Description

DOMAINE TECHNIQUE

Le domaine technique de l'invention est un procédé de fabrication d'une pièce, notamment un élément de structure, comportant deux composants assemblés l'un à l'autre. La fabrication met en œuvre un traitement thermique induisant une déformation d'un composant ou des deux composants. Le procédé permet de prendre en compte cette déformation induite de façon à obtenir une pièce dont la géométrie correspond à une forme de référence.

ART ANTERIEUR

L'aluminium est un matériau couramment utilisé dans la construction aéronautique, en particulier dans des éléments de fuselage ou de voilure, par exemple sous la forme de panneaux ou de longerons. La fabrication d'une aile d'avion suppose l'utilisation de panneaux disposés au niveau de la partie supérieure de l'aile (extrados), ainsi que des panneaux disposés au niveau de la partie inférieure de l'aile (intrados). Les panneaux supérieurs et inférieurs sont respectivement exposés à des contraintes différentes : les panneaux supérieurs doivent présenter une bonne résistance mécanique statique, de façon à pouvoir subir une contrainte en compression élevée. Les panneaux inférieurs doivent présenter une tolérance aux dommages élevée, de façon à pouvoir être exposés à des contraintes en traction. Dans une aile, les panneaux inférieurs et les panneaux supérieurs sont reliés, entre autres, par des longerons. Ces derniers doivent être optimisés de telle sorte qu'une partie supérieure du longeron, reliée à l'extrados, présente une résistance mécanique élevée en compression, tandis qu'une partie inférieure du longeron, reliée à l'intrados, présente une tolérance aux dommages élevée.

Le document W02007068943 décrit un procédé de fabrication d'un élément de structure. Le document W09858759 décrit un procédé de fabrication par soudage par friction malaxage.

Le document EP1799391 décrit un procédé de fabrication permettant d'obtenir un élément de structure, par exemple un longeron, obtenu par soudage de deux alliages d'aluminium différents, et présentant respectivement une résistance mécanique en compression élevée et une tolérance aux dommages élevée. Le soudage des deux alliages peut notamment être réalisé par soudage par friction malaxage, désigné par le terme anglais friction stir welding. Le soudage par friction malaxage permet en effet d'effectuer un assemblage d'alliages non soudables par des procédés de soudage par fusion, durant lesquels les pièces à souder sont en phase liquide. Ainsi, lors du soudage par friction malaxage, les pièces à souder se trouvent en phase solide. Il permet par exemple l'assemblage d'alliages de type 2XXX et 7XXX. On sait que les alliages de type 2XXX sont adaptés aux cahiers des charges des intrados, tandis que les alliages de type 7XXX sont adaptés aux cahiers des charges des extrados. Leur soudage permet d'obtenir un élément de structure présentant des caractéristiques optimales pour relier un intrados et un extrados.

Selon le document précédemment cité, un revenu post soudage est réalisé, de façon à améliorer certaines propriétés mécaniques, par exemple la résistance à la corrosion.

Les inventeurs de l'invention décrite ci-après proposent une amélioration du procédé précédemment décrit, en particulier pour réaliser des pièces de grande longueur, dépassant 5 mètres ou même 10 ou 15 mètres.

EXPOSE DE L'INVENTION

Un premier objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une pièce bimétallique, à l’aide d’un premier composant formé d’un premier alliage d’aluminium et d’un deuxième composant formé d’un deuxième alliage d’aluminium, les premier et deuxième alliages d’aluminium étant différents l’un de l’autre, le premier composant et le deuxième composant s'étendant:

selon un axe longitudinal, selon une longueur supérieure à 5 mètres ;

et, selon un axe latéral perpendiculaire à l'axe longitudinal, selon une largeur inférieure au dixième de la longueur ;

le procédé comportant les étapes suivantes :

assemblage du premier composant contre le deuxième composant le long de l'axe longitudinal, de manière à obtenir une pièce assemblée ;

application d'un traitement thermique à la pièce assemblée, selon une température comprise entre 100°C et 250°C, le traitement thermique induisant une déformation de la pièce assemblée, dite déformation induite, sous l'effet d'un changement de nature métallurgique dans le premier alliage d'aluminium et/ou dans le deuxième alliage d'aluminium ;

refroidissement à température ambiante, après lequel ladite déformation induite subsiste ;

le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte, préalablement à l'assemblage, a) une détermination d'une forme de référence, correspondant à une forme que Ton veut obtenir à la fin de la fabrication;

b) une estimation de la déformation induite de la pièce assemblée par le traitement thermique ;

c) une définition d'une forme initiale du premier composant et d'une forme initiale du deuxième composant, en prenant en compte la forme de référence déterminée lors de l'étape a) et la déformation estimée lors de l'étape b), de telle sorte qu'à l'issue du traitement thermique, la pièce s'étend selon la forme de référence ;

d) une obtention du premier composant et du deuxième composant selon leurs formes initiales respectives définies lors de l'étape c).

Le traitement thermique peut notamment être un revenu. L'assemblage peut être réalisé par soudage.

Par changement de nature métallurgique d'un alliage, on entend par exemple une recristallisation ou une mise en solution ou une précipitation d'éléments d'alliage, qui perdure à l'issue du traitement thermique, notamment lors du retour de l'alliage à une température ambiante. Il peut en particulier s'agir d'une précipitation de phases durcissantes, cette dernière entraînant une déformation du composant, formé par l'alliage, liée au passage des éléments d'alliage de la solution solide vers les précipités durcissants.

Lors de l'étape b), l'estimation de la déformation de la pièce assemblée, peut notamment être effectuée par modélisation numérique. L'étape b) peut alors comporter les sous-étapes suivantes :

bi) affectation d'un premier coefficient de dilatation thermique virtuel au premier alliage et d'un deuxième coefficient de dilatation thermique virtuel au deuxième alliage et définition d'une évolution temporelle de température virtuelle;

bii) prise en compte des premier et deuxième coefficients de dilatation thermique virtuels et de l'évolution temporelle de température virtuelle, et modélisation de la déformation de la pièce assemblée sous l'effet du traitement thermique.

L'évolution temporelle de température virtuelle définie lors de la sous-étape bi) peut notamment être différente d'une variation de température à laquelle est soumise la pièce assemblée lors du traitement thermique. L'évolution de température virtuelle peut s'étendre entre une température minimale et une température maximale, l'amplitude entre la température minimale et la température maximale étant différente d'une variation de température à laquelle est soumise la pièce assemblée lors du traitement thermique.

Lors de la sous-étape bi), le premier coefficient de dilatation thermique virtuel et le deuxième coefficient de dilatation thermique virtuel, ainsi que l'évolution de température virtuelle peuvent être définis expérimentalement. Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième coefficients de dilatation thermique virtuels et l'évolution de température virtuelle peuvent être définis par :

une application du traitement thermique à une pièce de test, représentative de la pièce assemblée, pour obtenir une déformation induite expérimentale ;

une modélisation numérique de la pièce de test, pour obtenir une déformation modélisée, la modélisation prenant en compte le premier coefficient de dilatation thermique virtuel, le deuxième coefficient de dilatation thermique virtuel, ainsi que l'évolution de température virtuelle;

un ajustement du premier coefficient de dilatation thermique virtuel, du deuxième coefficient de dilatation thermique virtuel, et de l'évolution de température virtuelle, de telle sorte que la déformation modélisée corresponde à la déformation de la pièce de test.

Selon un autre mode de réalisation, le premier coefficient de dilatation thermique virtuel, le deuxième coefficient de dilatation thermique virtuel, ainsi que l'évolution de température virtuelle peuvent être définis à partir d'une mesure, par dilatométrie, de la déformation métallurgique, correspondant à la différence dimensionnelle de chaque composante entre début et fin du traitement thermique. Les mesures sont alors effectuées sur des éprouvettes, chaque éprouvette étant respectivement représentative du premier composant et du deuxième composant. La différence des coefficients de dilatation thermiques virtuels entre les alliages peut alors être ajustée aux mesures effectuées par dilatométrie, moyennant une prise en compte d'une évolution de température virtuelle.

Lors de l'étape b), la modélisation prend en compte le comportement élastique des deux alliages. Elle peut prendre en compte des modules d'Young différents pour chaque alliage.

Selon un mode de réalisation, le premier alliage est un alliage d'aluminium de type 2XXX et le deuxième alliage est un alliage d'aluminium de type 7XXX. Lorsque le traitement thermique est un revenu, le premier coefficient de dilatation thermique virtuel peut être strictement supérieur au deuxième coefficient de dilatation thermique virtuel. Selon un mode de réalisation, l'assemblage est effectué par soudage et le traitement thermique est un revenu. Le procédé peut alors comporter une étape b') d'estimation d'une déformation de la pièce assemblée due au soudage, pour définir une forme intermédiaire de la pièce assemblée, entre le soudage et le revenu, de telle sorte que lors de l'étape c), la forme initiale du premier composant et du deuxième composant sont définies en prenant en compte la forme de référence et la forme intermédiaire de la pièce assemblée. L'étape b') peut notamment être réalisée par modélisation numérique. Elle peut alors comporter les sous-étapes suivantes : b'i) affectation d'un premier coefficient de dilatation thermique virtuel auxiliaire au premier alliage et d'un deuxième coefficient de dilatation thermique virtuel auxiliaire au deuxième alliage et définition d'une évolution temporelle de température virtuelle auxiliaire;

b'ii) prise en compte des premier et deuxième coefficients de dilatation thermiques virtuels auxiliaires et de l'évolution temporelle de température virtuelle auxiliaire, et modélisation de la déformation de la pièce au cours du soudage.

Un deuxième objet de l'invention est une pièce réalisée selon le premier objet de l'invention s'étendant sur une longueur supérieure à 5 mètres et de préférence supérieure à 10 mètres.

Un troisième objet de l'invention est l'utilisation d'une pièce selon l'invention pour la fabrication d’un composant d’un véhicule de transport, par exemple un composant d’un aéronef, par exemple un longeron d’une aile d’avion ou d’un empennage.

D’autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, et représentés sur les figures listées ci-dessous.

FIGURES

La figure IA représente une pièce bimétallique, en l’occurrence un longeron, à fabriquer.

Les figures IB et IC représentent des détails de deux extrémités opposées de la pièce bimétallique.

La figure 1D représente une pièce de test. La figure 1E schématise une déformation obtenue expérimentalement à l’aide d’une pièce dite de test. Sur cette figure, la déformation est exagérée.

La figure 2A montre une évolution de température virtuelle considérée pour effectuer une modélisation d’une déformation d’une pièce sous l’effet d’un revenu. L’axe des abscisses et des ordonnées représentent respectivement la température et le temps. La figure 2B représente une modélisation d'une déformation d'une pièce sous l'effet d'un revenu.

Les figures 3A et 3B montrent les principales étapes d'un procédé respectivement selon un premier mode de réalisation et selon un deuxième mode de réalisation.

Les figures 4A et 4B représentent une modélisation d'une déformation due à un soudage.

La figure 5 représente une modélisation d'une déformation d'une pièce due à un soudage puis à un revenu, dit revenu post-soudage.

La figure 6A représente une modélisation d'une forme dite intermédiaire, correspondant à une forme d'une pièce assemblée par soudage. La figure 6B représente une modélisation d'une déformation due à un revenu, à partir de la forme intermédiaire illustrée sur la figure 6A.

La figure 7A montre une pièce s'étendant selon une forme de référence. La figure 7B montre une forme d'une pièce assemblée, dont la déformation, suite au revenu, permet d'obtenir la forme de référence représentée sur la figure 7A. La figure 7C montre les deux composants dont l'assemblage permet d'obtenir la pièce assemblée représentée sur la figure 7B.

La figure 8A montre une pièce s'étendant selon une forme de référence, similaire à celle représentée sur la figure 7A. La figure 8B montre les deux composants qui, après soudage et revenu, permettent d'obtenir la pièce représentée sur la figure 8A.

Sur les figures 3A, 4, 5, 6A et 6B,7A à 7C, 8A à 8B, la déformation selon l'axe Z est multipliée par un facteur 10 par rapport à l'échelle appliquée à l'axe Y.

EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS

Sauf s'il en est disposé autrement, les désignations des alliages correspondent aux désignations établies par The Aluminum Association.

Par élément de structure, on entend un élément constitutif de la structure d'un équipement. Dans cette demande, un élément de structure désigne particulièrement une armature destinée par exemple à une aile d'avion, à un fuselage ou autre élément d'une construction notamment aéronautique.

La figure IA schématise un longeron 10 comportant un premier composant 11, réalisé selon un premier alliage d'aluminium Ml et un deuxième composant 12, réalisé selon un deuxième alliage d'aluminium M2. Le premier alliage d'aluminium Ml peut par exemple être un alliage de type 2XXX, tandis que le deuxième alliage d'aluminium M2 peut être un alliage de type 7XXX. Le premier composant 11 et le deuxième composant 12 sont disposés l'un contre l'autre le long d'une interface 13 de longueur b, selon un axe longitudinal Y. L'invention concerne principalement une pièce fabriquée par un assemblage de deux composants, de matériaux différents, assemblés l'un à l'autre selon une grande longueur. La longueur de l'interface 13 est typiquement supérieure à 5 m ou à 10m. Elle est par exemple comprise entre 5m et 20m. Le longeron 10 s'étend, selon l'axe longitudinal Y, entre deux extrémités A et B, dont les détails respectifs sont illustrés sur les figures IB et IC. La largeur de la pièce 10, selon l'axe latéral Z, varie, entre l'extrémité A et l'extrémité B, respectivement entre environ 500 mm à 800 mm et entre 150 mm à 400 mm. L'épaisseur de la pièce, selon l'axe transversal X, est par exemple comprise entre 50 mm et 150 mm. Le plan défini par les axes Y et Z est un plan principal P _YZ .

Selon les procédés de fabrication de l'art antérieur, le premier composant 11 est assemblé au deuxième composant 12 par soudage. Comme indiqué en lien avec l'art antérieur, un soudage par friction malaxage est particulièrement adapté à la réalisation de soudages d'alliages d'aluminium n'étant pas soudables par les procédés de soudage par fusion. Le soudage par friction malaxage est opéré le long de l'interface 13. Après soudage, le longeron 10 subit un revenu, dit revenu post soudage, de façon à améliorer certaines propriétés, en particulier la résistance à la corrosion et/ou la résistance mécanique. Le revenu peut présenter les paramètres suivants : montée à 155°C à 30°C par heure suivi d'un maintien de 18 heures à 155°C.

Les inventeurs ont constaté que le soudage induit une déformation du longeron 10. Ils ont également constaté, de façon plus inattendue, que le revenu post soudage induit également une déformation significative du longeron 10, se traduisant par l’apparition d’une courbure dans le plan principal P _YZ . Lors du revenu post soudage, deux phénomènes de déformation se produisent conduisant à la déformation induite de la pièce assemblée:

une dilatation thermique qui est réversible, au sens où elle n’est plus observée lors du retour à la température ambiante, à l’issue du revenu ;

une déformation métallurgique due à des changements de nature métallurgique, tels que l’introduction et la relaxation de contrainte, la recristallisation ou la mise en solution ou la précipitation d’éléments d’alliages. Contrairement à la dilatation thermique, la déformation métallurgique perdure lors du retour à température ambiante. Une déformation métallurgique peut entraîner une expansion ou une rétractation, en fonction des phénomènes métallurgiques mis en oeuvre. Par exemple, la précipitation de phases durcissantes induit une déformation essentiellement attribuée au changement de volume lié au passage des éléments d’alliages de la solution solide vers les précipités durcissants. Si une telle déformation est peu perceptible lorsque la pièce à fabriquer est de faible longueur, par exemple de l’ordre du mètre, le changement dimensionnel correspond peut devenir significatif lorsque la longueur augmente, et dépasse par exemple 5 ou 10 mètres.

Après le traitement thermique, appliqué sur la pièce assemblée, la déformation induite de cette dernière est due notamment à la déformation métallurgique, telle que précédemment décrite, affectant chaque composant. Il faut également prendre en compte les contraintes liées au fait que les deux composants sont reliés l'un à l'autre. Du fait de l'assemblage, la déformation du premier composant est influencée par l'élasticité du deuxième composant, et réciproquement.

Des essais expérimentaux ont montré que lorsque le premier alliage Ml est un alliage de type 2050 et que le deuxième alliage M2 est un alliage de type 7140, la longueur d'interface étant égale à 16m, la déformation de la pièce, du fait du revenu, entraîne une courbure définissant une flèche F de 59 mm. La figure 1D schématise une pièce de test 20, se présentant, avant le revenu, selon une forme rectiligne telle que représentée sur la figure IA. Sur la figure 1E, on a représenté la pièce de test 20 _d après la déformation, dans le plan principal P _YZ , due au revenu.

Comme illustré sur la figure 1E, la flèche F correspond à une distance maximale entre la pièce considérée, en l'occurrence la pièce de test 20 _d , et une droite D reliant les extrémités de cette dernière.

Ainsi, lorsqu'on effectue un soudage de deux composants s'étendant selon une longueur élevée, typiquement supérieure à 5 ou 10 mètres, et que l'on effectue un revenu sur la pièce 10 _a ainsi assemblée, on obtient une pièce dont la forme est sensiblement différente de la forme de la pièce assemblée 10 _a , avant le revenu.

Il n'existe pas, à l'heure actuelle, de code de calcul permettant de simuler une telle déformation. Cela provient du fait qu'il est difficile de simuler précisément une dilatation d'un composant due à la précipitation dans un alliage au cours d'un revenu. Les inventeurs ont cherché à modéliser la déformation engendrée par le revenu en établissant un modèle de déformation mod.

La modélisation proposée par les inventeurs consiste à attribuer un premier coefficient de dilatation thermique virtuel ai au premier alliage Ml, et un deuxième coefficient de dilatation thermique virtuel a2 du deuxième alliage M2. Dans l'exemple considéré, le deuxième coefficient de dilatation thermique virtuel a2 est considéré comme nul. De cette façon, on attribue la déformation induite de la pièce assemblée 10 _a , sous l'effet du revenu, à la différence de déformation métallurgique entre le composant 11 d'alliage Ml et le composant 12 d'alliage M2 et aux déformations élastiques causées par le fait que les composants ne sont pas libres de se dilater librement car ils sont assemblés.

Selon le modèle mod proposé par les inventeurs, le revenu est assimilé à une simple évolution de température G(ί) en fonction du temps t. Il peut s'agir notamment d'une évolution continue de la température, par exemple linéaire. L'évolution de température T(t ) est définie de façon virtuelle, à des fins de modélisation, et ne correspond pas à la variation réelle de la température au cours du revenu. On la désigne par le terme "évolution de température virtuelle". Le modèle mod vise à simuler la déformation de la pièce assemblée 10 _a en prenant en compte un modèle de dilatation simple et uniquement basé sur une dilatation thermique isotrope d'un alliage formant un des composants de la pièce.

Le modèle mod proposé par les inventeurs prend en compte des propriétés mécaniques des alliages Ml et M2, par exemple les modules d'Young ainsi que les coefficients de Poisson. La modélisation peut être réalisée par un logiciel de calcul par éléments finis, par exemple le logiciel de simulation MARC commercialisé par l'éditeur MSC. Cela permet d'estimer une déformation thermomécanique de chaque composant sous l'effet de l'évolution de température virtuelle

7X0·

Un objectif du modèle mod est de prévoir, simplement, la déformation subie par la pièce assemblée 10 _a au cours du revenu. A partir de la forme de la pièce assemblée 10 _a , on modélise la déformation induite par le revenu, de façon à obtenir une modélisation de la pièce déformée 10 _d . L'objectif de la modélisation est de pouvoir définir une forme de la pièce assemblée 10 _a , avant le revenu, de telle sorte qu'après le revenu, la pièce s'étende selon une forme de référence lO _ref . La forme de référence correspond à la forme que l'on souhaite donner à la pièce 10 après le revenu.

Un aspect important est le paramétrage du modèle mod, et en particulier la détermination des coefficients de dilatation thermique virtuels oti et ot ₂ des alliages d'aluminium Ml et M2, ainsi que la définition de l'évolution de température virtuelle T(t). Ces paramètres sont déterminés de façon expérimentale, en se basant sur des essais réalisés sur une pièce de test 20 ou sur une mesure de la dilatation observée pour chacun des alliages entre deux mesures à la même température. Lorsqu'on utilise une pièce de test 20, cette dernière est de préférence de dimension et/ou de composition identique à la pièce assemblée 10 _a . Il n'est pas indispensable que la pièce de test 20 soit rigoureusement identique à la pièce assemblée 10 _a . Toutefois, la composition de la pièce de test 20 doit être suffisamment représentative de celle de la pièce assemblée 10 _a , de façon à pouvoir permettre une modélisation suffisamment précise de la déformation résultant du revenu. L'essai pratiqué sur la pièce de test 20 permet d'obtenir une déformation 20 _d déterminée expérimentalement, comme schématisé sur les figures 1D et 1E. A partir de la déformation observée, il est possible de définir les paramètres du modèle mod, en l'occurrence ai, ai et T(t).

Certains paramètres du modèle mod peuvent être fixés a priori, en fonction de la connaissance dont on dispose sur le comportement des alliages métalliques. Par exemple, lorsque le premier alliage Ml est de type 2050 et le deuxième alliage M2 est de type 7140, on a constaté qu'on pouvait a priori considérer que ai = 0.

Une particularité de l'invention est que l'évolution de température virtuelle T(t) prise en compte par le modèle ne correspond pas forcément à la variation de température régissant le revenu. L'évolution de température virtuelle T(t) est définie de façon arbitraire, sur la base de la déformation observée expérimentalement, de façon à permettre une modélisation correcte de la déformation. Dans les exemples qui suivent, l'évolution de température T(t ) virtuelle est une fonction linéaire croissante. Le fait de se baser sur une évolution de température virtuelle, c'est-à-dire sans corrélation avec le revenu pratiqué sur la pièce, permet d'obtenir une modélisation simple, basée uniquement sur un modèle de dilatation thermique, permettant d'obtenir une simulation réaliste de la déformation thermomécanique de la pièce assemblée.

En ce qui concerne les coefficients de dilatation thermiques virtuels ai, a respectivement affectés au premier alliage Ml et au deuxième alliage M2, ils sont déterminés de façon permettre une estimation correcte de la déformation expérimentale, compte-tenu de l'évolution de température virtuelle T(t) prise en compte dans le modèle.

Selon un exemple de réalisation, on définit a priori une évolution de température virtuelle T(t), puis on affecte respectivement au premier et au deuxième alliages des coefficients de dilatation thermique virtuels ai, a permettant de modéliser correctement la déformation expérimentale observée sur la pièce de test 20.

Lorsque les paramètres du modèle mod sont fixés, il est possible de modéliser la déformation de façon à définir une forme de la pièce assemblée 10 _a permettant l'obtention, suite au revenu, de la forme de référence 10 _ref . Selon un premier exemple, une pièce de test 20, similaire à la pièce représentée sur les figures IA à IC subi un revenu. Une déformation expérimentale 20 _d de la pièce est observée, sur la base de laquelle on détermine les paramètres du modèle mod.

Selon un autre exemple, les paramètres du modèle mod peuvent être déterminés sur la base de mesures par dilatométrie effectuées sur des éprouvettes. Dans ce cas, on détermine le premier coefficient de dilatation thermique virtuel et le deuxième coefficient de dilatation thermique virtuel en fonction d'une différence entre les dilatations mesurées. Chaque éprouvette est représentative soit du premier alliage, soit du deuxième alliage. Sur la base de telles mesures, on a affecté le deuxième alliage, en l'occurrence l'alliage 7140, d'un coefficient de dilatation thermique virtuel ot2 nul. On a défini une évolution linéaire et croissante de température virtuelle T(t ) telle que représentée sur la figure 2A. Cette évolution traduit une augmentation progressive de 1°C durant la durée du revenu. Sur la figure 2A, l'axe des abscisses représente le temps t, la coordonnée t = 1 correspondant à la fin du revenu. L'axe des ordonnées représente la variation de température, en degrés Celsius, à partir d'une température initiale. Le coefficient de dilatation thermique virtuel oti du premier alliage (Alliage 2050) a été déterminé expérimentalement par dilatométrie. Dans cet exemple, ai = 0.05 %/°C.

On remarque que l'évolution de température virtuelle T(t) prise en compte dans le modèle s'étend entre une température minimale T _m m et une température maximale T _ma x. L'écart de température T _ma x-T _mi n est de 1°C. Il est donc différent de la variation de température DT induite au cours du revenu. L'évolution de température virtuelle T(t ) prise en compte dans le modèle n'a pas pour finalité de représenter les variations réelles de température durant le revenu. Elle permet seulement de modéliser la déformation due au revenu, selon l'hypothèse que la déformation est uniquement due à un effet de dilatation thermique.

On appliqué le modèle mod ainsi élaboré à une pièce modélisée 10 _a , représentée en pointillés sur la figure 2B. On a obtenu une modélisation d'une pièce déformée 10 _d , schématisée en niveaux de gris sur la figure 2B. L'échelle des niveaux de gris correspond à la déformation mesurée selon l'axe latéral Z. Selon le modèle, on obtient une flèche de hauteur 56 mm, la valeur mesurée expérimentalement s'élevant à 59 mm. La cohérence entre les valeurs de flèche respectivement obtenues par le modèle et par l'expérience atteste de la qualité de la modélisation conférée par le modèle.

Ayant défini le modèle de déformation mod, il est ensuite possible d'obtenir une forme initiale 11,, 12, des premier et deuxième composants permettant, après assemblage, d'obtenir une pièce assemblée 10 _a , dont la forme, après revenu, correspond à la forme de référence 10 _ref déterminée a priori.

La figure 3A résume les principales étapes d'un procédé de fabrication d'une pièce selon l'invention:

Etape 100 : Détermination d'une forme de référence 10 _ref que l'on souhaite obtenir à l'issue de l'assemblage des deux composants 11 et 12 et du traitement thermique appliquée à la pièce assemblée 10 _a ;

Etape 110 : Application d'un modèle de déformation mod, de façon à estimer par itération la déformation de la pièce 10 _a formée par l'assemblage du premier composant 11 et du deuxième composant 12 qui donnera la pièce 10 _ref après revenu. Le modèle de déformation mod est notamment un modèle de déformation numérique, tel que précédemment évoqué et décrit dans les exemples qui suivent. Il peut notamment être mis en oeuvre à l'aide d'un ordinateur.

Etape 120 : En fonction de la déformation estimée lors de l’étape 110, définition d’une première forme initiale 11, du premier composant 11 et d’une deuxième forme initiale 12, du deuxième composant 12.

Etape 130 : Obtention du premier composant 11 selon la première forme initiale 11, et obtention du deuxième composant 12 selon la deuxième forme initiale 12,.

Etape 140 : Assemblage du premier composant contre le deuxième composant, de façon à obtenir une pièce assemblée 10 _a . L’assemblage peut être obtenu par soudure, ou par collage ou bridage du premier composant 11 et du deuxième composant 12.

Etape 150 : Application du revenu à la pièce assemblée 10 _a , de telle sorte qu’à l’issue du revenu, la pièce fabriquée 10 se déforme pour obtenir la forme de référence 10 _ref .

L’étape 110 nécessite le recours à une modélisation de la pièce déformée lors du revenu. Une telle modélisation suppose l’établissement préalable du modèle de déformation mod, faisant l’objet d’une étape 90. L’étape 90 comporte deux sous-étapes :

Sous-étape 92 : réalisation de mesures par dilatométrie sur des éprouvettes, chaque éprouvette étant représentative du premier alliage ou du deuxième alliage. De façon alternative, la sous- étape 92 peut comporter une observation d’une déformation expérimentale d’une pièce de test, comme précédemment décrit. Sous-étape 94 : à partir des mesures résultant de la sous-étape 92, définition des paramètres d'un modèle de déformation thermomécanique. Comme précédemment décrit, les paramètres sont les coefficients de dilatation thermique virtuels oti et ot ₂ ainsi que l'évolution de température virtuelle T(t). Selon un mode de réalisation, décrit en lien avec la figure 3B, l'assemblage entraîne lui-même une déformation du premier composant 11 et/ou du deuxième composant 12, par exemple par dilatation. Le procédé peut alors prendre en compte la déformation lors de l'assemblage. Ceci est notamment le cas lorsque l'assemblage est un soudage. On peut alors modéliser la déformation lors de l'assemblage par un modèle de déformation mod _aux dit modèle de déformation auxiliaire.

Dans ce cas, l'étape 110 comporte également une estimation de la déformation du premier composant 11 et du deuxième composant 12 lors de l'assemblage. Lors de l'étape 120, on définit alors :

à partir de la forme de référence 10 _ref , une forme, dite forme intermédiaire, 10m _t , de la pièce assemblée 10 _a , en prenant en compte la déformation due au revenu, par le modèle de déformation mod ;

à partir de la forme intermédiaire 10m _t , la forme initiale 11, du premier composant et la forme initiale 12, du deuxième composant, en prenant en compte le modèle de déformation auxiliaire mod _aux , relatif au soudage, à partir de la forme intermédiaire

10int ;

Dans ce cas, l'étape 110 nécessite le recours à une modélisation de la pièce déformée lors du soudage. Une telle modélisation suppose l'établissement préalable du modèle de déformation auxiliaire mod _aux , faisant l'objet de l'étape 80. L'établissement du modèle de déformation auxiliaire comporte deux sous-étapes : Sous-étape 82 : application du soudage à une pièce de test, représentative de la pièce à fabriquer 10, et obtention d'une déformation expérimentale.

Sous-étape 84 : à partir de la déformation expérimentale, définition des paramètres du modèle de déformation auxiliaire. Comme décrit par la suite, les paramètres sont les des coefficients de dilatation thermique virtuels auxiliaires a'i et a ainsi qu'une évolution de température virtuelle auxiliaire T'(t). L'établissement d'un modèle de déformation auxiliaire mod _aux , est décrit par la suite, en lien avec la figure 4.

Le modèle de déformation auxiliaire mod _aux est similaire au modèle de déformation correspondant au revenu : il prend en compte :

une évolution virtuelle de température, dite évolution de température virtuelle auxiliaire T'(t);

un premier coefficient de dilatation thermique virtuel a'i auxiliaire attribué au premier composant 11 ;

un deuxième coefficient de dilatation thermique virtuel a'2 auxiliaire attribué au deuxième composant 12.

Les paramètres du modèle auxiliaire mod _aux , c'est-à-dire les coefficients de dilatation thermique virtuels auxiliaires a'i et a'2 et l'évolution de température virtuelle auxiliaire T'(i), sont ajustés en fonction d'un essai expérimental représentatif d'une opération de soudage. Comme indiqué en lien avec l'étape 80, l'essai expérimental est réalisé en utilisant une pièce de test. Au cours du soudage, les composants formant la pièce de test se déforment et leur déformation est caractérisée. On détermine ensuite les paramètres du modèle de déformation auxiliaire mod _aux permettant une modélisation correcte de la déformation expérimentale obtenue.

On a défini expérimentalement un tel modèle de déformation auxiliaire mod _aux . On a affecté le premier alliage, en l'occurrence l'alliage 2050 d'un coefficient de dilatation thermique virtuel auxiliaire a'i nul. On a défini une évolution linéaire et croissante de température T'(t) similaire à celle représentée sur la figure 2A, la coordonnée 1 de l'axe des abscisses correspondant à la fin du soudage. L'axe des ordonnées représente la variation de température, en degrés Celsius, à partir d'une température initiale. Le coefficient de dilatation thermique virtuel auxiliaire a'2 du deuxième alliage (Alliage 7140) a été déterminé de façon que la modélisation de la déformation de la pièce de test corresponde bien à la déformation expérimentale observée. Dans cet exemple, a'2 = 0.12 %/°C. On remarque que le coefficient de dilatation thermique virtuel auxiliaire respectivement attribué à chaque alliage, lors de l'établissement du modèle de déformation auxiliaire mod _aux , est différent du coefficient de dilatation thermique virtuel respectivement affecté à chaque alliage lors de l'établissement du modèle de déformation mod.

Sur les figures 4A et 4B, on a représenté un exemple d'application d'un modèle de déformation auxiliaire mod _aux à un premier composant 11 et à un deuxième composant 12. Avant l'application du modèle de déformation auxiliaire, chaque composant s'étend selon une forme de référence initiale 11,, 12, (cf. figure 4A). Après le soudage, on obtient une pièce déformée 10 _d (cf. figure 4B). Selon le modèle de déformation auxiliaire préalablement décrit, on obtient une flèche de hauteur 13 mm, la valeur mesurée expérimentalement s'élevant à 12 mm. Cela montre que le modèle de déformation auxiliaire parvient à simuler correctement la déformation subie par la pièce au cours du soudage.

L'exemple décrit en lien avec les figures 5, 6A et 6B décrivent l'application successive du modèle de déformation mod, représentatif du revenu, et du modèle de déformation auxiliaire mod _aux , représentatif du soudage, en l'occurrence un soudage par friction malaxage. Sur ces figures, on a établi, à partir d'une pièce initiale 10,,

tout d'abord le modèle de déformation auxiliaire mod _aux , correspondant au soudage. Selon ce modèle, le premier alliage et le deuxième alliage sont respectivement affectés de coefficients de dilatation thermique virtuels auxiliaires a'i = 0 %/°C, a = 0.12 %/°C, l'évolution de température virtuelle auxiliaire T'(i) étant telle que décrite sur la figure 2A, l'abscisse t = 1 désignant l'instant auquel s'achève le soudage

puis le modèle de déformation mod, correspondant au revenu, décrit en lien avec les figures 3A et 3B. Selon ce modèle, le premier alliage et le deuxième alliage sont respectivement affectés de coefficients de dilatation thermique virtuels oti = 0.05 %/°C, ai = 0.0 %/°C, l'évolution de température virtuelle T(t ) étant telle que décrite sur la figure 2A, l'abscisse t = 1 désignant l'instant auquel s'achève le revenu.

La figure 5 représente un exemple d'application successive des deux modèles de déformation à une pièce 10, telle que précédemment décrite. La forme représentée en niveaux de gris correspond à une modélisation de la déformation 10 _d suite à l'application successive des deux modèles de déformation mod et mod _aux . L'échelle des niveaux de gris correspond à la déformation mesurée selon l'axe latéral Z. Selon le modèle, on obtient une flèche de hauteur 42 mm, la valeur mesurée expérimentalement s'élevant à 47 mm. La combinaison des deux modèles est donc considérée comme représentant fidèlement les déformations successivement subies par la pièce respectivement au cours du soudage et du revenu.

Connaissant la forme de référence 10 _ref , il est possible d'appliquer le modèle de déformation mod, de façon à obtenir une forme intermédiaire lO _mter . Cette dernière correspond à la forme de la pièce assemblée qui, après revenu, permet d'obtenir la forme de référence 10 _ref . Connaissant la forme intermédiaire lO _mter , on applique alors le modèle de déformation auxiliaire de façon à définir une forme initiale 10mi _t .

Les figures 6A et 6B représentent un exemple d'applications successives des deux modèles de déformation. Avant l'application du modèle, la pièce 10 s'étend selon une forme initiale 10, de telle sorte qu'après le soudage et le revenu, la pièce 10 se présente selon la forme de référence lOre _f .

Sur la figure 6A, la forme représentée en niveaux de gris correspond à la forme intermédiaire lO _mt suite à l'application du modèle de déformation auxiliaire mod _aux . La figure 6B représente la forme résultant de l'application du modèle de déformation mod, représentant la déformation du revenu, à partir de la forme intermédiaire 10m _t représentée sur la figure 6A. L'échelle des niveaux de gris correspond à la déformation mesurée selon l'axe Z. La déformation engendrée par le revenu permet d'obtenir une pièce 10 qui, après le traitement thermique, s'étend selon la forme de référence 10 _ref .

Les figures 7A, 7B et 7C illustrent un exemple d'application de l'invention lorsque l'assemblage du premier composant 11 au deuxième composant 12 n'entraîne pas de déformation. Il s'agit typiquement d'un assemblage par collage. La figure 7A représente la forme de référence 10 _ref à obtenir. La figure 7B est obtenue par application du modèle de déformation mod à la forme de référence 10 _ref , pour définir une forme de la pièce assemblée 10 _a . La pièce assemblée est obtenue par collage du premier composant 11 et du deuxième composant 12, dont les formes initiales 11, et 12, sont illustrées sur la figure 7C.

Les figures 8A, et 8B illustrent un exemple d'application de l'invention lorsque l'assemblage du premier composant 11 au deuxième composant 12 s'accompagne d'une déformation. Il s'agit typiquement d'un soudage. La figure 8A représente la forme de référence 10 _ref à obtenir. L'application du modèle de déformation auxiliaire mod _aux à la forme de référence 10 _ref , permet de définir une forme de la pièce assemblée 10 _a , dite forme intermédiaire. A partir de la forme intermédiaire de la pièce assemblée, l'application du modèle de déformation auxiliaire permet d'obtenir une forme initiale 11, du premier composant et une forme initiale 12, du deuxième composant. Les formes initiales 11, et 12, sont illustrées sur la figure 8B.

L'invention pourra être mise en oeuvre dans la fabrication de pièces destinées à former des éléments de structure, s'étendant en particulier selon des longueurs importantes, typiquement supérieures à 5 mètres voire à 10 mètres.