des codes de calcul du commerce. Ainsi, une option de calcul dite repère mobile proposée par différents auteurs est disponible dans le logiciel SYSWELD. Cette méthode permet de calculer les états thermique, métallurgique et mécanique stationnaires associés à un procédé de soudage, en résolvant un problème de diffusion-convection en thermique et en intégrant, en mécanique, les équations constitutives du comportement du matériau le long des lignes de courant. Si cette méthode a été utilisée avec succès dans de nombreuses applications, elle présente néanmoins quelques limitations. Ainsi le maillage doit être structuré et la convergence des calculs est en général assez lente. Nous proposons dans cette thèse de résoudre le problème mécanique dans un repère lié aux sollicitations, en nous appuyant sur une méthode de calcul par éléments finis reposant sur l’intégration nodale et la technique SCNI (Stabilized Conforming Numerical Integration). Cette méthode permet l’utilisation de maillages en tétraèdres (ou triangles en 2D) sans rencontrer de problème de verrouillage volumique résultant de l’incompressibilité plastique associée au critère de plasticité de von Mises. Plutôt que de rechercher directement l’état stationnaire, l’idée générale est ici de construire l’état stationnaire à partir d’une analyse transitoire en faisant entrer pas à pas la matière par l’amont et en la faisant sortir par l’aval d’un maillage fixe par rapport aux sollicitations et de taille limitée. L’état stationnaire n’est donc atteint qu’au bout d’un certain temps d’analyse. Après une introduction générale (Chapitre 1) et un état de l’art sur les méthodes existantes (Chapitre 2), nous présentons une approche de simulation du mouvement de matière dans le cadre de la méthode des éléments finis classique sur un problème de soudage (Chapitre 3). Nous y proposons également des conditions aux limites thermiques pertinentes pour calculer directement la distribution de températures en régime stationnaire. La méthode des éléments finis reposant sur l’intégration nodale est ensuite décrite au Chapitre 4. Les avantages et inconvénients de la méthode sont discutés. La méthode est validée sur une application en grandes déformations élastoplastiques, un problème de flexion et une simulation thermomécanique de soudage. La méthode des éléments finis reposant sur l’intégration nodale est alors développée pour prendre en compte un mouvement de matière (Chapitre 5). Trois types de mouvement sont considérés : en translation, circulaire et en hélice. Différentes méthodes de transport de champ sont abordées et discutées ainsi que le couplage thermomécanique. Des perspectives à ce travail sont proposées au Chapitre 6. Les perspectives envisagées visent d’une part à améliorer la méthode proposée et d’autre part, à développer la méthode pour simuler d’autres procédés. Une première application de la méthode à la simulation de la coupe orthogonale y est présentée.

The weight reduction requirements of industrial vehicles force engineers to choose materials, geometries and manufacturing methods that lead to the most favorable strength / mass ratio. Consequently, fatigue resistance takes an important place in the dimensioning of structures in order to ensure a recommended service life. The quality of the predictions given by the usual fatigue criteria strongly depends on the precision with which the in-service stresses are calculated. For welded joints subjected to cyclic loads, the in-service stresses depend on the residual welding stresses and their evolution during the loading cycles. If the loading cycles lead to plasticization of the structure, the latter can then reach an elastic or elastoplastic stabilized state which can be linked to the behavior of the material itself or to certain combinations of primary and secondary loadings. This work relates to the study of a mechanical element in S355 steel belonging to the French brand Haulotte. The research carriedout on this type of element is focused on articulation pivots, subjected to strong stresses. According the experimental observations, there is no doubt that fatigue-type problems on the weld seams are present. Thus the development of a multi-phasic numerical model made it possible to calculate a stabilized cyclic state as well as to estimate the life time in oligocyclicfatigue conditions. These results could be verified by comparing them to experimental tests carried out on real parts., Les exigences de réduction de poids des véhicules industriels obligent les ingénieurs à choisir des matériaux, des géométries et des modes de fabrication qui conduisent à un rapport résistance/masse le plus favorable. Par conséquent, la tenue à la fatigue prend une place importante dans le dimensionnement des structures pour assurer une durée de vie préconisée. La qualité des estimations données par les critères de fatigue usuels dépend fortement de la précision avec laquelle les contraintes en service sont calculées. Pour les assemblages soudés soumis à des chargements cycliques, les contraintes en service dépendent des contraintesrésiduelles de soudage et de leur évolution au cours des cycles de chargement. Dans le cas où les cycles de chargement conduisent à plastifier la structure, celle-ci peut alors atteindre un état élastique ou élasto-plastique stabilisé qui peut être liée au comportement du matériau lui-même ou à certaines combinaisons de chargements primaires et secondaires. Ces travaux portent sur l’étude d’un élément mécanique en acier S355 appartenant à la marque Française Haulotte. Les recherches menées sur ce type d’élément se situent au niveau des pivots d’articulations, soumis à de fortes contraintes. Au vu des constatations expérimentales réalisées, il ne fait aucun doute que des problématiques de type fatigue au niveau des cordons de soudures sont présentes. Ainsi le développement d’un modèle numérique multiphasique a permis de calculer un état cyclique stabilisé ainsi que d’estimer de la durée de vie en fatigue oligocyclique. Ces résultats ont pu être vérifiés en les confrontant à des essais expérimentaux conduits sur des pièces réelles.

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) has the possibility to build metallic structures in 3D space. WAAM system is based on welding process to deposit metallic material and on a robot that moves the welding torch to add material at a given position. For large skeleton structures, it was chosen to deposit material point by point. Welding process induces fluctuations.To be fully scalable, two main features must be taken into account. First, monitoring of the process is necessary. Local control on the geometry of the deposition must be used to reach the final shape. Secondly, some deposition strategies must be implemented to manage branch intersections. To reach these two objectives, anadaptive and modular slicer and a process manager have been developed in order to implement this control. It allows us, if an error occurs during the deposition, to change the position of the effector or the process parameters. To obtain the desired geometry, the CAM software have to be able to, (i) do a slicing during the additive process of the part with a variable deposit height in order to take into account variation of the deposition process and (ii) manage the deposition strategy at intersection to output the position of the torch.; La technologie de fabrication additive métal fil permet la fabrication de structures filaires complexes en 3 dimensions. Ce système se base sur l'utilisation d'un procédé de soudage qui va permettre le dépôt de la matière. Ce dernier est embarqué sur un bras robotique qui permettra de déplacer la torche de soudage aux positions désirées. Pour fabriquer de grandes structures filaires, le dépôt s'effectue point par point. L'utilisation d'un procédé de soudage induit des fluctuations sur le dépôt. Pour être adaptable facilement, deux aspects doivent être pris en compte. Premièrement, une instrumentation doit être embarquée. Un contrôle local sur la géométrie déposée doit être utilisé pour atteindre les formes finales désirées. Deuxièmement, certaines stratégies de dépôt doivent êtres implémentées pour piloter notre système dans les intersections de branches. Pour atteindre ces deux objectifs, un slicer adaptatif et modulaire, ainsi qu'un système de supervision et de contrôle du système ont été développés pour permettre l'implémentation du contrôle. Cela permet, si une erreur apparait, de changer la position de notre système de dépôt. Pour obtenir la géométrie désirée, notre système de supervision et de contrôle doit pouvoir : (i) effectuer un slicing de la géométrie à la volée lors de la fabrication avec un pas variable pour pouvoir prendre en compte les variations du procédé de dépôt et (ii) gérer les stratégies de dépôt au niveau des intersections pour décider des paramètres procédés et des trajectoires à employer.

International audience; This study aims at describing fatigue crack growth in dissimilar welding of Ti based alloys under macroscopic multiaxial loading. The proposed methodology involves the experimental analysis of fatigue crack behavior under equibiaxial tension and macroscopic combination of mode I and II for Ti17, Ti6242 and laser welded specimen of both base metals. Based on these experiments, crack path, fatigue crack growth rate and crack interaction with microstructure have been addressed. The 3D finite element analysis of cracks shapes has enabled to derive stress intensity factor (SIF) investigated for opening, in-plane and out-of-plane shear modes based on linear elastic fracture mechanics assumptions. Finally, an equivalent SIF has been proposed to take into account the local mode mixity induced by both macroscopic shear and 3D crack shape. As a conclusion, the dissimilar welding of Ti based alloys increase the fatigue crack growth rate (FCGR) for any macroscopic loading - with or without shear. Moreover, the microstructure of Ti6242 alloy, is well known to inhibit FCGR by multiples local bifurcation of crack path induced by the coarse microstructure of this alloy. This point was confirmed during equibiaxial tension but anomalous and very high FCGR was observed for macroscopic mode I + II loading. For the welded material, the fatigue crack to microstructure interactions have shown that the FCGR was clearly limited by coarse alpha needles inducing local bifurcation and conversely that in both fusion zone and heat-affected zone, local refinement of alpha needles could not slow down the crack propagation.

National audience

The design of new steel grades offering equivalent mechanical performances for lower thicknesses and the added value with the possibility to join two different steel grades, require development and control of joining processes. Thanks to high precision and good flexibility, the laser welding became one of the most used processes for joining of dissimilar welded blanks. The prediction of local chemical composition in the weld formed between dissimilar steels in function of the welding parameters is essential because the dilution rate and the distribution of alloying elements in the melted zone determine the final tensile strength of the weld. The goal of the present study is to create and to validate a multiphysical numerical model studying the mixing of dissimilar steels in laser weld pool. For a better understanding of materials mixing based on convection-diffusion process in the melted pool in case of full penetrated laser welding, a 3D simulation developed within COMSOL Multiphysics®, including heat transfer, fluid flow and transport of species has been performed to provide the weld geometry and quantitative mapping of elements distributions in the melted zone. In order to reduce computation time, the model has been developed basing on the following hypothesis: a steady keyhole approximation and solved in quasi-stationary form. Turbulent flow model was used to calculate velocity field. Fick law for diluted species was integrated to simulate the transport of alloying elements in the weld pool. In parallel, to validate the model, a number of experiments using pure Ni foils as tracers have been performed to obtain mapping post-mortem of Ni distribution in the melted zone. The results of simulations have been found in good agreement with experimental data. Afterwards the model was applied to laser welding between Dual Phase steel (DP) and high Mn steel (TWIP) and finally it was adapted to the study of coating dissolution in laser weld pool., La formulation de nouvelles nuances d’aciers présentant des caractéristiques mécaniques équivalentes pour des épaisseurs moindres et la plus-value associée à la possibilité d'assembler deux nuances différentes, nécessitent le développement et la maîtrise des procédés d’assemblage. Grâce à sa haute précision et à sa flexibilité, le procédé de soudage par laser est devenu une des principales techniques pour le raboutage des flans d'aciers de nature différente. La prédiction de la composition chimique locale de la zone fondue formée entre deux aciers en fonction des paramètres de soudage est de grande importance, puisque la dilution et la distribution des éléments d'alliage conditionnent la résistance mécanique finale du cordon. La présente étude a pour objectif la conception et la validation d’un modèle numérique multi-physiques décrivant la formation du mélange dans le cordon de soudure entre des aciers de nature différente, obtenu par fusion laser. Pour une meilleure compréhension du mélange issu de la diffusion et de la convection dans le bain liquide formé lors d'un soudage laser débouchant, une simulation 3D à l'aide du code de calcul commercial Comsol Multiphysics®, couplant les transferts thermiques, l’écoulement du métal liquide, et la diffusion des espèces, a été réalisée afin de prédire la géométrie du bain liquide et d'obtenir des informations sur la distribution des éléments chimiques à l'intérieur du cordon. Afin de réduire le temps de calcul, le modèle a été développé avec les hypothèses simplificatrices suivantes : le capillaire de vapeur a une géométrie fixe et l’ensemble des équations est résolu sous forme pseudo-stationnaire. Un modèle d’écoulement turbulent est utilisé pour le calcul du champ de vitesse. La loi de Fick est introduite pour modéliser le transport des espèces dans le bain liquide. Dans un premier temps et afin de valider les hypothèses sur les phénomènes de convection, une série d’essais de soudage avec des inserts de nickel pur, utilisés comme traceur chimique, a été réalisée pour cartographier post-mortem la distribution du nickel dans le cordon de soudure. Les résultats de la simulation numérique ont été trouvés en bon accord avec les résultats expérimentaux. Par la suite, le modèle a été appliqué au cas du soudage entre un acier Dual Phase et un acier TWIP riche en manganèse et enfin adapté à l'étude du mélange des revêtements dans le bain de métal liquide formé durant le soudage laser.

International audience; Le soudage diffusion permet la fabrication d’échangeurs de chaleur compacts dans lesquels les circuits de fluide sont séparés par des parois fines. On présente et on illustre ici l’intérêt de la simulation du grossissement de grain lors du soudage diffusion en tant qu’outil permettant la maîtrise de la microstructure.

The lightweight structures optimisation is one of the main topics in transportation industry. It can be achieved by optimisation of materials as well as induced assembly process. As a solid-state process, Friction Stir Welding (FSW) allows to produce dissimilar materials joining while avoiding fusion defects. This work focused on the dissimilar welding of aluminium alloys from 2xxx (Al-Cu-Mg-Ag) and 7xxx (Al-Zn-Mg) series in an industrial context. Joints characterizations were conducted at multiple scales to understand parameters impact on material flow, joint morphology, and performances. They have shown large heterogeneities in the microstructure as well as the global and local mechanical behaviour. Whatever the welding parameters used, good mechanical performance has been reached. A specific softened zone has been detected in the 7xxx alloy’s HAZ which caused fracture during transverse tensile test. Significant metallurgical evolution induced by thermal cycles mainly explains these phenomena.On the other hand, simulation works were also conducted to simulate the welding process in similar material configuration. The finite elements model integrates, for the first time, the real and complex tool design (thread, flats…). Complex geometry can be used by coupling with a specific moving mesh technique. This numerical development completely overcomes the consequent mesh distortion often encountered in FSW simulation. The current model presents good sensitivity and robustness for several welding conditions and materials. It also demonstrates an excellent correlation between experimental and numerical thermal fields while revealing the predictive aspect of the model.; L’allègement des structures est actuellement un enjeu industriel majeur. L’utilisation de certains alliages d’aluminium couplés à de nouveaux procédés d’assemblages est une bonne réponse à cette problématique. Le procédé de soudage FSW permet notamment la réalisation d’assemblages multi-matériaux en s’affranchissant des problèmes de fusion. Cette étude, réalisée au sein de l’entreprise TRA-C industrie, s’est intéressée plus particulièrement au cas du soudage FSW hétérogène d’alliages d’aluminium des séries 2xxx (Al-Cu-Mg-Ag) et 7xxx (Al-Zn-Mg), dans une large gamme de paramètres industriels. Les caractérisations des assemblages ont pu mettre en avant de fortes hétérogénéités microstructurales et mécaniques au travers des cordons. Ainsi la présence d’une zone faible, adoucie dans la ZAT du côté de l’alliage 7xxx, amène à favoriser la rupture en traction. Une évolution métallurgique importante déclenchée par le cycle thermique généré explique principalement ce phénomène. D’autre part, cette étude expérimentale a été couplée à des travaux de simulation numérique du procédé en configuration homogène. Le modèle éléments finis intègre, pour la première fois, la géométrie réelle et complexe (filetage, facettes, …) de l’outil de soudage utilisé expérimentalement et est couplé à l’utilisation d’une technique de maillage mobile. Cette technique numérique a permis de s’affranchir intégralement des distorsions de mailles conséquentes souvent rencontrées, ainsi que de décrire fidèlement les effets thermomécaniques engendrés par l’outil de soudage. Une étude de sensibilité aux paramètres de soudage ainsi qu’aux matériaux soudés a démontré une excellente corrélation entre les cinétiques thermiques expérimentales et numériques tout en démontrant l’aspect prédictif du modèle.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Un nouvel essai pour étudier la fissuration à chaud en soudage d'aciers inoxydables austénitiques est proposé. L'objectif de ce test est, en fonction de l'intensité du chargement extérieur, d'amorcer une ?ssure dans un régime thermique établi, puis de stopper cette ?ssuration si les conditions thermomécaniques locales le permettent. Des tests préliminaires conduits sur une tôle en acier AISI 304L ont donné des résultats encourageants. Une analyse par éléments finis de ces premiers résultats a permis, en utilisant le critère thermomécanique local PKP [1] de reproduire qualitativement ces expériences.

National audience; Presentation de l'essai (et des simulations associees) de fissuration chaud a chargement controle developpe au CEA pour etudier le soudage des aciers inoxydables austenitiques de type 316L(N)

International audience; L’objectif de ce travail est de montrer numériquement, au cours du procédé de soudage, l’influence des écoulements de la matière dans le bain fondu sur l’évolution des contraintes résiduelles générées. Ainsi deux approches numériques différentes sont adoptées afin d’assurer le couplage des différents états de la matière liquide et solide, y compris la solidification dans zone pâteuse. Dans la première approche, les écoulements fluides dans le bain fondu sont modélisés, les différents états de la matière sont couplés en se basant sur un formalisme Arbitraire ment Lagrangi en Eulérien (ALE). Dans la deuxième approche, les simulations sont réalisées en adoptant une approche Lagrangienne où les écoulements dans le bain fondu ne sont pas pris en compte.

International audience; Un modèle de substitution est développé pour l’analyse mécanique du soudage de tuyaux d’acier. L’objectif est de construire un modèle simple et rapide pour calculer les contraintes résiduelles en fonctions des dimensions et des paramètres de soudage. Ce modèle est basé sur des expériences numériques faites de simulations multi-physiques par éléments finis. Une régression par processus Gaussien permet de calculer les contraintes résuduelles orthoradiales. L’expérience montre que le processus Gaussien s’avère très efficace pour des applications de soudage multi-physiques non linéaires.

International audience; Nous proposons dans cette étude une nouvelle stratégie pour la construction d’abaques numériques dédiés à la simulation numérique du soudage sur la base d’une approche a posteriori . La méthode HOPGD (higher-order proper generalized decomposition) est utilisée pour chercher une représentation des solutions à variables séparées. Les snapshots sont calculés offline et choisis par une méthode multi-grilles dans l’espace de paramètres. Les abaques construits donnent des solutions 4D (espace-temps ) du problème de soudage aux utilisateurs en temps réel.

International audience; On décrit un modèle simplifié de restauration d’écrouissage utilisé dans la simulation numérique du soudage (SNS). Ce modèle, écrit sous forme d’équation différentielle, permet de prendre en compte l’effet de restauration des propriétés plastiques de l’acier lors de la simulation du soudage multi-passes. Les paramètres de ce modèle sont déterminés par recalage à partir d’essais expérimentaux développés et réalisés par l’EPRI. L’étape de validation du modèle, au cours de laquelle les résultats numériques sont confrontés à des résultats expérimentaux, est réalisée en deux temps : d’abord en simulant les essais EPRI puis en simulant des essais Satoh.

National audience; Apres une breve introduction sur la modelisation et la simulation numerique du soudage ce sera au travers de differents cas d'applications traites dans le projet MUSICAS que la presentation s'attachera a montrer les apports des methodologies de simulation pour le traitement de problematiques industrielles liees au soudage.MUSICAS (AAP FUI 14 Methodologie Unifiee pour la Simulation de l'Integrite et la Controlabilite des Assemblages Soudes) est un projet collaboratif regroupant 15 partenaires des grands groupes, des entreprises de taille intermediaire, des petites et moyennes entreprises, des laboratoires universitaires et des Centres de recherche. Le projet vise l'introduction de logiciels existants dans une infrastructure metier, et des developpments RetD sur la modelisation multiphysique du procede de soudage afin d'envisager l'automatisation de la SNS correspondant aux methodologies effectives dans l'industrie.

Welding is a key process in nuclear industry. The use of this assembly process is needed to ensure chemical and physical continuity required for installations safety. For the firm AREVA, one of the major axis of development is improving the productivity of nuclear components with the guaranty of optimum quality.Experimental approach presented in the present work has the double objectives of proposing a monitoring device for temperature fields of liquid metal and characterizing its dynamic behavior in GMAW. A two color measurement method has been developed for in-situ surface temperature measurement of liquid zones. First tests realized in an industrial configuration allow to consider this method as a possible real-time control device for welding. This two color pyrometer, coupled to the observation and the study of droplets deformations during their transfer, allows to study the influence of temperature on surface tension, with the interaction of arc plasma. Main role of surface tension on liquid phase behavior is clearly exposed in the obtained results. The developed investigating and analysis tools have been used to study a GMAW controlled short arc process. So, it is possible to analyse liquid bridge rupture, but also liquid metal deposition behavior, which can induce shape defects, and mass transfer dynamic to identify the apparition of operative defects.; Le soudage est un procédé clef dans l'industrie nucléaire. L'utilisation de ce procédé d'assemblage est nécessaire pour assurer la continuité physique et chimique indispensable à la sûreté des composants des centrales. Pour la société AREVA, un axe de développement important consiste à augmenter la productivité tout en garantissant une qualité optimale.L'approche expérimentale présentée dans ce travail a pour double objectif de proposer un dispositif de contrôle des températures des zones de métal liquide et de caractériser leur comportement dynamique, dans le cas du soudage MAG. Une méthode de mesure de température, en pyrométrie bichromatique, a été développée pour la mesure in-situ des champs de température des zones liquides. Les premiers essais réalisés en configuration industrielle permettent d'envisager l'utilisation de ce type de méthode pour le contrôle temps réel d'opérations de soudage. La méthode de pyrométrie bichromatique, couplée à l'observation et à l'étude des déformations desgouttelettes au cours de leur transfert, permet également d'évaluer l'influence de la température sur la tension superficielle, en interaction avec le plasma d'arc. Le rôle majeur de la tension superficielle dans le comportement dynamique des phases liquides apparaît clairement dans les résultats obtenus. Les outils d'investigation et d'analyse développés ont été utilisés pour étudier un procédé de soudage par court-circuit contrôlé (CMT). Il est ainsi possible d'analyser la rupture du pont liquide, mais aussi le comportement du dépôt de métal liquide, qui peut entraîner des défauts de forme, et la dynamique des transferts de masse pour identifier l'apparition des défauts opératoires.

International audience; Au sein de la Direction de l'Energie Nucléaire du CEA, le Laboratoire des Technologies d'Assemblages du Service d'Etudes Thermiques et Mécaniques du Département de Modélisation des Systems et Structures mène des études de soudabilité dont l'objectif est l’amélioration de la compréhension, de la prédiction et de la maîtrise des procédés de soudage et de leurs effets sur les matériaux et composants soudes. La réalisation de ces objectifs implique des travaux de modélisation, de simulation numérique et des travaux expérimentaux. On s’intéresse ici plus spécifiquement a la simulation numérique du bain de métal liquide qui se forme lors de l’opération de soudage et aux principales forces dont il est le siège : forces de tension de surface et gravitaires. L'objet de cette étude, réalisée dans le cadre d'un projet de collaboration national (MUSICAS) et d'une thèse cofinancée par AREVA, est de regarder l'influence de ces deux forces sur la forme et la pénétration du cordon du soudure, qui sont d'importance pour la qualité finale de l'assemblage, dans différents cas : ligne de fusion sur des plaques dans différentes positions et sur un assemblage en Te. La problématique du post-traitement de ce type de calcul avec Cast3m sera également abordée.

International audience

In welding processes, solidification is very specific. This phenomenon leads to high grain growth rates, in presence of high temperature gradients and strong fluid flows in the liquid, that can change the solidification mechanisms.This work investigates the coupling between fluid flows and solidification mechanisms, related to welding parameters, at weld pool scale (macroscale) and at grains scale (microscale).An experimental study is carried out, based on in-situ observations of a fully penetrated weld pool, generated on a thin Cu30Ni plate with a GTAW torch in two configurations :a static configuration generating an antisymmetric weld pool and a translating configuration generating a weld bead.For each configuration, the solidification morphology and the fluid flows in the solidification front area are observed at microscopic scale, with a high speed camera coupled with a high magnification lens.At macroscopic scale, the whole weld poll is observed with an infra-red camera and two cameras in visible range.We can then obtain on one hand the temperature field on the bottom of the plate and on the other hand the weld pool boundaries on the top and the bottom of the plate.The synchronised observations give access to an important quantity of data allowing the discussion of the interactions between solidification mechanisms and fluid flows for several welding conditions.Finally, the experimental results are compared to theoretical results obtained from analytical and numerical simulations, in order to discuss the possible limitations of models and try to better understand the analysis.; Les conditions de solidification de la matière au cours d’une opération de soudage sont très particulières. Le phénomène se produit en effet à des vitesses de croissance de grains élevées, en présence de forts gradients de températures, et surtout de forts écoulements dans le bain liquide, qui peuvent modifier les mécanismes de solidification.Le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à la compréhension des couplages pouvant exister entre écoulements et mécanismes de solidification, en relation avec les paramètres de soudages, à l’échelle macroscopique du bain, mais aussi à l’échelle microscopique des grains en cours de solidification.Une étude expérimentale est menée, basée sur l’observation in-situ d’un bain liquide traversant généré sur une tôle mince d’alliage Cu30Ni à l’aide d’une torche de soudage TIG (Tungsten Inert Gas), dans deux configurations :une configuration statique générant un bain de fusion axisymétrique, et une configuration en translation générant une ligne de fusion.Pour chaque configuration, la morphologie du front de solidification et les écoulements autour du front sont observés à l’échelle microscopique à l’aide d’une caméra rapide équipée d’un objectif à fort grossissement.A l’échelle macroscopique, le bain dans son ensemble est observé à l’aide d’une caméra infra-rouge et de deux caméras filmant dans le visible.La première permet d’obtenir le champ de température dans le solide sur la face envers, tandis que les deux autres permettent de déterminer la frontière du bain sur les faces supérieure et inférieure.Les observations synchronisées ont permis d’extraire une grande quantité de données permettant de discuter les interactions entre mécanismes de solidification et écoulements pour plusieurs conditions de soudage.Pour finir, les résultats expérimentaux sont confrontés aux résultats issus de modélisations analytiques et numériques, afin de discuter la validité de ces modèles et de tenter de mieux comprendre les analyses.

De nos jours, la complexité des pièces mécaniques est de plus en plus grande dans de nombreux secteurs industriels de pointes tels que l’aéronautique, l’aérospatiale ou bien encore le domaine médical. Pour répondre à ces nouvelles exigences, notamment en termes de géométrie, de nouvelles techniques de conception et de fabrication automatisées intègrant également une meilleure traçabilité des pièces, sont mises en place. Ce travail de thèse s’est inscrit dans un projet partenarial entre le Laboratoire Génie de Production de l’ENIT et la société EXAMECA, spécialiste de pièces chaudronnées pour l’aéronautique. L’étude a porté plus précisément sur l’assemblage permanent de pièces en superalliages par soudage LASER pour la réalisation d’une nouvelle chambre de combustion de turbomachine. Les assemblages des différentes parties de la chambre de combustion sont actuellement réalisés par procédé TIG (Tungsten Inert Gas), encore appelé procédé GTAW (Gas Tungsten Arc Welding), de manière manuelle ou semi-automatique avec fil d’apport de la même nuance que le superalliage base nickel. Même si cette technique industrielle est éprouvée, elle peut générer encore des problèmes de non-conformité car elle requière une grande dextérité des opérateurs pour éviter notamment les déformations importantes des pièces chaudronnées. L’étude avait donc pour objectif d’évaluer la pertinence du procédé de soudage LASER Yb : YAG pour l’assemblage homogène et hétérogène des superalliages Hastelloy X et Haynes 188 sans métal d’apport. Le procédé de soudage autogène à l’aide d’une source LASER disque Yb : YAG est encore relativement récent dans l’industrie même s’il semble offrir de nouvelles perspectives intéressantes. Une première partie de l’étude a permis de caractériser la caustique du faisceau LASER afin de déterminer des paramètres clés lors du soudage que sont par exemple la forme et la taille du spot LASER, la répartition de la densité de puissance à la surface de la pièce ou au point focal par exemple. Cette étape finalisée, les domaines de soudabilité des assemblages homogènes des superalliages Hastelloy X et Haynes 188 et des assemblages hétérogènes Hastelloy X - Haynes 188 ont été déterminés. L’influence des principaux paramètres de soudage sur la géométrie (forme et taille) et la tenue mécanique des cordons a pu être identifiée. Des conditions optimales de soudage ont été établies pour les différentes conditions de soudage. Une étude métallurgique des cordons optimisés, obtenus pour les différentes configurations, a été menée à différentes échelles. Elle a permis de déterminer des relations entre d’une part, les paramètres et les modes de soudage (conduction ou keyhole) et d’autre part, entre les modes de soudage et les microstructures des différentes zones des cordons qui conditionnement leurs propriétés mécaniques.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; L'objectif de notre travail est la modélisation thermomécanique du malaxage d'un matériau viscoplastique observé lors du procédé de soudage par friction et malaxage FSW. Nous proposons un algorithme basé sur le couplage d'une approche sans maillage et une technique implicite d'ordre élevé. Une comparaison des résultats est eectuée dans le cas bidimensionnel avec une approche itérative.

Since the invention of Friction Stir Welding (FSW) in 1991 by The Welding Institute (TWI), aeronautics industry has been investigating the possibility to use this process instead of riveting with the objective to lighten its structures and more particularly the aircrafts structure panels. Aircraft panels are often straightened with stringers and profiles which are joined to the outer skin. The qualification of FSW process in aeronautics requires producing very high quality joints with the longevity of tools, which requires fine tuning of process parameters such as the geometry of the welding tool (shoulder and pin dimensions, threads on pin and shoulder) and the advancing and rotating speeds. The aim of this work is to support the design of the process by numerical simulation. It has three parts: (1) developing an efficient and accurate Arbitrary Lagrangian or Eulerian (ALE) formulation within the parallel version of Forge® software, (2) modelling the FSW process and (3) calibrating the F.E. model and validating simulation results thanks to FSW experiments on lap joints.This work is based on the parallel ALE formulation developed in Forge® to model the different possible defects taking place in FSW (flashes and worm holes). The transport algorithm of continuous fields, required by the Eulerian frame, is enhanced to take the special characteristics of the FSW's flow into account (nodes located in input plan or flashes or in contact with the tool). A new time integration scheme based on cylindrical coordinates, which are best suited for this process, is introduced. Finally, the pin and shoulder threads are modelled by introducing a new friction law at the tool / material interface.This general and parallel ALE formulation is robust enough to model the FSW process. Thermomechanical results obtained are in agreement with previous results validated by experiences. And the numerical tool demonstrated its ability to model flashes formation and losses of contact behind the pin. Finally industrial welding lap joints configuration was studied. Experimental tests were conducted with several process parameters and type of lap joint. And measure of torque and forces in tool, and temperature in tool and sheet metal allowed to calibrate model parameters (friction, behavior law, thermal coefficients) and to validate FE results.; Depuis l'invention du soudage par frottement malaxage (FSW) en 1991 par The Welding Institute (TWI), l'industrie aéronautique envisage de remplacer l'assemblage par rivetage des tôles par ce procédé. L'objectif est d'alléger les structures, plus particulièrement les panneaux des structures d'aéronefs qui sont souvent raidis avec des lisses et des profilés assemblés à la peau extérieure. La qualification du procédé FSW dans l'aéronautique requiert de produire des joints de très haute qualité avec une longue durée de vie des outils. Ceci nécessite un réglage fin des paramètres procédé tels que la géométrie de l'outil (dimensions de l'épaulement et du pion, filetage) et les vitesses d'avance et de rotation. Le but de ce travail est d'accompagner la conception du procédé par la simulation numérique. Il comporte trois parties: (1) le développement de la formulation arbitrairement lagrangienne ou eulérienne (ALE) dans la version parallèle du logiciel Forge® pour l'adapter au FSW, (2) la modélisation du procédé FSW et (3) la calibration du modèle EF et la validation des résultats numériques suite à la réalisation d'essais FSW en configuration par recouvrement.Ce travail est basé sur la formulation ALE parallèle développée dans Forge® afin de modéliser les différents défauts caractéristiques du FSW (bavures et trous). L'algorithme de transport des champs continus, indispensable au caractère eulérien, est affiné afin de considérer les particularités de l'écoulement du procédé (nœud du plan d'entrée, en contact avec l'outil ou dans les bavures et sortant du domaine d'étude). Un nouveau schéma d'intégration temporelle basée sur les coordonnées cylindriques plus adapté à ce procédé fortement rotationnel est introduit. Enfin, un filetage sur l'outil est modélisé par l'introduction d'une nouvelle loi de frottement à l'interface outil / matière.Cette formulation ALE générale et parallèle a montré sa robustesse pour modéliser le procédé FSW. Les résultats thermomécaniques sont en accord avec de précédents résultats validés par l'expérience. De plus l'outil numérique obtenu a montré ses capacités pour la modélisation des bavures ou des pertes de contact derrière le pion.Finalement la configuration de soudage par recouvrement industrielle a été étudiée. Pour cela des essais expérimentaux ont été réalisés pour divers paramètres du procédé et divers types de joints de recouvrement. Puis les mesures de forces et du couple dans l'outil et de la température dans l'outil et la tôle ont permis de calibrer les paramètres du modèle (frottement, loi de comportement, coefficients thermiques) et de valider les résultats EF.

L’objectif principal de ce travail est de concevoir au sein de notre laboratoire un banc d'essai de fatigue et de chocs thermiques. Il a été mis à profit, dans un premier temps, dans l’étude de l’influence de la fatigue thermique (180 – 550°C) et des chocs thermiques (20 – 600°C) sur la tenue au frottement et à l’usure d’un revêtement en acier inoxydable austénitique AISI 304L. Ce revêtement a été déposé par le procédé de soudage T.I.G sur des éprouvettes en acier ferritique 42CD4. L'étude concerne 3 états différents du dépôt : sensibilisé, sensibilisé écroui en surface et hypertrempé. Les profils de microdureté des dépôts cyclées montrent un adoucissement au niveau de la zone de liaison entre le substrat et le dépôt, par rapport au dépôt de référence "brut de soudage". On a constaté, que l'évolution microstructurale observé sur tous les dépôts analysés au microscope optique, influe considérablement sur la cinétique d'usure et les pertes de masse, surtout en surface. Nous nous sommes intéressé également à l'étude du frottement. On a constaté que son évolution est irrégulière dans le sens de l'épaisseur et qu'il est indépendant des pertes de masse. L'analyse des traces d'usure au MEB a démontré l'influence de l'état de surface sur les pertes de masse, surtout après chocs thermiques; l'usure abrasive est aggravée par un désagrégement de la surface due à la corrosion. L'écrouissage de la surface favorise la formation de fissures transgranulaires et diminue l'effet des chocs thermiques sur les pertes de masse. Dans ce cas, l'usure passe d'une usure douce dite surcontrainte au début vers une usure abrasive plus sévère en fin d’essai.Mots clés: fatigue thermique; choc thermique; acier inoxydable austénitique; frottement; usure; soudage. The main objective of this work is to design an experimental set up for thermal fatigue and shocks analyses. Initially, The influence of thermal fatigue (180-550°C) and of thermal shocks (20-600°C) on both friction and wear of a coating is studied in an AISI 304L austenitic stainless steel. This coating has been deposit by T.I.G welding process on specimens made out of 42CD4 ferritic steel. The study concerns tree different cases of deposits: sensitized, sensitized and strain hardened in surface and hyperquenched (not sensitized). The profiles of cycled microhardness deposits show a softening at the contact zone between the substrat and the deposit, with respect to the reference deposit (welding raw deposit). It is noted, that the microstructural evolution observed in all deposits, as analyzed by optical microscopy, affects considerably the wear kinetics and the rate of weight loss, especially at the surface. It is also observed that friction evolution is irregular in thickness direction and it is independent of the observed weight loss. Wear traces analysis by SEM demonstrated the influence of surface quality on weight loss, especially after thermal shocks and abrasive wear is aggravated by surface disintegration as a result of corrosion. The strain hardening of the surface favors the formation of transgranular cracks and lowers thermal shock effetcs on weight loss. In this case, wear evolves at the beginning, from soft wear called "overstress” towards a severe abrasive wear by the end of the test.Keywords: thermal fatigue; thermal shocks; austenitic stainless steel; friction; wear; welding.

National audience; Le but de cet article est de montrer la pertinence de l’élément fini P1/P1 pour l’analyse mécanique des métaux solides présentant un comportement élasto-viscoplastique. Une simulation représentative d’un cas de soudage est traitée. Les résultats obtenus se comparent favorablement à ceux obtenus avec un maillage de référence utilisant des éléments hexaédriques du premier ordre à intégration sélective.

International audience; L’objectif de ce travail est de présenter une nouvelle méthode pour la prise en compte de la tension de surface dans un code de calcul par éléments finis et spécialement pour la simulation numérique du soudage. Il s’agit de modéliser les deux effets de la tension de surface, à savoir la partie normale « effet de courbure » et la partie tangentielle « effet Marangoni ». Deux exemples sont exposés pour valider l’intérêt et les avantages de cette méthode

This thesis is aimed at studying the hydrogen induced cold cracking (HICC) in the heated affected zone (HAZ) of weldments and at proposing a criterion to predict this phenomenon. HICC is attributable to three factors: i) a susceptible microstructure; ii) hydrogen concentration; and iii) a critical stress. To this end, first tensile tests on smooth specimens charged with hydrogen were performed to investigate hydrogen embrittlement of martensite. According to these results, a ductile-brittle damage model is proposed in order to establish a HICC criterion. In order to validate this criterion, we performed the modified Tekken tests. The Tekken test was chosen because one can control the welding parameters in order to induce cold cracking. The modified Tekken tests have then been modeled using a fully coupled thermo-metallo-mechanical-diffusion model using the finite element method. This model allows to compute martensite’s portion, residual stress level and hydrogen concentration in the HAZ. By applying the HICC criterion to these tests, cold cracking phenomenon has been correctly predicted., L’objectif de cette thèse est l’étude du phénomène de fissuration à froid qui se produit dans la zone affectée thermiquement (ZAT) lors de l’opération du soudage. Il s’agit plus précisément de développer un critère pour prédire ce phénomène. Il est bien établi que la fissuration à froid se produit sous l’effet combiné de trois facteurs : i) une microstructure dure et fragile qui est ici la martensite ; ii) une teneur en hydrogène suffisamment élevée ; et iii) une contrainte critique. Pour ce faire, nous avons tout d’abord réalisé des essais de traction sous hydrogène sur des éprouvettes martensitiques afin d’étudier la fragilisation de la martensite par l’hydrogène. Ensuite, et sur la base des résultats expérimentaux, un modèle d’endommagement ductile-fragile est proposé. Ce modèle a permis d’établir le critère de fissuration à froid recherché.Pour valider ce critère, nous avons réalisé des essais de type Tekken. L’avantage de cet essai est qu’il permet de contrôler les paramètres du soudage pour provoquer la fissuration à froid.Enfin, cet essai a été reproduit à l’aide d’une modélisation thermo-métallo-mécanique-diffusion. Ainsi, la teneur en hydrogène dans la ZAT, la proportion de martensite et les contraintes résiduelles ont été calculées. L’application de notre critère montre une bonne corrélation entre la modélisation et l’essai. La fissuration à froid est bien prédite.

Surface treatments as laser shock peening offer the possibility to reduce tensile stresses or to generate compressive stresses in order to prevent crack initiation or reduce crack growth rate in particular in the areas where tension weld residual stresses are present. Laser shock peening may be applied on different metallic components to prevent stress corrosion cracking of Inconel 600 and high cycle thermal fatigue of austenitic stainless steels.The main aim of the PhD thesis is to develop the numerical simulation of laser peening.In the first section, axisymetrical and 3D numerical models for one or several pulses have been developped in Code_Aster and Europlexus softwares. These models were validated by experimental tests carried out in PIMM-ENSAM laboratory. Parameters identification of Johnson-Cook constitutive law was carried out for Inconel 600 at high strain rates. Moreover a new test was proposed which allowed proving the isotropic behavior of Inconel 600 at high strain rates. A modification of the Johnson-Cook constitutive law was also proposed, to take into account in a new way the sensitivity of the law to high strain rates. The second section of the thesis concerns a study on the effect of an initial state of welding on residual stresses after application of laser peening. We could conclude that this initial state has no strong influence on final residual stresses. Finally, a qualitative study on the effect of strain hardening induced by laser peening on fatigue life of stainless steels was undertaken, which shows the advantage of laser peening on shot peening due to smaller strain hardening created by laser peening., Les traitements de mise en compression, comme le choc laser, offrent la possibilité de réduire la contrainte de traction ou générer des contraintes de compression afin d’empêcher l’amorçage de fissures ou de ralentir leur propagation en particulier dans les zones soudées où il existe une contrainte de traction. Ce traitement peut être appliqué sur certains composants métalliques pour la prévention de la corrosion sous contrainte de l’Inconel 600 et de la fatigue thermique à grand nombre de cycles des aciers inoxydables.L’objectif principal de la thèse était de développer les capacités en modélisation nécessaires à la maîtrise de la simulation numérique de la mise en compression par le choc laser, afin de mieux comprendre cette technique de traitement de surface.Dans un premier temps, des modèles numériques axisymétriques et 3D, en mono et multi impacts ont été développés dans les codes de calcul Code_Aster et Europlexus. Ces modèles ont pu être validés à partir d’essais expérimentaux réalisés au laboratoire PIMM-ENSAM. Une identification des paramètres de la loi de Johnson-Cook a été réalisée à grande vitesse pour l’Inconel 600. Par ailleurs un nouvel essai expérimental a été proposé qui valide le caractère isotrope de l’Inconel 600 à grande vitesse de déformation. Une modification de cetteloi a également été proposée pour prendre en compte différemment la sensibilité à la vitesse de déformation. Dans un second temps, une étude sur l’effet d’un état initial de soudage sur les contraintes résiduelles après application du choc laser a été faite. Nous avons pu conclure que cet état initial n’a pas une forte influence sur les contraintes résiduelles finales. Enfin, une étude qualitative sur l’effet de l’écrouissage induit par le choc laser sur la durée de vie en fatigue des aciers inoxydables a été réalisée, qui montre l’avantage du choc laser sur le grenaillage par la création d’un moindre écrouissage.

Eurosteel 2014, NAPLES, ITALIE, 10-/09/2014 - 12/09/2014; Steel structures are mainly prone to two types of degradation: corrosion and fatigue particularly in the case of welded structures. In the second case, several methods have been implemented in the last decades to improve the capacities such as shot peening or grinding for instance. Actually, welding processes induce the creation of residual stresses within the realized assembly that decrease the fatigue capacities. In order to be able to assess the possible improvement, it is therefore momentous to settle a method to determine these residual stresses. The presented work aims at studying these residual stresses using both experimental investigations and numerical work. The first part will introduce the experimental work conducted on welded T-joints. The investigations allowed to measure the created residual stresses close to the weld toe and to determine the possible improvement in fatigue of shot peened or grinded welded joints in regard with untreated assemblies.The second part will be dedicated to the description of a finite element model used for the welding process. The advantages and the drawbacks of the method will be presented and the obtained numerical results will be compared with the experimental ones.Finally, the last part will be focused on the analysis of the influence of different welding parameters on the created residual stresses. Following this study, numerical development currently under progress will allow to model shot peening operations in order to be able to study the way they affect residual stresses.

Grain structure formation during fusion welding processes has a significant impact on the mechanical strength of the joint. Defects such as hot cracking are also linked to the crystallographic texture formed during the solidification step. Direct simulation of three-dimensional (3D) grain structure at industrial scale for welding processes is rarely modeled. In this work, a 3D coupled Cellular Automaton (CA) – Finite Element (FE) model is proposed to predict the grain structure formation during multiple passes Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) and Gas Metal Arc Welding (GMAW). At the macroscopic scale, the FE model solves the mass, energy and momentum conservation equations for the whole system based on an adaptive mesh. For GMAW with metal addition, the FE model is enriched and established in a level set (LS) approach in order to model the evolution of the metal/air interface due to the weld bead development. The FE domain then contains the workpiece and the surrounding air where the weld bead forms. FE computations are coupled with the CA approach used to model the grain structure evolution. A fixed mesh, referred to as CA mesh, is superimposed to the adaptive FE mesh. FE fields are interpolated between the adaptive FE mesh and the fixed CA mesh. A new dynamic allocation/deallocation strategy of a CA grid of cells is then used based on the dynamic activation/deactivation of the elements of the CA mesh. The CA grid is made of a regular lattice of cubic cells superimposed onto the welded domain. At the micro scale, this grid is used in order to simulate the melting and solidification steps at the boundaries between the mushy domain and the liquid pool during the welding process. The temperature evolutions of the cells are computed by interpolation from the CA mesh. Coupling with tabulated transformation paths and phase enthalpy is also implemented, which permits to track the phase amount and latent heat release during the process. In order to master the resolution time and memory cost of the simulations, a management of the FE/CA mesh dimensions and CA cell size is considered for both FE and CA models. The 3D CAFE model is applied to simulate the formation of solidification structures during multiple passes GTAW and GMAW processes on a duplex stainless steel UR 2202. In GTAW, the evolution of the grain structures with respect to the welding process parameters is considered. The normal orientation of the grains with the increase of the heat source velocity is shown. In GMAW, the model is shown to compute the remelting and growth of successively deposited layers. Overall, the predicted structures qualitatively reveal the expected evolutions presented in the literature.; Le développement des structures de grains se formant durant les procédés de soudage par fusion a un large impact sur les propriétés et la résistance mécaniques des assemblages. Des défauts, tels que la fissuration à chaud, sont aussi liés à la texturation de grains propre à l'étape de solidification. La simulation directe du développement tri-dimensionnelle (3D) des structures de grains dans ces procédés, à l'échelle industrielle, est rarement proposée. Dans ce travail, une modélisation couplée 3D Automate Cellulaire (CA) – Eléments Finis (FE) est proposée pour prédire la formation des structures de grains dans les procédés de soudage multipasses GTAW (Gas Metal Arc Welding) et GMAW (Gas Metal Arc Welding). A l'échelle macroscopique, la modélisation FE permet la résolution des équations de conservation de la masse, de l'énergie et de la quantité de mouvement pour l'ensemble du domaine en s'appuyant sur un maillage adaptatif. Pour le procédé GMAW avec apport de matière, le modèle FE est enrichi et développé dans une approche level set (LS) afin de modéliser l'évolution de l'interface métal / air due au développement du cordon de soudure. Le domaine FE contient ainsi la pièce étudiée et l'air environnant dans lequel le cordon se développe. Les calculs FE sont couplés avec l'approche CA utilisée pour modéliser le développement de la structure de grains. Un maillage fixe (‘maillage CA') est superposé au maillage adaptatif FE (‘maillage FE'). Les champs macroscopiques propres au maillage FE sont ainsi interpolés entre le maillage adaptatif FE et le maillage fixe CA. Une nouvelle stratégie d'allocation / désallocation de la grille de cellules CA est ensuite utilisée basée sur l'allocation / désallocation des éléments du maillage CA. La grille CA est constituée d'un ensemble régulier de cellules cubiques superposées au domaine soudée. A l'échelle micro-, la grille est utilisée afin de simuler les étapes de fusion et solidification, à la frontière entre le domaine pâteux et le bain liquide, durant le processus de soudage. Les évolutions de températures des cellules sont définies par interpolation du maillage CA. Un couplage du modèle avec les chemins de solidification et les évolutions enthalpiques tabulés est aussi implémenté, permettant de suivre la thermique et les évolutions de fractions de phase propre à l'évolution du procédé. Avec de réduire les temps de calcul et la quantité de mémoire informatique nécessaire à ces simulations, une optimisation des maillages FE/CA et des tailles de cellules CA est proposée pour les deux approches FE et CA. La modélisation 3D proposée est appliquée à la simulation de la formation des structures de solidification formées durant le soudage GTAW et GMAW multipasses de pièces d'acier inoxydables de nuances UR 2202. Dans le procédé GTAW, l'influence de l'évolution des structures de grains selon les paramètres procédés est étudiée. L'orientation normale des grains avec l'augmentation de la vitesse de soudage est montrée. Dans le procédé GMAW, la modélisation permet de simuler la refusion et la croissance des grains des couches successives. De manière générale, les structures de grains prédites montrent qualitativement les évolutions attendues présentées dans la littérature.

Grain structure formation during fusion welding processes has a significant impact on the mechanical strength of the joint. Defects such as hot cracking are also linked to the crystallographic texture formed during the solidification step. Direct simulation of three-dimensional (3D) grain structure at industrial scale for welding processes is rarely modeled. In this work, a 3D coupled Cellular Automaton (CA) – Finite Element (FE) model is proposed to predict the grain structure formation during multiple passes Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) and Gas Metal Arc Welding (GMAW). At the macroscopic scale, the FE model solves the mass, energy and momentum conservation equations for the whole system based on an adaptive mesh. For GMAW with metal addition, the FE model is enriched and established in a level set (LS) approach in order to model the evolution of the metal/air interface due to the weld bead development. The FE domain then contains the workpiece and the surrounding air where the weld bead forms. FE computations are coupled with the CA approach used to model the grain structure evolution. A fixed mesh, referred to as CA mesh, is superimposed to the adaptive FE mesh. FE fields are interpolated between the adaptive FE mesh and the fixed CA mesh. A new dynamic allocation/deallocation strategy of a CA grid of cells is then used based on the dynamic activation/deactivation of the elements of the CA mesh. The CA grid is made of a regular lattice of cubic cells superimposed onto the welded domain. At the micro scale, this grid is used in order to simulate the melting and solidification steps at the boundaries between the mushy domain and the liquid pool during the welding process. The temperature evolutions of the cells are computed by interpolation from the CA mesh. Coupling with tabulated transformation paths and phase enthalpy is also implemented, which permits to track the phase amount and latent heat release during the process. In order to master the resolution time and memory cost of the simulations, a management of the FE/CA mesh dimensions and CA cell size is considered for both FE and CA models. The 3D CAFE model is applied to simulate the formation of solidification structures during multiple passes GTAW and GMAW processes on a duplex stainless steel UR 2202. In GTAW, the evolution of the grain structures with respect to the welding process parameters is considered. The normal orientation of the grains with the increase of the heat source velocity is shown. In GMAW, the model is shown to compute the remelting and growth of successively deposited layers. Overall, the predicted structures qualitatively reveal the expected evolutions presented in the literature.; Le développement des structures de grains se formant durant les procédés de soudage par fusion a un large impact sur les propriétés et la résistance mécaniques des assemblages. Des défauts, tels que la fissuration à chaud, sont aussi liés à la texturation de grains propre à l'étape de solidification. La simulation directe du développement tri-dimensionnelle (3D) des structures de grains dans ces procédés, à l'échelle industrielle, est rarement proposée. Dans ce travail, une modélisation couplée 3D Automate Cellulaire (CA) – Eléments Finis (FE) est proposée pour prédire la formation des structures de grains dans les procédés de soudage multipasses GTAW (Gas Metal Arc Welding) et GMAW (Gas Metal Arc Welding). A l'échelle macroscopique, la modélisation FE permet la résolution des équations de conservation de la masse, de l'énergie et de la quantité de mouvement pour l'ensemble du domaine en s'appuyant sur un maillage adaptatif. Pour le procédé GMAW avec apport de matière, le modèle FE est enrichi et développé dans une approche level set (LS) afin de modéliser l'évolution de l'interface métal / air due au développement du cordon de soudure. Le domaine FE contient ainsi la pièce étudiée et l'air environnant dans lequel le cordon se développe. Les calculs FE sont couplés avec l'approche CA utilisée pour modéliser le développement de la structure de grains. Un maillage fixe (‘maillage CA') est superposé au maillage adaptatif FE (‘maillage FE'). Les champs macroscopiques propres au maillage FE sont ainsi interpolés entre le maillage adaptatif FE et le maillage fixe CA. Une nouvelle stratégie d'allocation / désallocation de la grille de cellules CA est ensuite utilisée basée sur l'allocation / désallocation des éléments du maillage CA. La grille CA est constituée d'un ensemble régulier de cellules cubiques superposées au domaine soudée. A l'échelle micro-, la grille est utilisée afin de simuler les étapes de fusion et solidification, à la frontière entre le domaine pâteux et le bain liquide, durant le processus de soudage. Les évolutions de températures des cellules sont définies par interpolation du maillage CA. Un couplage du modèle avec les chemins de solidification et les évolutions enthalpiques tabulés est aussi implémenté, permettant de suivre la thermique et les évolutions de fractions de phase propre à l'évolution du procédé. Avec de réduire les temps de calcul et la quantité de mémoire informatique nécessaire à ces simulations, une optimisation des maillages FE/CA et des tailles de cellules CA est proposée pour les deux approches FE et CA. La modélisation 3D proposée est appliquée à la simulation de la formation des structures de solidification formées durant le soudage GTAW et GMAW multipasses de pièces d'acier inoxydables de nuances UR 2202. Dans le procédé GTAW, l'influence de l'évolution des structures de grains selon les paramètres procédés est étudiée. L'orientation normale des grains avec l'augmentation de la vitesse de soudage est montrée. Dans le procédé GMAW, la modélisation permet de simuler la refusion et la croissance des grains des couches successives. De manière générale, les structures de grains prédites montrent qualitativement les évolutions attendues présentées dans la littérature.

Nickel-Titane shape memory alloys are widely used in many fields (aerospace, biomedical) and the combination of their outstanding properties in designed structures, namely architecture materials, has been considered in last decade. Recent studies successfully fabricated cellular structures, in particular honey combs, by thermo-mechanical processing from tubes or bars but the properties of the bonds created between the components need to be carefully investigated.This work is dedicated to the study of the bonds between NiTi near-equatomic alloy (Nitinol) elements, which are created by sintering together tubes or wires and by welding tubes under load. These bonds are characterized from metallurgical, microstructural and mechanical points of view. The obtained results led to the following conclusions.To provide a reasonably strong bond between wires and between tubes, sintering should be operated at least at 1200°C during one hour under the maximal load allowed by the experimental device, 3.5 N. However, this treatment causes intense compositional changes inside the material. A subsequent aging treatment at 900oC can help in homogenizing the material but prejudicial TiNi2O phase still exists. Besides, the interdiffusion between Nitinol elements and alumina tools at 1200°C perturbs sintering experiments. The sintering route has thus found to be inadequate unless the used device allows applying a higher load, so that the temperature can be set down.Tube welding has been more successful in terms on bond strength and NiTi phase conservation, although important microstructure changes have been observed. Three zones have been identified after welding, the weld zone, with large and long grains, the heat-affected zone, with smaller, spherical grains, and the non-affected zone. The extent of these zones is estimated from local hardness measurement. The tensile resistance of the bonds is about 12 and 50 N/mm for tubes having 0.12 and 0.3 mm thickness, respectively. A standard aging treatment does not significantly change these values although it allows material homogenization. The parameters that mainly influence the resistance and the microstructure of the bond are the weld energy, the rate of release of this energy and the load. Achieving successive welding steps is not clearly beneficial.; Le SMA Nitinol est largement utilisé dans de nombreux domaines de recherche récemment ( astronautes, biomédical ) et la combinaison de leurs propriétés dans la structure de conception désirée, en particulier les matériaux de l'architecture, est développé dans la dernière décennie. Des études récentes fabriqués avec succès la structure cellulaire, en particulier nid d'abeil, par processus thermomécanique à partir de tubes ou de barres mais les caractères de la liaison entre les éléments constitutifs ne sont pas clarifiées.Ce travail est consacré à l'étude de la liaison entre NiTi alliage quasi- équatomic qui est créé par le processus frittage des tubes ou des fils et par le procédé de soudage de tubes. Les liaisons obtenues des deux méthodes semblent forts et ils sont analysés par les essais de métallurgique et mécanique. Les résultats ont conduit aux conclusions suivantes :Pour les processus de frittage, les liaisons pour les des fils et des tubes semblent être forte quand ils sont chauffés à 1200oC pendant 1 heure avec les fils et 2 heures avec les tubes, respectivement. Cependant, le traitement entraîne le changement de la composition dans le matière. Le traitement à 900oC peut aider l'homogénéisation de la liaison, mais la phase inattendu TiNi2O est existé. En outre, la diffusion entre le Nitinol et Al2O3 est commencé quand ils sont chauffés à 1200oC.Pour le procédé de soudage, les liaisons entre tubes soudés sont forts avec seulement la phase TiNi mais la microstructure a changé. Il ya 2 nouvelles zones existantes à l'intérieur de la liaison de soudure: la zone de soudage, la zone affectée thermique. Les résistances de traction de la liaison de soudge une fois sont 12N/mm et 50N/mm pour tubes ayant la paroi 0,12 mm et la paroi 0,3 mm, respectivement. L'optimisation des paramètres de soudage montre que l'énergie de soudure a un effet fortement sur la création et la résistance de la liaison. La liaison est amilioré si l'énergie augmente. Charge de soudage a un rôle important pour améliorer la résistance de la liaison, et la charge de soudage est adapté pour le tube est 100N. Le deuxième fois de soudage peuvent améliorer la résistance de la liaison de la paroi du tube de 0,3 mm, mais il diminue après le troixième fois de soudage. En plus, l'addition de fois de soudage sous pression plus que de 100N conduit à la réduction de la résistance de la liaison. Ainsi, les paramètres de soudage doivent être tout d'abord examiné base de l'épaisseur de paroi du tube, puis l' énergie de soudage, la pression de soudure et la soudure fois.