LMA - Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique

Modélisation de la structure cristalline de soudures TIG-Auto. Application au contrôle ultrasonore des structures du circuit primaire des RNR Na.

La démonstration de sûreté de fonctionnement du réacteur ASTRID repose en partie sur les contrôles des structures et composants du circuit primaire, et notamment sur l’examen non destructif périodique des assemblages soudés.

Encadrement

  • Directeur : Gilles Corneloup
  • Co-directeur : Cécile Gueudré
  • Encadrants : Marie-Aude Ploix, Jean-François Chaix
  • Correspondant CEA : François Baqué (DEN/CAD/DTN/STCP/LIET)

Contexte

Le développement de méthodes ultrasonores pour la détection, la localisation et la caractérisation de défauts constitue une problématique complexe. En effet, la nature hétérogène et anisotrope des soudures multipasses en acier inoxydable austénitique induit de fortes perturbations dans la propagation du faisceau acoustique (déviation, division, atténuation, bruit) qui faussent le diagnostic. Il est donc nécessaire d’avoir une prédiction la plus juste possible de la propagation des ondes ultrasonores, et donc une connaissance fine de la structure cristalline, qui est propre à chaque soudure.

Les récents travaux ont permis des avancées dans la prévision d’une structure soudée multipasses, réalisée par électrode enrobée (EE). Le modèle MINA exploite ainsi les informations contenues dans le cahier de soudage (ordre d’enchaînement des passes,..) afin de modéliser, sur la base de phénomènes physiques (gradient thermique, compétition cristalline, forme des passes, …), la distribution spatiale de la croissance cristalline. L’orientation locale est alors prévue à une échelle inférieure à celle de la passe de soudage. La prévision de la propagation ultrasonore est ensuite obtenue via ces orientations et un jeu de constantes d’élasticité (Cij), propre au métal soudé. Le projet ANR MUSCAD étudie actuellement la sensibilité du problème direct, dans le cas du soudage EE, à ce jeu de Cij déterminé expérimentalement, et donc entaché d’incertitude.

Dans ce contexte, l’objectif de la thèse est tout d’abord de créer un modèle similaire à MINA, mais adapté au soudage TIG (MINA-TIG). La prise en compte des aspects métallurgiques spécifiques à ce type de soudage, issus de l’analyse de soudures étalons, pourra conduire à l’introduction de nouveaux paramètres physiques, comme l’énergie de soudage, etc... Les solutions de contrôle ultrasonore seront alors envisagées à l’aide de modèles de propagation déjà éprouvés (Comsol, Civa, Athena si EDF) et la démarche expérimentale s’appuiera sur des échantillons représentatifs des soudures réelles présentes dans Astrid.

Ensuite, selon les conclusions de MUSCAD sur l’influence des Cij, et leur degré d’inadéquation à reproduire le champ existant, la validation expérimentale sera assurée en utilisant les jeux de Cij existants, ou bien nécessitera la recherche d’un jeu de Cij plus représentatif du matériau (procédure d’estimation, inversion ou mesures sur des échantillons homogènes par la méthode RUS, ...). Enfin, les avancées obtenues dans la description des soudures seront utilisées comme données d’entrée pour les procédures d’imagerie (topologique, TFM, …) dans le but d’améliorer la détection et la caractérisation d’éventuels défauts.

Références bibliographiques :

Apfel, A. (2005). “Modélisation de l’orientation cristalline des soudures multi-passes en acier inoxydable austénitique : application au contrôle non destructif ultrasonore.” Thèse de doctorat.

Bodian, P. A. (2011). “Propagation des ultrasons en milieu hétérogène et anisotrope : application à l’évaluation des propriétés d’élasticité et d’atténuation d’aciers moules par centrifugation et de soudures en Inconel.” Thèse de doctorat.

Chassignole, B. (2000). “Influence de la structure métallurgique des soudures en acier inoxydable austénitique sur le contrôle non destructif par ultrasons.” Thèse de doctorat.

Corneloup, G., Gueudré, C., Ploix, M.-A., Bakhti, S., and Chassignole, B. (2014). “Prévision de la description de l’anisotropie de soudures austénitiques multipasses pour leur contrôle ultrasonore.” Congrès COFREND, Bordeaux, France.

Gueudré, C., Le Marrec, L., Moysan, J., and Chassignole, B. (2009). “Direct model optimisation for data inversion. Application to ultrasonic characterisation of heterogeneous welds.” NDT & E International, 42(1), 47–55.

Lubeigt, E., Mensah, S., Chaix, J.-F., Rakotonarivo, S., Gobillot, G., and Baqué, F. (2015). “Ultrasonic Imaging in Liquid Sodium : A Differential Method for Damages Detection.” Physics Procedia, Proceedings of the 2015 ICU International Congress on Ultrasonics, Metz, France, 70, 550–553.

Moysan, J., Apfel, A., Corneloup, G., and Chassignole, B. (2003). “Modelling the grain orientation of austenitic stainless steel multipass welds to improve ultrasonic assessment of structural integrity.” International Journal of Pressure Vessels and Piping, 80(2), 77–85.

Ploix, M.-A. (2006). “ Etude de l’atténuation des ondes ultrasonores. application au contrôle non destructif des soudures en acier inoxydable austénitique.” Thèse de doctorat.

Le sujet détaillé (en français et en anglais) ci-joint :

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