Développement d’un outil numérique prédictif : Application au cas de la simulation du soudage hybride sur épaisseurs moyenne à forte – SISHYFE

La simulation numérique du soudage est moins utilisée, industriellement, que pour d'autres procédés de transformation tels que déformation plastique ou fonderie. Ceci tient au caractère multiphysique de cette simulation : plasma d'arc, écoulements en zone fondue, couplages forts entre thermique, métallurgie et mécanique. Cet état de fait est pénalisant pour la mise au point de procédés de soudage innovants tels que le soudage hybride laser-arc. L'enjeu industriel est important en termes de qualité et de productivité (pas de moyens de prédiction fiable de la soudabilité opératoire, de la soudabilité métallurgique). Le projet SISHYFE vise à lever ce verrou, en particulier dans le contexte du soudage d'aciers en fortes épaisseurs. En conséquence, on définit quatre objectifs majeurs : 1. Développer les méthodes de simulation directe du procédé de soudage, en modélisant en particulier, dans le contexte du soudage hybride, les interactions plasma-laser ainsi que les écoulements fortement convectifs du métal liquide dans la zone fondue. Ceci devrait permettre d'améliorer la prédictivité des modélisations. 2. En parallèle avec cette simulation directe, développer et adapter au soudage hybride (plusieurs sources d'énergie, arc et laser) la méthodologie consistant à identifier les sources thermiques par une méthode inverse automatique par éléments finis. 3. Evaluer les performances de ces deux méthodes, et en particulier l'apport de la simulation directe, en terme de prédiction métallurgique et mécanique (forme du cordon, caractéristiques de la zone fondue et de la zone affectée thermiquement, distorsions et contraintes résiduelles). 4. Développer des logiciels prédictifs du procédé de soudage hybride laser-arc, et pouvant s'appliquer à d'autres procédés (arc, laser, faisceau d'électrons). La méthodologie proposée est la suivante: A. Des expériences de soudage instrumentées sur trois configurations caractéristiques de soudage hybride vont servir de référence tout au long du projet. L'accent est mis sur l'instrumentation de manière à apporter aux modélisateurs une base de résultats expérimentale précise et fournie : thermocouples, caméra rapide, caméra infra-rouge, champ de déformation par corrélation d'image? B. Les développements numériques vont mettre en jeu trois logiciels : COMSOL, SYSWELD et TRANSWELD. Ceci permettra de tester d'une part les méthodes numériques et d'autre part les performances de chaque logiciel, par comparaison avec les résultats obtenus sur configurations de référence. C. Ces nouveaux logiciels seront utilisés par trois utilisateurs industriels sur des soudages-test. Ils permettront de définir des fenêtres expérimentales en terme de soudabilité opératoire et métallurgique. Le consortium est compact, robuste et équilibré. Il rassemble toutes les compétences adéquates: 3 industriels, 1 centre technique, 2 sociétés de logiciel et 2 laboratoires de recherche. Tous sont des acteurs majeurs dans chacune des problématiques industrielle, technique et scientifique. Le projet est ainsi à même d'apporter des innovations significatives dans plusieurs domaines de l'AXE THEMATIQUE 4 de l'appel d'offre : ? Développer des outils numériques innovants pour la compréhension des phénomènes multiphysiques caractéristiques du soudage hybride : interaction plasma-laser, couplage fluide-structure (hydrodynamique zone fondue - solide) ? Appuyer la validation de ces prédictions théoriques sur une approche expérimentale forte ? Optimiser le développement industriel du procédé de soudage hybride