Assemblage

Méthodes d’assemblage d’aluminium

Boulonnage

Le boulonnage est une technique d’assemblage qui permet de joindre plusieurs plaques. Il est possible d’utiliser des boulons en alliage d’aluminium 2024-T4, 6061-T6 et 7075-T73 alors que les écrous sont en alliage 6262-T9. Il est primordial d’utiliser des rondelles, souvent en acier, sous la tête du boulon et de l’écrou. Les rondelles permettent de distribuer le stress induit aux boulons et aux écrous, d’assurer un serrage adéquat lorsque les trous sont surdimensionnés et protège la surface des pièces assemblées. Cependant, l’utilisation de rondelles en acier augmente les risques de corrosion galvanique, il est alors important d’effectuer des protections en conséquence. Le boulonnage permet de démonter l’assemblage lorsqu’il est nécessaire. ^[1] [2]

Brasage

Le brasage permet de lier deux pièces métalliques. Il s’agit d’une forme de soudure qui consiste à utiliser un métal d’apport ayant une température de fusion inférieure aux pièces que nous désirons assembler. Il est recommandé d’utiliser les pièces en alliage d’aluminium avec une température de fusion supérieur à 620°C étant donné que les alliages d’apports ont une température de brasage autour de 600°C. Il est important de prendre conscience de l’environnement dans lequel l’assemblage sera utilisé. Il est possible que de la corrosion galvanique se propage s’il y a présence d’humidité. ^[3]

Consultez le feuillard technique sur le brasage de l’aluminium du CQRDA pour plus d’infos.

Coinçage

Cet assemblage permet d’être résistant tout en permettant, au besoin, de désassembler facilement les pièces. Les pièces sont amovibles et libres de manipulation. ^[4]

Collage

Le collage est un mode d’assemblage relativement nouveau. Il consiste à joindre plusieurs plaques à l’aide d’un adhésif. Il est possible de coller des matériaux de différentes natures comme l’aluminium avec du verre, l’aluminium avec du bois, l’aluminium avec de l’acier, etc. La polymérisation des adhésifs se fait à basse température ce qui évite d’affecter thermiquement l’alliage d’aluminium. Selon les besoins de l’application, une préparation des surfaces à coller peut s’avérer nécessaire afin d’obtenir un joint performant. L’étanchéité de l’adhésif protège l’assemblage contre les infiltrations, ce qui protège aussi l’aluminium contre la corrosion galvanique dans le cas d’assemblage aluminium-acier. ^[5]

Consultez le feuillard technique sur le collage de l’aluminium du CQRDA pour plus d’infos.

Rabattage (sertissage)

Le sertissage est une méthode d’assemblage entre plusieurs feuilles de métal. Il consiste à replier le rebord d’une ou des feuilles afin de les joindre entre elles. Le sertissage remplace le soudage ce qui évite les défauts d’aspect et les zones affectées thermiquement (ZAT). Ce procédé d’assemblage est grandement utilisé dans l’industrie automobile pour les tôles de portière. ^[6] Le sertissage est aussi le procédé utilisé afin de refermer les boîtes de conserve.

Rivetage

Le système d’assemblage par rivetage est très semblable au boulonnage. Le rivetage consiste à joindre les plaques avec un rivet. Le rivet est déformé plastiquement afin de transmettre une pression et de maintenir les pièces en place. Les alliages 6053-T61, 6061-T6 et 7075-T73 sont utilisés pour fabriquer les rivets. ^[7]

Rivetage autoperçant

Ce mode d’assemblage est couramment employé dans l’industrie automobile. Il comprend une matrice en forme d'anneau, un dispositif de retenue et un poinçon. Il consiste à assembler solidement des matériaux de natures et d’épaisseurs différentes. Le principe consiste à faire pénétrer un rivet dans la ou les première(s) épaisseur(s) de matière. Un point d’assemblage résistant est créé en une seule opération, sans émission d’étincelle ou de fumée. ^[8]

Soudage (TIG GTAW, MIG GMAW)

TIG (tungstène sous gaz inerte) ou GTAW (tungstène sous protection gazeuse) : Ces procédés peuvent être effectués manuellement ou adaptés à un équipement automatique. Ils peuvent être utilisés en production ainsi que pour des réparations ponctuelles nécessitant de la soudure. La chaleur de ces procédés de soudage est générée à partir d'un arc électrique entre une électrode de tungstène et les pièces à assembler. Il s'agit d'un processus qui offre un contrôle précis de la chaleur de soudure et qui est couramment utilisé pour le soudage de minces métaux de base. ^[9] Les procédés utilisent de l'argon ou d'autres mélanges de gaz inertes et doivent être effectués avec un métal d’apport.

MIG (gaz inerte métal) ou GMAW (arc métal sous protection gazeuse) : Sont des procédés de soudage semi-automatiques ou automatiques dans lesquels une électrode métallique continue et un gaz (inerte ou actif) sont alimentés à travers un pistolet à souder. Ils fusionnent le métal par chauffage avec un arc. Avec ce type de soudure, l’arc est placé entre l’électrode métallique de remplissage et les pièces à assembler. ^[10] Dans ce type de soudage, le métal d’apport est aussi l’électrode.

Dans tous les types de soudage par fusion, il est important de considérer la zone affectée thermiquement (ZAT). La ZAT est la zone où le métal de base est affecté par l’apport de chaleur dû au soudage. La trempe de cette zone est modifiée ce qui en change les propriétés mécaniques. En effet, la résistance à la traction est réduite alors il est important d’en prendre conscience lors de la conception. ^[11] Par exemple, l’aluminium 6061-T6 a une limite d’élasticité de 240 MPa avant le soudage et la ZAT après soudage a une limite d’élasticité de 110 MPa. ^[12] Tandis que la limite d’élasticité d’un cordon de soudure fait avec un métal d’apport d’aluminium 4043 est de 170 MPa. ^[13] Des joints qui seront assemblés par soudure seront donc conçus avec des géométries qui tiendront compte de ces pertes de propriétés mécaniques. Il est toutefois possible de récupérer les propriétés perdues par un traitement thermique adéquat, en autant que la taille de l’assemblage le permette.

Consultez le feuillard technique sur les procédés de soudage du CQRDA pour plus d’infos.

Soudage faisceau d’électron

Le soudage faisceau d'électron est un procédé de soudage par fusion où la chaleur est générée par l’impact d’électrons qui possèdent une énergie cinétique importante et qui sont lancés à grande vitesse dans le vide par un canon à électrons. Ce processus provoque la fonte puis le soudage des matériaux. ^[14]

Soudage au laser

C’est une technique de soudage qui permet d'assembler plusieurs pièces de métal à l'aide d’un laser. Celui-ci a une forte puissance et fournit une grande quantité de chaleur sur une zone précise ainsi qu’un refroidissement rapide. Cette technique est souvent utilisée pour de gros volumes de production comme par exemple, dans l'industrie automobile. De plus, il n’est pas nécessaire d’utiliser de gaz de protection. ^[16]

Consultez notre article sur le soudage laser de l'aluminium.

Soudage par points par résistance

Cette technique est réalisée par une forte intensité électrique et une pression. L'intensité électrique traverse la matière et chauffe celle-ci jusqu'à sa fusion. La pression maintient le contact et les résistances entre l'électrode et l'assemblage. Cette technique est dépendante de la résistance électrique du matériau, de l'épaisseur totale de l'assemblage et du diamètre des électrodes. ^[17]

Soudage plasma

Ce type de soudage se fait par l’arc électrique au jet de plasma. Il permet l'assemblage de tôles jusqu'à une épaisseur de 8 mm, sans préparation du joint. ^[18] Lorsque la longueur des éléments à assembler atteint 3 à 4 m (10 à 13’), le soudage plasma est recommandé. Ce type de soudage est assez rapide. ^[19]

Soudage par friction malaxage (FSW)

Le soudage friction malaxage est un procédé de soudage à l’état solide. Pour se faire, il faut un pion en rotation pour amener deux plaques en contact à assembler qui sont solidement maintenues dans un état pâteux. La force appliquée continuellement, combinée à la rotation de l’outil génère de la chaleur par friction et déformation plastique. ^[15]

Le soudage par friction malaxage repose sur une invention dont le premier brevet a été déposé en 1991 par The Welding Institute (TWI). Cette technologie s’appuie aujourd’hui sur de nombreuses années de recherche.

Consultez notre article sur le soudage de l'aluminium par friction malaxage (FSW). 

En juin 2018 se déroulait le 12e Symposium international sur la soudure par friction malaxage à Chicoutimi. Ce forum mondial unique a permis aux professionnels du monde entier la possibilité de partager et de développer des connaissances scientifiques et techniques sur le soudage par friction-malaxage. Le Centre d’expertise et d’innovation sur l’aluminium d’AluQuébec a profité de cette occasion pour réaliser des entrevues avec des spécialistes du procédé.

Références :
^[1] Beaulieu, D. (2003). Calcul des charpentes d’aluminium. Chicoutimi, Québec : La Presse de l’aluminium.
^[2] Groover, M.P., (2010). Fundamentals of modern manufacturing. material, processes and systems (4e Edition). Hoboken, NJ : John Wiley & sons Inc.
^[3] Beaulieu, D. (2003). Calcul des charpentes d’aluminium. Chicoutimi, Québec : La Presse de l’aluminium.
^[4] Centre de développement pédagogique. (2008). Dossier sur les matériaux. En ligne. http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/UserFiles/File/telechargement/plastiques_ST_STE_materiaux_dossier.pdf p.18
^[5] Beaulieu, D. (2003). Calcul des charpentes d’aluminium. Chicoutimi, Québec : La Presse de l’aluminium.
^[6] N. Le Maoût. (2009). Analyse de procédés de sertissage de tôles métalliques. Aspects expérimentaux et numériques, endommagement des pièces serties. Document PDF. Repéré à https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00414094/document p.13
^[7] Beaulieu, D. (2003). Calcul des charpentes d’aluminium. Chicoutimi, Québec : La Presse de l’aluminium.
^[8] Bollhoff. (2017). Rivset. En ligne. Repéré à http://www.bollhoff.fr/fr/fr/composants-d-assemblage/techniques-de-sertissage/rivet-auto-poinconneurs-rivset.php
^[9] Haynes International. (2017). Gas Tungsten Arc Welding (GTAW / “TIG”). En ligne. Repéré à http://www.haynesintl.com/alloys/fabrication-brochure/welding-and-joining/gas-tungsten-arc-welding-(gtaw-tig-)
^[10] S. Bishop. (2006). MIG /GMAW welding versus TIG/GTAW welding. En ligne. Repéré à https://www.arc-zone.com/blog/carmenelectrode/archive/2006/10/mig-gmaw-welding-versus-tiggtaw.html
^[11] Beaulieu, D. (2013). Les caractéristiques de l’aluminium structural (2e Edition). Chicoutimi, Québec : Les Presses de l’aluminium.
^[12] Association canadienne de normalisation. (2005). Calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium/ commentaire sur la CSA S157-05, Calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium (Publication n° ISBN 1-55397-960-5)
^[13] Association canadienne de normalisation. (1991). Construction soudée en aluminium. (Publication n° ISSN 0317-8935) Rexdale, Ontario : Association canadienne de normalisation.
^[14] N. Van Caenegem. (année inconnue). SOUDAGE PAR FAISCEAU D’ELECTRONS. Document PDF. Repéré à http://www.bil-ibs.be/sites/default/files/publicaties/200903_125f34_soudage_par_faisceau_delectrons_microsoud.pdf p.1
^[15] Association canadienne de normalisation. (1991). Construction soudée en aluminium. (Publication n° ISSN 0317-8935) Rexdale, Ontario : Association canadienne de normalisation.
^[16] Beaulieu, D. (2013). Les caractéristiques de l’aluminium structural (2e Edition). Chicoutimi, Québec : Les Presses de l’aluminium.
^[17] SD service. (2008). Le soudage par résistance. Document PDF. Repéré à http://www.sdservice.fr/LE%20SOUDAGE%20PAR%20RESISTANCE%20SD%20SERVICE%20-%202012.pdf p.1
^[18] EP Concept. (2013). Le soudage plasma. Document PDF. Repéré à http://ep-c.fr/services-industriel/le-soudage/137-le-soudage-plasma.pdf?type=raw p.3
^[19] Blue Shield. (20xx). Procédés plasma et TIG. Applications de soudage automatique. Document PDF. Repéré à http://www.blueshield.ca/fr/docs/pdf/marketingInfo/brochures/PlasmaTig_Color_F.pdf p.4