Assemblage métal composite : Quel procédé d assemblage choisir?

Transcription

1 Assemblage métal composite : Quel procédé d assemblage choisir?

2 Assemblage métal / composite : Quel procédé d assemblage choisir? Afin de répondre aux exigences des utilisateurs - allégement des structures, esthétique, nouvelles fonctionnalités telles que l isolation électrique ou l amortissement, les systèmes multi matériaux se généralisent. L utilisation de matériaux aux comportements mécaniques très différents concentre la problématique technique à la jonction mécanique des matériaux à assembler.

3 Assemblage métal / composite : Quel procédé d assemblage choisir?

4 Assemblage métal / composite : Quel procédé d assemblage choisir? On peut classer les technologies d'assemblage dans trois grandes catégories : Les technologies usuelles qui peuvent être transposées des applications métal/métal comme le vissage ou le rivetage. La technologie d'assemblage par collage. Les technologies non existantes à ce jour, ou en gestation technologique, qu'il faudra développer.

5 Vissage / rivetage Avantages / Inconvénients Avantages Démontabilité Aspect sécurisant Mise en œuvre relativement simple Inconvénients : Alourdissement de la structure dû aux éléments de liaison Nécessité de percer le composite

6 Vissage / rivetage Avantages / Inconvénients Inconvénients : Concentration de contrainte du composite aux bords des trous Relaxation/fluage des composites : tenue dans le temps de l assemblage? Quid de la tenue du composite au gonflement de la tête de rivet? Ne permet de compenser ni les différences de dilatation thermique ni les différences de tolérances dimensionnelles

7 Vissage / rivetage Les précautions à prendre Supprimer les angles intérieurs vifs des filets Les têtes de rivets ou tête de vis seront choisies préférentiellement larges afin de répartir les efforts. De même, une rondelle sous tête de vis permettra de limiter l endommagement du composite. Privilégier, par les règles de conception, une rupture en matage du composite.

8 Vissage / rivetage Les précautions à prendre Lors du perçage, maintenir la face arrière du composite afin d éviter le délaminage Les paramètres de perçage entre composite et matériaux métalliques peuvent être différents. Dans ce cas des paramètres intermédiaires doivent être testés.

9 Vissage / rivetage Les précautions à prendre Les règles de conception peuvent également être différentes entre un métal et un composite. Les rapports l/d et p/d recommandés pour un assemblage composite/ composite sont supérieurs à ceux recommandés dans le cas d un assemblage métal/métal. 5 l/d 2,5 dans le cas du métal et l/d 5 dans le cas du composite Là encore des essais mécaniques sont nécessaires

10 Vissage / rivetage Les précautions à prendre Dans le cas d un composite fibre de carbone et afin d éviter les problèmes de corrosion galvanique : Ajout d un plis chargé verre à la surface du composite Choix d éléments de fixation non conducteur Afin de compenser les tolérances dimensionnelles, le composite peut être fabriqué avec un ou deux plis sacrificiels.

11 Assemblage métal / composite Technologies vissage / rivetage

12 Assemblage par collage Avantages / Inconvénients Avantages Méthode d assemblage universelle Assemblage sans affaiblir Suppression de la corrosion galvanique Absorption des dilatations différentielles Amortissement bruit et vibration Absorption des différences dimensionnelles Etanchéité

13 Assemblage par collage Avantages / Inconvénients Inconvénients Tenue en température Préparation des surfaces Temps de manipulation des pièces Durabilité des assemblages en milieux agressifs Indémontable Dimensionnement

14 Assemblage par collage Les restrictions Le collage est une technologie bien adaptée à l assemblage métal/composites. Des restrictions existent : Les colles polymérisant en joints minces (colle anaérobie ou cyanoacrylate), les doubles faces non supportés qui ne permettront pas de compenser les différences de tolérances dimensionnelles Dans le cas de supports opaques, les colles pures UV ne peuvent être utilisées Les colles trop rigides ne permettront pas de compenser les différences de dilatation thermiques des supports Les colles polymérisant à chaud ne doivent pas avoir une température de polymérisation supérieure à la température de dégradation du composite

15 Assemblage par collage Les précautions à prendre La qualité d un collage est influencée par différents facteurs : La viscosité de la colle La mouillabilité des supports La propreté des supports Une polymérisation complète de la colle

16 Assemblage par collage Les précautions à prendre Les préparations de surface sont indispensables pour un «bon» collage. Elles permettent de Dégraisser les supports Eliminer les couches indésirables Augmenter la rugosité Modifier la composition chimique de la surface

17 Assemblage par collage Les précautions à prendre Les préparations de surface des métaux : Les métaux se couvrent naturellement d une couche d oxyde qui doit être ôtée avant collage Adhésion sur le métal potentiellement insuffisante Cohésion interne faible Une tension de surface faible

18 Assemblage par collage Les précautions à prendre Les préparations de surface des métaux :

19 Assemblage par collage Les précautions à prendre Les préparations de surface des composites : Les composites thermodurcissable possèdent généralement une tension de surface suffisante. Un tissu de délaminage permet d assurer un état de surface compatible avec le collage.

20 Assemblage par collage Les précautions à prendre Les préparations de surface des composites : Les composites thermoplastiques présentent des tensions de surface faibles. Des traitements physico-chimique doivent être mis en œuvre.

21 Assemblage par collage Quelques règles pratiques Conception d un joint collé Dans le cas de deux matériaux différents l effort à transmettre sera maximal pour E1e1=E2e2 Les dilatations différentielles peuvent être absorbées en Choisissant une colle souple Augmentant l épaisseur du joint de colle Choisissant une température de polymérisation de la colle de façon à avoir un ΔT minimum Avec ΔT= T extrême - T polym

22 Assemblage métal / composite Technologie du collage Le collage est une technologie bien adaptée à l assemblage multimatériaux. Un certains nombre de verrous existent : Compréhension des mécanismes d adhésion Prise en compte des interfaces dans les dimensionnements numériques L hygiène et la sécurité Prédiction du comportement à long terme

23 Assemblage métal / composite Les technologies innovantes Comeld Développé par TWI CMT (Cold Metal Transfert) Développé par la société Fronius

24 Assemblage métal / composite Les Technologies innovantes Clinchage : Assemblage tôle métallique / tôle composite thermoplastique Sujet en développement au Cetim Nécessite de travailler la formabilité des tissus Rivets auto perforants : une solution à optimiser Pour quelle tenue mécanique? Endommagement du composite au regard d un perçage plus classique?

25 Assemblage métal / composite Les Technologies innovantes Rivetage de TP fibres longues Méthode d assemblage développée par l université de Dresde Permettant conserver l intégrité des fibres d un composite thermoplastique lors du rivetage. Rivet hybride Développé par GKSS Allemagne métal plastique

26 Assemblage métal / composite Les Technologies innovantes Collar joining Développé par BASF Procédé TOX Méthode d assemblage développée par la société TOX d une tôle métallique sur une pièce composite sans éléments de fixation

27 Assemblage métal / composite Quel procédé d assemblage choisir? Les technologies classiques type vissage ou rivetage peuvent être utilisées dans le cadre d un assemblage multi matériaux sous réserve de prendre quelques précautions. Un certains nombre de points restent à étudier (comme l impact du fluage des composites dans le temps, ). Le collage est également une technologie bien adaptée sous réserve d une bonne conception du joint (géométrie, préparation de surface te nature de colle). Cette technologie doit encore progresser (compréhension des mécanismes de l adhésion, durabilité des joints collés, ). Les technologies nouvelles ne présentent pas aujourd hui un niveau de maturité suffisant et restent à développer.

28 MERCI POUR VOTRE ATTENTION