Étude numérique et expérimentale des transferts thermiques dans un plasma d’arc : Application au soudage à l’arc TIG
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Abstract EN:
The arc welding is used for many industrial applications, especially GTA welding. Given the excellent quality of the produced welds, GTA welding is used for the majority of the interventions (repairs, joined sealing) on the French nuclear park. This work is part of a project carried out by EDF R&D which aims to simulate the whole process and builds a tool able to predict the welds quality. In this study, we focus on the development of a predictive model of the exchanged heat flux at the arc - workpiece interface, responsible of the workpiece fusion. The modeling of the arc plasma using the electric module of the hydrodynamics software Code_Saturne R developed by EDF R&D is required. Two types of experimental tests are jointly carried out to validate this numerical model : i) on density and temperature measurements of plasma by atomic emission spectroscopy and ii) on the evaluation of the heat transfers on the workpiece surface. This work also aims at demonstrate that the usual method of using an equivalent thermal source to model the welding process, can be replaced by our plasma model, without the numerous trials inherent to the usual method.
Abstract FR:
Le soudage à l’arc électrique est employé pour de nombreuses applications industrielles, en particulier, le soudage TIG. Du fait de l’excellente qualité des soudures produites, le soudage TIG est utilisé pour la majorité des interventions (réparations, joints d’étanchéité) sur le parc nucléaire français. Ce travail de thèse s’inscrit dans un projet mené par EDF R&D visant à simuler ce procédé et à construire un outil capable de prédire la qualité des soudures. L’objectif de cette étude est de développer un modèle de prédiction du flux thermique échangé à l’interface arc - pièce à souder, responsable de la fusion du matériau. Cela passe par la modélisation du plasma d’arc à l’aide du module électrique du logiciel de mécanique des fluides Code_Saturne R développé par EDF R&D. Deux types d’essais expérimentaux sont conjointement menés pour valider ce modèle numérique : d’abord sur des mesures de température et de densité du plasma par spectroscopie d’émission puis sur l’évaluation des transferts thermiques en surface de la pièce à souder. Ce travail vise également à montrer que le plasma, souvent pris en compte par l’intermédiaire d’une source thermique équivalente dans les modèles de simulation numérique du soudage (s’attachant davantage à l’étude de la morphologie des cordons de soudure et aux contraintes mécaniques induites par le procédé), se doit d’être pris en compte pour s’affranchir des essais de recalage inhérents à cette méthode.