FR3137600A1 - Procédé de fabrication d’un panneau final en alliage d’aluminium - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un panneau final (1) en alliage d’aluminium, comprenant successivement la fourniture d’une première tôle épaisse (3) et d’une deuxième tôle épaisse (5) à un état métallurgique T3; une étape de soudage (E30), dans laquelle la première tôle épaisse (3) et la deuxième tôle épaisse (5) sont soudées par une technique de soudage par friction malaxage de sorte à former un assemblage intermédiaire soudé (7) ; une étape de déformation (E40), dans laquelle l’assemblage intermédiaire soudé (7) est déformé par une technique de formage par explosion, de sorte à former un assemblage intermédiaire déformé (9) ; et une étape de revenu (E60), permettant d’obtenir le panneau final (1) à un état métallurgique final. L’invention concerne également l’utilisation d’un tel procédé de fabrication dans la construction aéronautique pour la fabrication d’éléments de structure. Figure 1
Description
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un panneau final en alliage d’aluminium à partir d’une première tôle épaisse et d’une deuxième tôle épaisse. L’invention concerne également l’utilisation d’un tel procédé de fabrication dans la construction aéronautique pour la fabrication d’éléments de structure et notamment de structure de nez de fuselage d’aéronefs, ou de fusées.
Dans le domaine de la construction aéronautique, il est parfois nécessaire de produire des structures de grandes dimensions. Ces structures, telles que les panneaux de fuselage avant, peuvent être fabriquées à partir de tôles minces et de profilés assemblés ou usinées dans des tôles épaisses en alliage d’aluminium. On parle de structure intégrale dans ce dernier cas. Pour ces structures intégrales, on peut appliquer une étape de formage suivi d'un revenu jusqu'à l’état métallurgique final. On peut par exemple citer la demande WO 2004/083478 qui propose en particulier d’utiliser une telle méthode sur des alliages d’aluminium 7xxx. Cependant, pour la réalisation de grands composants en utilisant cette méthode, il est nécessaire d’avoir à disposition une tôle initiale de grande largeur qu’il convient d’insérer dans le moule du système adapté pour réaliser le formage. Plus la tôle initiale est large et épaisse, plus sa fabrication est difficile. Il est d’ailleurs difficile de fabriquer des tôles épaisses de grande largeur car cela implique d’avoir des outils industriels adaptés, tels que des laminoirs, ou bancs de traction de grande largeur.
Afin de résoudre ce problème technique et économique, il a été imaginé de réaliser un assemblage à partir de tôles métalliques de plus petite taille afin d’aboutir à un panneau de plus grande taille pouvant être utilisé dans la fabrication de grands composants.
Parmi les méthodes d’assemblage existantes, le soudage remplace avantageusement des techniques plus traditionnelles d'assemblage telles que le rivetage car il permet d'assembler rapidement les pièces sans réaliser d'orifice, ces derniers étant fréquemment des sites d'initiation de fissures. Il est connu d’utiliser des méthodes de soudage dans lesquelles une fusion des matériaux est réalisée, telles que, notamment, le soudage oxyacétylénique avec métal d'apport, le soudage à l'arc avec électrodes non fusibles (TIG), le soudage à l'arc avec fil électrodes fusibles ou soudage semi-automatique (MIG), le soudage laser, le soudage plasma, le soudage par faisceau d'électrons. Ces procédés reposant sur la fusion du métal, leur maîtrise est complexe si l’on veut éviter la formation de défauts de solidification dans le bain de fusion.
En raison de la difficulté de maîtriser la microstructure granulaire de la pièce lors d'un traitement thermique de solution post-soudage, et en raison des limitations de taille pour le traitement thermique de mise en solution, l'option préférée est la soudure par friction-malaxage dans l'état T3. Le soudage par friction-malaxage (en anglais Friction Stir Welding (FSW)) est plus intéressant que les autres procédés de soudage, en raison de la meilleure qualité de la soudure, et de la possibilité de mettre en œuvre la soudure sur des tôles de forte épaisseur.
Un certain nombre de problèmes se posent quant à l'utilisation du soudage notamment dans la construction aéronautique. Un problème généralement rencontré avec les pièces soudées est la diminution de la résistance mécanique du joint soudé par rapport au métal éloigné de la zone soudée. Un second problème généralement rencontré est l'augmentation de la sensibilité à la corrosion dans la zone soudée.
Le brevet WO 2010/130887 divulgue la possibilité pour les alliages 2XXX d’améliorer la résistance à la corrosion en appliquant une déformation à froid de 0.3 à 5% à la soudure. Le brevet WO 2010/130887 divulgue un procédé d'assemblage de pièces en alliage d'aluminium, comprenant : (I) la fourniture d'au moins une première pièce en alliage d'aluminium et qui a été mise en solution, trempée, et au moins une seconde partie en alliage d'aluminium ; (II) souder lesdites pièces afin d'obtenir un ensemble soudé présentant une zone soudée; (III) effectuer une déformation à froid de 0,3 à 5 % de toute la zone soudée; (IV) réalisation d'un revenu post-soudage de l'ensemble soudé ainsi déformé afin d'obtenir un état métallurgique final. Les assemblages soudés obtenus par le procédé de l'invention présentent des cordons de soudure aux propriétés améliorées, notamment en termes de résistance mécanique, de résistance à la corrosion et de microstructure de la zone soudée.
Les inventeurs ont constaté que les procédés de formages usuels, tels que le pliage, le roulage laissent une fibre neutre sans déformation dans l’épaisseur du produit. Ainsi la solution proposée dans WO2010/130887 ne peut pas fonctionner avec les procédés de formage usuels. Du fait de la persistance dans l’épaisseur du produit d’une zone non déformée, une zone sensible à la corrosion au voisinage de la soudure reste présente après mise en forme. Or cette zone quoique initialement à l’intérieur de la tôle peut être exposée à l’environnement après usinage.
Le procédé de formage par explosion est un procédé qui existe depuis de nombreuses années et qui a été envisagé dans l’industrie aéronautique et spatiale dans les années 1960. Le formage par explosion consiste à utiliser une partie de l’énergie libérée par la détonation d’un explosif pour mettre en forme une pièce métallique. Par exemple, un flan métallique est disposé sur une matrice et maintenu par un serre-flan. Une charge explosive est placée au-dessus du flan à une certaine distance. Un milieu de transmission, en général de l’eau, entoure la charge. La détonation de l’explosif donne naissance à une onde de choc qui se propage dans l’eau, et pénètre dans le flan en lui communiquant une puissante impulsion. Pour de plus amples détails techniques du formage par explosion, on peut citer l’article « Formage par explosif » de Jean-Claude Cabrol publié par les Techniques de l’ingénieur BR7585 V1 - 10 Avril 1989. On peut aussi renvoyer à l’article de Mynors et al. « Applications and capabilities of explosive forming » Journal of Materials Processing Technology 125-126 (2002) 1-25 qui fait une revue des applications en lien avec le formage par explosion.
WO2020/200869 divulgue un procédé de production d'une structure en aluminium monolithique intégrée, le procédé comprenant les étapes consistant à : (a) utiliser une plaque d'alliage d'aluminium ayant une épaisseur prédéfinie d'au moins 38,1 mm, la plaque d'alliage d'aluminium étant un alliage de série 2xxx disposé dans un état de trempe T3 et ayant une composition comprenant, en % en poids : Cu de 3,8 à 4,5, Mn de 0,3 à 0,8, Mg de 1,1 à 1,6, Si jusqu'à 0,15, Fe jusqu'à 0,20, Cr jusqu'à 0,10, Zn jusqu'à 0,25, Ti jusqu'à 0,15, Ag jusqu'à 0,10, le reste étant de l'aluminium ; (b) éventuellement pré-usiner la plaque en alliage d'aluminium sur une structure usinée intermédiaire ; (c) hydroformer sous haute énergie la plaque ou la structure usinée intermédiaire éventuelle contre une surface de formage d'une matrice rigide ayant un contour conformément à une courbure souhaitée de la structure d'aluminium monolithique intégrée, le formage sous haute énergie amenant la plaque ou la structure usinée intermédiaire à se conformer au contour de la surface de formage à une courbure uniaxiale et/ou à une courbure biaxiale ; (d) usiner ou fraiser mécaniquement la structure formée à haute énergie en une structure d'aluminium monolithique intégrée usinée finale ou quasi finale ; (e) réaliser un vieillissement de la structure d'aluminium monolithique intégrée finale jusqu'à obtenir un état de trempe souhaité.
WO2004/028719 de Boeing divulgue un procédé où des panneaux préalablement mis en forme par explosion sont soudés puis usinés en une structure intégrale. Cette solution ne permet pas d’obtenir une bonne tenue en corrosion dans la zone soudée si on utilise un alliage d’aluminium de la série 2xxx sans traitement thermique de mise en solution supplémentaire.
Un problème résolu par la présente invention est ainsi d’obtenir des panneaux de grande largeur, résistants à la corrosion après leur mise en forme, pour la construction aéronautique, présentant notamment les propriétés requises pour cette application de résistance mécanique et de tolérance aux dommages.
La présente invention a pour but de proposer une solution qui réponde à tout ou partie des problèmes précités, notamment en combinant le choix judicieux de l’alliage, le soudage par FSW et le procédé de formage par explosion.
Ce but peut être atteint grâce à la mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’un panneau final en alliage d’aluminium, le procédé de fabrication comprenant successivement :
- une première étape de fourniture d’une première tôle épaisse d’épaisseur comprise entre 30 et 150 mm étant à un état métallurgique T3 en un premier alliage d’aluminium de composition c1 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 6,5 ; Mg : 0 – 1,8, préférentiellement 0,2 – 1,8 ; Li : 0 – 1,5 ; Ag : 0 – 0,6 ; Mn : 0 – 0,9 ; Zr : 0 – 0,18 ; Zn : 0 – 1 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium ;
- une deuxième étape de fourniture d’une deuxième tôle épaisse d’épaisseur comprise entre 30 et 150 mm étant à un état métallurgique T3 et en un deuxième alliage d’aluminium de composition c2 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 6,5 ; Mg : 0 – 1,8, préférentiellement 0,2 – 1,8 ; Li : 0 – 1,5 ; Ag : 0 – 0,6 ; Mn : 0 – 0,9 ; Zr : 0 – 0,18 ; Zn : 0 – 1 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium ;
- une étape de soudage, dans laquelle la première tôle épaisse et la deuxième tôle épaisse sont soudées au niveau d’une zone de soudage selon une direction de soudage, par une technique de soudage par friction malaxage de sorte à former un assemblage intermédiaire soudé ;
- une étape de déformation, dans laquelle l’assemblage intermédiaire soudé est déformé par une technique de formage par explosion, de sorte à former un assemblage intermédiaire déformé ;
- une étape de revenu, dans laquelle l’assemblage intermédiaire déformé est durci par précipitation, de sorte à obtenir le panneau final à un état métallurgique final.
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- une deuxième étape de fourniture d’une deuxième tôle épaisse d’épaisseur comprise entre 30 et 150 mm étant à un état métallurgique T3 et en un deuxième alliage d’aluminium de composition c2 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 6,5 ; Mg : 0 – 1,8, préférentiellement 0,2 – 1,8 ; Li : 0 – 1,5 ; Ag : 0 – 0,6 ; Mn : 0 – 0,9 ; Zr : 0 – 0,18 ; Zn : 0 – 1 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium ;
- une étape de soudage, dans laquelle la première tôle épaisse et la deuxième tôle épaisse sont soudées au niveau d’une zone de soudage selon une direction de soudage, par une technique de soudage par friction malaxage de sorte à former un assemblage intermédiaire soudé ;
- une étape de déformation, dans laquelle l’assemblage intermédiaire soudé est déformé par une technique de formage par explosion, de sorte à former un assemblage intermédiaire déformé ;
- une étape de revenu, dans laquelle l’assemblage intermédiaire déformé est durci par précipitation, de sorte à obtenir le panneau final à un état métallurgique final.
Les dispositions précédemment décrites permettent de fabriquer un panneau final à partir de tôles épaisses initiales en alliage d’aluminium d’épaisseur importante. Le panneau final peut en outre présenter une grande taille par la mise en œuvre de l’étape de soudage, et adopter une forme spécifique grâce à l’étape de déformation. Enfin, le fait de procéder à l’étape de déformation par formage par explosion à la suite de l’étape de soudage par friction malaxage permet de générer des microdéformations dans toute l’épaisseur de l’assemblage intermédiaire déformé, et en particulier dans la fibre neutre. Sans être liés une quelconque théorie, les inventeurs pensent que l’onde de choc pourrait induire des microdéformations dans la fibre neutre qui garantissent la précipitation des phases durcissantes pendant le revenu, par exemple les phases T1, Al2CuLi si l’alliage contient du Lithium ou les phases Téta Al2Cu ou oméga sinon. Cela permet d’obtenir une résistance élevée à la corrosion dans la zone soudée grâce à la précipitation améliorée de la précipitation liée aux microdéformations.
Le procédé de fabrication peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation, l’étape de déformation est réalisée à des vitesses de déformation comprises entre 100 s-1et 1000 s-1, préférentiellement entre 200 s-1et 500 s-1.
Selon un mode de réalisation, au moins un alliage d’aluminium choisi parmi le premier alliage d’aluminium et le deuxième alliage d’aluminium est de composition c3 (en % en poids) : Cu : 3,9 – 6,5, préférentiellement 4,5 – 6,5 ; Mg : 0 – 0,8, préférentiellement 0,2 – 0,8 ; Ag : 0 – 0,6, préférentiellement 0,1 – 0,5 ; Mn : 0,2 – 0,6 ; Zr : 0,05 – 0,15 ; Zn : 0 – 0,5 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium.ooçiiççi_çuui
Il est donc bien compris que selon ce mode de réalisation ledit au moins un alliage d’aluminium ne comprend pas de lithium. Le procédé de fabrication est donc adapté pour former un panneau final comprenant cet alliage d’aluminium dépourvu de lithium.
Selon un mode de réalisation, au moins un alliage d’aluminium choisi parmi le premier alliage d’aluminium et le deuxième alliage d’aluminium est de composition c4 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 4,0 ; Mg : 0,2 – 0,7 ; Li : 0,7 – 1,5, préférentiellement 0,9 – 1,3 ; Ag : 0 – 0,5, préférentiellement 0,1 – 0,4, ou inférieur à 0,1 ; Mn : 0,1 – 0,5 ; Zr : 0,05 – 0,15 ; Zn : 0 – 0,7, préférentiellement inférieur à 0,25 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium.
Il est donc bien compris que selon ce mode de réalisation ledit au moins un alliage d’aluminium comprend du lithium. Le procédé de fabrication est donc adapté pour former un panneau final comprenant cet alliage d’aluminium comprenant du lithium.
Selon un mode de réalisation, la composition du premier alliage d’aluminium est identique, à 5% près, à celle du deuxième alliage d’aluminium lors de la première étape de fourniture et de la deuxième étape de fourniture ; de préférence, la composition du premier alliage d’aluminium est strictement identique à la composition du deuxième alliage d’aluminium.
Ainsi, il est possible de former un panneau final formé d’un seul type d’alliage d’aluminium.
Selon un mode de réalisation, la première tôle épaisse présente une première épaisseur, et la deuxième tôle épaisse présente une deuxième épaisseur.
Selon un mode de réalisation, la première épaisseur est égale, à 5% près, à la deuxième épaisseur lors de la première étape de fourniture et de la deuxième étape de fourniture.
Ainsi, il est possible d’obtenir un assemblage intermédiaire soudé présentant une épaisseur égale à 5% près à la première épaisseur et à la deuxième épaisseur.
Selon un mode de réalisation, la première tôle épaisse et/ou la deuxième tôle épaisse peut (peuvent) avoir des épaisseurs variables, notamment pour faciliter le soudage. On entend par épaisseur variable, le fait que la première tôle épaisse et/ou la deuxième tôle épaisse présente(nt) une zone de soudage avec une épaisseur soudée telle que l’épaisseur de soudage est strictement inférieure à la plus petite valeur entre la première épaisseur et la deuxième épaisseur.
Selon ce mode de réalisation, l’étape de soudage est mise en œuvre de sorte qu’une épaisseur soudée de la zone de soudage soit strictement inférieure à la plus petite valeur entre la première épaisseur et la deuxième épaisseur. Avantageusement, l’épaisseur soudée est comprise entre 30 mm et 100 mm, et préférentiellement entre 50 mm et 80 mm.
De cette manière, il est possible d’utiliser des tôles épaisses d’épaisseur supérieure à l’épaisseur soudée afin de diminuer l’effort de soudage. Il est toutefois important de maintenir une épaisseur minimale d’épaisseur soudée afin de permettre l’usinage de raidisseurs dans la zone soudée, typiquement d’au moins 30 mm, préférentiellement 50 mm. L’utilisation de tôles épaisses à épaisseur variable permet de pouvoir souder des tôles d’épaisseur supérieures à 100 mm. En effet, au-delà d’une certaine épaisseur typiquement proche de 100 mm, les efforts nécessaires pour souder par soudage FSW sont très importants et nécessitent des machines de soudage spéciales.
Selon un mode de réalisation, l’état métallurgique final du panneau final est un état T8.
Ainsi le panneau final est durci et présente une bonne résistance à la corrosion.
Selon un mode de réalisation, l’étape de soudage est mise en œuvre de sorte que la direction de soudage est quasiment parallèle ou confondue avec la direction de laminage de la première tôle épaisse et la direction de laminage de la deuxième tôle épaisse.
En d’autres termes, la première tôle épaisse et la deuxième tôle épaisse sont soudées entre elles le long de leur direction de laminage pour former l’assemblage intermédiaire soudé.
Les dispositions précédemment décrites permettent de mettre en œuvre l’étape de soudage plus simplement.
Selon un mode de réalisation, après l’étape de soudage, l’assemblage intermédiaire soudé présente une forme générale de plaque présentant une largeur supérieure à 2500 mm, et notamment supérieure à 3500 mm, et plus particulièrement supérieure à 4500 mm.
Selon un mode de réalisation, la première tôle épaisse présente une première longueur comptée parallèlement à la première direction de laminage, et une première largeur comptée perpendiculairement à la première direction de laminage. En d’autres termes, la première tôle épaisse est obtenue suite à un découpage selon des dimensions égales à la première longueur et à la première largeur.
Selon un mode de réalisation, la deuxième tôle épaisse présente une deuxième longueur comptée parallèlement à la deuxième direction de laminage, et une deuxième largeur comptée perpendiculairement à la deuxième direction de laminage. En d’autres termes, la deuxième tôle épaisse est obtenue suite à un découpage selon des dimensions égales à la deuxième longueur et à la deuxième largeur.
Ainsi, selon un mode de réalisation, la première étape de fourniture et la deuxième étape de fourniture sont mise en œuvre de sorte que la somme de la plus petite valeur entre la première longueur et la première largeur, et de la plus petite valeur entre la deuxième longueur et la deuxième largeur soit supérieure ou égale à 2500 mm, ou supérieure à 3500 mm, ou supérieure à 4500mm.
Ainsi, l’étape de soudage de la première tôle épaisse et de la deuxième tôle épaisse permet d’obtenir un assemblage intermédiaire soudé de taille importante de manière beaucoup plus simple, et moins couteuse que l’obtention d’un panneau de taille équivalente par un laminage standard.
Selon un mode de réalisation, l’étape de soudage est mise en œuvre lorsque la première tôle épaisse et la deuxième tôle épaisse sont placées bout à bout. On entend par soudage bout à bout le fait que les deux tôles épaisses sont placées bout à bout sur au moins une fraction de leur épaisseur, puis soudées le long du joint, par opposition à la soudure par recouvrement où une pièce de métal est posée l'une sur l'autre, ou au soudage par bouchons où une pièce de métal est insérée dans l'autre.
De cette manière, en partant d’une première tôle épaisse et d’une deuxième tôle épaisse présentant des dimensions données, il est possible d’obtenir un assemblage intermédiaire soudé de plus grande dimension, et d’épaisseur contrôlée.
Selon un mode de réalisation, l’étape de revenu est mise en œuvre en plaçant l’assemblage intermédiaire déformé à au moins une température de revenu comprise entre 100 °C et 190 °C, préférentiellement entre 120 °C et 170 °C, et pendant au moins une durée de revenu comprise entre 5 h et 100 h.
Selon un mode de réalisation, l’étape de revenu comprend plusieurs paliers de revenu pendant lesquels l’assemblage intermédiaire déformé est placé à différentes températures de revenu pendant différentes durées ou non.
Selon un mode de réalisation, la durée du revenu est définie en temps équivalent teqà une température de référence Tref où le temps équivalent teqest défini par la formule suivante :
où
T est la température de revenu exprimée en Kelvin ;
t est le temps exprimé en heures ; et
Tref est une température de référence fixée à 428 ? K ;
ledit temps équivalent teqétant exprimée en heures.
De manière générale, la constante Q/R = 16378 K est dérivée de l'énergie d'activation pour la diffusion du Cuivre Q = 136100 J/mol et R correspond à la constante des gaz parfaits R=8.314 J /mol/K,.
où
T est la température de revenu exprimée en Kelvin ;
t est le temps exprimé en heures ; et
Tref est une température de référence fixée à 428 ? K ;
ledit temps équivalent teqétant exprimée en heures.
De manière générale, la constante Q/R = 16378 K est dérivée de l'énergie d'activation pour la diffusion du Cuivre Q = 136100 J/mol et R correspond à la constante des gaz parfaits R=8.314 J /mol/K,.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la durée de revenu est telle que le temps équivalent teqà 428 K est compris entre 10h et 100h. Préférentiellement, le temps équivalent est compris entre 30h et 70h lorsque l’assemblage intermédiaire comprend une première tôle épaisse 3 et une deuxième tôle épaisse 5 en un alliage d’aluminium de composition c3 (en % en poids) : Cu : 4,5 – 6,5 ; Mg : 0 – 0,8, préférentiellement 0,2 – 0,8 ; Ag : 0 – 0,6, préférentiellement 0,1 – 0,5 ; Mn : 0,2 – 0,6 ; Zr : 0,05 – 0,15 ; Zn : 0 – 0,5 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium. Préférentiellement, le temps équivalent est compris entre 10h et 30h lorsque l’assemblage intermédiaire comprend une première tôle épaisse 3 et une deuxième tôle épaisse 5 en un alliage d’aluminium de composition c4 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 4,0 ; Mg : 0,2 – 0,7 ; Li : 0,7 – 1,5, préférentiellement 0,9 – 1,3 ; Ag : 0 – 0,5, préférentiellement 0,1 – 0,4, ou inférieur à 0,1 ; Mn : 0,1 – 0,5 ; Zr : 0,05 – 0,15 ; Zn : 0 – 0,7, préférentiellement inférieur à 0,25 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend en outre une étape de préformage, mise en œuvre entre l’étape de soudage et l’étape de déformation, dans laquelle l’assemblage intermédiaire soudé peut être préformé par roulage ou à l’aide d’une presse.
De cette manière, il est possible de prévoir un assemblage intermédiaire soudé de plus grande taille qui soit apte à être inséré dans une enceinte permettant la mise en œuvre de l’étape de déformation.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend une première étape de courbure mise en œuvre avant l’étape de soudage, dans laquelle la première tôle épaisse peut être préformée par roulage ou à l’aide d’une presse.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend une deuxième étape de courbure mise en œuvre avant l’étape de soudage, dans laquelle la deuxième tôle épaisse peut être préformée par roulage ou à l’aide d’une presse.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend une étape d’usinage, mise en œuvre après l’étape de soudage, ou après l’étape de déformation, dans laquelle la zone de soudage de l’assemblage intermédiaire soudé, ou de l’assemblage intermédiaire déformé est usinée.
Le but de l’invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre par l’utilisation d’un procédé de fabrication tel que décrit précédemment, dans la construction aéronautique pour la fabrication d’éléments de structure et notamment de structure de nez de fuselage d’aéronefs, ou de fusées.
D’autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux.
Comme cela est illustré sur les figures 1 à 3, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un panneau final 1 en alliage d’aluminium. Bien que cela ne soit pas limitatif, un tel procédé de fabrication peut avantageusement être utilisé dans la construction aéronautique pour la fabrication d’éléments de structure, et notamment de structure de nez de fuselage d’aéronefs, ou de fusées.
Le procédé de fabrication comprend différentes étapes successives qui seront décrites en références aux figures ci-après.
Le procédé de fabrication comprend tout d’abord
- une première étape de fourniture E11 d’une première tôle épaisse 3 d’épaisseur comprise entre 30 et 150 mm étant à un état métallurgique T3 en un premier alliage d’aluminium de composition c1 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 6,5 ; Mg : 0 – 1,8, préférentiellement 0,2 – 1,8 ; Li : 0 – 1,5 ; Ag : 0 – 0,6 ; Mn : 0 – 0,9 ; Zr : 0 – 0,18 ; Zn : 0 – 1 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium ; et
- une première étape de fourniture E11 d’une première tôle épaisse 3 d’épaisseur comprise entre 30 et 150 mm étant à un état métallurgique T3 en un premier alliage d’aluminium de composition c1 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 6,5 ; Mg : 0 – 1,8, préférentiellement 0,2 – 1,8 ; Li : 0 – 1,5 ; Ag : 0 – 0,6 ; Mn : 0 – 0,9 ; Zr : 0 – 0,18 ; Zn : 0 – 1 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium ; et
- une deuxième étape de fourniture E12 d’une deuxième tôle épaisse 5 d’épaisseur comprise entre 30 et 150 mm étant à un état métallurgique T3 et en un deuxième alliage d’aluminium de composition c2 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 6,5 ; Mg : 0 – 1,8, préférentiellement 0,2 – 1,8 ; Li : 0 – 1,5 ; Ag : 0 – 0,6 ; Mn : 0 – 0,9 ; Zr : 0 – 0,18 ; Zn : 0 – 1 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium ;
Sauf mention contraire, toutes les indications concernant la composition chimique des alliages sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total de l'alliage. L'expression 1,4 Cu signifie que la teneur en cuivre exprimée en % en poids est multipliée par 1,4. La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de The Aluminium Association, connus de l’homme du métier. Sauf mention contraire, les définitions des états métallurgiques indiquées dans la norme européenne EN 515 (avril 2017) s'appliquent. Les étapes d’obtention d’une tôle épaisse à l’état T3 sont connues, et correspondent à un procédé standard de la métallurgie qui inclut en particulier des étapes de coulée, d’homogénéisation, de déformation à chaud, de mise en solution, de trempe, de détensionnement et de revenu. Un mode de réalisation non limitatif de ces étapes est résumé ci-après. Tout d'abord une plaque en alliage selon l’un des modes de réalisation décrit dans ce document est coulée. Cette plaque est ensuite homogénéisée. La température d'homogénéisation est de préférence située entre 480 et 540°C pendant 5 à 60 heures. De manière préférée, la température d'homogénéisation est comprise entre 500 °C et 530°C. Faisant suite à l’étape d’homogénéisation, la plaque est en général refroidie jusqu'à température ambiante avant d'être préchauffée en vue d'être déformée à chaud par laminage. Le préchauffage a pour objectif d'atteindre une température initiale de déformation de préférence comprise entre 420 et 520 °C et de manière préférée de l'ordre de 430 °C à 460 °C permettant la déformation de la plaque homogénéisée. La déformation à chaud est effectuée par laminage, essentiellement le long d’une direction de laminage. Il est en effet possible d’avoir une étape de pré-élargissement. Dans le cas de la présente invention, la première tôle épaisse 3 peut être laminée selon une première direction de laminage, et la deuxième tôle épaisse peut être laminée selon une deuxième direction de laminage. De façon préférée, la plaque est essentiellement déformée par laminage de façon à obtenir une tôle épaisse comprise entre 30 mm et 150 mm. Le produit ainsi obtenu est ensuite mis en solution de préférence par traitement thermique entre 490 et 530 °C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau à température ambiante. Le produit subit ensuite un détensionnement, de préférence réalisée par une traction contrôlée de 1 à 6 % et préférentiellement d'au moins 2%. Il résulte des étapes précédentes, la fourniture de la première tôle épaisse 3, et de la deuxième tôle épaisse 5 à l’état métallurgique T3. Par exemple, la première tôle épaisse 3 présente une première longueur comptée parallèlement à la première direction de laminage, et une première largeur comptée perpendiculairement à la première direction de laminage. Il peut être prévu que la première tôle épaisse 3 soit obtenue suite à un découpage selon des dimensions égales à la première longueur et à la première largeur. De la même manière, la deuxième tôle épaisse 5 peut présenter une deuxième longueur comptée parallèlement à la deuxième direction de laminage, et une deuxième largeur comptée perpendiculairement à la deuxième direction de laminage. Ces dimensions de la deuxième tôle épaisse 5 peuvent également être obtenue suite à un découpage selon des dimensions égales à la deuxième longueur et à la deuxième largeur.
La première tôle épaisse 3 présente une première épaisseur et la deuxième tôle épaisse présente une deuxième épaisseur. De manière générale, sans que cela ne soit limitatif, la première épaisseur est égale, à 5% près, à la deuxième épaisseur lors de la première étape de fourniture E11 et de la deuxième étape de fourniture E12. Ainsi, dans les étapes du procédé de fabrication qui seront décrite plus loin, il est possible d’obtenir un assemblage intermédiaire soudé 7 présentant une épaisseur égale à 5% près à la première épaisseur et à la deuxième épaisseur.
Par ailleurs, il est possible que l’une et/ou l’autre de la première tôle épaisse 3 et de la deuxième tôle épaisse 5 soit composée d’un des alliages suivants. Selon une première variante, au moins un alliage d’aluminium choisi parmi le premier alliage d’aluminium et le deuxième alliage d’aluminium est de composition c3 (en % en poids) : Cu : 4,5 – 6,5 ; Mg : 0 – 0,8, préférentiellement 0,2 – 0,8 ; Ag : 0 – 0,6, préférentiellement 0,1 – 0,5 ; Mn : 0,2 – 0,6 ; Zr : 0,05 – 0,15 ; Zn : 0 – 0,5 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium. Il est donc bien compris que selon cette première variante, ledit au moins un alliage d’aluminium ne comprend pas de lithium. Le procédé de fabrication est donc adapté pour former un panneau final 1 comprenant cet alliage d’aluminium dépourvu de lithium.
Selon une deuxième variante, au moins un alliage d’aluminium choisi parmi le premier alliage d’aluminium et le deuxième alliage d’aluminium est de composition c4 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 4,0 ; Mg : 0,2 – 0,7 ; Li : 0,7 – 1,5, préférentiellement 0,9 – 1,3 ; Ag : 0 – 0,5, préférentiellement 0,1 – 0,4, ou inférieur à 0,1 ; Mn : 0,1 – 0,5 ; Zr : 0,05 – 0,15 ; Zn : 0 – 0,7, préférentiellement inférieur à 0,25 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium. Il est donc bien compris que selon ce mode de réalisation ledit au moins un alliage d’aluminium comprend du lithium. Le procédé de fabrication est donc adapté pour former un panneau final 1 comprenant cet alliage d’aluminium comprenant du lithium.
Bien qu’il soit possible que le premier alliage soit différent du deuxième alliage, la composition du premier alliage d’aluminium est généralement identique, à 5% près, à celle du deuxième alliage d’aluminium lors de la première étape de fourniture E11 et de la deuxième étape de fourniture E12. D’ailleurs, la composition du premier alliage d’aluminium peut être strictement identique à la composition du deuxième alliage d’aluminium. Ainsi, il est possible de former un panneau final 1 formé d’un seul type d’alliage d’aluminium.
Le procédé de fabrication peut ensuite comprendre une première étape de courbure E21 dans laquelle la première tôle épaisse 3 est préformée par roulage ou presse, et une deuxième étape de courbure E22 dans laquelle la deuxième tôle épaisse 5 est préformée par roulage ou presse. Ces deux étapes de courbure E21, E22 sont mises en œuvre avant une étape de soudage E30.
L’étape de soudage E30 est représentée de manière plus précise sur la . Lors de cette étape de soudage E30, la première tôle épaisse 3 et la deuxième tôle épaisse 5 sont soudées au niveau d’une zone de soudage 21 selon une direction de soudage 23, par une technique de soudage par friction malaxage de sorte à former un assemblage intermédiaire soudé 7. La illustre un exemple de structure métallurgique à l’intérieur et autour de la zone de soudage 21 soudée par friction-malaxage entre la première tôle épaisse 3, et la deuxième tôle épaisse 5, qui sont, comme indiqué précédemment, identiques ou différentes. En dehors de la zone de soudage 21 qui reste totalement non affectée, on peut distinguer trois zones distinctes :
- un noyau 19, qui est la zone affectée par la déformation plastique la plus sévère. Le noyau 19 est la zone malaxée, déformée plastiquement et recristallisée à grains fins. La température y est la plus élevée au cours du soudage, comprise entre 470 et 580 °C, elle varie notamment suivant les alliages, les épaisseurs à souder, et les paramètres de soudage utilisés ;
- une zone affectée thermo-mécaniquement (ZATM) 16, qui est la zone disposée sur chaque côté du noyau 19. Il s'agit d’une zone frontière entre le noyau 19 et la zone affectée thermiquement, qui a été moins déformée que le noyau 19, et qui peut présenter des signes de recristallisation.
- une zone affectée thermiquement (ZAT) 18, qui entoure les zones déformées plastiquement précédentes 16, 19, et qui subit des transformations métallurgiques liées à la température accrue (en particulier, précipitation).
- une zone affectée thermo-mécaniquement (ZATM) 16, qui est la zone disposée sur chaque côté du noyau 19. Il s'agit d’une zone frontière entre le noyau 19 et la zone affectée thermiquement, qui a été moins déformée que le noyau 19, et qui peut présenter des signes de recristallisation.
- une zone affectée thermiquement (ZAT) 18, qui entoure les zones déformées plastiquement précédentes 16, 19, et qui subit des transformations métallurgiques liées à la température accrue (en particulier, précipitation).
La zone de soudage 21 considérée dans le cadre de la présente invention est délimitée par les limites identifiées sur la , et déterminées en surface, par exemple par mesure de micro-dureté, et s'étendant dans toute l'épaisseur des pièces. Avantageusement, l’étape de soudage E30 est mise en œuvre de sorte qu’une épaisseur soudée de la zone de soudage 21 soit comprise entre 30 mm et 100 mm, et préférentiellement entre 50 mm et 80 mm.
Avantageusement, selon la , la première 3’ et/ou deuxième 5’ tôle épaisse a une épaisseur variable : elle présente une zone de soudage avec une épaisseur soudée e’stelle que l’épaisseur de soudage est strictement inférieure à la première épaisseur e’3et la deuxième épaisseur e’5. Selon ce mode de réalisation, l’étape de soudage est mise en œuvre de sorte qu’une épaisseur soudée soit strictement inférieure à la plus petite valeur entre la première épaisseur et la deuxième épaisseur. Avantageusement, l’épaisseur soudée esest comprise entre 30 mm et 100 mm, et préférentiellement entre 50 mm et 80 mm. De cette manière, l’épaisseur de la zone de soudage 21 est suffisamment profonde pour permettre l’usinage des raidisseurs dans les tôles épaisses initiales 3’, 5’ constitutives de l’assemblage intermédiaire soudé 7’ ( ).
La montre en effet de façon schématique l’assemblage intermédiaire déformé 9’’ en traits pointillés avec une zone soudée 21’’ présentant une épaisseur soudée es’’ inférieure à la plus petite valeur entre la première épaisseur e’’3et la deuxième épaisseur e’’5. Un panneau intégral constitué de raidisseurs 20 et d’une peau 22 peut être usiné dans l’assemblage intermédiaire déformé 9’’. Le raidisseur présente un décroché 201 au niveau de la zone soudée du fait de la différence d’épaisseur. Par cette configuration, il est possible d’obtenir un panneau intégral raidi sur toute la largeur de l’assemblage intermédiaire déformé, tout en ayant dans les zones hors soudage des raidisseurs d’une hauteur voisine des épaisseurs initiales e’’3et e’’5 des première et deuxième tôle épaisse.
Comme cela est illustré sur la , l’étape de soudage E30 est généralement mise en œuvre lorsque la première tôle épaisse 3 et la deuxième tôle épaisse 5 sont placées côte à côte. De cette manière, en partant d’une première tôle épaisse 3 et d’une deuxième tôle épaisse 5 présentant des dimensions données, il est possible d’obtenir un assemblage intermédiaire soudé 7 de plus grande dimension, et d’épaisseur contrôlée. Par exemple, lors de la première étape de fourniture E11 et de la deuxième étape de fourniture E12 il peut être prévu que la somme de la plus petite valeur entre la première longueur et la première largeur, et de la plus petite valeur entre la deuxième longueur et la deuxième largeur soit supérieure ou égale à 2500 mm, ou supérieure à 3500 mm, ou supérieure à 4500mm. Ainsi, l’étape de soudage E30 de la première tôle épaisse 3 et de la deuxième tôle épaisse 5 permet d’obtenir un assemblage intermédiaire soudé 7 de taille importante de manière beaucoup plus simple, et moins couteuse que l’obtention d’un panneau de taille équivalente par un laminage standard. Cela permet en outre à l’assemblage intermédiaire soudé 7 de présenter une forme générale de plaque présentant une largeur supérieure à 2500 mm, et notamment supérieure à 3500 mm, et plus particulièrement supérieure à 4500 mm.
Enfin, et comme cela est représenté sur la , l’étape de soudage E30 est généralement mise en œuvre de sorte que la direction de soudage 23 soit quasiment parallèle ou confondue avec la direction de laminage de la première tôle épaisse 3 et la direction de laminage de la deuxième tôle épaisse 5. En d’autres termes, la première tôle épaisse 3 et la deuxième tôle épaisse 5 sont soudées entre elles le long de leur direction de laminage pour former l’assemblage intermédiaire soudé 7. Les dispositions précédemment décrites permettent de mettre en œuvre l’étape de soudage E30 plus simplement.
Selon un mode de réalisation non limitatif, le procédé de fabrication peut également comprendre une étape de préformage E35, mise en œuvre entre l’étape de soudage E30 et une étape de déformation E40 qui sera décrite ci-après. Lors de cette étape de préformage E35, l’assemblage intermédiaire soudé 7 est préformé par roulage ou presse. De cette manière, il est possible de prévoir un assemblage intermédiaire soudé 7 de plus grande taille qui soit apte à être inséré dans une enceinte permettant la mise en œuvre de l’étape de déformation E40.
Lors de cette étape de déformation E40, l’assemblage intermédiaire soudé 7 est déformé par une technique de formage par explosion, de sorte à former un assemblage intermédiaire déformé 9. Par exemple, ladite technique de formage par explosion peut être un hydroformage à haute énergie, appelé également « High-Energy HydroForming » (HEHF), selon la dénomination anglo-saxonne dédiée. Selon un mode de réalisation, l’étape de déformation est réalisé à des vitesses de déformation comprises entre 100 s-1et 1000 s-1, préférentiellement entre 200 s-1et 500 s-1.La illustre de manière schématique un mode de réalisation non limitatif de l’étape de déformation E40. Selon ce mode de réalisation, l’étape de déformation E40 comprend tout d’abord une première phase E41 dans laquelle l’assemblage intermédiaire soudé 7 est fixé sur un moule de déformation 31 par l’intermédiaire de moyens de fixation. Le moule de déformation 31 définit intérieurement une cavité de déformation 32 qui peut être connectée à un dispositif de mise sous vide, de manière à appliquer une dépression dans la cavité de déformation 32. L’ensemble constitué du moule de déformation 31 fixé à l’assemblage intermédiaire soudé 7 sur laquelle une charge explosive 33 est positionnée est placé dans une cuve remplie d’eau. Lors d’une deuxième phase E42, l’explosion de la charge explosive 33 est déclenchée, conduisant à la déformation de l’assemblage intermédiaire soudé 7. Cette déformation conduit ensuite à la phase E43 dans laquelle l’assemblage intermédiaire soudé 7 vient épouser la forme du moule de déformation 31, et former ainsi l’assemblage intermédiaire déformé 9.
Optionnellement, le procédé de fabrication comprend ensuite une étape d’usinage E50, dans laquelle la zone de soudage 21 de l’assemblage intermédiaire soudé 7, ou de l’assemblage intermédiaire déformé 9 est usinée. Cette étape d’usinage peut être mise en œuvre soit après l’étape de soudage E30, soit après l’étape de déformation E40.
Enfin, le procédé de fabrication comprend une étape de revenu E60, dans laquelle l’assemblage intermédiaire déformé 9 est durci par précipitation, de sorte à obtenir le panneau final 1 à un état métallurgique final. Généralement l’état métallurgique final du panneau final 1 est un état T8 ou T8X. Ainsi le panneau final 1 est durci et présente une bonne résistance à la corrosion. L’étape de revenu E60 est mise en œuvre en plaçant l’assemblage intermédiaire déformé 9 à au moins une température de revenu comprise entre 100 °C et 190 °C, préférentiellement entre 120 °C et 170 °C, et pendant au moins une durée de revenu comprise entre 5 h et 100 h. Plus particulièrement, il est possible de définir ladite durée de revenu en fonction d’un temps équivalent teqgrâce à la formule suivante :
Dans cette formule ledit temps équivalent teqest exprimée en heures,
T est la température de revenu exprimée en Kelvin ;
t est le temps exprimé en heures ; et
Tref est une température de référence fixée à 428 K.
De manière générale, la constante Q/R = 16378 K est dérivée de l'énergie d'activation pour la diffusion du Cuivre Q = 136100 J/mol et R correspond à la constante des gaz parfaits R=8.314 J /mol/K.
T est la température de revenu exprimée en Kelvin ;
t est le temps exprimé en heures ; et
Tref est une température de référence fixée à 428 K.
De manière générale, la constante Q/R = 16378 K est dérivée de l'énergie d'activation pour la diffusion du Cuivre Q = 136100 J/mol et R correspond à la constante des gaz parfaits R=8.314 J /mol/K.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la durée de revenu est telle que le temps équivalent teqà 428 K est compris entre 10h et 100h.
Préférentiellement, le temps équivalent est compris entre 30h et 70h lorsque l’assemblage intermédiaire comprend une première tôle épaisse 3 et une deuxième tôle épaisse 5 en un alliage d’aluminium de composition c3 (en % en poids) : Cu : 4,5 – 6,5 ; Mg : 0 – 0,8, préférentiellement 0,2 – 0,8 ; Ag : 0 – 0,6, préférentiellement 0,1 – 0,5 ; Mn : 0,2 – 0,6 ; Zr : 0,05 – 0,15 ; Zn : 0 – 0,5 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium.
Préférentiellement, le temps équivalent est compris entre 10h et 30h lorsque l’assemblage intermédiaire comprend une première tôle épaisse 3 et une deuxième tôle épaisse 5 en un alliage d’aluminium de composition c4 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 4,0 ; Mg : 0,2 – 0,7 ; Li : 0,7 – 1,5, préférentiellement 0,9 – 1,3 ; Ag : 0 – 0,5, préférentiellement 0,1 – 0,4, ou inférieur à 0,1 ; Mn : 0,1 – 0,5 ; Zr : 0,05 – 0,15 ; Zn : 0 – 0,7, préférentiellement inférieur à 0,25 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium.
Selon un mode de réalisation, l’étape de revenu E60 comprend plusieurs paliers de revenu pendant lesquels l’assemblage intermédiaire déformé est placé à différentes températures de revenu pendant différentes durées ou non.
L’ensemble des dispositions précédemment décrites permettent de fabriquer un panneau final 1 à partir de tôles épaisses initiales 3, 5 en alliage d’aluminium d’épaisseur importante. Le panneau final 1 peut en outre présenter une grande taille par la mise en œuvre de l’étape de soudage E30, et adopter une forme spécifique grâce à l’étape de déformation E40. Enfin, le fait de procéder à l’étape de déformation E40 par formage par explosion à la suite de l’étape de soudage E30 par friction malaxage permet de générer des microdéformations dans l’épaisseur de l’assemblage intermédiaire déformé 9. Ces microdéformations garantissant une meilleure précipitation au moment de la mise en œuvre de l’étape de revenu E60, en particulier dans la fibre neutre.
L’étape de déformation E40 par formage par explosion est réalisée de telle sorte à mettre en forme l’assemblage soudé. Il induit une courbure dans l’assemblage intermédiaire déformé pouvant être une simple courbure ou induire une forme plus complexe avec au moins deux courbures différentes selon au moins deux directions différentes. La courbure de l’assemblage intermédiaire déformé crée une fibre neutre à mi-épaisseur. Cette zone est non déformée plastiquement. Les inventeurs ont montré que malgré l’absence de déformation plastique dans la fibre neutre, il était possible d’augmenter la précipitation durcissante pendant le revenu si le formage était réalisé par explosion. Ils attribuent ce comportement à l’onde de choc. Il est possible de mettre en évidence ce phénomène par des essais de formage par explosion induisant une faible déformation plastique, typiquement inférieure à 0.2% ou pas de déformation plastique. Cela peut être obtenu par un essai de mise en forme d’un assemblage soudé maintenu contre une préforme, parallèle au plan de l’assemblage soudé. On peut mettre en évidence la présence de microdéformation par des mesures de microdureté en comparant le niveau de dureté avec et sans formage par explosion. Cette caractérisation peut être faite avant et/ou après revenu. Des essais de corrosion après revenu peuvent montrer l’effet bénéfique du formage par explosion. Malgré une faible déformation plastique ou l’absence de déformation plastique, la zone soudée ne montre pas de sensibilité à la corrosion feuilletante ou intergranulaire dans la zone soudée, contrairement à une soudure n’ayant pas subi de formage par explosion.
Claims (14)
- Procédé de fabrication d’un panneau final (1) en alliage d’aluminium, le procédé de fabrication comprenant successivement :
- une première étape de fourniture (E11) d’une première tôle épaisse (3) d’épaisseur comprise entre 30 et 150 mm étant à un état métallurgique T3 en un premier alliage d’aluminium de composition c1 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 6,5 ; Mg : 0 – 1,8, préférentiellement 0,2 – 1,8 ; Li : 0 – 1,5 ; Ag : 0 – 0,6 ; Mn : 0 – 0,9 ; Zr : 0 – 0,18 ; Zn : 0 – 1 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium ;
- une deuxième étape de fourniture (E12) d’une deuxième tôle épaisse (5) d’épaisseur comprise entre 30 et 150 mm étant à un état métallurgique T3 et en un deuxième alliage d’aluminium de composition c2 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 6,5 ; Mg : 0 – 1,8, préférentiellement 0,2 – 1,8 ; Li : 0 – 1,5 ; Ag : 0 – 0,6 ; Mn : 0 – 0,9 ; Zr : 0 – 0,18 ; Zn : 0 – 1 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium ;
- une étape de soudage (E30), dans laquelle la première tôle épaisse (3) et la deuxième tôle épaisse (5) sont soudées au niveau d’une zone de soudage (21) selon une direction de soudage (23), par une technique de soudage par friction malaxage de sorte à former un assemblage intermédiaire soudé (7) ;
- une étape de déformation (E40), dans laquelle l’assemblage intermédiaire soudé (7) est déformé par une technique de formage par explosion, de sorte à former un assemblage intermédiaire déformé (9) ;
- une étape de revenu (E60), dans laquelle l’assemblage intermédiaire déformé (9) est durci par précipitation, de sorte à obtenir le panneau final (1) à un état métallurgique final.
- Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel au moins un alliage d’aluminium choisi parmi le premier alliage d’aluminium et le deuxième alliage d’aluminium est de composition c3 (en % en poids) : Cu : 4,5 – 6,5 ; Mg : 0 – 0,8, préférentiellement 0,2 – 0,8 ; Ag : 0 – 0,6, préférentiellement 0,1 – 0,5 ; Mn : 0,2 – 0,6 ; Zr : 0,05 – 0,15 ; Zn : 0 – 0,5 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium.
- Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel au moins un alliage d’aluminium choisi parmi le premier alliage d’aluminium et le deuxième alliage d’aluminium est de composition c4 (en % en poids) : Cu : 3,2 – 4,0 ; Mg : 0,2 – 0,7 ; Li : 0,7 – 1,5, préférentiellement 0,9 – 1,3 ; Ag : 0 – 0,5, préférentiellement 0,1 – 0,4, ou inférieur à 0,1 ; Mn : 0,1 – 0,5 ; Zr : 0,05 – 0,15 ; Zn : 0 – 0,7, préférentiellement inférieur à 0,25 ; Ti : 0 – 0,15 ; Si : 0,15 max ; Fe : 0.1 max ; autres éléments <0,05 chacun, et <0,15 du total ; le reste aluminium.
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la composition du premier alliage d’aluminium est identique, à 5% près, à celle du deuxième alliage d’aluminium lors de la première étape de fourniture (E11) et de la deuxième étape de fourniture (E12) ; de préférence, la composition du premier alliage d’aluminium est strictement identique à la composition du deuxième alliage d’aluminium.
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la première épaisseur est égale, à 5% près, à la deuxième épaisseur lors de la première étape de fourniture (E11) et de la deuxième étape de fourniture (E12).
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape de soudage (E30) est mise en œuvre de sorte qu’une épaisseur soudée de la zone de soudage (21) soit strictement inférieure à la plus petite valeur entre la première épaisseur et la deuxième épaisseur, et soit comprise entre 30 mm et 100 mm, et préférentiellement entre 50 mm et 80 mm.
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’état métallurgique final du panneau final (1) est un état T8 ou T8X.
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’étape de soudage (E30) est mise en œuvre de sorte que la direction de soudage (23) est quasiment parallèle ou confondue avec la direction de laminage de la première tôle épaisse (3) et la direction de laminage de la deuxième tôle épaisse (5).
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel après l’étape de soudage (E30), l’assemblage intermédiaire soudé (7) présente une forme générale de plaque présentant une largeur supérieure à 2500 mm, et notamment supérieure à 3500 mm, et plus particulièrement supérieure à 4500 mm.
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l’étape de soudage (E30) est mise en œuvre lorsque la première tôle épaisse (3) et la deuxième tôle épaisse (5) sont placées côte à côte.
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l’étape de revenu (E60) est mise en œuvre en plaçant l’assemblage intermédiaire déformé (9) à au moins une température de revenu comprise entre 100 °C et 190 °C, préférentiellement entre 120 °C et 170 °C, et pendant au moins une durée de revenu comprise entre 5 h et 100 h.
- Procédé de fabrication selon la revendication 11, dans lequel la durée de revenu (E60) correspond à un temps équivalent teqà 428K compris entre 10h et 100h où le temps équivalent est défini par la formule suivante :
où T est la température de revenu exprimée en Kelvin ;
t est le temps exprimé en heures ; et
Tref est une température de référence fixée à 428K
ledit temps équivalent teqétant exprimée en heures. - Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 comprenant en outre une étape de préformage (E35), mise en œuvre entre l’étape de soudage (E30) et l’étape de déformation (E40), dans laquelle l’assemblage intermédiaire soudé (7) est préformé par roulage.
- Utilisation d’un procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 dans la construction aéronautique pour la fabrication d’éléments de structure et notamment de structure de nez de fuselage d’aéronefs, ou de fusées.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR2206978A FR3137600A1 (fr) | 2022-07-07 | 2022-07-07 | Procédé de fabrication d’un panneau final en alliage d’aluminium |
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2022
- 2022-07-07 FR FR2206978A patent/FR3137600A1/fr active Pending
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