Une poutre en I en aluminium est extrudée, non laminée

Une poutre à larges ailes en acier est laminée à chaud et peut atteindre 600 mm de hauteur. Une poutre en I en aluminium est poussée à travers une filière dans une presse hydraulique ; la section est donc limitée par ce que la presse peut fournir et ce que la filière peut tenir. C’est pourquoi les poutres en I en aluminium du commerce dépassent rarement 250 à 300 mm de hauteur, et pourquoi l’aile a normalement une épaisseur constante sans dépouille. Ce ne sont pas des défauts : c’est la géométrie qui accompagne l’extrusion, et concevoir en fonction de ces contraintes est ce qui permet à l’aluminium de fonctionner dans un châssis de structure.

Linkedalu Metal Group Co., Ltd extrude des poutres en I et des profilés en T en aluminium sur mesure pour l’ossature de structure, le raidissement, les bâtis de machines, le matériel de transport et les ouvrages architecturaux où l’acier est tout simplement plus lourd que la spécification ne l’autorise. Des certificats de coulée conformes à la GB/T 5237, l’EN 755-9 ou l’ASTM B221 accompagnent chaque commande.

Aluminium contre acier : une comparaison honnête

À section égale, une poutre en aluminium 6061-T6 reprend environ 35 à 40 % de la charge d’une poutre en acier, pour environ un tiers du poids. Deux chiffres sont régulièrement négligés. Le module d’élasticité de l’aluminium vaut environ le tiers de celui de l’acier : une poutre en aluminium de mêmes dimensions fléchit donc environ trois fois plus sous la même charge. Sa dilatation thermique est environ le double de celle de l’acier : les éléments à grande portée doivent donc admettre des mouvements au niveau de l’assemblage, et pas seulement en surface.

Rigidité : ce que 69 GPa vous coûtent, et comment le rattraper

La flèche se corrige rarement en changeant d’alliage ; elle se corrige en changeant la géométrie ou la portée. Trois leviers fonctionnent : augmenter la hauteur, car passer d’une poutre en I en aluminium de 100 mm à 150 mm double à peu près le moment d’inertie ; ajouter des nervures de raidissement internes dans l’extrusion, ce qui place de la matière là où la contrainte est maximale pour un faible surpoids ; ou accepter la rigidité moindre et réduire la portée non supportée par des appuis plus rapprochés. Une revue du plan vous dira quel levier la géométrie de la section permet.

L’extrusion permet aussi de concevoir la section pour le chemin de charge plutôt que pour un laminoir : épaisseur de paroi variable, âme creuse tubulaire ou nervures internes. Ce sont ces leviers de conception qui permettent à l’aluminium de gagner en résistance spécifique. Le soudage suit les règles habituelles de l’aluminium : le 6061-T6 se soude proprement au TIG ou au MIG avec un métal d’apport 4043 ou 5356, et la zone affectée thermiquement perd son état métallurgique, descendant à une résistance d’environ T4 dans la zone soudée.

Dimensions, limites et tolérances des poutres en I

Sur les presses de 500 MT à 5 000 MT, l’enveloppe pratique est une hauteur jusqu’à environ 300 mm, une largeur d’aile jusqu’à environ 200 mm, une épaisseur d’âme et d’aile de 2 mm à 25 mm selon la hauteur, et un poids au mètre qui reste normalement inférieur à 15 kg/m. Au-delà d’environ 300 mm de hauteur, l’âme refroidit lentement tandis que les ailes refroidissent vite, et la contraction différentielle gauchit la section.

Les poids sont théoriques et donnés à titre indicatif seulement ; la valeur certifiée figure sur le certificat de coulée. Les tolérances dimensionnelles vont de +/-0,5 à +/-1,5 mm sur la hauteur selon la taille, de +/-0,5 à +/-1,0 mm sur la largeur d’aile, à +/-10 % de la valeur nominale sur l’épaisseur d’âme et d’aile, avec une rectitude de 0,8 mm pour 1 000 mm, un gauchissement de 0,5 degré pour 1 000 mm et une planéité d’âme de 0,5 % de la hauteur d’âme. Des tolérances plus serrées ralentissent la presse, ajoutent du contrôle et imposent parfois une modification de la filière : elles ne valent donc la peine d’être spécifiées que là où l’assemblage les exige, comme les faces d’appui usinées et les assemblages d’ailes boulonnés.

Variantes de profilés en T et choix de l’alliage

Quatre décisions changent ce que fait un profilé en T. Un T égal, où la largeur d’aile et la hauteur de tige sont proches, est le choix par défaut pour les raidisseurs, les plafonds à ossature et les châssis de cloison, car le chargement transversal à l’aile est symétrique. Un T inégal, à aile plus large que la tige, convient aux cadres de présentation, aux tableaux architecturaux et aux supports d’enseignes où la surface de montage a besoin de plus de contact que la tige n’en a besoin pour sa rigidité. Les angles vifs donnent une ligne architecturale nette avec une légère concentration de contraintes, tandis que les angles arrondis répartissent mieux les contraintes, s’extrudent plus facilement et sont plus sûrs à manipuler : c’est pourquoi les profilés en T architecturaux apparents utilisent presque toujours des angles arrondis.

Le 6061-T6, avec une traction minimale de 260 MPa et une limite d’élasticité de 240 MPa, est spécifié pour les barres en T de structure, les raidisseurs, les châssis de machines soudés et le matériel de transport. Le 6063-T5, à 160 MPa de traction et 110 MPa de limite d’élasticité, est le choix par défaut pour les profilés en T architecturaux apparents, les plafonds à ossature et les tableaux, car il s’anodise de façon brillante et uniforme. Le 6060-T5 répond aux spécifications européennes aux exigences visuelles plus strictes, et le 5052 ou le 5086 couvre la tôle marine et les éléments secondaires.

Un profilé en T de structure n’est pas un profilé à gorge en T. Les profilés extrudés à gorge en T tels que 2020, 2040, 4040 et 4080 forment une famille de produits distincte, avec des gorges usinées dans l’aile pour recevoir des écrous en T destinés à l’ossature modulaire. Ils se ressemblent et n’ont pas les mêmes fonctions : précisez donc explicitement que vous voulez un T de structure.

Où ces sections sont à leur avantage

Le matériel de transport est le terrain de prédilection de l’aluminium : un châssis en poutres en I en aluminium 6061-T6 peut réduire le poids du châssis de 40 à 50 % par rapport à un équivalent en acier et convertir directement cette économie en charge utile. Les constructeurs de machines passent aux poutres en I en aluminium lorsque la machine doit être repositionnée régulièrement ou lorsque la corrosion compte, comme dans le traitement alimentaire et les zones de lavage. Les profilés en T en 6063-T5 se logent derrière les plafonds suspendus à ossature, les châssis de cloison et les tableaux architecturaux, et un profilé en T collé au dos d’un panneau plan augmente le moment d’inertie du panneau, transformant une tôle souple en élément de structure. Les structures marines telles que les élévateurs à bateaux, les châssis de pontons et les passerelles utilisent l’aluminium parce qu’il ne nécessite aucune peinture à la ligne de flottaison.

La fabrication couvre la coupe à longueur, le perçage, les coupes d’onglet, les sous-ensembles soudés et l’étiquetage selon votre liste de nomenclature. La longueur standard est de 5,8 m, avec 6,0 m disponible après examen du projet, et les finitions vont du brut de filière à l’anodisation en AA10, AA15 ou AA20, au thermolaquage architectural à 60 micromètres et plus, et au PVDF pour les expositions à fort UV ou en bord de mer. La commande minimale est de 500 kg pour une filière neuve et de 200 à 500 kg pour les sections déjà présentes dans la bibliothèque de filières.