Comme exposé précédemment pour le cas métal/colle/métal, les assemblages collés possédant de fortes désadaptations d’impédances aux interfaces substrat/colle sont sujets à une multiplication des ondes de chocs en leur sein, due à des phénomènes de réflexion importants à ces interfaces. De ce fait, l’introduction d’une deuxième impulsion ne permet pas d’aboutir à des configurations plus adaptées à la sollicitation du joint collé que celles observées en mono-impulsion. L’assemblage TA6V4 / Epoxy / Composite Tissé 3D présente également une forte variation d’impédance entre le TA6V4 et le joint d’époxy. La recherche de configurations adaptées à l’application ND-LASAT doit donc se faire en mono-impulsion. En l’absence de modèle pour simuler le comportement sous choc du composite tissé 3D, nous nous sommes basés sur les configurations les plus adaptées au cas Aluminium 6061 / Epoxy / Aluminium 6061 pour concevoir les essais LASAT sur TA6V4 / Epoxy / Composite Tissé 3D.
2.2.1 Mise en oeuvre expérimentale
Les essais décrits ici ont été réalisés sur l’installation Hephaïstos en synchronisant les deux voies laser. Le choix de la taille de tache focale s’est porté sur un diamètre φ6 mm, afin de pouvoir appliquer une in- tensité juste en dessous du seuil de claquage de l’eau et maximiser la taille des décollements pour accroitre leur potentiel de détection post-choc.
Disposant de deux échantillons pour chaque qualité de collage décrite au début de ce chapitre, le fais- ceau laser a été appliqué à la fois sur la face de TA6V4 et sur la face de composite. Cette procédure doit permettre d’identifier quelle face d’illumination se prête le mieux à la détection du collage faible. Le diag- nostic de vélocimétrie choisi pour mesurer la vitesse de surface libre au cours des essais est la Vélocimétrie Hétérodyne (VH), au vu de l’épaisseur et du type de matériau utilisé. Cette technique doit permettre de suivre les oscillations principales de la cible au cours du temps.
Appliquant la même procédure que dans le cas précédent, nous nous sommes efforcés d’effectuer un nombre d’essais important en faisant varier l’énergie appliquée de 2 J à 12 J afin de pouvoir déterminer avec le plus de précision possible les seuils de décollements pour le collage correct et le collage faible, dans les deux configurations d’illumination.
Après les essais LASAT, les échantillons ont été inspectés par SAFRAN avec des C-scans ultrasons en transmission immergée. Le signal est émis en entrée de la pièce à 15 MHz et reçu par un récepteur à 10 M Hz. L’identification de l’état résiduel du joint collé est ainsi déterminé pour chaque tir.
2.2.2 Résultats expérimentaux
Les résultats expérimentaux de ces essais sont présentés sur la Figure 5.13. L’incertitude sur les seuils de décollement est calculée avec les Equations 5.2et5.3.
Figure 5.13 – Seuils de décollements expérimentaux résultants des essais sur TA6V4 / Epoxy / Composite Tissé 3D pour différentes qualités de collage et différentes faces illuminées - Hephaïstos - Gaussienne - 7 ns FWHM - Epaisseur=4250 µm - Les barres d’erreur représentent Iseuil
Quel que soit le côté ayant servi à la génération du chargement, on remarque qu’il y a bien une corréla- tion entre les seuils de décollement et le niveau de collage. Dans les deux cas, le collage faible présente un seuil de décollement plus bas que dans le cas du collage correct et ces seuils semblent du même ordre de grandeur dans les deux cas d’illumination, au regard de l’incertitude sur le seuil de décollement (Iseuil). En
prenant en compte Iseuil, l’application d’une intensité Imax telle que 3, 9 GW/cm2< Imax< 4, 5 GW/cm2
en illuminant le TA6V4 ou 2, 8 GW/cm2 < I
max < 3, 6 GW/cm2 en illuminant le composite permet de
décoller un collage faible alors que ces conditions sont insuffisantes pour décoller le collage correct. Il est donc possible d’identifier les collages faibles en respectant ces gammes d’intensités et les configurations utilisées lors de ces expériences.
Les observations post-choc par ultrasons (US) ont permis également d’inspecter l’état des substrats suite aux essais. Aucun endommagement n’a été détecté. De plus, des coupes micrographiques effectuées sur les emplacements des tirs avec la plus forte intensité n’ont révélé aucun défaut ou fissures, renforçant ainsi le diagnostic ultrason garantissant l’intégrité des substrats. Comme pour l’assemblage métal/colle/métal, ce cas TA6V4/Epoxy/Composite Tissé 3D présente l’avantage d’avoir des substrats bien plus résistants que le joint collé et permet ainsi de trouver des configurations adaptées, sans avoir à optimiser la réparti- tion de contraintes dans l’assemblage.
Les configurations mentionnées précédemment sont adaptées pour la mise en place d’une procédure de ND-LASAT sur ces assemblages. Il faut également souligner que la possibilité de révéler des défauts en appliquant le laser aussi bien du côté du composite que du TA6V4 offre une certaine souplesse pour la mise en oeuvre du procédé dans des conditions industrielles.
2.2.3 Détection in-situ des décollements
En plus de permettre la construction d’une base de données expérimentales qui pourra servir à la validation de modèles numériques, les profils de vitesse de surface libre avec la Vélocimétrie Hétérodyne portent la signature du décollement. En effet, dans le cas d’un essai sans décollement, tel que l’essai à
0, 97 GW/cm2 sur la Figure5.14, les débouchés du choc sont bien visibles avec le premier à t = 1700 ns et le second, après un aller-retour dans l’ensemble de l’assemblage, à t = 5000 ns. Dans le cas des essais ayant mené à un décollement détecté par ultrasons, on remarque qu’on ne détecte plus ce motif avec la période caractéristique qui lui est associée. L’introduction d’une surface libre entre l’époxy et le TA6V4 induit un changement majeur et s’apparente à un écaillage typique de celui qu’on peut observer sur des cibles monomatériaux. Dans le cas des décollements, la surface libre n’est plus déchargée suite au premier débouché de choc et la rupture qui se produit à l’interface et la couche de TA6V4 part en envol ballistique, sous l’effet de la quantité de mouvement qui lui est transférée. Par effet de rappel bi-dimensionnel effectué par les bords de l’écaille, la couche de TA6V4 est ensuite freinée, ce qui explique la diminution progressive de la vitesse de surface libre associée.
Figure 5.14 – Profils de vitesse de surface libre expérimentaux obtenus par VH sur TA6V4 / Epoxy / Composite Tissé 3D collage faible pour différentes intensités - Résolution temporelle 50 ns - Résolution en vitesse 5 m/s - Génération du chargement côté composite - Hephaïstos - Gaussienne - 7 ns FWHM - φ6mm- Epaisseur=4250 µm - Les signaux sous forme de tirets correspondent aux essais ayant mené à un décollement identifié par US
La configuration expérimentale où la génération du choc se produit côté composite est a priori favorable à la détection d’un décollement. En effet, le joint de colle est localisé proche de la face arrière, ce qui implique qu’une ouverture de surfaces libres à une des deux interfaces doit avoir un impact direct sur la vitesse de face arrière. Les mesures faites avec génération du choc sur le TA6V4 sont moins équivoques. 2.2.4 Perspectives
La démonstration expérimentale du procédé ND-LASAT a été effectuée sur cet assemblage en se basant sur l’étude numérique et les résultats expérimentaux du cas métal/colle/métal. Toutefois, afin de répondre à un besoin de caractérisation ou même pour dimensionner des essais sur des épaisseurs différentes, il est impératif de disposer d’un modèle numérique intégrable dans un code 2D voire 3D pour simuler les pro- pagations de choc dans le composite tissé 3D. La question de l’homogénéisation des propriétés devra être tranchée en mettant en balance le coût de calcul et l’influence des différents constituants (torons,matrice) sur la propagation des chocs.
Comme pour le type d’assemblage précédent, il serait intéressant de réaliser des essais sur un col- lage faible dont les propriétés mécaniques approcheraient la tenue correcte, tout en restant légèrement en dessous de la tolérance fixée à 20 % d’abattement sur la résistance quasi-statique. Ces essais à géométrie identique permettraient de déterminer si le paramétrage identifié ici est suffisant pour distinguer cette qua- lité de la qualité correcte. Des efforts devront être faits pour diminuer Iseuil, notamment en accroissant le
plus importante s’avéreraient également particulièrement intéressants au vu du contexte industriel dans lequel s’inscrit cet assemblage.