Brevet FR2628434A1 — publié le 19890915

La présente invention concerne unt on c on c r n e un p n u r augmenter la résistance mécanique h la formation dE microfissures dans un joint adhésif structural La plupart des assemblages collés sont le sièqe de concentrations de contraintes au voisinage de leurs extrémité. tés(maximum de la contrainte de cisaillement) ainsi qu'à leurs extrémités elles-memes (maximum de In contrninte-normaie de décollement), ou h l'endroit de leurs bords. Ces contraintes diminuent considérablement la tenue mécanique du joint ou sa résistance a l'agression de l'environnement. Il est donc de la plus haute importance. pour permettre le développement de l'utilisation d'assemblages collés dans le domaine industriel. de pouvoir réduire le plus possible ces contraintes et notamment le cisaillement au voisinaqe des extrémités et le décollement aux extrémités. La présente invention a donc pour objet un procédé pour augmenter la résistance mécanique h la formation de microfissures dans un joint adhésif structural caractérisé en ce qu'on soumet le joint adhésif à un vieillissement accéléré et contrôlé à une température inférieure au point de transition vitreuse de l'adhésif et en un milieu humide ayant une humidité relative supérieure à 40%. On décrira ci-apr#s.a titre d'exemple non limitatif. une forme d'exécution de la présente invention.en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en élévation d un -corps d'épreuve constitué par un assemblage collé pourvu de jauges électriques et soumis à un effort de traction. La figure 2 est un diagramme de courbes d'amorçsge des microfissures. La figure 3 est un diagramme de courbes de début de propagation des criques. Pour déterminer avec précision l'effet du procédé par vieillissement, suivant l'invention. sur le seuil d'amorçage des microfissures dans un joint adhésif structural et sur leur propaqation lente ou rapide jusqu'à la rupture d'un corps d'épreuve on a utilisé simultandment deux méthodes à savoir d'une part l'extensométrie h jauges élec triques qui permet de mesurer les déformations supelficiel- les de l'assemblage et d'autre part l'émission acoustique du joint adhésif au cours de son endommagement progressif. Cette dernière méthode constitue une méthode de contrôle non destructif pour confirmer l'amorce et la propagation des microfissures mises en évidence par la méthode extensométri- que. L'analyse est basée sur la comparaison des résultats obtenus à différents stades du vieillissement. Pour les essais# on a utilisé des corps d'épreuve 1 tels que celui représenté sur la figure 1. Ce corps d'épreuve 1 est constitué par deux substrats 2 et 3 assemblés au moyen d'un joint adhésif 4. Les substrats 2.3. constitués d'un alliage d'aluminium connu sous le nom "FnRTAL IER". ont été préalablement usinés de manière à présenter h leurs extrémités deux parties 2a.3a, de même épaisseur et de 4 75 millimètres, épaisseur un peu inférieure à la moitié de l'épaisseur totale e de chaque substrat 2,3 qui est égale a lOmm.De.ce fait l'épaisseur ej du joint adhésif entre les deux parties voisines 2a.3a se chevauchant est de 0.5mu et ce joint s'étend sur une longueur 1 de 36mm. L'adhésif utilisé est une colle époxydique, monocomposant et polymérisée à 1200C. Les subjectiles, c'est-à-dire les surfaces des substrats 2,3 qui sont en contact avec le joint de colle 4. ont subit. avant d'être collés, les traitements mécanique et chimique adéquats de façon que leurs états de surface soient optimaux. Après collage des deux substrats 2.3 du corps d'épreuve 1. on a placé celui-ci dans une enceinte climati que-HERAEUS VTLK/500 programmée a 650C et 95 d'humidité relative. On a maintenu des corps d'épreuve 1 dans cette enceinte pendant des durées respectives de vieillissement de 500h,15ûûh et 2500h. Ensuite on a procédé b des essais de traction sur des corps d'épreuve non vieillis et respectivement vieillis avec des durées de vieillissement de 500h.1500h et 2500h.Pour ces essais de traction on a équipé une surface de l'un des substrats. en l'occurrence celle du substrat 3. s'tendant au-dessus du joint adhésif 4 et un peu au-delà, de zjauqes électriques d'extensométrie 31.J2.J3...,,316. Ces jauges sont du type SHENCK, HBM autocompensées en température pour le FflRT",L HR h trame pel- liculaire. On a soumis ensuite chaque corps d'épreuve å une étude sur une machine de traction AMSLER. La vitesse de montée en charge des essais a été choisie constante et éqale à 25N/s. soit sn daN/20s.Entre chaque montée en charge on a respecté un palier de temps d'une minute. Les différentes jauges d'extensométrie 31.32.33.... ont été réparties h distance les unes des autres sur la surface externe du substrat 3. la première jauge J1 étant située à une distance x= 3mm du plan transversal passant par l'origine 0 du joint ou une première extrémité de l'adhésif 4, la jauge @@6 étant placée à proximité immédiate du Plan trensversel passant par l'autre extrémité du joint adhésif 4.Les différentes jauges d'extensométrie ont été reliées à un appareil d'extensomé- trie VISHAY 40(30 muni d'un logiciel d'acquisition et de traitement des résultats et plus particulièrement pour l'acquisition des déformations relatives et le tracé des courbes F = f ,étant la déformation et F l'effort de traction L'analyse à grande échelle de ces courbes permet de déterminer les seuils FD d'armorçage des microfissures en criques régime stable et FG de début de propagation des criques en régimes instable. Le diagramme de la #figure 2 représente la variation. pour chaque jauge de chaque assemblage, située h une distance x de l'origine 0. de la valeur de la force FD correspondant à l'amorce des premières microfissures dans le joint adhésif (régime stable). Le diagramme de la figure 3 représente la variatiqn. pour chaque jauge de chaque assemblage. de la valeur de la force FG correspondant nu début de la propagation des microfissures ou criques (régime instable). Sur les diagrammes des figures 2 et 3 la position des jauges le long du recouvrement est indiqué en abaisse. sur la moitié du corps d'épreuve. d'un coté du plan de symétrie transversal xy, tandis que la valeur de l'effort de traction F est portée en ordonnée (en daN) Les courbes A.B.C et D des diagrammes des figures 2 et 3 correspondent respectivement aux mesures obtenues avec des corps d'épreuves non vieillis (courbe A) ou ayant subit un vieillissement durant 500 heures (courbe B), 1500 heures (courbes C) ou 2500 heures (courbe D), Les régions situées sous les courbes A,(3.C,D de In figure 2 correspondent å un comportement élastique des corps d'épreuves.Si on examine les courbes A-D de la figure 2 qui sont relative h l'amorçage des microfissures. on constate qu'un vieillissement durant 500 heures (courbe B) ou 1500 heures (courbe C) entraîne une amélioration sensible de la résistance mécanique à la formation des microfissures dans le joint adhésif 4. par rapport a un corps d'épreuve non vieilli (courbe A). De même si on examine les courbes A-D de la figure 3 on voit qu'un vieillissement durant 500 heures (courbe B) ou 150ru heures (courbe C) améliore le comportement du joint adhésif du fait que le début de la propagation des criques intervient pour des efforts de traction plus élevés que dans le cas d'un corps d'épreuve non vieilli (courbe A).Les essais ont montré que la résistance maximale de l'assemblage est obtenue pour un vieillissement d'une durée voisine d-e 1500 heures et-dans ce cas les seuils d'amorçage des microfissures sont les plus élevés et 1R force de rupture est maximale. Si on poursuit le vieillissement au deSà de 1500 heures. en allant jusqu'h 2sono heures on constate cependant une légère dégradation des propriétés de résistance du joint. Comme il a été dit précédemment la méthode d'extensométrie à jauges électriques a été complétée par une mesure de 11 émission acoustique. L'émission acoustique est par définition le phénomène de création d'ondes élastiques qui se propagent dans un matériau et qui sont engendrées au sein de celui-ci par une libération discontinue d'énergie. Ces ondes élastiques sont détectées par des capteurs d'émission acoustiques reliés à un système d'acquisition et de traitement des résultats. Pour effectuer la mesure de l'émission acoustique on a utilisé parallèlement et simultanément une chaîne DUNEGAN 3000 qui est un système complet-de détection. d'analyse et de localisation des signaux acoustiques. Les résultats obtenus par émission acoustique se sont trouvés être tout h fait comparables a ceux obtenus par extensométrie. En effet pour des corps d'épreuve non vieillis, ou vieillis pendant 5(30 heures ou pendant 2500 heures, les émissions acoustiques ont lieu de façon analogue et pour des efforts voisins de ceux correspondant a l'amorçage des microfissures mis en évidence par extensométrie.Par contre pour le joint adhésif vieilli pendant 1500 heures, alors que la méthode extensométrique détecte des microfissures nu voisinage du bord chargé (jauge Il, courbe C de la figure 2). pour un effort FD de 150 daN. l'émission acoustique n'a lieu à cet endroit qu'à partir d'un effort de 300daN. Ceci est peut être dû au fait que pour les essais on a choisi un seuil d'émission fixé è 35dB pour éliminer les signaux parasites provenant de l'environnement tel que le bruit de fond, et que les microfissures qui sont décelables par extensométrie, n'émettent pas encore suffisamment d'énergie acoustique sous un effort de 15n daN pourrait être prises en compte par les capteurs. Il résulte des essais qui ont été effectués que l'assemblage à l'état initial non vieilli est beaucoup plus fragile que ceux vieillis à 500h ou même 15nnh En effet jusqu'à un certain seuil qui se situe entre 15(3Oh et 25oh. le vieillissement diminue (dans sa première phuse) les concentrations de contraintes dans le joint adhésif si bien que ce joint est donc de plus en plus résistant et ce n'est qu'à partir d'un vieillissement de 2500h qu'une légère dégradation de la pièce est observée, les liaisons d'extrémité étant alors rompues par le vieiellissement. REVENDICATLflNS 1.- Procédé pour augmenter la résistance mécanique à la formation de microfissures dans un joint adhésif structural caractérisé en ce qu'on soumet le joint adhésif (4) h un vieillissement accéléré et contrôlé à une température inférieure au point de transition vitreuse de- l'adhésif et en un milieu humide ayant une humidité relative supérieure à 40%. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on procède au vieillissement pendant une durée allant de 500h à 2500h. 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on procède au vieillissement à une température voisine de 650C et avec un taux d'humidité relative de 95%.