Une nouvelle approche de modélisation des soudures
Au niveau mondial, plus de la moitié des pièces d'appareils ménagers ou industriels comportent des soudures, montrant que ce processus reste un élément majeur de nombreuses économies. Dans une soudure, des matériaux fondus se solidifient pour associer des éléments. Pour éviter les fissures et les défaillances, il faut comprendre la chimie au niveau des interfaces ainsi que la morphologie complexe des cristaux. Des scientifiques et des ingénieurs ont lancé le projet MINTWELD («Modelling of interface evolution in advanced welding»), financé par l'UE, pour mettre au point un cadre de modélisation couvrant plusieurs échelles et domaines physiques, afin de simuler la chimie des interfaces et la formation de cristaux. Contrairement aux méthodes expérimentales classiques, cette nouvelle approche de modélisation par informatique devrait faciliter la construction de gazoducs et d'oléoducs en eaux profondes. Le logiciel de modélisation de MINTWELD s'est avéré capable de décrire la complexité du soudage à toutes les échelles pertinentes. Il porte plus particulièrement sur l'évolution de l'interface entre la phase liquide et la phase solide. Le système associe des modèles ab initio des fissures et des interfaces, au niveau de la dynamique des atomes et des molécules, avec des modèles champ-phase de limite des grains à l'échelle nanométrique, et des modèles de structure et de chimie des interfaces. L'ensemble a été intégré avec des modèles de suivi du front à l'échelle moyenne, décrivant la croissance des cristaux et la répartition de taille des grains, et avec des modèles macroscopiques par dynamique des fluides décrivant la circulation de la masse et de la chaleur. Grâce aux modèles d'écoulement des fluides, de solidification, de champ-phase et de suivi du front, le projet MINTWELD a généré des données thermodynamiques, cinématiques et de ségrégation des éléments concernant l'évolution de l'interface de solidification et les limites des grains. Les études ab initio et par dynamique moléculaire ont déterminé les énergies de surface et aux interfaces. Grâce à l'imagerie synchrotron en temps réel, les scientifiques ont observé l'évolution morphologique des fronts de soudure ainsi que les écoulements dans la partie fondue. Ils ont utilisé un microanalyseur à sonde à électrons ainsi qu'une sonde atomique, pour caractériser la chimie des alliages à proximité des limites des grains. Le projet MINTWELD a étudié comment rendre le processus de soudage plus simple, plus sûr et plus économique, en utilisant de nouvelles techniques et des méthodes de pointe en modélisation par informatique. Ses travaux donnent le contrôle sur la structure et les propriétés, promettant d'améliorer considérablement les performances des soudures et d'ouvrir de nouveaux marchés au secteur européen de la soudure.
Mots‑clés
Soudure, joints soudés, évolution de l'interface, soudage perfectionné, processus de soudage, dynamique moléculaire, modélisation de fissures, limite des grains, chimie d'interface, modèles de structure, croissance de cristaux, énergies d'interface, bain