Caractérisation et compréhension du comportement en corrosion des structures en alliages d'aluminium 2050 soudées par Friction Stir Welding (FSW) – CorALiS

Parmi les défis que l'industrie aéronautique aura à relever au cours de ces prochaines années, la réduction de la consommation de carburant est un enjeu économique et environnemental majeur. L'une des clés du succès repose sur la diminution du poids des structures : dans ce cadre, l'introduction massive des alliages Al-Li de 3ème génération sur les structures avions représente une vraie rupture technologique. Cependant, des gains de masse encore plus importants peuvent être obtenus en optimisant les procédés d'assemblage. Dans cette optique, le remplacement des assemblages mécano-rivetés par des structures soudées par Friction Stir Welding (FSW), qui permettrait de s'affranchir du poids des rivets et du poids supplémentaire de tôles d'alliages d'aluminium sur les recouvrements, correspondrait à une autre rupture technologique. On sait aujourd'hui que les produits en alliages d'aluminium d'épaisseur moyenne sont particulièrement bien soudés par le procédé FSW. De nombreux essais ont été conduits, dans le cadre de la recherche industrielle et notamment par les groupes EADS et Alcan, pour développer les conditions d'application du procédé aux matériaux industriellement utilisés, là où les procédés de soudage plus conventionnels rencontrent des limites technologiques et/ou, en tout cas, impliquent des mesures de mise en œuvre plus contraignantes. L'un des points forts du soudage FSW est qu'il permet de conserver de bonnes propriétés mécaniques par rapport à la plupart des procédés traditionnels, en statique comme en fatigue, et qu'il représente une solution d'optimisation des propriétés de tolérance au dommage des structures avions. En revanche, aujourd'hui, peu de données sont disponibles dans la communauté scientifique sur le comportement en corrosion des joints soudés par FSW. Le présent projet, très fortement orienté sur des applications industrielles, propose une démarche qui vise à caractériser et comprendre les mécanismes de corrosion (intragranulaire, intergranulaire, exfoliante) et de corrosion sous contrainte affectant les structures soudées par FSW pour être en mesure de prédire leur durée de vie. Il porte sur les alliages d'Al-Li de 3ème génération, et en particulier la nuance 2050, développée par Alcan. Ces nuances devraient, dans un proche avenir, supplanter les alliages d'aluminium traditionnellement utilisés dans le domaine de la construction aéronautique. Les objectifs du projet sont : 1. de compléter les connaissances sur la métallurgie des structures soudées en alliage 2050 ; 2. de définir les modes d'endommagement en corrosion de l'alliage 2050 en prenant en compte l'influence de l'environnement mais aussi de l'état métallurgique local et de l'état de contrainte local en relation avec l'état métallurgique (contraintes internes) ; 3. d'acquérir ce même niveau de connaissances sur des joints soudés d'alliage 2050 ; 4. de proposer des lois de propagation des défauts de corrosion prenant en compte les paramètres critiques définis précédemment ou au minimum de mettre en place les connaissances et la méthodologie requises pour permettre d'atteindre cet objectif à court terme sur des joints soudés d'alliage 2050 ; 5. de préciser l'évolution de la distribution des contraintes internes en fonction du chargement mécanique via la réalisation d'essais de corrosion sous contrainte qu'il s'agira de définir (description des milieux d'essais, des chargements mécaniques, de la géométrie des éprouvettes pour reproduire l'endommagement observé sur structures réelles) ; 6. de réduire voire inhiber les modes d'endommagement observés ; 7. de travailler également sur un axe de développement du traitement thermique en identifiant les microstructures sensibles à la corrosion ; 8. d'appréhender le problème de l'assemblage des pièces de structure pour le soudage FSW (contraintes résiduelles et évolution des microstructures liées au procédé de soudage) et de valoriser cette technologie d'assemblage. Ainsi, ce projet s'attachera à répondre