Assemblage aluminium - Aluminium joining
Les alliages d'aluminium sont souvent choisis en raison de leur rapport résistance/poids élevé, de leur résistance à la corrosion , de leur faible coût, de leur conductivité thermique et électrique élevée . Il existe une variété de techniques pour assembler l'aluminium, notamment les fixations mécaniques, le soudage , le collage , le brasage , le soudage et le soudage par friction-malaxage (FSW) , etc. Diverses techniques sont utilisées en fonction du coût et de la résistance requises pour le joint. De plus, des combinaisons de processus peuvent être réalisées pour fournir des moyens pour des assemblages difficiles à assembler et pour réduire certaines limitations de processus.
Attaches mécaniques
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Une méthode simple et bon marché pour assembler l'aluminium consiste à utiliser des attaches mécaniques (c.-à-d. boulons et écrous). Normalement, un trou est percé dans le matériau de base et une attache est placée à l'intérieur. Ce type de menuiserie nécessite un certain type de matériau de chevauchement pour qu'un joint soit réalisé. Des rivets en aluminium ou des boulons et écrous peuvent être utilisés ; cependant, les applications à fortes contraintes nécessiteraient un matériau de fixation plus résistant tel que l'acier. Cela pourrait conduire à la corrosion galvanique de différents matériaux qui ont un potentiel électrochimique variable. Une corrosion importante affaiblirait l'assemblage au fil du temps et entraînerait éventuellement une défaillance. De plus, des matériaux différents pourraient entraîner une fissuration par fatigue thermique à partir de coefficients de dilatation thermique différents . Comme l'ensemble est chauffé à plusieurs reprises, des contraintes peuvent s'accumuler et agrandir le trou de montage. Un lieu commun où les attaches mécaniques sont utilisées est le rivetage de panneaux d'aluminium à l'extérieur des avions.
Collage
L'aluminium peut être assemblé avec une variété d'adhésifs. L'aluminium peut nécessiter un certain niveau de préparation de surface et de passivation pour éliminer tout produit chimique indésirable de la surface. La passivation peut être aussi simple que l'alcool à friction ou le nettoyage aux ultrasons. Avant le collage, un ajustement à sec doit être effectué pour confirmer le bon ajustement des composants. Les adhésifs peuvent nécessiter de la chaleur, de la pression ou les deux pendant le durcissement ; cependant, l'application de l'adhésif doit être effectuée conformément aux instructions du fabricant de l'adhésif.
Préparation de surface
Pour une bonne adhérence, une certaine préparation de la surface est nécessaire. Un nettoyage de surface pour éliminer toutes les impuretés est effectué. La surface des pièces à assembler peut être rendue rugueuse avec un abrasif tel que du papier de verre. Cela fournit des aspérités de surface imbriquées et augmente la surface de liaison. Un traitement chimique peut également être nécessaire pour augmenter l'énergie de surface de l'adhérent et éliminer la couche d'oxyde. L'oxyde d'aluminium est faiblement lié à l'aluminium métallique sous-jacent et sans retrait, le joint adhésif est considérablement affaibli. Les couches d'oxydes peuvent se séparer du substrat métallique et constituent un principe clé de la théorie de la défaillance adhésive, la couche limite faible de Bikerman. Une façon de renforcer la couche d'oxyde et d'empêcher la défaillance de l'oxyde sur le substrat consiste à anodiser le matériau. L'anodisation crée une forte couche d'oxyde hexagonale avec une surface supplémentaire pour l'assemblage adhésif.
Type d'adhésifs
Le choix de l'adhésif peut être dicté en fonction du coût, de la résistance et de la ductilité nécessaire. L'amateur utilise couramment du cyanoacrylate (super colle), de l' époxy ou du JB Weld . Le silicone peut également être utilisé dans une application dans laquelle une imperméabilisation est nécessaire.
Soudage
La plupart des alliages d'aluminium peuvent être assemblés par soudage ; cependant, certains aluminiums de qualité aéronautique et d'autres alliages spéciaux ne sont pas soudables à l'aide de méthodes conventionnelles. L'aluminium est généralement soudé par soudage à l'arc sous gaz (GMAW) et par soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW). En raison de la couche d'oxyde d'aluminium, une polarité positive est nécessaire pour briser la surface pour assurer une bonne soudure. Le courant alternatif (AC) est également utilisé pour permettre les avantages d'une polarité négative qui fournit une pénétration et une polarité positive suffisante pour une soudure sans confinement. Pour plus de détails sur les paramètres de soudage, les codes de soudage structurel de l'aluminium sont disponibles dans AWS D1.2. Le soudage de l'aluminium crée généralement une région ramollie dans le métal fondu et la zone affectée thermiquement. Des traitements thermiques supplémentaires peuvent être nécessaires pour obtenir un matériau acceptable pour une application. Le soudage industriel est également couramment utilisé dans l'assemblage de l'aluminium : le soudage par friction-malaxage , le soudage au laser et le soudage par ultrasons sont quelques-uns des nombreux procédés utilisés.
Brasage et brasage
L'aluminium peut être brasé ou soudé à presque tous les matériaux, y compris le béton, la céramique ou le bois. Le brasage et le brasage peuvent être appliqués manuellement ou par une technique automatisée. Le brasage manuel de l'aluminium peut être difficile en raison de l'absence de changement de couleur observable avant la fusion. Semblable à d'autres techniques, l'oxyde fort de l'aluminium peut empêcher une bonne liaison. Des acides et des bases forts peuvent être utilisés pour affaiblir l'oxyde ou des fondants agressifs peuvent être utilisés. Les alliages de brasage pour l'aluminium doivent avoir une température de fusion relativement basse, inférieure à la température de fusion de l'aluminium (660 °C). De plus, les alliages d'aluminium à haute teneur en magnésium peuvent « empoisonner » les flux et abaisser la température de fusion, ce qui peut entraîner un joint fragile. Dans certains cas, les pièces en aluminium peuvent être revêtues d'un matériau différent et brasées avec une technique et un matériau de remplissage plus courants. Les joints brasés nécessitent un chevauchement des pièces. La quantité de chevauchement peut grandement affecter la résistance du joint.
Soudage par friction malaxage
Le soudage par friction-malaxage est un processus d'assemblage à l'état solide qui utilise un outil non consommable pour assembler deux pièces en vis-à-vis sans faire fondre le matériau de la pièce. La chaleur est générée par la friction entre l'outil rotatif et le matériau de la pièce, ce qui conduit à une région ramollie à proximité de l' outil FSW . Pendant que l'outil est traversé le long de la ligne de joint, il entremêle mécaniquement les deux pièces de métal et forge le métal chaud et ramolli par la pression mécanique appliquée par l'outil, un peu comme l'assemblage de l'argile ou de la pâte. Il a été principalement utilisé sur l' aluminium forgé ou extrudé et particulièrement pour les structures nécessitant une résistance de soudure très élevée.