Simulation CFD de l’écoulement de gaz plasmagène en procédé TIG en configuration de remplissage multipasses pour l’assemblage de pièces en 316L

Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Université Bourgogne Europe (UBE). Equipe Laser et Traitements des Matériaux (LTM – 71200 Le Creusot).

Ce sujet de stage est proposé dans le cadre du projet ANR ATALANTE, qui débutera en avril 2026. Le laboratoire ICB de l’UBE est partenaire de ce projet aux côtés du laboratoire CEMEF de l’École des mines de Paris, des entreprises EDF, Transvalor et du CEA. Dans le cadre de ce projet, le financement d'une thèse est prévu pour faire suite à ce stage de master. Les travaux relatifs à ce projet et à ce stage de master se dérouleront à l'IUT du Creusot, au sein de l'équipe LTM du département PMDM (Procédés, Métallurgie, Durabilité et Matériaux).

En soudage à l’arc, le procédé TIG implique l’utilisation d’une électrode non fusible à base de tungstène. Un fil métallique est alors amené latéralement dans l’arc, dans le cas d’un soudage avec matériau d’apport. Pour l’assemblage de pièces de forte épaisseur, il est nécessaire de réaliser le remplissage d’un chanfrein usiné en bordure des pièces. Pour établir un arc stable, il est nécessaire de souffler sur l’arc un gaz plasmagène, généralement de l'argon. Ce gaz est issu d’une tuyère qui peut être plus ou moins éloignée de l’arc, en fonction de la configuration de soudage et de l’accessibilité de la zone. L’écoulement du gaz plasmagène peut notamment être perturbé par la présence des parois du chanfrein en fonction de la position de soudage, e.g. plafond, corniche ou vertical. Selon le mode de remplissage (un ou deux cordons par niveau) et le niveau de remplissage, l’écoulement du gaz plasmagène peut être modifié, ce qui influe directement sur la distribution d’énergie à la surface du bain de soudage et donc sur les mouvements fluides dans ce dernier. Cet impact est donc réel sur la solidification du métal liquide et, par conséquent, sur la structure de grain colonnaire résultante dans le cordon soudé. Il est essentiel de modéliser les écoulements de ce gaz afin de contrôler la macrostructure obtenue à l’issue du soudage de la nuance d’acier inoxydable 316L. Dans le cadre de ce stage, il est proposé de réaliser une simulation CFD (dynamique des fluides numérique) de l’écoulement du gaz plasmagène lors d'un soudage TIG en configuration de remplissage de chanfrein et en position à plat. Le logiciel ANSYS Fluent sera utilisé pour réaliser cette simulation. Afin de valider les résultats obtenus, une maquette expérimentale sera mise en œuvre et instrumentée par vision en strioscopie, i.e. imagerie Schlieren. Cette technique d'imagerie permet de visualiser les variations de densité du fluide dans l'écoulement gazeux du plasma.

Master 2 ou Ingénieur en génie des procédés ou génie des matériaux ou génie mécanique avec une appétence pour les méthodes numériques et la programmation