Réponse courte: les alliages d'aluminium à haute résistance sont difficiles à souder correctement. L'aluminium est un matériau si fin pour les structures d'aéronefs que la nécessité de le riveter est volontiers acceptée.

Deux choses sont importantes:

1. Alors que l'acier a une plage de température dans lesquels il devient de plus en plus liquide, les alliages d'aluminium passent du solide au liquide en quelques degrés. En outre, la conductivité thermique dans les alliages à base de fer est inférieure à celle de l'aluminium, de sorte que le chauffage de l'acier localement gardera le matériau environnant plus frais et plus solide que l'aluminium. Bien que le soudage de tôles d'acier minces soit trivial, il faut beaucoup d'expérience en aluminium. Pour les feuilles très fines, un équipement spécial comme un support en cuivre refroidi à l'eau sur lequel reposent les feuilles d'aluminium, de sorte que leur dos est refroidi, est nécessaire. De plus, la température de fusion de l'acier et du titane est suffisamment élevée pour qu'il brille longtemps avant de fondre, tandis que l'aluminium fondra sans vous donner aucun indice optique de sa température.

2. Élevé -l'aluminium de résistance est produit par vieillissement progressif et durcissement par précipitation du matériau. Les alliages habituels utilisent des atomes de cuivre dispersés à travers la matrice d'aluminium qui déforment localement le réseau atomique et le renforcent. S'ils sont chauffés et refroidis rapidement par soudage, la distribution du cuivre serait modifiée et le matériau serait affaibli autour de la zone de soudage. Durcir à nouveau la structure finie est plutôt peu pratique dans la plupart des cas, le rivetage est donc la meilleure alternative.

Une troisième spécialité est la couche d'oxyde sur aluminium, qui a un point de fusion plus élevé température que le matériau de base. Vous avez besoin d'un soudeur AC TIG pour interrompre la couche d'oxyde d'aluminium, votre choix de techniques de soudage est donc plutôt limité.

De plus, les structures rivetées sont plus faciles à inspecter et à réparer. La plupart des réparations nécessitent d'enlever la structure de l'avion pour l'accès, et une structure rivetée est plus facile à démonter et à remonter après la réparation en utilisant des rivets légèrement plus épais.

Mon expérience avec le soudage de l'aluminium s'est arrêtée à des feuilles de 4 mm d'épaisseur; alors que les plus épais étaient faciles à souder, je n'ai jamais réussi à souder des plus minces. Vous vous asseyez devant votre structure et chauffez l'endroit où vous souhaitez commencer le soudage. En le regardant à travers l'écran de la tête sombre, vous attendez que le point sous l'arc devienne brillant, ce qui indique que la surface a commencé à fondre. Maintenant, vous devez ajouter votre fil de soudage comme un fou pour empêcher le point de chauffer davantage et faire bouger le point. Si vous ne le faites pas, une seconde plus tard, vous aurez un trou sous votre arc, car l'aluminium a complètement fondu et est tombé. Faire cela avec des feuilles de 2 mm était un pur exercice de futilité pour moi - au moment où la surface est devenue brillante, elle est déjà tombée.

Modifier:

Merci à @ voretaq7 d'avoir partagé le lien sur le soudage par friction malaxage dans les commentaires! Ceci est rendu possible par un positionnement précis des pièces et une tête de soudage commandée par ordinateur et verra une application plus large à l'avenir. Eclipse Aerospace affirme que cela les aide à éviter 60% des rivets dans leur avion à réaction.

Le soudage présente 2 inconvénients importants (1) il affaiblit généralement le matériau d'origine la chaleur dans la zone affectée et (2) l'utilisation d'un seul composant peut perdre des fissures en s'arrêtant au passage d'une section à l'autre. J'ai entendu une histoire selon laquelle quelqu'un (Lockheed?) Avait essayé l'utilisation de la liaison par diffusion, mais avait ensuite subi un développement de fissures importantes pendant les tests structurels.

Ayant eu accès au fuselage du Comet utilisé pour les tests de pression du réservoir d'eau (monté sur mur d'un laboratoire du RAF College Cranwell), la croissance des fissures est clairement apparente. Dans le passé, les ingénieurs avaient l'habitude de percer des trous à l'extrémité d'une fissure (lorsqu'ils les trouvaient) parce que l'augmentation du rayon de pointe ralentissait la vitesse de propagation. Mon père et mon parrain étaient tous deux ingénieurs d'Imperial Airways dans les années 30, 40 et 50. (OK, le nom a changé en BOAC i 1940.)

De plus, il est presque impossible de tester l'intégrité d'une soudure sans la casser; comme l'usine de correspondance qui teste à 100% et n'envoie que celles qui ont fonctionné.

Vous vous demandez simplement ce qui est différent dans l'aviation? La réparation, la sécurité, le poids, l'aérodynamique & n'est-il pas mieux avec une construction soudée?

J'ai juste pensé que je prolongerais avec une autre chose qui est largement utilisée (que vous connaissez peut-être ou non car c'est moins évident): Adhésifs cycle.

Sans combiner le matériau en lui-même comme le soudage, cela va dans le même sens mais contrairement au soudage ne change généralement pas les propriétés du matériau. Les adhésifs de force industrielle, comme l'époxy, peuvent être incroyablement résistants lorsqu'ils sont appliqués correctement.

Ce PDF de Henkel propose une vaste gamme de produits, tout comme cet aperçu de 3M Aerospace.

Tout d'abord, la plupart des avions ont de nombreux composants soudés, mais ce sont principalement des composants de châssis / structure. La peau est généralement rivetée pour deux raisons (1) il est beaucoup plus facile de retirer ou de remplacer un panneau riveté, et (2) l'emplacement de couplage peau à structure n'est dans de nombreux cas pas accessible. En d'autres termes, la peau doit être jointe au cadre. Cela signifie que le soudeur devrait pouvoir accéder à ce joint. Même si vous aviez accès au joint, il ne s'agirait que d'une soudure de couture, puis vous auriez à souder à nouveau sur la surface extérieure pour sceller les joints bout à bout entre les panneaux. Ensuite, vous auriez à broyer ces sceaux. Très long et coûteux et probablement pas plus fort que les rivets de toute façon.

De plus, considérez que les avions fléchissent constamment pendant qu'ils volent. Cela va faire des ravages avec les joints soudés, conduisant potentiellement à des fissures dans un joint mince (ce que seront les joints de peau). Les rivets sont beaucoup plus conviviaux pour les pièces mobiles car ils leur donnent un peu de force.

Normalement, vous voulez beaucoup de surface pour la soudure, et avec une section mince, il est difficile d'obtenir cela. Pour cette raison, il serait en fait une bien meilleure idée de souder ou de braser la peau que de la souder.

Tout cela étant dit, il est très possible de concevoir un avion en utilisant une construction soudée similaire à une voiture en utilisant ce que l'on appelle des "soudures par points". Cela peut encore arriver, mais l'industrie aéronautique n'y est pas encore arrivée.

Je suis venu sur ce fil à la recherche de comparaisons entre rivets et soudures. Ma curiosité a été piquée en lisant "La nuit où le Fitz est tombé" / par Hugh E. Bishop en collaboration avec Dudley Paquette. Paquette (capitaine du Wilfred Sykes lorsque l'Edmund Fitzgerald est tombé en panne) a critiqué les soudures dans les navires, qui sont devenues presque standard depuis une comparaison des soudures par rapport aux rivets effectuée lorsque la marine tentait de décider comment construire des sous-marins. La Marine a conclu que les soudures étaient beaucoup plus solides que les rivets, alors ils ont commencé à souder les sous-marins et à peu près tous les gros bateaux après cela. Paquette ne leur faisait pas confiance, car un gros bateau "fonctionne" beaucoup (fléchit et se tord), en particulier dans les tempêtes, et les soudures sont si rigides que là où une zone rivée fléchirait avec le reste du navire, une soudure apparaîtrait à droite open.

Je ne suis pas tout à fait sûr de son application aux avions, mais cela montre que "les bateaux et les navires le font" n'est peut-être pas un argument aussi fort que les gens le pensent.

Dans l'industrie de la raffinerie; le soudage n'est pas facile, et c'est pour l'acier qui est beaucoup plus facile à souder que l'aluminium et le titane. Le code ASME Boiler and Pressure Vessel comprend une section entière (section 5) qui définit les exigences et les conditions de soudage des aciers de raffinage. L'un des plus gros problèmes pour tout métal est la zone affectée par la chaleur (HAZ). Le métal dans le HAZ a vu toute la gamme de températures de la fusion à rien. Pour l'aluminium, le dépôt de soudure et une partie du HAZ sont dans la condition de résistance la plus faible. Je serai bref. Pour ramener l'aluminium à la résistance, toute la structure soudée devrait être recuite en solution (chauffée à environ 900 F) et rapidement refroidie (comme dans l'eau). Puis vieilli à environ 300 F. C'est la condition courante T 6. Considérez les problèmes de soutien de toute la structure à chaud et l'aluminium a la force du fromage. Et puis tremper dans l'eau. Le titane a son propre ensemble de problèmes de soudage uniques.

Comme d'autres l'ont noté, c'est à cause des propriétés de l'aluminium. J'aimerais ajouter qu'il existe de bonnes alternatives à l'utilisation de l'aluminium, mais la seule qui soit réalisable à la fois en termes de performances et de prix est le magnésium.

Le XP-79 propulsé par fusée de Northrop utilisait une structure monocoque en magnésium soudé par exemple.