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Assemblage métal composite : Quel procédé d’assemblage choisir?

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métal-composite 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.

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métal-composite Assemblage métal / composite : Quel procédé d’assemblage choisir?

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métal-composite 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.

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Avantages

  Démontabilité   Aspect sécurisant   Mise en œuvre relativement simple

Inconvénients :   Alourdissement de la structure dû aux éléments de liaison   Nécessité de percer le composite

Vissage / rivetage Avantages / Inconvénients

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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

Vissage / rivetage Avantages / Inconvénients

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  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.

Vissage / rivetage Les précautions à prendre

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 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.

Vissage / rivetage Les précautions à prendre

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  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

Vissage / rivetage Les précautions à prendre

Là encore des essais mécaniques sont nécessaires

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  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.

Vissage / rivetage Les précautions à prendre

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métal-composite Assemblage métal / composite Technologies vissage / rivetage

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métal-composite 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

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métal-composite 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

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métal-composite 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

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métal-composite 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

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métal-composite 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

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métal-composite 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

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métal-composite Assemblage par collage Les précautions à prendre

Les préparations de surface des métaux :

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métal-composite 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.

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métal-composite 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.

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métal-composite 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

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métal-composite 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

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métal-composite Assemblage métal / composite Les technologies innovantes

  Comeld Développé par TWI   CMT (Cold Metal Transfert) Développé par la société Fronius

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métal-composite 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?

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métal-composite 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

plastique

métal

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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

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métal-composite 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.

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