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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES MINES ET METALLURGIE ENSMM-annaba- Département science et génie des matériaux Mémoire de fin d’études INGENIEUR : Science et Génie des Matériaux Présenté(e) par : BOUNAFA Mohamed Amine DADOU Abdessalam Encadré(e) par : Pr SAKER Abdelhamid Membres du jury : Dr Y. TAIBI (Président) Dr L. BENDJEDOU (Rapporteur) 6 Juin 2016 THEME : étude comparative des propriétés mécaniques et microstructurales des soudures homogènes et hétérogènes des duplex 2205 et Acier au carbone A106 ENSMM-ANNABA Remerciements : Avant tout, merci à DIEU le tout puissant pour nous avoir donné le courage, la patience et la persistance pour mener à terme ce travail de recherche. Nos remerciements sincères, vont à monsieur le Professeur Abdelhamid SAKER du Département de physique de l’université de BADJI MOKHTAR-ANNABA, pour avoir accepté de nous encadré et partagé avec nous sa grande expérience dans le domaine, qui a agréablement assure l’encadrement de ce travail grâce à son suivi, sa disponibilité, sa compréhension et ses conseils éclairés au cours de ce travail. Nous remercions Mr Sidali ETIGRINI qui nous a aidé à effectuer ce travail au sein de l’Entreprise Nationale de grands travaux pétroliers. Nous tenons à remercier tous les membres du jury en l’occurrence Dr. Y. TAIBI d’avoir accepté de présider le jury et Dr L. BENDJEDOU qui nous a fait l’honneur de traiter et d’évaluer nos travail. Un grand merci à tous le personnel de L’ENGTP, et notamment au département soudage qui nous ont été d’une aide précieuse, en mettant à nos dispositions des informations très utiles pour notre travail de recherche. Nos remerciements vont également à tous nos enseignants du département métallurgie de l’Ecole Nationale supérieure Des Mines et de Métallurgie qui ont contribué activement à notre formation. Qu’ils trouvent dans ce mémoire le fruit de ce qu’ils nous ont appris. Je dedier ce travail A ma mère A ma soeur et toute ma famille A tous mes amis et amies A tous mes professeurs A tous ceux qui me sont chers BOUNAFA Mohamed amine Je dedier ce travail A mes parents A ma soeur et mes freres A toute ma famille A tous mes professeurs A tous mes amis et amies A tous ceux qui me sont chers Dadou abdessalam Résumé Ce présent travail entre dans le cadre d’étude de soudabilité sur un assemblage hétérogène (Acier inoxydable Duplex2205/ Acier au carbone A106), assemblage homogène (Duplex2205/ Duplex2205), (Acier au carboneA106 / Acier au carbone A106) et de caractériser et d’identifier les caractéristiques de ces soudures par différentes méthodes, en particulier d’étudier le comportement mécanique des joints de soudures tels que la traction, la résilience, la microdureté et le pliage suivi d’une caractérisation microstructurale à l’aide d’un microscope optique dans le but de faire une comparaison entre ces déférents types d’assemblages soudés . Mots clés : Acier Duplex, Acier au Carbone , Soudabilité ,Assemblage hétérogène, assemblage homogène, comportement mécanique , microstructure. Abstract The present work is part of weldability study of a heterogeneous assembly (Duplex2205 Stainless Steel / Carbon Steel A106), homogeneous assembly (Duplex2205 / Duplex2205) (carboneA106 Steel / Carbon Steel A106) and to characterize and identifying the characteristics of these welds by different methods, in particular to study the mechanical behavior of weld joints such as tensile strength, resilience, microhardness and folding followed by microstructural characterization using a microscope optics in order to make a comparison between the deferent types of welded joints. Keywords: Duplex Steel, Carbon Steel, weldability, heterogeneous assembly, homogeneous assembly, mechanical behavior, microstructure. ملخص هذا العمل هو عبارة عن جزء من دراسة قابلية اللحام الغير متجانس(الفوالذ المقاوم للصدأ0022 /ال فوالذ أ621 ) و اللحام المتجانس(الفوالذ المقاوم للصدأ0022 /الفوالذ المقاوم للصدأ0022 ) , (الفوالذ أ621 /الفوالذ أ621 ) عن طريق تحديد خصائص تلك اللحامات و دراسة سلوك ها الميكانيكي مثل قوة الشد و و المرون ة والصالبة و قابلية الطي , يلي ذلك استخدام المجهر ا لضوئي لتحديد الخصائص المجهرية ,من أجل إجراء مقارنة كاملة بين مختلف أنواع اللحام. كلمات مفتاحية: الفوالذ المقاوم للصدأ0022 ,الفوالذ أ621 , اللحام الغير متجانس. Liste des Figures Figure ‎ I-1: Diagramme d'équilibre fer-carbone [2]................................................................................. 2 Figure ‎ I-2:‎Microstructure‎d’un‎acier‎hypoeutectoide‎[3]. ...................................................................... 3 Figure ‎ I-3: Structure perlitique [3]. ........................................................................................................ 3 Figure ‎ I-4:‎Microstructure‎d’un‎acier‎hypereutectoide‎[3]. ..................................................................... 3 Figure ‎ I-5: Variation des propriétés mécaniques des aciers au carbone en fonction de la teneur en carbone [4]. ............................................................................................................................................ 4 Figure ‎ I-6:Structure ferritique [9]. .......................................................................................................... 5 Figure ‎ I-7: Structure Austénitique [9]. ................................................................................................... 6 Figure ‎ I-8: Structure biphasée (austénite +ferrite) [9]. ........................................................................... 7 Figure ‎ I-9: : Structure martensitique [9]. ................................................................................................ 8 Figure ‎ II-1:‎Illustration‎du‎déroulement‎de‎l’opération‎de‎soudage‎[13]. ............................................. 12 Figure ‎ II-2:‎Classification‎générale‎des‎procédés‎de‎soudage‎en‎fonction‎de‎l’énergie‎mise‎en‎jeu‎[14]. ............................................................................................................................................................. 13 Figure ‎ II-3: Illustration du procédé GTAW [17]. ................................................................................. 14 Figure ‎ II-4: Cordon de soudure [18]. .................................................................................................... 15 Figure ‎ II-5: Courbe mettant en évidence θ = f (t) [19].......................................................................... 16 Figure ‎ II-6: Courbe mettant en évidence θm = f (x) [19]. ..................................................................... 16 Figure ‎ II-7: Cycles thermiques de différents points situés à une distance x du cordon de soudure[19]. ............................................................................................................................................................. 17 Figure ‎ II-8: Solide thermique [19]. ....................................................................................................... 17 Figure ‎ II-9: Les isothermes [5]. ............................................................................................................ 17 Figure ‎ II-10: Les effets thermiques du soudage en plusieurs passes, dans le cas d'une soudure sur bords chanfreinés en V, exécutée en trois passes sans préchauffage [19]....................................................... 18 Figure ‎ II-11: Illustration de la structure obtenue après refroidissement de la zone fondue [20]. .......... 19 Figure ‎ II-12: Coupe pseudo binaire du diagramme Fe-Cr-Ni à 70% de fer [2]. ................................... 20 Figure ‎ II-13: thermique de soudage et transformations structurales [21].............................................. 21 Figure ‎ II-14: Les différentes régions de la ZAT et les différentes microstructures obtenues au voisinage de la ZF [21]. ........................................................................................................................ 21 Figure ‎ II-15: Diagramme TRC spécialement élaboré pour le soudage [22]. ........................................ 22 Figure ‎ III-1: Diagramme de Schaeffler avec les zones à risques métallurgiques [2]. ........................... 24 Figure ‎ III-2: Diagramme de Delong [2]. .............................................................................................. 25 Figure ‎ III-3: Diagramme d'Espy [2]. .................................................................................................... 26 Figure ‎ III-4: Diagramme WRC92 [20]. ................................................................................................ 26 Figure ‎ III-5: Taux de dilution [18]. ...................................................................................................... 28 Figure ‎ III-6: Illustration de la conception graphique [18]. .................................................................... 29 Figure ‎ IV-1: Machine de Découpage a froid. ....................................................................................... 35 Figure ‎ IV-2: Lubrification de tube lors de découpage . ........................................................................ 35 Figure ‎ IV-3: Sens de prélèvement des éprouvettes de traction. ............................................................ 36 Figure ‎ IV-4: Eprouvettes de traction de forme normalisée............................................................. 36 Figure ‎ IV-5: Eprouvette de résilience. .................................................................................................. 37 Figure ‎ IV-6-1: Machine de Traction (INSTRON WALPERT). ........................................................... 38 Figure ‎ IV-7: Courbe de traction La courbe comporte deux parties principales. ................................... 40 Figure ‎ IV-8:‎‎(a)‎Principe‎de‎l’essai‎de‎résilience, (b) Machine de résilience Amsler. ........................ 42 Figure ‎ IV-9:‎Représente‎les‎deux‎méthodes‎de‎pliage‎‎‎‎‎a)‎à‎l’envers,‎b)‎à‎l’envers. ........................... 42 Figure ‎ IV-10: Machine de pliage (INSTRON WOLPERT). ................................................................ 43 Figure ‎ IV-11: Les éprouvettes de pliages avant et après essai. ............................................................. 43 Figure ‎ IV-12:‎Dimensions‎de‎l’empreinte‎Pyramidale‎et‎formules‎de‎calcul. ...................................... 44 Figure ‎ IV-13: Machine de microdureté. ............................................................................................... 44 Figure ‎ IV-14: Polisseuse Struers. ......................................................................................................... 45 Figure ‎ IV-15: (a) Schéma‎illustratif.‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎(b)‎Dispositif‎de‎l’attaque‎électrolytique .................. 46 Figure ‎ IV-16: Microscope optique Carl Zeiss ...................................................................................... 46 Figure ‎ V-1: Les courbes de traction ..................................................................................................... 49 Figure ‎ V-2: Schéma de filiation de dureté appliqué. ............................................................................ 51 Figure ‎ V-3: Profils de microdureté Vickers établis pour des cordons de soudure homogènes et hétérogène. ........................................................................................................................................... 53 Figure ‎ V-4: Macrographie du joint soudé............................................................................................. 55 Figure ‎ V-5: Microstructure du Métal de base (2205), GX200. ............................................................. 56 Figure ‎ V-6: Microstructure du Métal de base A106 GX200................................................................. 56 Figure ‎ V-7: Microstructure la ZAT de acier (2205), GX200. ............................................................... 57 Figure ‎ V-8: Microstructure la ZAT de A106 GX200. .......................................................................... 57 Figure ‎ V-9: Microstructure la ZF de acier (2205) GX200. ................................................................. 58 Figure ‎ V-10: Microstructure la ZF de A106 GX200. .......................................................................... 58 Figure ‎ V-11: Microstructure la ZL de acier (2205) GX200. ................................................................. 59 Figure ‎ V-12: Microstructure la ZL de A106 GX100. ........................................................................... 59 Figure ‎ V-13: a) Microstructure la ZL ;ZF;ZAT (2205/A106). ............................................................ 60 Figure ‎ V-14: la microstructure de la soudure hétérogène côté duplex. ................................................. 61 Figure ‎ V-15: La mirostructure de la soudure hétérogène coté A1O6 a)MB, b)ZAT-ZF, c)ZF. ............ 62 Liste des Tableaux Tableau ‎ I-1: Influence des éléments d'addition sur les caractéristiques mécaniques des aciers[1]. ........ 5 Tableau ‎ I-2: Composition chimique des aciers inoxydables austéno-ferritique [10]. ............................. 6 Tableau ‎ I-3: Valeurs typiques de propriétés des différents aciers inoxydables [7]. ................................ 8 Tableau ‎ I-4: Propriétés mécaniques des aciers inoxydables [7]. ............................................................. 9 Tableau ‎ I-5: : Principales applications des aciers inoxydables [7]. ......................................................... 9 Tableau ‎ I-6: Principales applications des aciers inoxydables (suite) [7]. .............................................. 10 Tableau ‎ III-1: Formules de calcule [9]. ................................................................................................ 27 Tableau ‎ III-2: Comparaison des différents diagrammes [9]. ................................................................ 27 Tableau ‎ IV-1:‎Composition‎chimique‎d’acier‎inoxydable‎(Duplex‎2205). ........................................... 32 Tableau ‎ IV-2:‎Propriétés‎mécaniques‎de‎l’acier‎inoxydable‎(duplex)‎métal‎de‎base. ........................... 32 Tableau ‎ IV-3:‎Composition‎chimique‎d’acier‎au‎carbone- A106- (laboratoire essai GTP). ................. 32 Tableau ‎ IV-4:‎Propriétés‎mécaniques‎de‎l’acier‎au‎carbone‎métal‎de‎base(A106). .............................. 33 Tableau ‎ IV-5:‎Composition‎chimique‎du‎métal‎d’apport‎ER‎2209. ..................................................... 33 Tableau ‎ IV-6: Composition chimique métal d'apport ER70S-6. .......................................................... 33 Tableau ‎ IV-7:‎Propriétés‎mécaniques‎de‎métal‎d’apport. ..................................................................... 33 Tableau ‎ IV-8: Paramètre de soudage ER 2209. .................................................................................... 34 Tableau ‎ IV-9: Paramètre uploads/Geographie/ public-review-draft-2404.pdf