Contrôlabilité des pièces soudées dans les équipements critiques - Des matériaux virtuels pour des outils d'inspection CND efficaces – ATALANTE

Dans le secteur nucléaire, assurer l'intégrité des composants soudés, soumis à des contraintes de service ou des aléas techniques, est un enjeu majeur. Ainsi, la fiabilité de ces composants est déterminée par des méthodes de contrôles non destructifs (CND), permettant de localiser et de dimensionner un large éventail de défauts. Ces méthodes apportent des informations essentielles sur l’aspect, l’orientation et la position de ces défauts, constituant, un ensemble d'outils essentiels. Dans ce contexte, le contrôle régulier par ultrasons (UT) demeure une méthode incontournable pour l'évaluation des soudures, mais reste complexe à réaliser pour les aciers inoxydables austénitiques. Sur ces matériaux, les soudures, constituées de nombreuses passes, présentent une microstructure, hétérogène et anisotrope, formée de longs grains développés par épitaxie. Des phénomènes délétères lui sont associés tels la déviation et la divergence du faisceau ultrasonore ou son atténuation progressive. La prédiction de ces phénomènes avec des outils de modélisation dédiés est, ainsi, essentielle pour conduire et optimiser les méthodes CND. Parmi ces outils, CIVA (CEA LIST) et A3D-CND (EDF R&D) permettent de simuler la propagation des ondes ultrasonores dans ces soudures. Cependant, ils nécessitent une connaissance fine de la microstructure et de sa variabilité induite par les propriétés des matériaux, les paramètres procédés ou les pratiques propres aux soudeurs. Dans ce cadre, ATALANTE se propose de développer des microstructures virtuelles sur des pièces soudées de grandes épaisseurs pour simuler cette propagation ultrasonore et améliorer les outils CND, en relevant les défis suivants : 1) caractériser la formation des structures des grains et leur variabilité, pour des soudures industrielles à nombre élevé de passes, 2) faire progresser la connaissance de l'impact des microstructures sur la propagation des ondes UT et 3) maximiser l'efficacité des outils d'inspection CND par l’utilisation d’outils de simulations UT. Plus largement, ATALANTE vise à développer l’exploitation industrielle des matériaux virtuels, notamment dans les approches CND.
Le partenariat de ATALANTE se partage entre expérimentation, modélisation et valorisation, et porte sur l'alliage inox 316L de par son importance dans les applications visées. Des expériences seront menées pour étudier l'effet de la gravité sur la forme des cordons et l'évolution microstructurale pour un nombre élevé de passes et dans les conditions de dépôt du nucléaire (ICB). Par la suite, des essais de soudage instrumentés, couvrant divers procédés, seront développés pour analyser cette stratégie de dépôt. En parallèle, le procédé de soudage sera modélisé par une approche multi-physique et multi-échelle (CEMEF) basée sur un couplage Automate Cellulaire – Eléments Finis (CAFE) et validée sur la base des expériences conduites. Des microstructures virtuelles fines, apportant une description précise des soudures, seront produites sur des pièces épaisses. Des outils de Machine Learning seront également mis en œuvre pour exploiter ces données et améliorer la prédiction microstructurale en soudage. Des simulations de la propagation ultrasonore seront entreprises avec les logiciels CIVA et A3D-CND par le CEA LIST et EDF R&D, à partir de ces matériaux virtuels, analysant l’effet de la microstructure, et son impact sur l'efficacité des outils CND, afin d’améliorer ces derniers. La dépendance avec les conditions de dépôt sera étudiée, définissant les situations problématiques. Les développements du CEMEF seront enrichis et stabilisés par TRANSVALOR et introduits dans le logiciel TRANSWELD, accompagnés d’outils facilitant l'utilisation des microstructures virtuelles dans les outils CND, pour diffuser les résultats du projet. ATALANTE représentera ainsi une avancée technologique indéniable dans le contrôle des pièces soudées et la fiabilité des méthodes CND en réponse aux besoins actuels de l'industrie nucléaire.