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Caractérisation d’un plancher de cockpit conçu avec soudure FSW

À ce jour, un plancher cockpit est un élément très long et fastidieux à assembler, car nécessitant de très nombreux rivets dont la mise en place est très chronophage.

Friction Stir Welding, ou soudage par friction-malaxage

L’Icam, en partenariat avec Latécoère (porteur du projet), Constellium (fournisseur de matière première), a travaillé pendant 5 ans à la caractérisation d’un plancher obtenu par soudage d’éléments selon une technologie innovante : le FSW (pour Friction Stir Welding, ou soudage par friction-malaxage). Cette technique consiste à appliquer, au niveau du cordon de soudage à réaliser, un effort de pression sur un pion métallique soumis à un mouvement de rotation. La friction créée permet d’élever la température du métal à souder, et de mélanger la matière des 2 pièces à assembler sans atteindre leur fusion. L’avantage de cette technologie innovante est la réduction de l’abattement mécanique dû à l’échauffement lors du soudage traditionnel.

Latécoère a réalisé un film permettant de décrire le projet à l’occasion de sa présentation au salon du Bourget en juin 2019 :

Lors de ce projet, l’Icam a principalement caractérisé les assemblages soudés afin de déterminer l’influence de multiples paramètres :

  • Etat de santé de la matière première ;
  • Nuance de matière première utilisée ;
  • Etat métallurgique de cette matière première ;
  • Paramètres de soudage FSW (matière du pion de soudage, vitesse de rotation du pion, vitesse d’avance du pion, inclinaison du pion, entre autres) ;
  • Longueur de cordon de soudage réalisé.

Les caractérisations ont principalement concerné :

  • L’analyse microstructurale des zones soudées et des zones affectées thermiquement (ZAT) environnantes. Pour cela, des échantillons prélevés dans des assemblages soudés ont été polis, attaqués chimiquement, et observés en microscopie optique et en microscopie électronique à balayage (MEB).

    Cliché en microscopie optique d’un cordon de soudure FSW

  • Analyse par EDX (Energy of Dispersive X-rays) de la composition chimique de grains particuliers dans la microstructure en diverses zones des assemblages soudés :

    Spectre EDX (Energy of Dispersive X-rays)

  • L’analyse mécanique de l’assemblage soudé. Cette analyse s’est scindée en de multiples étapes :
    • Mesures de microdureté en filiation selon l’axe transverse du cordon ;

Profil de microdureté en transverse du cordon de soudure

    • Caractérisation mécanique en traction statique et en fatigue des assemblages soudés, et analyse fractographique pour déterminer les modes de rupture et examiner les causes potentielles de départ de fissure ;

      Clichés MEB d’une surface de rupture

    • Tenue au pliage d’assemblages soudés par FSW ;

Assemblages soudés après test de pliage

  • Tenue à la corrosion sous contrainte en milieu salin, et tenue à la corrosion sous phénomène de couplage galvanique : 

Traces d’oxydation en corrosion sous contrainte et milieu salin sur assemblage soudé par FSW

L’ensemble des résultats obtenus, avec les moyens humains et matériels mis en place, a permis de fournir les préconisations quant aux paramètres optimaux de soudage FSW, ainsi qu’au dimensionnement des assemblages réalisés. Un prototype de plancher cockpit, à l’échelle 1, a ainsi pu être réalisé au sein de l’entreprise TRA-C, et présenté lors du salon du Bourget 2019.

Prototype de plancher cockpit soudé par FSW (échelle 1) présenté au salon du Bourget (édition 2019)

Il s’agit d’un projet de MSI (Mémoire Scientifique de l’ingénieur) réalisé par 20 élèves ingénieurs Icam de 5e année sur 5 ans. Chaque semestre, un binôme d’élèves a travaillé sur ces caractérisations. Profitons de cet article pour féliciter Olivier Quenard, chef de projet Icam sur ce projet et l’ensemble des élèves qui se sont succédés pour permettre son aboutissement .

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