FR3095449A1 - Procede de collage de pieces aeronautiques - Google Patents
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Abstract
Procédé de collage de deux pièces (10, 12) aéronautiques, ce procédé comprenant : a) le dépôt d’au moins une couche de colle (14) sur une surface d’au moins une des pièces, et l’apposition de l’autre pièce sur cette couche de colle, et b) la polymérisation de la colle de façon à former un joint de colle entre les pièces, caractérisé en ce que la couche de colle comprend des bandes de colle (14a) indépendantes et adjacentes, les bandes de colle étant séparées les unes des autres par des espaces libres (14b). Figure pour l'abrégé : Figure 1
Description
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un procédé de collage de pièces aéronautiques, telles que des pièces d’un aéronef ou d’une turbomachine d’aéronef.
Arrière-plan technique
Un aéronef et ses turbomachines comprennent de nombreuses fixations et de types de fixation tels que le soudage, le vissage, le frettage, le sertissage, le collage, etc.
Le collage de pièces aéronautiques revêt plusieurs défis qui sont toujours à relever :
- des difficultés de contrôle de l’état de polymérisation du joint de colle où un gradient de polymérisation peut exister dans le plan du joint, et
- une problématique de la santé matière du joint, de sa bonne tenue aux diverses sollicitations et sa résistance à la propagation de fissure pendant sa vie en service : cisaillement, traction hors-plan, pelage, clivage, etc.
Le premier point cité ci-dessus est particulièrement exacerbé dans le cadre des joints larges polymérisant à température ambiante (adhésifs bi-composants par exemple) avec l’aide de l’oxygène ou encore l’humidité de l’air. En effet, le centre du joint est difficilement atteint par ces composés qui diffusent lentement à travers le joint depuis ses bords libres. Un gradient de polymérisation peut alors exister entre le centre du joint, moins polymérisé qu’au niveau de ses bords libres où la polymérisation est quasi-complète. Ceci implique un gradient de propriétés mécaniques à l’intérieur du joint, diminuant la confiance dans ce type d’assemblage car les propriétés mécaniques des joints collés sont en général déterminées sur des éprouvettes fines dont les joints sont entièrement polymérisés.
Concernant la propagation de fissures, il est connu que la contrainte moyenne pour faire propager est en général inférieure à la contrainte nécessaire pour initier la fissure, ce qui entraine une phase de propagation rapide et peu contrôlable comparée à celle de l’amorce.
La présente invention apporte une solution simple, efficace et économique à ce problème.
La présente invention propose un procédé de collage de deux pièces d’une turbomachine d’aéronef, ce procédé comprenant :
- le dépôt d’au moins une couche de colle sur une surface d’au moins une des pièces, et l’apposition de l’autre pièce sur cette couche de colle, et
- la polymérisation de la colle de façon à former un joint de colle entre les pièces,
caractérisé en ce que la couche de colle comprend des bandes de colle indépendantes et adjacentes, les bandes de colle étant séparées les unes des autres par des espaces libres.
Le joint de colle entre les pièces se présente donc sous la forme de plusieurs bandes, qui sont coplanaires dans le cas où les surfaces à coller des pièces sont planes et parallèles.
La largeur des bandes de colle est avantageusement choisie pour que chacune des bandes puisse résister au pic d’une force correspondant à la désolidarisation des pièces par pelage. La largeur des espaces est avantageusement choisie pour optimiser la polymérisation de la colle, par exemple à température ambiante, et garantir que le fluage éventuel de la colle pendant la polymérisation ne vienne pas les boucher. Dans le cas où une force de pelage équivalente à un seul pic est appliquée sur l’assemblage, seule une bande sera rompue et les autres bandes tiendront, alors que dans le cas d’une couche continue (sans bandes/espaces), la fissure aurait pu se propager jusqu’au bout car la valeur de la force de pelage après un pic décroit significativement.
Ceci permet :
- un meilleur apport, via les espaces libres, des constituants de l’air nécessaires à la polymérisation de la colle sur toute l’étendue de la couche,
- une meilleure résistance à la propagation de fissure dans les sollicitations du joint de colle de type pelage, et
- une zone intermédiaire permettant de garantir les épaisseurs de colle (par exemple par l’utilisation d’outillage ou de gabarit ou de consommables pour définir les espaces libres).
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes ci-dessous, considérées seules ou en combinaison les unes avec les autres :
- la colle a une épaisseur comprise entre 0,05 mm et 1 mm,
- les bandes de colle ont chacune une largeur supérieure à la largeur des espaces libres,
- les bandes de colle ont chacune une largeur comprise entre 5 et 30mm, et de préférence entre 15 et 20mm,
- les espaces libres ont une largeur identique,
- les espaces libres ont chacun une largeur comprise entre 1 et 10mm, et de préférence entre 3 et 5mm,
- les bandes de colle sont déposées les unes après les autres ou en une seule fois, par exemple par l’intermédiaire d’une feuille de transfert.
- les bandes de colle sont formées en déposant une couche de colle sur la surface puis en disposant provisoirement dans cette couche des éléments de séparation, ces éléments de séparation étant retirés lors de l’étape de polymérisation afin de définir lesdits espaces libres,
- les éléments de séparation sont des fils, par exemple en PTFE,
- les fils ont un diamètre au moins égal, et de préférence supérieur, à une épaisseur souhaitée de la couche de colle après polymérisation,
-- la colle est polymérisable à température ambiante,
-- les pièces sont toutes les deux réalisées en matériau composite.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
Description détaillée de l'invention
L’invention propose un procédé de collage de deux pièces d’un aéronef ou d’une turbomachine d’aéronef, tel que par exemple deux pièces composites.
Les figures 1 et 2 illustrent un mode de réalisation d’un assemblage obtenu par le procédé selon l’invention. Cet assemblage comprend deux pièces 10, 12, et un joint de colle 14 servant à fixer les pièces 10, 12 entre elles.
Les pièces 10, 12 se présentent sous la forme de deux parois planes ou cylindriques et parallèles. Elles peuvent être réalisées dans un même matériau ou dans des matériaux différents, comme évoqué dans ce qui précède.
Le joint ou la couche de colle 14 s’étend entre les pièces 10, 12 et plus exactement entre des surfaces en regard des pièces et a une forme générale plane ou cylindrique. Selon l’invention, cette couche de colle 14 comprend des bandes de colle 14a qui sont indépendantes et adjacentes. Ces bandes 14a sont séparées par des espaces libres 14b, c’est-à-dire des espaces qui ne sont pas occupés par de la colle et qui sont dépourvus de toute matière. Ces espaces sont libres pour autoriser le passage d’air et optimiser ainsi la polymérisation de la colle.
La couche de colle 14 a une épaisseur E comprise entre 0,05 mm et 1 mm.
Les bandes de colle 14a ont chacune une largeur L1 supérieure à la largeur L2 des espaces libres. La largeur L2 est par exemple comprise entre 5 et 30mm, et de préférence entre 15 et 20mm. La largeur L2 est de préférence la même pour tous les espaces libres 14b. Cette largeur L2 est par exemple comprise entre 1 et 10mm, et de préférence entre 3 et 5mm.
Les bandes de colle 14a doivent être d’une largeur L1 supérieure ou égale à la distance sur laquelle on constate un pic de force de pelage pour tirer parti de l’entièreté du pic, mais les plus fines possible pour que les molécules nécessaires à la polymérisation de la colle puissent diffuser assez facilement jusqu’à l’intérieur de la bande.
La largeur des espaces 14b doit être suffisante pour garantir que le fluage éventuel de la colle pendant la polymérisation ne viendra les boucher, mais la plus petite possible pour que l’énergie cinétique acquise par le substrat pendant son déplacement reste assez faible pour ne pas endommager la bande suivante par absorption d’énergie.
Lors d’une propagation de fissure dans la couche de colle sous sollicitation de type pelage, la force nécessaire pour faire propager la fissure au passage de chaque bande vaut la force maximale du pic. Dans le cas où le chargement n’atteint la force équivalente à un seul pic, seule une bande sera rompue et les autres tiendront, alors que dans le cas d’une couche continue (sans bandes/espaces), la fissure aurait pu se propager jusqu’au bout car la valeur de la force de pelage après un pic décroit significativement.
La colle peut être configurée pour polymériser à température ambiante ou lors d’une étape de cuisson. La colle est par exemple une pâte adhésive bi-composant à base epoxy qui polymérise à température ambiante, par exemple la colle commercialisée sous la référence EA9394 par la société Henkel.
Le procédé de collage selon l’invention comprend essentiellement deux étapes, qui sont :
a) le dépôt d’au moins une couche de colle, sous la forme de bandes de colle, sur une surface d’au moins une des pièces, et l’apposition de l’autre pièce sur cette couche de colle, et
b) la polymérisation de la colle de façon à former un joint de colle entre les pièces.
Les bandes de colle 14a peuvent être déposées les unes après les autres ou en une seule fois, par exemple par l’intermédiaire d’une feuille de transfert. En variante, les bandes de colle 14b peuvent être formées en déposant une couche de colle sur la surface puis en disposant provisoirement dans cette couche des éléments de séparation de forme allongée. Ces éléments de séparation sont retirés lors de l’étape de polymérisation afin de définir les espaces libres.
Les fils peuvent être retirés après durcissement partiel d’une partie du joint (typiquement après 1 jour pour les colles polymérisant complètement en 3 ou 5 jours). Dans le cas de l’utilisation d’une colle en pâte, ces fils peuvent même jouer le rôle de contrôle d’épaisseur de la couche pendant la polymérisation.
Les éléments de séparation sont de préférence des fils, par exemple en PTFE. Ces fils ont avantageusement un diamètre au moins égal, et de préférence légèrement supérieur, à une épaisseur souhaitée de la couche de colle après polymérisation. On comprend ainsi que les fils seront serrés entre les pièces 10, 12 à coller lors de l’étape a). L’étape b) pourrait entraîner une rétreinte de la colle et les fils peuvent être retirés avant la rétreinte totale de la colle, de façon à ce que les fils ne limitent pas cette rétreinte et que la couche de colle parvienne à son épaisseur souhaitée en fin de polymérisation.
Cette invention permet de considérer chaque bande comme un point de fixation de la fissure lors d’une sollicitation de type pelage, de manière similaire à l’action d’une fixation classique de type rivetée ou boulonnée.
De plus, la polymérisation complète de la couche de colle grâce à la présence des bandes permet une confiance plus importante dans les propriétés mécaniques des couches larges qui peuvent être considérées identiques à celles déterminées sur éprouvettes standards.
Claims (10)
- Procédé de collage de deux pièces (10, 12) aéronautiques, ce procédé comprenant :
a) le dépôt d’au moins une couche de colle (14) sur une surface d’au moins une des pièces, et l’apposition de l’autre pièce sur cette couche de colle, et
b) la polymérisation de la colle de façon à former un joint de colle entre les pièces,
caractérisé en ce que la couche de colle comprend des bandes de colle (14a) indépendantes et adjacentes, les bandes de colle étant séparées les unes des autres par des espaces libres (14b). - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la colle a une épaisseur (E) comprise entre 0,05 mm et 1 mm.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les bandes de colle (14a) ont chacune une largeur (L1) supérieure à la largeur des espaces libres.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les bandes de colle (14a) ont chacune une largeur (L1) comprise entre 5 et 30mm, et de préférence entre 15 et 20mm.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les espaces libres (14b) ont une largeur (L2) identique.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les espaces libres (14b) ont chacun une largeur (L2) comprise entre 1 et 10mm, et de préférence entre 3 et 5mm.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les bandes de colle (14a) sont déposées les unes après les autres ou en une seule fois, par exemple par l’intermédiaire d’une feuille de transfert.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les bandes de colle (14a) sont formées en déposant une couche de colle sur la surface puis en disposant provisoirement dans cette couche des éléments de séparation, ces éléments de séparation étant retirés lors de l’étape de polymérisation afin de définir lesdits espaces libres.
- Procédé selon la revendication 8, dans lequel les éléments de séparation sont des fils, par exemple en PTFE.
- Procédé selon la revendication 9, dans lequel les fils ont un diamètre au moins égal, et de préférence supérieur, à une épaisseur souhaitée de la couche de colle après polymérisation.
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2019
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| FR3072139A1 (fr) * | 2017-10-10 | 2019-04-12 | Psa Automobiles Sa | Procede d’assemblage de pieces en tole telles que des pieces de carrosserie pour vehicule. |
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