OPTImisation des assemblages de MUlti-Matériaux par soudage friction linéaire pour les applications aérospatiales – OPTIMUM

OPTIMUM a pour objectif l’étude expérimentale et numérique des assemblages métalliques réalisés par soudage par friction linéaire (Linear Friction Welding LFW). Une démarche originale et intégrée liant le process d’élaboration, les conséquences sur les évolutions microstructurales et les propriétés d’emplois, notamment vis-à-vis de la prédiction de la durée de vie des assemblages sera mise en place. L’accent sera porté sur les nouvelles nuances d’alliages métalliques ou sur l’assemblage de bi-matériaux. Des techniques de caractérisation innovantes et multi-échelles seront exploitées pour analyser les effets des paramètres du procédé sur l’évolution des microstructures dans la zone de soudure (i.e. capacité à interpréter les mécanismes à l’origine des différentes zones observées de la microstructure). Un outil de simulation numérique par éléments finis du procédé de soudage par friction linéaire prenant en compte les différentes phases intervenant dans la réalisation de l’assemblage et validé par des confrontations poussées avec des données expérimentales issues de l’instrumentation du procédé, sera développé afin d’examiner les variations des champs thermiques, cinématiques et de contraintes lors du soudage. La modélisation numérique du procédé contribuera à l’interprétation des phénomènes physiques mis en jeu à l’origine des évolutions microstructurales (e.g. niveau de température atteint et transformation microstructurale, champs de contraintes et mécanismes d’affinement de la microstructure). Le projet OPTIMUM est structuré en quatre lots principaux. Le premier est dédié à la réalisation des assemblages pour différents couples matériaux à base de titane ou de nickel. Des essais seront menés pour différents paramètres procédé (pression de forgeage, fréquence et amplitude d’oscillations) pour des configurations plan-plan, bi-plan ou tri-plan. Le deuxième lot est dédié à l’analyse physico-chimique et microstructurale de la zone de soudure complétée par des mesures de contraintes résiduelles et des profils de dureté par nanoindentation instrumentée. Le troisième lot concerne le développement d’un outil de simulation thermomécanique du procédé LFW dans l’environnement Forge®. Des confrontations de données expérimentales et numériques tels les gradients de champs thermiques locaux, la géométrie du joint soudé (e.g. taille et géométrie de la bavure), la consommation matière (i.e. réduction de taille des lopins matière après assemblage) permettront de juger de la qualité de l’outil numérique développé. Cet outil sera par la suite exploité pour l’aide à l’interprétation des évolutions microstructurales observées expérimentales (champs mécaniques locaux, vitesses de refroidissement…). Le quatrième lot du projet est dédié à l’étude de la durabilité des joints soudés par l’utilisation des techniques expérimentales non destructives telles que la tomographie, la laminographie pour l’analyse des éventuels défauts induits par le procédé (e.g. porosité). Des essais in situ d’évolution de l’endommagement et/ou de propagation de fissure au moyen d’essais mécaniques séquentiels ou in situ sous faisceau synchrotron seront réalisés.