Les hautes puissances pulsées pour la mise en forme, le soudage et le sertissage

Impulsion magnétique ou électro hydroformage, quelles spécificités ?

L’impulsion magnétique génère des vitesses de déplacement supérieures. De ce fait, la soudure, nécessitant de grandes vitesses, fera généralement appel à l’impulsion magnétique, alors que le formage de formes complexes lui, nécessitant des vitesses plus faibles pour permettre l’avalement, fera plutôt appel à l’électro hydroformage.
Du point de vue de la mise en oeuvre, l’impulsion magnétique est plus simple sous réserve de l’accessibilité pour positionner une bobine et s’applique à des pièces de plus petite dimension. Les problématiques principales de cette application sont la précision de positionnement notamment au moment de l’effort associé à l’impact ainsi que la détermination de la forme de l’inducteur.
Pour ce qui concerne l’électro hydroformage, la problématique principale est la gestion de l’avalement et de l’étanchéité avec la matrice pour les emboutis profonds.
La taille des pièces est aussi une problématique commune aux deux mises en oeuvre, une piste pour étendre le domaine d’application est l’approche incrémentale, mais elle sera gérée de façon différente dans les deux cas :

• Pour l’impulsion magnétique, la voie la plus prometteuse est la robotisation du procédé
• Pour l’électro hydroformage, la voie se trouve dans l’optimisation de la chambre de décharge avec, si besoin, des décharges par zone

Quelles sont les contraintes ou limites des procédés actuels que les HPP vont lever ou repousser ?

Tôlerie : Les mécanismes métallurgiques mis en oeuvre lors du formage par HPP sont différents de ceux mis en oeuvre par les procédés conventionnels. Les grandes vitesses de déplacement lors du formage permettent d’atteindre des allongements supérieurs à ceux obtenus à faible vitesse et l’amincissement de la pièce est plus homogène. De plus, la quasi suppression du retour élastique permet de fabriquer des matrices au théorique.
Par ailleurs le procédé HPP permet de supprimer tout ou partie des traitements thermiques parfois indispensables pour les formages de certains alliages. Il permet aussi de former à froid des matériaux formables uniquement à chaud par les procédés à faible vitesse, comme le magnésium ou le titane allié (structure hexagonale centrée).

Assemblage : L’assemblage par HPP est un assemblage à froid (sans fusion) qui ne modifie pas la micro structure des matériaux en présence : pas de ZAT et l’épaisseur du joint est inférieure à 10 µm. Ceci se traduit, au niveau des propriétés mécaniques de l’assemblage, par une absence d’abattement en statique et une durée de vie en fatigue multipliée par 4 par rapport à une liaison collée rivée. La santé de la liaison est bien meilleure que dans le cas d’un assemblage par fusion, générateur de défauts et de contraintes (ZAT) L’assemblage par HPP permet des liaisons entre matériaux dissemblables, même non soudables par fusion.

Quel est le niveau de maturité actuel de ces procédés, sont-ils déjà utilisés ou utilisables industriellement ?

Le procédé HPP se décline en diverses applications, le niveau de maturité dépend de chaque application, ainsi que des matériaux et dimensions mis en oeuvre. Globalement, on peut dire que pour :

L’électro hydro formage, il n’y a pas encore d’application industrielle :

• Pour l’aluminium faible épaisseur (de l’ordre du mm) : on peut rentrer dans une phase d’utilisation industrielle (TRL6)
• Pour l’aluminium forte épaisseur (plusieurs mm), les matériaux plus raides comme l’inox ou le titane, ainsi que pour le magnésium : les stratégies sont encore à mettre au point avant de rentrer dans une phase industrielle (TRL4)

L’impulsion magnétique, il y a quelques applications industrielles en soudage et formage (secteur automobile ou parfumerie) sur des matériaux peu raides :

• Pour les matériaux plus raides, type aluminium aéronautique : on peut rentrer dans une phase d’utilisation industrielle (TRL6)
• Pour les matériaux encore plus raides comme l’inox, le titane ou l’acier des travaux de recherche sont encore nécessaires pour rendre performante la simulation et optimiser les bobines et les paramètres (TRL4)

Qu’attend Airbus Helicopters de cette technologie ?

Les cibles de pièces chez Airbus Helicopters sont :

• Pour l’électro hydroformage : toutes les pièces de tôlerie obtenues par emboutissage, cambrage, étirage, bords tombés… en commençant par les pièces de « rapid manufacturing » (= non récurrentes donc nécessitant des outillages et un cycle outillage + pièce minimum)
• Pour les impulsions magnétiques : certaines pièces à bord tombé (suivant la taille) et les soudures de tubes (arbres de transmission, barres, pignons…). Dans un deuxième temps, la soudure à plat va aussi être explorée pour les pièces qui ne sont pas de révolution.

L’objectif est d’atteindre un degré de maturité suffisant pour intégrer la technologie sur les hélicoptères (TRL6) en 2016 pour la majorité des applications, d’autres pourront se poursuivre au-delà en phase recherche comme la soudure à plat robotisée.
Les gains apportés par le déploiement de ces technologies sont :

• Des gains de coûts et de cycle de fabrication du fait de la rapidité du procédé, de la facilité de mise en oeuvre, de la robustesse du procédé, limitant ainsi les retouches ou rebus, de la suppression des reprises main.
• Des gains de performance par la mise en oeuvre possible de matériaux plus performants et une meilleure tenue des assemblages (durée de vie améliorée)