• Langue : Français
• Discipline : Mécanique
• Identifiant : 2010LIL10193
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 24/09/2010

Résumé en langue originale

Le présent travail vise à élaborer des soudures aluminothermiques de Hautes Performances tout en réduisant leur temps de réalisation. Un procédé de soudage visant à optimiser la soudure (refroidissement accéléré et meilleure tenue en service) est proposé. Les soudures classiques et améliorées sont comparées. La caractérisation métallurgique et thermique des soudures par aluminothermie est réalisée. Un modèle numérique en couplage thermomécanique est développé afin de déterminer l’effet de l’histoire thermique sur les performances des rails soudés. La simulation est validée avec les résultats expérimentaux. Ce travail aborde l’étude de l’influence des contraintes résiduelles sur la tenue en service des rails soudés par aluminothermie. Les contraintes résiduelles sont déterminées sur des soudures classiques, refroidies rapidement, meulées et martelées. Les résultats des contraintes résiduelles sont analysés et comparés avec ceux obtenus numériquement par éléments finis. Des essais de fatigue sont menés sur les différentes configurations pour évaluer l’influence de ces paramètres sur la durée de vie.On montre dans ce travail que les contraintes résiduelles de traction en présence de défauts jouent un rôle important dans les initiations de rupture dans les soudures aluminothermiques. Le refroidissement accéléré des soudures proposé dans cette étude génère des contraintes résiduelles de compression en peau relativement élevées et améliore la tenue en service. De même, le martelage des cordons des soudures améliore la durée de vie par l’atténuation de l’effet d’entaille.

Résumé traduit

The aim of this study is to develop a “high performance” aluminothermic weld while reducing its execution time. A welding optimised process (rapid cooling and improved performance) is proposed. The standard and improved welds are compared. The thermal and metallurgical characterization of aluminothermic welds is performed. In order to determine the influence of thermal history on the weld’s performance, a thermomechanical finite element model is developed and validated with experimental results. This study addresses the influence of residual stresses on service performance of aluminothermic welded rails. Residual stresses are determined on standard, quickly cooled, ground and peened welds. The measuring results of residual stresses are analyzed and compared with those obtained numerically by finite elements model. Fatigue tests are carried out on these configurations in order to evaluate the influence of these parameters on the lifetime. The experiments show that tensile residual stresses are detrimental and may lead to failures in the presence of weld defects. The rapid cooling process proposed in this study generates compressive residual stresses and improves service life. Besides, the weld’s fillet peening enhances the fatigue performance by reducing the notch effect.