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AF — CelluleChapitre 2 · 53 questions pratiques

Chapitre 2 : Structures d'aéronef — Soudage et plastiques

Comprend 12 diagrammes animés — voyez-les en direct dans le lecteur de théorie interactif.

Aperçu du chapitre : Soudage et plastiques

Ce chapitre couvre deux domaines distincts mais essentiels de la réparation des structures d'aéronefs : les techniques de soudage des métaux et la réparation des matériaux plastiques et composites. La maîtrise de ces techniques est cruciale pour le technicien d'entretien d'aéronefs (TEA), car elle permet de restaurer l'intégrité structurelle des composants tout en respectant les normes de navigabilité. Le chapitre aborde les procédures de soudage (TIG, oxyacétylénique), le choix des baguettes d'apport, les défauts de soudure, les méthodes de contrôle non destructif (CND), ainsi que les techniques de réparation des plastiques thermodurcissables et thermoplastiques, incluant le collage, le stratification humide et l'utilisation de matériaux pré-imprégnés (prepreg).

Concepts clés

Soudage des métaux

Bain de fusion et zone affectée thermiquement Bain de fusion et zone affectée thermiquement 1. Progression du chalumeau/arc Métal de base Progression 2. Bain de fusion et baguette d'apport Bain de fusion Baguette d'apport Le métal d'apport fond et s'écoule dans le bain de fusion pour créer le cordon de soudure. 3. Refroidissement et zone affectée thermiquement (ZAT) Cordon ZAT Zone tampon Refroidissement ZAT (Zone Affectée Thermiquement) • Métal non fondu, mais structure modifiée par chaleur Refroidissement rapide → Martensite dans l'acier (durcissement excessif) Traitement thermique post-soudure (détensionnement) souvent nécessaire pour réduire les contraintes résiduelles. Bain de fusion ZAT Zone tampon Métal de base non affecté

Types de soudage et applications

Choix du procédé de soudage Choix du procédé de soudage Sélection selon le matériau, l'épaisseur et l'application — Formation AME Transports Canada PROCÉDÉ MATÉRIAUX ÉPAISSEUR APPLICATIONS Oxyacétylénique (OAW) Flammme neutre requise Ni carburante ni oxydante Tubes en acier 4130 Acier au carbone (faible alliage) Parois minces à moyennes 0,020 – 0,125 po (0,5 – 3,2 mm) Tubes et châssis de fuselage en 4130 Supports moteur Réparations structurelles TIG (GTAW) Électrode de tungstène non consommable Gaz inerte : argon AC : alu / DC : acier, titane Alliages d'aluminium Acier inoxydable Magnésium Titane Tôles minces à moyennes 0,020 – 0,250 po (0,5 – 6,4 mm) Précision élevée Réparations structurelles Réservoirs carburant alu Conduites hydrauliques Carters magnésium Pièces titane MIG (GMAW) Électrode consommable Gaz de protection Dépôt continu Acier Acier inoxydable Aluminium (moins courant) Épaisseurs moyennes à épaisses > 0,125 po (3,2 mm) Applications non critiques Réparations secondaires Supports, brackets Soudage par points Résistance électrique Pression + courant Tôles d'aluminium Tôles d'acier Assemblages légers Tôles minces 0,010 – 0,063 po (0,25 – 1,6 mm) Revêtements Cloisons Fixation non structurelle ⚠ Aluminium 7075-T6 : soudage déconseillé (fissuration à chaud) — Magnésium : extincteur classe D requis — Titane : protection argon stricte
  • Soudage TIG (GTAW - Gas Tungsten Arc Welding) : Procédé utilisant une électrode de tungstène non consommable et un gaz inerte (généralement de l'argon) pour protéger le bain de fusion. Il est privilégié pour les alliages d'aluminium, l'acier inoxydable, le magnésium et le titane. Le courant alternatif (AC) est utilisé pour l'aluminium afin de briser la couche d'oxyde tenace (effet de nettoyage). Le courant continu (DC) est utilisé pour l'acier et le titane.
Soudage TIG : courant alternatif vs continu Soudage TIG : courant alternatif vs continu COURANT ALTERNATIF (AC) Forme d'onde — demi-alternance électrode positive + + + + − − − Demi-alternance positive : effet de nettoyage Demi-alternance négative : pénétration modérée Électrode tungstène Aluminium Couche d'oxyde (Al₂O₃) ✓ Effet de nettoyage : brise la couche d'oxyde Recommandé pour l'aluminium et le magnésium COURANT CONTINU (DC) Forme d'onde — courant continu constant Courant constant (électrode négative) Pénétration plus profonde dans le métal de base Pas d'effet de nettoyage de la couche d'oxyde Électrode tungstène Acier / Titane ✓ Pénétration profonde Acier, titane, magnésium — avec argon Gaz de protection : argon pur pour tous les procédés TIG. Le magnésium nécessite des précautions incendie (extincteur classe D).
  • Soudage oxyacétylénique : Utilisé principalement pour les tubes en acier 4130. La flamme doit être neutre (ni carburante, ni oxydante) pour éviter la contamination du métal.
  • Soudage MIG (GMAW - Gas Metal Arc Welding) : Moins courant en aéronautique pour les réparations structurelles, mais peut être utilisé pour certaines applications non critiques.

Choix des baguettes d'apport

Matrice de choix des baguettes d'apport Matrice de choix des baguettes d'apport Compatibilité métal de base → métal d'apport pour réparations structurelles aéronautiques Métal de base Baguette d'apport recommandée Notes / Précautions Aluminium 2024 Alliage Al-Cu 4043 (Al-Si) Bonne fluidité, résiste à la fissuration TIG en courant alternatif (AC) Nettoyage oxyde par effet de "cathodique" Aluminium 6061 Alliage Al-Mg-Si 4043 (Al-Si) Évite la fissuration à chaud Traitement thermique post-soudure recommandé pour restaurer la résistance Aluminium 7075 Alliage Al-Zn 5356 (Al-Mg) ⚠ Fissuration à chaud Soudage généralement DÉCONSEILLé Risque élevé de fissuration à chaud Acier 4130 Acier au chrome-molybdène Baguette assortie Même composition que le métal de base Soudage oxyacétylénique : flamme neutre Détensionnement après soudure requis Acier inoxydable Série 300 / 400 Baguette assortie Inox de même nuance TIG en courant continu (DC) Gaz de protection : argon Fonte Pièces moulées Base nickel Baguette au nickel pur Préchauffage recommandé Refroidissement lent pour éviter la trempe Magnésium et titane : baguettes assorties avec précautions spéciales (inflammabilité Mg, protection gazeuse Ti)

Le choix de la baguette d'apport est critique pour garantir la résistance mécanique et la résistance à la corrosion de la soudure. Il doit correspondre ou être compatible avec le métal de base.

Diagramme — Structures d'aéronef — Soudage et plastiques Métal de baseBaguette d'apport recommandéeRaisonAluminium 20244043 (Al-Si)Bonne résistance à la fissuration etrésistance mécanique adéquate.Aluminium6061-T64043 (Al-Si)Le dépôt de soudure est légèrement plusrésistant que la zone thermiquementaffectée (ZAT) sur-adoucie.Aluminium7075-T65356 (Al-Mg)L'alliage 7075 est très sujet à lafissuration à chaud. La baguette 4043peut provoquer des fissures. Le soudagedu 7075 est généralement déconseillé.Acier 41304130 (même composition)Assure des propriétés mécaniques et unerésistance à la corrosion identiques.AcierinoxydableMême composition que le métal debaseÉvite la corrosion galvanique etmaintient la résistance à la corrosion.FonteBase nickelS'adapte aux propriétés de la fonte etprévient la fissuration.TitaneMême composition que le métal debaseNécessite une protection gazeuse inerte(argon) rigoureuse pour éviter lacontamination.MagnésiumMême composition que le métal debaseNécessite des précautions incendiestrictes (extincteur classe D).

Paramètres de soudage et défauts

Défauts de soudure: causes et indices Défauts de soudure: causes et indices POROSITÉ Cordon de soudure ● Gaz emprisonnés Causes: • Contamination (huile, graisse, humidité) • Manque de gaz de protection • Courant trop faible • Vitesse de déplacement trop rapide Indices: • Petites cavités visibles en surface • Détection par ressuage ou radiographie → Réparation: enlèvement complet et re-soudure MANQUE DE PÉNÉTRATION Coupe transversale du joint Cordon ▲ Manque de fusion racine Causes: • Courant trop faible • Vitesse de déplacement trop rapide • Angle d'électrode incorrect • Préparation du joint inadéquate Indices: • Cordon étroit et haut • Absence de fusion à la racine → Détection par radiographie FISSURES Cordon avec fissures Fissures longitudinales Causes: • Refroidissement trop rapide • Contraintes résiduelles élevées • Alliages sensibles (ex: 7075-T6) • Contamination du bain de fusion Indices: • Lignes visibles en surface (ressuage) • Détection par magnétoscopie → Traitement thermique post-soudure requis CANIVEAU (SOUS-CAVITÉ) Profil du cordon Caniveau Causes: • Courant trop élevé • Vitesse de déplacement trop lente • Angle d'électrode incorrect • Apport de chaleur excessif Indices: • Dépression dans le cordon • Cordon large et plat → Réduire l'ampérage Références: AC 43.13-1B Ch.6 | CARs Standard 571 | Formation AME Transports Canada
Soudage — défauts courants et inspection Soudage — défauts courants et inspection SOUDURE CORRECTE Renfort uniforme Pénétration complète Surface lisse, sans porosités. Transition douce vers le métal de base. POROSITÉS Gaz emprisonnés Cause : Contamination (huile, graisse) ou manque de gaz de protection. FISSURES Rupture structurelle Cause : Refroidissement rapide, contraintes thermiques excessives. MANQUE DE PÉNÉTRATION Racine non fondue Cause : Courant trop faible, vitesse excessive ou écartement. INCLUSION DE LAITIER Résidu non métallique Cause : Nettoyage insuffisant entre les passes de soudure. CANIVEAU (UNDERCUT) Entaille au bord Cause : Ampérage trop élevé, mauvais angle d'électrode. PRÉPARATION ET CHOIX DES MATÉRIAUX Nettoyage critique : Éliminer peinture, huile, graisse et oxydes. Baguette d'apport : Doit correspondre au métal de base (ex: 4130). Alignement : Désalignement max. 25% de l'épaisseur pour joints bout à bout. Flamme neutre (Oxyacétylénique) pour éviter la carburation/oxydation. CRITÈRES D'ACCEPTATION ET RÉPARATION Inspection CND : Ressuage (surface) ou Radiographie (interne). Défauts critiques : Fissures, porosités et inclusions sont REJETÉS. Réparation : Enlèvement complet de la soudure défectueuse requis. Traitement thermique : Souvent nécessaire après soudure (détensionnement).
  • Courant (ampérage) : Un courant trop faible produit un cordon de soudure trop haut et à bords tranchants, car le métal d'apport ne s'écoule pas correctement. Un courant trop élevé provoque des brûlures et des projections.
  • Vitesse de déplacement : Une vitesse trop rapide donne un cordon étroit. Une vitesse trop lente donne un cordon large et plat.
  • Angle de l'électrode : Un angle incorrect provoque un dépôt irrégulier.
  • Refroidissement rapide : Provoque un durcissement excessif de la soudure (formation de martensite dans l'acier). Un traitement thermique post-soudure (détensionnement) est souvent nécessaire pour réduire les contraintes résiduelles.
  • Manque de gaz de protection : Entraîne un bain de soudure "sale", des projections excessives et une oxydation (décoloration bleue/pourpre sur le titane).
  • Contamination : La présence d'huile, de graisse ou d'humidité sur le métal de base est la cause la plus fréquente de porosité dans la soudure (gaz emprisonnés).

Préparation et inspection des soudures

Choix de la méthode CND après soudure Choix de la méthode CND après soudure Contrôle non destructif — Sélection selon le type de défaut et le matériau SOUDURE Réparation effectuée Refroidissement INSPECTION VISUELLE Défauts de surface évidents Profil du cordon SÉLECTION CND Selon type de défaut et matériau ACCEPTATION / REJET Selon critères du fabricant / SRM Matrice de comparaison — Défaut → Méthode CND TYPE DE DÉFAUT MÉTHODE CND PRINCIPE APPLICATION AVANTAGE / LIMITE Fissures de surface Porosité ouverte Manque de fusion en surface Ressuage (PT) Liquide pénétrant Pénétrant appliqué sur la surface, puis révélateur — la fissure apparaît par contraste Aluminium, acier, titane, magnésium ✓ Simple, économique ✗ Surface seulement ✗ Surface doit être propre Défauts internes Porosité fermée Inclusions de tungstène Radiographie (RT) Rayons X ou gamma Film radiographique placé derrière la soudure — les défauts apparaissent en clair Soudures épaisses, structures ✓ Détecte défauts internes ✗ Équipement lourd ✗ Mesures de sécurité Défauts sous-jacents Manque de fusion Sous-face de cordon Ultrasons (UT) Ondes sonores haute fréquence Palpeur émet des ultrasons qui se réfléchissent sur les discontinuités Composites, soudures multi-couches ✓ Détecte vides internes ✓ Portable ✗ Exige surface lisse Métaux non ferreux Aluminium, titane, alliages Courants de Foucault (ET) Électromagnétisme Courants induits dans le métal — les défauts perturbent le flux Détection de fissures fines ✓ Rapide, sans contact ✗ Surface doit être accessible Le choix de la méthode CND dépend du type de défaut recherché, du matériau et de l'accessibilité — Référence : normes du fabricant (SRM)
  • Nettoyage : Essentiel avant toute soudure. Les surfaces doivent être exemptes de peinture, d'huile, de graisse et de corrosion.
  • Alignement : Pour un joint bout à bout, le désalignement maximal est de 25 % de l'épaisseur de la tôle (ex : 0,020 pouce pour une tôle de 0,063 pouce d'épaisseur).
Désalignement maximal d'un joint bout à bout Désalignement maximal d'un joint bout à bout Règle : désalignement ≤ 25 % de l'épaisseur de la tôle Référence Cordon D = 25 % e D = 25 % e e = 0,063 po Tôle A Tôle B Alignement parfait Règle d'alignement Désalignement maximal : 25 % de l'épaisseur (e) Exemple : Tôle de 0,063 po : D max = 0,063 × 0,25 D max = 0,020 po ⚠ AU-DELÀ : Concentrations de contraintes locales Risque de fissuration et de rupture en fatigue Transports Canada — Formation AME (Technicien d'Entretien d'Aéronefs) — Chapitre 2 : Structures d'aéronefs D ✓ Acceptable : D ≤ 25 % de e ✗ Inacceptable : D > 25 % de e → contraintes
  • Inspection : Le ressuage (dye penetrant) est la méthode CND la plus courante pour détecter les fissures et la porosité en surface après soudure. La radiographie est utilisée pour les défauts internes. L'inspection ultrasonore est efficace pour détecter les vides dans les composites.
  • Réparation des défauts : La porosité dans une soudure (ex : réservoir de carburant en aluminium) nécessite l'enlèvement complet de la soudure défectueuse et une re-soudure correcte. L'ajout de scellant ou l'augmentation de l'ampérage n'est pas une solution acceptable.

Précautions spéciales pour certains métaux

  • Aluminium 7075-T6 : Très sujet à la fissuration à chaud. Le soudage de cet alliage est généralement déconseillé.
  • Magnésium : Hautement inflammable. Des précautions incendie rigoureuses sont nécessaires (extincteur classe D). L'argon est le gaz de protection typique pour le soudage TIG.
  • Titane : Très réactif à haute température. Doit être protégé par un gaz inerte (argon) pour éviter la contamination et l'oxydation.
  • Fonte : Nécessite une baguette d'apport à base de nickel.

Retrait d'une soudure sur une structure en aluminium

Pour retirer un composant en acier soudé sur une structure en aluminium sans endommager cette dernière, la meilleure méthode est de percer la soudure et de ciseler soigneusement le reste. Le meulage risque d'enlever du métal de base en aluminium, la chaleur peut déformer ou affaiblir l'aluminium, et les décapants chimiques n'affectent pas les soudures en acier.

Réparation des plastiques et composites

Types de plastiques

  • Thermoplastiques : Peuvent être ramollis par la chaleur et durcis à nouveau par refroidissement (ex : ABS, nylon, polycarbonate, acrylique). Ils sont réparables par collage au solvant (solvent cementing) qui dissout chimiquement la surface pour créer une liaison forte.
  • Thermodurcissables : Durcissent de manière irréversible par une réaction chimique (ex : époxy, polyester). Ils sont réparables par stratification humide (wet layup) ou par l'utilisation de matériaux pré-imprégnés (prepreg).

Techniques de collage

Réparation plastique/composite par collage Réparation plastique/composite par collage 1. Préparation Nettoyage et séchage Vérification humidité (humidimètre) Biseau (scarf) 2:1 Rugosage surface 2. Mélange adhésif Résine + durcisseur Rapport exact selon specs Mélange homogène Durée de vie en pot limitée 3. Empilement patch Pli orienté (oriented layup) 4. Serrage Mise sous vide Pression uniforme Élimine les vides 5. Polymérisation Thermocouple intégré Surveillance température Couverture chauffante Si T° ambiante < 10 °C Duromètre Barcol (dureté) Inspection ultrasonore (vides) Couches de mise sous vide Bague à vide Film anti-adhérent Tissu d'évent (breather) Tissu d'arrachage (peel ply) Patch composite Structure d'origine Règles clés • Rapport recouvrement 2:1 • Nb plis = structure d'origine • Limites : manuel SRM • AC 43.13-1B Ch. 3 • CARs Standard 571 • Prepreg : stockage -18 °C RÉFÉRENCES NORMATIVES AC 43.13-1B Ch. 3 (composites) AC 43.13-1B Ch. 6 (soudage) CARs Standard 571 (limites) Formation AME — Transports Canada — Réparation structurelle composite
  • Collage au solvant (Solvent cementing) : Utilisé pour les thermoplastiques. La surface doit être propre et exempte de contaminants. Le rugosage peut aider, mais le nettoyage est critique. L'application de chaleur ou d'un apprêt n'est généralement pas requise.
  • Collage à l'époxy : Utilisé pour les thermodurcissables et certains thermoplastiques. Les surfaces à faible énergie de surface (comme l'ABS) nécessitent un rugosage mécanique ou une morsure chimique pour obtenir une bonne adhérence.
  • Collage à l'acrylique : Peut être utilisé pour le polycarbonate. Un aspect trouble après durcissement est souvent dû à l'absorption d'humidité pendant le durcissement.

Réparation des composites

  • Préparation de surface : Essentielle pour une bonne adhérence. Le nettoyage et le séchage sont critiques. Un humidimètre est la meilleure méthode pour vérifier la teneur en humidité.
  • Stratification humide (Wet layup) : Mélange de résine et de durcisseur appliqué sur des fibres de renfort. Un mauvais rapport de mélange (trop de résine ou pas assez de durcisseur) empêche le durcissement.
  • Matériaux pré-imprégnés (Prepreg) : Doivent être stockés à basse température (généralement -18 °C ou moins) pour éviter un durcissement prématuré.
  • Durcissement : La température de durcissement est critique. Une température ambiante trop basse (ex : 10 °C) nécessite l'utilisation d'une couverture chauffante pour assurer une réticulation complète. Un thermocouple intégré dans la réparation est la meilleure méthode pour surveiller la température de durcissement. Un duromètre Barcol est utilisé pour vérifier la dureté finale.
  • Mise sous vide (Vacuum bagging) : La bague à vide applique une pression uniforme pour compacter les couches et éliminer les vides d'air. Le tissu d'arrachage (peel ply) crée une surface texturée pour les étapes de collage ultérieures. Le tissu d'évent (breather cloth) permet d'évacuer l'air sous la bague. Le film anti-adhérent (release film) empêche la résine de coller à la bague à vide.
Empilement de la mise sous vide (vacuum bagging) Empilement de la mise sous vide (vacuum bagging) Coupe transversale de l'empilement Outil / moule rigide mastic mastic Stratifié composite (réparation) Film anti-adhérent (release film) — perforé Tissu d'évent (breather cloth) — évacue l'air Tissu d'arrachage (peel ply) — surface texturée Bague à vide (sac à vide) Pression uniforme (vide) V Vers pompe à vide connexion vide ~0,1 mm 1-2 mm Fonctions 1 Tissu d'arrachage Crée une surface texturée pour le collage ultérieur. 2 Tissu d'évent Permet l'évacuation de l'air sous la bague à vide. 3 Film anti-adhérent Empêche la résine de coller à la bague à vide. 4 Bague à vide Applique une pression uniforme pour compacter et éliminer les vides. Pression typique : 1 bar (14,7 psi) Peel ply Breather cloth Release film Bague à vide Stratifié M-AIRFRAME ch2 — Structures d'aéronefs
  • Défauts : Les vides sont souvent causés par une quantité insuffisante de résine. La délaminage nécessite une réparation en biseau (scarf repair) pour restaurer la structure du stratifié.
  • Dimensions du patch : Le rapport de recouvrement typique est de 2:1 (diamètre du patch deux fois le diamètre de la zone endommagée). Le nombre de plis doit être égal à celui de la structure d'origine.
  • Orientation des plis : Le terme "orienté" (oriented layup) fait référence à l'alignement de l'orientation des plis de la réparation sur ceux de la structure d'origine.
  • Limites de réparation : Les limites de réparation admissibles sont spécifiées dans le manuel de réparation structurelle (SRM) du fabricant.

Inspection des réparations composites

Inspection d’une réparation composite Inspection d’une réparation composite Panneau composite réparé (stratifié) Réparation en biseau Pli structural Pli de réparation Tests d'inspection CND 1. Visuel Recherche : fissures, porosité, décoloration 2. Tap test Marteau ou pièce : son sourd = délaminage possible 3. Ultrasonore (si requis) Détecte les vides internes et les délaminages non visibles ✓ ACCEPTATION • Aucun défaut détecté • Réparation conforme • Dureté Barcol OK • Retour en service Documenter selon CARs Std 571 ↻ REPRISE • Défaut mineur localisé • Porosité superficielle • Poncez et ré-inspectez • Nouveau tap test requis Respecter le rapport 2:1 ✗ ESCALADE • Délaminage étendu • Vides internes majeurs • Réparation hors limites • Consulter le SRM Réparation majeure ou remplacement ré-inspection AC 43.13-1B Ch. 3 • CARs Std 571 • Limites selon le SRM du fabricant Acceptation Reprise Escalade Note : L'inspection visuelle seule ne peut pas détecter les vides internes. Le tap test est subjectif — un technicien expérimenté est requis.
  • Inspection ultrasonore : La meilleure méthode CND pour détecter les vides internes dans les réparations composites.
  • Test de tapotement (Tap test) : Méthode subjective pour détecter les délaminages.
  • Inspection visuelle : Ne peut pas détecter les vides internes.

Formules, règlements et procédures importantes

  • AC 43.13-1B, Chapitre 6 : Document de référence pour les procédures de soudage et de brasage.
  • AC 43.13-1B, Chapitre 3 : Document de référence pour les réparations composites.
  • CARs Standard 571 : Règlement canadien qui spécifie que les limites de réparation sont définies par le manuel de réparation structurelle (SRM) du fabricant.
  • Désalignement maximal d'un joint bout à bout : 25 % de l'épaisseur de la tôle.
  • Rapport de recouvrement typique pour un patch composite : 2:1.

Relations entre les concepts

  • Le choix de la baguette d'apport est directement lié à la composition du métal de base et à la nécessité d'éviter la fissuration à chaud, la corrosion galvanique et la perte de résistance mécanique.
  • La qualité de la soudure dépend de l'interaction entre le courant, la vitesse de déplacement, l'angle de l'électrode et la propreté du métal de base. Un déséquilibre dans l'un de ces paramètres entraîne des défauts spécifiques (porosité, manque de fusion, cordon trop haut).
  • La réparation des composites est un processus en plusieurs étapes où chaque étape (préparation de surface, choix du matériau, durcissement, inspection) est interdépendante. Un mauvais rapport de mélange, une température de durcissement inadéquate ou une contamination de surface compromettent l'intégrité de la réparation.
  • Les méthodes CND sont choisies en fonction du type de défaut recherché (surface vs interne) et du matériau inspecté (métal vs composite). Le ressuage est privilégié pour les fissures de surface dans les métaux, tandis que l'ultrason est plus adapté aux vides internes dans les composites.
Chapitre 1Structures d'aéronef — Tôle et compositesChapitre 3Assemblage et centrage d'aéronef

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