Alliages légers et méthodes de soudage
Du fait qu'un avion léger consomme moins de carburant, les concepteurs d'aéronefs sont en permanence à la recherche de nouvelles solutions pour les alléger. Des ingénieurs ont récemment utilisé des alliages et techniques de soudage inédits. Le projet AFSIAL (Advanced fuselage and wing structure based on innovative Al-Li alloys), financé par l'UE, a développé les alliages et méthodes permettant d'atteindre cet objectif. Engagé dans l'entreprise commune Clean Sky, AFSIAL a combiné les matériaux les mieux adaptés à des processus de soudage optimisés pour alléger les assemblages sans affecter leur résistance. Les nouveaux alliages associent aluminium, cuivre et lithium. L'équipe a utilisé le soudage laser comme nouvelle technique d'assemblage, et étudié le soudage laser hybride et le soudage double-face. Elle a combiné l'ensemble des nouveaux matériaux et procédures à une modélisation avancée de la conception pour produire et tester des panneaux métalliques optimisés destinés aux avions. Les chercheurs ont commencé par identifier et sélectionner séparément les nouveaux alliages aluminium/lithium les plus adaptés aux fuselages et ailes d'avion. Les alliages à faible teneur en lithium présentaient les combinaisons de propriétés les plus adaptées. Les chercheurs ont choisi l'alliage 2198 T8 pour le fuselage et le 7150 T6 pour les ailes. L'équipe a aussi recommandé les processus de soudage et de trempe les plus adaptés à chaque alliage. Ensuite, elle a comparé les différents processus de soudage laser potentiels adaptés à chacune des applications cibles. Elle a évalué les qualités, la vitesse, la pénétration, l'apport de chaleur et la consommation énergétique respectives de chaque technique de soudage. Les chercheurs ont conçu et fabriqué un ensemble de panneaux rigidifiés pour avions, notamment deux sections de fuselage et deux sections incurvées pour aile Ils ont résolu le problème posé par la détection automatique du flambage du panneau ou du système entier. Les principaux accomplissements du projet ont été la définition et la validation d'une procédure automatisée d'optimisation qui ont conduit à la production de panneaux plus minces ainsi qu'à d'autres améliorations. Le gain de poids autorisé par les nouveaux panneaux était généralement compris entre 16 et 30 %, voire parfois même de 50 %. Bien que le projet AFSIAL n'ait pas pu procéder à la vérification expérimentale du processus de soudage, les travaux réalisés constituent une avancée importante dans la conception des avions et contribueront à des économies futures en termes de poids et de carburant.
Mots‑clés
Avion, AFSIAL, fuselage, structure d'aile, alliages aluminium-lithium, soudage laser
