O aço inoxidável hiperduplex, SAF 2707 HD, foi desenvolvido com o intuito de se obter novas ligas com maior resistência à corrosão do que a disponível nos aços inoxidáveis duplex / superduplex. Além da melhorada resistência à corrosão, este tb oferece propriedades mecânicas superiores. Os aços hiperduplex são aços de última geração que possuem elevados teores de elementos de liga, principalmente cromo, molibdênio e nitrogênio. Este tipo de aço caracteriza-se por apresentar estrutura bifásica, constituída de proporções praticamente iguais de ferrita e austenita devido à distribuição controlada dos elementos alfagênicos e gamagênicos. O interesse por esses aços cresce gradativamente com a necessidade de novos materiais para diversas aplicações na indústria petrolífera. Porém, quando expostos e mantidos a temperaturas elevadas, na faixa entre 600C e 1000C, algumas fases intermetálicas podem se formar, em que a fase sigma () é a mais proeminente. Possui uma estrutura cristalina tetragonal complexa rica em Cr e Mo, tendo efeito deletério no material afetando tanto a resistência à corrosão, quanto as propriedades mecânicas. Para este fim, faz-se necessário estudos da junta soldada para delinear as limitações desses aços e aperfeiçoar a aplicação. Essa pesquisa teve como objetivo caracterizar a junta soldada por TIG autógeno manual com arco pulsado e não pulsado do aço inoxidável hiperduplex SAF 2707 HD. As técnicas empregadas foram a metalografia por ataque eletrolítico (reagente NaOH) e color etching (reagente Behara), medidas de microdureza e quantificação microestrutural por Processamento Digital de Imagem. Os aspectos microestruturais foram observados por microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), estes passaram por etapas de processamento digital de imagens (PDI) para quantificar a fração volumétrica da fase austenita. Realizou-se análise química semi-quatitativa por EDS. Os resultados foram analisados estatisticamente através do teste de hipóteses com distribuição t de Student. Pela técnica color etching observou-se que a fase austenita foi gerada com distribuição mais homogênea para o arco pulsado, que o não pulsado. O ataque eletrolítico não revelou uma terceira fase (fase ) na junta soldada, a análise química por EDS não identificou uma variação significativa nos elementos presentes ao longo da zona de transição do metal de base para a zona de fusão. Através do PDI foram obtidos os valores médios da fração volumétrica de austenita de 36,38% (desvio padrão 6,40%) e 32,41% (desvio padrão 6,67%) para os dois métodos, pulsado e não pulsado, respectivamente. Foram obtidos os valores de microdureza para o metal de base 355,10 HV (desvio padrão 28,60) e para a zona de fusão 343,60 HV (desvio padrão 20,51) da amostra soldada pelo modo pulsado, para o modo não pulsado foram apresentaram os valores médios de 370,30 HV (desvio padrão 34,51) para o metal de base e de 345,20 HV (desvio padrão 41,33) para a zona de fusão. A análise estatística indicou que não houve variação significativa da fração volumétrica da fase austenita no cordão de solda para as duas condições testadas e não houve variação da microdureza entre a zona de fusão e o metal de solda das amostras submetidas aos dois processos.

As descobertas de novas jazidas de petrÃleo com Ãndices de acidez cada vez maiores fizeram com que as unidades de refino de Ãleos crus utilizassem instalaÃÃes modificadas e adaptadas para essa condiÃÃo. Visando aumentar a resistÃncia à corrosÃo e a reduzir o risco de falha durante a operaÃÃo sÃo empregados os aÃos liga do tipo Cr-Mo, A-213 T-9 (9%Cr e 1%Mo) nos tubos de fornos nas usinas de refino configurando os tubos ASTM A335 GR P 9, conforme API RP-530, projetados para serviÃo contÃnuo em meios contendo sulfeto e elevada temperatura. Esses tubos sÃo revestidos internamente com alumÃnio e soldados atravÃs do processo de soldagem TIG, tendo como passe raiz liga de nÃquel, Inconel 625, vareta ER-NiCrMo-3 e preenchimento com eletrodo E 505. Dessa forma, estudou-se o comportamento da liga de nÃquel depositada na uniÃo dos tubos, suas propriedades e realizou-se a caracterizaÃÃo de fases presentes no material apÃs o envelhecimento. Para isto, utilizou-se amostras de 02 tubos A-213 T-9 revestidos com alumÃnio e unidos por solda nas mesmas condiÃÃes dos tubos dos fornos das unidades de refino de petrÃleo. As amostras foram expostas as temperaturas no intervalo de operaÃÃo (500ÂC à 700ÂC) por perÃodos de 10h, 100h, 500h e 1000h. / The discoveries of new oil deposits with right rates acidity caused the refining units of crudes use facilities modified and adapted to this condition. In order to increase the corrosion resistance and reduce the risk of failure during the operation are used alloy steels of type Cr-Mo, A-213 T-9 (9%Cr e 1%Mo) in the tubes in refining plants configuring tubes ASTM A335 GR P 9, as API RP-530, designed for continuous service in media containing sulfide and high temperature. These tubes are coated with aluminum and welded by TIG welding process, with the root password nickel alloy, Inconel 625, welding rod ER-NiCrMo-3 and fill electrode E 505. Thus, it studied the behavior of nickel alloy deposited on the union of the tubes, their properties and has been the characterization of phases present in the material after aging. For this, we used samples from 02 tubes A-213 T-9 coated with aluminum and welded together under the same conditions of the tubes of the furnaces of the units of petroleum refining. The samples were exposed to temperatures in the range of operation (500  C to 700  C) for periods of 10h, 100h, 500h e 1000h.

O uso de aços de alta resistência mecânica vem crescendo significativamente, principalmente em situações onde é necessário um material com grande limite elástico para a conformação a frio e boa soldabilidade. Nessas aplicações, a elevada resistência reduz o peso e/ou aumenta a carga que pode ser suportada pelas estruturas produzidas. A introdução dos aços fabricados por processamento termomecânico controlado (TMCP) demandou maiores propriedades mecânicas e metalúrgicas das juntas soldadas sobre eles produzidas. Em função desses fatores, a energia de soldagem é estritamente limitada, e para evitar uma eventual redução da resistência mecânica da zona afetada pelo calor (ZAC), é necessário testar os procedimentos de soldagem próximos daqueles que serão usados na estrutura real. O objetivo deste estudo é obter dados detalhados referentes à eficiência mecânica de juntas soldadas por MAG e com diferentes energias, sobre perfis tubulares quadrados em aço TMCP, formando um conjunto soldado coluna/viga. Seis energias de soldagem e dois metais de adição foram utilizados (AWS ER80S-G e AWS ER120S-G), o primeiro somente com as soldas posicionadas em todo o contorno do perfil, e o segundo com soldas em todo o contorno, transversais e longitudinais em relação à direção de aplicação da carga. Vinte e quatro estruturas foram soldadas, instrumentadas e submetidas à flexão. Comparando as juntas soldadas com mesma energia, observou-se maior resistência à flexão nas soldas longitudinais e em todo contorno, e valores inferiores para soldas transversais. Além disso, pôde ser constatado que 1,2 kJ/mm de energia de soldagem deu os melhores resultados para as juntas soldadas com ambos os consumíveis, uma vez que até esse valor a área da seção resistente das juntas soldadas aumentou significativamente. O uso de energias mais elevadas não foi eficaz para aumentar a resistência à flexão das juntas soldadas ora investigadas, pois o efeito da energia de soldagem sobre a redução da dureza e, consequentemente, resistência mecânica da ZAC, aparentemente se sobrepõe ao aumento da área da seção resistente da junta soldada. / The use of high strength steels is growing significantly, especially in situations where it is necessary a material with high strength for cold forming and good weldability. In these applications, the high strength decreases the weight and/or increases the load that can be supported by the structures produced. The introduction of steels made by thermomechanical controlled processing (TMCP) demanded higher mechanical and metallurgical properties of the welded joints produced on them. Given these factors, the heat input is strictly limited, and to avoid any reduction in the mechanical strength of the heat affected zone (HAZ), it is required to test welding procedures close to those that will be used in the actual structure. The aim of this study is to obtain detailed data on the mechanical efficiency of welded joints with GMAW and different heat inputs, on square tubular profiles in TMCP steel, disposed as a column/beam weldment. Six different heat inputs and two filler metals were used (AWS ER80S-G and AWS ER120S-G), the first one with the welds located around the profile contour, and the second one with welds all around the profile, transverse and longitudinal to the axis of the weld bead. Twenty-four welded structures were instrumented and subjected to bending. Comparing the welded joints with the same heat input, it can be noticed that higher bending strength is obtained from all-around contour and longitudinal welds, and lower values for the transverse welds. Moreover, it could be seen of 1.2 kJ/mm heat input gave optimum results to the welded joints with both consumables, since up to this value the area of the resistant section of welded joints increased significantly. The use of higher heat inputs was not effective to increase the bending strength of the welded joints herein investigated, since the effect of heat input on the reduction of the hardness and, consequently, mechanical strength of the HAZ, apparently overrides the increase in the area of the resistant section of the welded joint.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-20T13:27:19Z No. of bitstreams: 1 EPITÁCIO BRONZEADO NETO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 2616160 bytes, checksum: 1b560aacefbd9d94396aeb8e4d0a727c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-20T13:27:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EPITÁCIO BRONZEADO NETO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 2616160 bytes, checksum: 1b560aacefbd9d94396aeb8e4d0a727c (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 / CNPq / O presente estudo documentado neste trabalho buscou investigar a possível correlação existente entre os valores de tenacidade à fratura obtida por meio de ensaios CTOD com a microestrutura da região de grãos grosseiros da região termicamente afetada de juntas do aço API 5L X80, fabricados no Brasil soldados por meio do processo manual e robotizado. Na soldagem manual foi utilizado processo SMAW onde nos passes de raiz foram realizados com eletrodo AWS E9010-G, os passes de preenchimento e acabamento foram realizados com eletrodo AWS E9018-G. Na soldagem robotizada, os passes de raiz foram realizados com processo GMAW e com arame ER120S-G, os demais, passes de preenchimento e acabamento foram realizados com arame tubular AWS E101T-1 tipo flux-cores com proteção gasosa de Ar+25%CO² (FCAW-G) ou AWS E91T8-G com arame auto protegido (FCAW-S). Após as soldagens foram usinados corpos de prova do tipo SE(B) normatizados segundo a ASTM E1820 com entalhe posicionado na região mais propícia a fragilização de acordo com as avaliações da metalográfica e microdureza com intuito de evidenciar o efeito deletério da presença de zonas frágeis (ZF) localizadas nesta região da junta soldada. Foi possível observar que indiferentemente do processo de soldagem houve uma redução significativa na tenacidade à fratura na RGG devido à presença de regiões frágeis constituídas de ilhas de Martensita e Austenita denominadas de microconstituinte AM devido a formação de microtrincas e heterogeneidade microestrutural principalmente no processo manual. Por fim, observou-se que o processo robotizado apresentou melhor repetibilidade e resultados mais favoráveis desde uma melhor distribuição microestrutural, perfil de dureza mais homogêneo e maiores valores de tenacidade à fratura. / The present study investigated the correlation between the fracture toughness values, obtained by CTOD test, with the microstructure of the coarse grains regions of the heat affected zone (HAZ) of API 5L X80 steel welded joints obtained by manual Shielded Metal Arc Welding (SMAW) and by automated Gas Metal Arc Welding Process (GMAW). In the robotized welding, the root passes were made with GMAW process and with ER120S-G wire, the others, composite fill and finishing passages made with AWS E101T-1 type flux-color tubular wire with clay protection Ar + 25% CO² (FCAW-G) or AWS E91T8-G with self-protected wire (FCAW-S). SE(B test specimens standardized according to ASTM E1820 with notch positioned in the most critical regions of the HAZ according to the metallographic and microhardness evaluations in order to evidence the deleterious effect of the fragile zone were done .It was possible to observe that there was a considerable reduction of CTOD value in region with the presence of Austenite and Martensite island nominated AM constituent due to formation of microcracks and microstructural heterogeneity mainly in the manual process. The results also showed that HAZ obtained using the automated GMAW process presented better repeatability, microstructural distribution and CTOD values.

O uso de aços de alta resistência mecânica vem crescendo significativamente, principalmente em situações onde é necessário um material com grande limite elástico para a conformação a frio e boa soldabilidade. Nessas aplicações, a elevada resistência reduz o peso e/ou aumenta a carga que pode ser suportada pelas estruturas produzidas. A introdução dos aços fabricados por processamento termomecânico controlado (TMCP) demandou maiores propriedades mecânicas e metalúrgicas das juntas soldadas sobre eles produzidas. Em função desses fatores, a energia de soldagem é estritamente limitada, e para evitar uma eventual redução da resistência mecânica da zona afetada pelo calor (ZAC), é necessário testar os procedimentos de soldagem próximos daqueles que serão usados na estrutura real. O objetivo deste estudo é obter dados detalhados referentes à eficiência mecânica de juntas soldadas por MAG e com diferentes energias, sobre perfis tubulares quadrados em aço TMCP, formando um conjunto soldado coluna/viga. Seis energias de soldagem e dois metais de adição foram utilizados (AWS ER80S-G e AWS ER120S-G), o primeiro somente com as soldas posicionadas em todo o contorno do perfil, e o segundo com soldas em todo o contorno, transversais e longitudinais em relação à direção de aplicação da carga. Vinte e quatro estruturas foram soldadas, instrumentadas e submetidas à flexão. Comparando as juntas soldadas com mesma energia, observou-se maior resistência à flexão nas soldas longitudinais e em todo contorno, e valores inferiores para soldas transversais. Além disso, pôde ser constatado que 1,2 kJ/mm de energia de soldagem deu os melhores resultados para as juntas soldadas com ambos os consumíveis, uma vez que até esse valor a área da seção resistente das juntas soldadas aumentou significativamente. O uso de energias mais elevadas não foi eficaz para aumentar a resistência à flexão das juntas soldadas ora investigadas, pois o efeito da energia de soldagem sobre a redução da dureza e, consequentemente, resistência mecânica da ZAC, aparentemente se sobrepõe ao aumento da área da seção resistente da junta soldada. / The use of high strength steels is growing significantly, especially in situations where it is necessary a material with high strength for cold forming and good weldability. In these applications, the high strength decreases the weight and/or increases the load that can be supported by the structures produced. The introduction of steels made by thermomechanical controlled processing (TMCP) demanded higher mechanical and metallurgical properties of the welded joints produced on them. Given these factors, the heat input is strictly limited, and to avoid any reduction in the mechanical strength of the heat affected zone (HAZ), it is required to test welding procedures close to those that will be used in the actual structure. The aim of this study is to obtain detailed data on the mechanical efficiency of welded joints with GMAW and different heat inputs, on square tubular profiles in TMCP steel, disposed as a column/beam weldment. Six different heat inputs and two filler metals were used (AWS ER80S-G and AWS ER120S-G), the first one with the welds located around the profile contour, and the second one with welds all around the profile, transverse and longitudinal to the axis of the weld bead. Twenty-four welded structures were instrumented and subjected to bending. Comparing the welded joints with the same heat input, it can be noticed that higher bending strength is obtained from all-around contour and longitudinal welds, and lower values for the transverse welds. Moreover, it could be seen of 1.2 kJ/mm heat input gave optimum results to the welded joints with both consumables, since up to this value the area of the resistant section of welded joints increased significantly. The use of higher heat inputs was not effective to increase the bending strength of the welded joints herein investigated, since the effect of heat input on the reduction of the hardness and, consequently, mechanical strength of the HAZ, apparently overrides the increase in the area of the resistant section of the welded joint.

Um modelo de elementos finitos de casca capaz de representar estruturas soldadas, sem adicionar erros significativos em termos da rigidez estrutural, poderia ser amplamente empregado em problemas dinâmicos em que o método da tensão estrutural (hot spot) é aplicado para análises de vida em fadiga. O âmbito deste trabalho é formular uma técnica de modelagem capaz de fazê-lo. Para alcançar esse objetivo, uma otimização paramétrica para a representação de estruturas soldadas através de elementos de casca foi realizada. As variáveis de projeto propostas na formulação empregada foram definidas como o comprimento do tamanho de perna e a espessura do elemento de casca representando o filete de solda. O foco da otimização foi encontrar uma faixa de espessura/tamanho de perna que não modificasse significativamente as primeiras frequências naturais e conseguisse entregar resultados similares aos obtidos por um modelo sólido. Programação linear sequencial foi empregada na otimização. A estrutura analisada foi do tipo T, com seção constante e espessura e profundidade diversas, sob diferentes modos de carregamento. Uma vez que os parâmetros ótimos foram encontrados, duas diferentes metodologias de modelagem foram propostas e comparadas com outras três bem estabelecidas e apresentadas em normas e na literatura. Os resultados foram comparados quanto às primeiras frequências naturais, massa total, tensão estrutural e vida em fadiga. / A finite element shell model capable of representing a welded structure without any significantly error on its stiffness could be widely applied to dynamic problems in which the structural stress method (hot-spot approach) is employed for fatigue analysis. The scope of the present work is to formulate a modeling technique capable of doing so. In order to accomplish it, a parametric optimization for simulating welded structures using shell elements is made, the design variables in the proposed formulation are defined as the weld leg length and thickness of the shell element representing the weld fillet. The main goal of the optimization was to find a range of thickness/leg length which would not change significantly the first natural frequencies, and still deliver results similar to the ones obtained by a solid model. Sequential linear programming optimizations are performed in a T-shaped structure under different loading scenarios, with constant section and different plate thicknesses and depths. Once the optimal parameters are found, two different modeling techniques are presented and compared with three well established methodologies presented in standards and the literature. The differences in the results are compared for first natural frequencies, total mass, hot spot stress and fatigue life.

O uso de aços de alta resistência mecânica vem crescendo significativamente, principalmente em situações onde é necessário um material com grande limite elástico para a conformação a frio e boa soldabilidade. Nessas aplicações, a elevada resistência reduz o peso e/ou aumenta a carga que pode ser suportada pelas estruturas produzidas. A introdução dos aços fabricados por processamento termomecânico controlado (TMCP) demandou maiores propriedades mecânicas e metalúrgicas das juntas soldadas sobre eles produzidas. Em função desses fatores, a energia de soldagem é estritamente limitada, e para evitar uma eventual redução da resistência mecânica da zona afetada pelo calor (ZAC), é necessário testar os procedimentos de soldagem próximos daqueles que serão usados na estrutura real. O objetivo deste estudo é obter dados detalhados referentes à eficiência mecânica de juntas soldadas por MAG e com diferentes energias, sobre perfis tubulares quadrados em aço TMCP, formando um conjunto soldado coluna/viga. Seis energias de soldagem e dois metais de adição foram utilizados (AWS ER80S-G e AWS ER120S-G), o primeiro somente com as soldas posicionadas em todo o contorno do perfil, e o segundo com soldas em todo o contorno, transversais e longitudinais em relação à direção de aplicação da carga. Vinte e quatro estruturas foram soldadas, instrumentadas e submetidas à flexão. Comparando as juntas soldadas com mesma energia, observou-se maior resistência à flexão nas soldas longitudinais e em todo contorno, e valores inferiores para soldas transversais. Além disso, pôde ser constatado que 1,2 kJ/mm de energia de soldagem deu os melhores resultados para as juntas soldadas com ambos os consumíveis, uma vez que até esse valor a área da seção resistente das juntas soldadas aumentou significativamente. O uso de energias mais elevadas não foi eficaz para aumentar a resistência à flexão das juntas soldadas ora investigadas, pois o efeito da energia de soldagem sobre a redução da dureza e, consequentemente, resistência mecânica da ZAC, aparentemente se sobrepõe ao aumento da área da seção resistente da junta soldada. / The use of high strength steels is growing significantly, especially in situations where it is necessary a material with high strength for cold forming and good weldability. In these applications, the high strength decreases the weight and/or increases the load that can be supported by the structures produced. The introduction of steels made by thermomechanical controlled processing (TMCP) demanded higher mechanical and metallurgical properties of the welded joints produced on them. Given these factors, the heat input is strictly limited, and to avoid any reduction in the mechanical strength of the heat affected zone (HAZ), it is required to test welding procedures close to those that will be used in the actual structure. The aim of this study is to obtain detailed data on the mechanical efficiency of welded joints with GMAW and different heat inputs, on square tubular profiles in TMCP steel, disposed as a column/beam weldment. Six different heat inputs and two filler metals were used (AWS ER80S-G and AWS ER120S-G), the first one with the welds located around the profile contour, and the second one with welds all around the profile, transverse and longitudinal to the axis of the weld bead. Twenty-four welded structures were instrumented and subjected to bending. Comparing the welded joints with the same heat input, it can be noticed that higher bending strength is obtained from all-around contour and longitudinal welds, and lower values for the transverse welds. Moreover, it could be seen of 1.2 kJ/mm heat input gave optimum results to the welded joints with both consumables, since up to this value the area of the resistant section of welded joints increased significantly. The use of higher heat inputs was not effective to increase the bending strength of the welded joints herein investigated, since the effect of heat input on the reduction of the hardness and, consequently, mechanical strength of the HAZ, apparently overrides the increase in the area of the resistant section of the welded joint.

Um modelo de elementos finitos de casca capaz de representar estruturas soldadas, sem adicionar erros significativos em termos da rigidez estrutural, poderia ser amplamente empregado em problemas dinâmicos em que o método da tensão estrutural (hot spot) é aplicado para análises de vida em fadiga. O âmbito deste trabalho é formular uma técnica de modelagem capaz de fazê-lo. Para alcançar esse objetivo, uma otimização paramétrica para a representação de estruturas soldadas através de elementos de casca foi realizada. As variáveis de projeto propostas na formulação empregada foram definidas como o comprimento do tamanho de perna e a espessura do elemento de casca representando o filete de solda. O foco da otimização foi encontrar uma faixa de espessura/tamanho de perna que não modificasse significativamente as primeiras frequências naturais e conseguisse entregar resultados similares aos obtidos por um modelo sólido. Programação linear sequencial foi empregada na otimização. A estrutura analisada foi do tipo T, com seção constante e espessura e profundidade diversas, sob diferentes modos de carregamento. Uma vez que os parâmetros ótimos foram encontrados, duas diferentes metodologias de modelagem foram propostas e comparadas com outras três bem estabelecidas e apresentadas em normas e na literatura. Os resultados foram comparados quanto às primeiras frequências naturais, massa total, tensão estrutural e vida em fadiga. / A finite element shell model capable of representing a welded structure without any significantly error on its stiffness could be widely applied to dynamic problems in which the structural stress method (hot-spot approach) is employed for fatigue analysis. The scope of the present work is to formulate a modeling technique capable of doing so. In order to accomplish it, a parametric optimization for simulating welded structures using shell elements is made, the design variables in the proposed formulation are defined as the weld leg length and thickness of the shell element representing the weld fillet. The main goal of the optimization was to find a range of thickness/leg length which would not change significantly the first natural frequencies, and still deliver results similar to the ones obtained by a solid model. Sequential linear programming optimizations are performed in a T-shaped structure under different loading scenarios, with constant section and different plate thicknesses and depths. Once the optimal parameters are found, two different modeling techniques are presented and compared with three well established methodologies presented in standards and the literature. The differences in the results are compared for first natural frequencies, total mass, hot spot stress and fatigue life.

Um modelo de elementos finitos de casca capaz de representar estruturas soldadas, sem adicionar erros significativos em termos da rigidez estrutural, poderia ser amplamente empregado em problemas dinâmicos em que o método da tensão estrutural (hot spot) é aplicado para análises de vida em fadiga. O âmbito deste trabalho é formular uma técnica de modelagem capaz de fazê-lo. Para alcançar esse objetivo, uma otimização paramétrica para a representação de estruturas soldadas através de elementos de casca foi realizada. As variáveis de projeto propostas na formulação empregada foram definidas como o comprimento do tamanho de perna e a espessura do elemento de casca representando o filete de solda. O foco da otimização foi encontrar uma faixa de espessura/tamanho de perna que não modificasse significativamente as primeiras frequências naturais e conseguisse entregar resultados similares aos obtidos por um modelo sólido. Programação linear sequencial foi empregada na otimização. A estrutura analisada foi do tipo T, com seção constante e espessura e profundidade diversas, sob diferentes modos de carregamento. Uma vez que os parâmetros ótimos foram encontrados, duas diferentes metodologias de modelagem foram propostas e comparadas com outras três bem estabelecidas e apresentadas em normas e na literatura. Os resultados foram comparados quanto às primeiras frequências naturais, massa total, tensão estrutural e vida em fadiga. / A finite element shell model capable of representing a welded structure without any significantly error on its stiffness could be widely applied to dynamic problems in which the structural stress method (hot-spot approach) is employed for fatigue analysis. The scope of the present work is to formulate a modeling technique capable of doing so. In order to accomplish it, a parametric optimization for simulating welded structures using shell elements is made, the design variables in the proposed formulation are defined as the weld leg length and thickness of the shell element representing the weld fillet. The main goal of the optimization was to find a range of thickness/leg length which would not change significantly the first natural frequencies, and still deliver results similar to the ones obtained by a solid model. Sequential linear programming optimizations are performed in a T-shaped structure under different loading scenarios, with constant section and different plate thicknesses and depths. Once the optimal parameters are found, two different modeling techniques are presented and compared with three well established methodologies presented in standards and the literature. The differences in the results are compared for first natural frequencies, total mass, hot spot stress and fatigue life.

Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre du développement de la future génération de réacteurs nucléaires, la génération IV. L'acier Grade 92, appartenant à la famille des aciers à 9-12% de chrome, est un candidat potentiel pour des composants de cette future génération de centrales. Ces structures sont assemblées par soudage.L'objectif de ce projet est de caractériser expérimentalement et de modéliser le comportement en fluage à 550°C de ces joints soudés en acier Grade 92 (9Cr-0,5Mo-1,8W-V-Nb).L'une des grandes problématiques des soudures en acier à 9 % de chrome est leur sensibilité à la rupture de type IV (rupture en zone intercritique (ICHAZ) ou dans la zone à petits grains (FGHAZ)) qui se produit généralement lors de sollicitations en fluage à basses contraintes et à hautes températures.Deux produits d'apports sont utilisés pour l'étude. Les soudures sont issues de l'assemblage par procédés TIG de deux tubes en position bout à bout. Une campagne d'essais de fluage à 550 °C sur éprouvettes travers joint en acier Grade 92 a été menée. Les expertises réalisées sur les éprouvettes de fluage indiquent que la rupture se produit en ICHAZ y compris pour les essais de fluage les plus courts (moins de 1000h).La modélisation du comportement en fluage du joint soudé complet a nécessité au préalable d'obtenir un modèle de comportement de chaque zone, en particulier de l'ICHAZ et de la zone fondue.Des essais de fluage sur des éprouvettes entaillées prélevées dans le joint ont permis d'accéder au comportement en fluage de ces deux zones. Une méthode complémentaire a été utilisée afin d'obtenir le comportement en fluage de l'ICHAZ. Cette méthode consiste à réaliser des essais de fluage sur des éprouvettes en microstructure de synthèse de la zone intercritique.Une caractérisation microstructurale fine de différentes zones de la soudure a été entreprise. Afin de comprendre les raisons de la faible résistance mécanique en fluage de l'ICHAZ, les microstructures de l'ICHAZ et du métal de base ont comparées à différentes échelles (MEB, EBSD, MET). Cette comparaison a également permis de valider la microstructure de synthèse. La caractérisation microstructurale des deux zones ne révèle pas de différences significatives ni sur la matrice de martensite revenu, ni en termes de précipitation. L'origine de sa moindre résistance à l'écoulement viscoplastique n'est donc pas résolue.Un effet de structure lié aux différences de propriétés mécaniques des zones de la soudure, est quantitativement étudié par modélisation des essais de fluage sur joint complet. / In the framework of the development of Generation IV nuclear power plants, ASME Grade 92 ferritic-martensitic steel is a candidate material for components subjected to long-term creep at high temperature. The aim of this study is to characterize the microstructure of Grade 92 butt welded joints and to model their creep behavior at 550 °C. Two filler rods were used for this study.The microstructure of the different weld regions was quantitatively characterized. In order to understand the weaker mechanical properties of the ICHAZ compared to the other regions of the welded joint, the microstructures of the base metal and the ICHAZ were compared at different scales (SEM, EBSD, TEM on thin foils and extractive replicas). No significant difference regarding microtexture, sub-structure and precipitation state was highlighted between both microstructures. The origin of the weaker resistance of the ICHAZ to viscoplastic flow is still not fully understood. A softer zone was found in the base metal close to the ICHAZ, yet with finer subgrains than the base metal,. It was supposed to be a thermomechanically-affected zone (TMAZ).At high temperatures and low stress levels, Grade 92 welded joints may be sensitive to type IV cracking, which occurs in the intercritical heat affected zone (ICHAZ). Creep tests conducted at 550 °C on cross-weld specimens revealed that fracture takes place in the ICHAZ, even for short-term creep tests (i.e., lifetime lower than 1000h).In order to model the creep behavior of the welded joint, viscoplastic constitutive equations for the different regions of the weld assembly were required. The viscoplastic behavior of the base metal, weld metal and of the ICHAZ were modeled using a phenomenological approach. The viscoplastic flow behavior of the weld metal and of the ICHAZ was experimentally determined (i) from tensile tests with displacement field measurements and (ii) from creep tests on tensile bars notched in the region of interest. An alternative method was also used to determine the creep behavior of the ICHAZ. It consists in reproducing the microstructure of this region by a thermal treatment and in carrying out creep tests on notched specimens cut from the heat-treated blanks. The parameters of constitutive equations (power-law flow rule together with a von Mises equivalent stress formulation and isotropic hardening according to a Voce-type evolutionary equation) were then fitted separately for the different zones of the welded joint.Constraint effects related to differences in mechanical properties between the different regions were quantitatively studied trough modeling of creep tests on the cross-weld specimens. For the stress levels experimentally considered, the contrast in strength between the different regions induces an increase in stress triaxiality in the softer zone (i.e. the ICHAZ) together with strain localization.Keywords: Creep, welded joint, Grade 92 steel.