FR2696116A1 - Procédé et dispositif de soudage par points de deux tôles composites. - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un procédé de soudage par points pour l'assemblage de deux tôles (1, 2) dont une au moins est une tôle composite dite tôle "sandwich" contenant une couche intermédiaire (1a) en matériau polymère. Le procédé consiste à utiliser deux électrodes de soudage (10, 11) placées respectivement de chaque côté de l'assemblage à réaliser, à émettre dans la zone d'application des électrodes de soudage (10, 11) sur les tôles (1, 2) un train d'ondes pour porter la couche intermédiaire (1a) de ladite zone à une température suffisante pour assurer son ramollissement, à exercer sur l'assemblage, au moyen des électrodes de soudage (10, 11), une pression suffisante pour provoquer le fluage de la couche intermédiaire (1a) et à réaliser le point de soudure. L'invention concerne également un dispositif de soudage pour la mise en œuvre du procédé.
Description
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de soudage par points pour l'assemblage de deux tôles, notamment de tôles composites dites tôles "sandwich" composées d'une couche en matériau polymère placée entre deux feuilles métalliques par exemple en acier.
Pour souder deux tôles dont l'une au moins est une tôle sandwich, on assemble les tôles en les disposant face à face, en recouvrement, on place de chaque côté du montage réalisé une électrode de soudage, les deux électrodes étant alignées le long d'une perpendiculaire au plan des tôles, et on alimente les deux électrodes en courant électrique tout en assurant une pression de celles-ci sur les tôles, moyennant quoi un point de soudure est réalisé par fusion localisée des tôles au niveau de leur point de contact situé dans l'alignement des électrodes.
Un tel procédé de soudage par points est bien connu et largement utilisé pour l'assemblage des tôles classiques, notamment dans le domaine de la construction automobile.
Mais, dans le cas, du soudage d'une tôle sandwich, la couche de polymère constitue un isolant électrique empêchant le passage du courant de soudage.
Une solution pour remédier à ce problème consiste à doper le polymère avec un adjuvant conducteur de l'électricité tel que du carbone ou des microbilles de métal.
De ce fait, le polymère est rendu conducteur et la soudure par points des tôles sandwich comportant ce polymère dopé peut être réalisée de manière classique.
Des tôles sandwich de-ce type sont connues notamment par les brevets EP-A-89 435 et US-A-4 353 951.
Cette technique classique de soudage implique donc l'utilisation de tôles comportant ce polymère dopé dont le coût est considérablement plus élevé que celui des tôles comportant un polymère non conducteur.
De plus, le choix du polymère est limité, au détriment des qualités recherchées d'amortissement des vibrations et d'insonorisation etc.
On connaît également un autre procédé de soudage applicable aux tôles sandwich, dans lequel on utilise deux électrodes de soudage placées face à face respectivement de chaque côté de l'assemblage à réaliser alimentées par un courant électrique de soudage, on chauffe localement dans une zone située à proximité de la position du point de soudure à réaliser, la feuille de la tôle sandwich située vers l'extérieur de l'assemblage, jusqu'# ce que la couche intermédiaire en matériau polymère soit portée à une température suffisante pour assurer son ramollissement, on exerce sur l'assemblage, au moyen des électrodes de soudage, une pression suffisante pour faire fluer le matériau polymère hors de la zone d'application des électrodes et rapprocher jusqu'au contact la feuille extérieure de la feuille intérieure située au contact de l'autre tôle et on alimente les électrodes par des éléments de soudage.
Le chauffage de la couche intermédiaire en polymère est réalisé au moyen d'une électrode supplémentaire disposée à proximité de l'électrode de soudage en contact avec la tôle sandwich.
Mais, avec ce procédé, le temps de chauffage pour obtenir le ramollissement de la couche intermédiaire en polymère non conducteur et le temps global de réalisation d'un point de soudure sont relativement longs et ceci pour ne réaliser qu'un seul point de soudure à chaque opération.
De plus, les électrodes placées face à face occupent un espace qui peut entraîner une difficulté ou une impossibilité de soudage dans les endroits d'accès difficiles tels que les bords tombés ou les angles.
La présente invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif de soudage par points pour l'assemblage de deux tôles notamment de tôles composites permettant d'éviter ces inconvénients.
La présente invention a donc pour objet un procédé de soudage par points pour l'assemblage de deux tôles dont au moins l'une est une tôle composite dite tôle "sandwich" contenant une couche intermédiaire en matériau polymère, procédé selon lequel on utilise deux électrodes de soudage placées respectivement de chaque côté de l'assemblage à réaliser et alimentées par un courant électrique de soudage, caractérisé en ce que
- on émet, dans la zone d'application des électrodes de soudage sur les tôles, un train d'ondes pour porter la couche intermédiaire dans ladite zone à une température suffisante pour assurer son ramollissement,
- on exerce sur l'assemblage au moyen des électrodes de soudage une pression suffisante pour provoquer, dans ladite zone d'application, le fluage de la couche intermédiaire,
- puis, on réalise le point de soudure.
- on émet, dans la zone d'application des électrodes de soudage sur les tôles, un train d'ondes pour porter la couche intermédiaire dans ladite zone à une température suffisante pour assurer son ramollissement,
- on exerce sur l'assemblage au moyen des électrodes de soudage une pression suffisante pour provoquer, dans ladite zone d'application, le fluage de la couche intermédiaire,
- puis, on réalise le point de soudure.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le train d'ondes est dans les fréquences ultrasonores.
Grâce à ce procédé, les inconvénients cités précédemment sont supprimés et on peut en particulier réaliser des soudures par points de bonne qualité sur des tôles sandwich en quelques endroits que ce soit sur leur surface, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser dans la fabrication desdites tôles un matériau polymère conducteur.
La présente invention a également pour objet un dispositif de soudage par points de deux tôles dont l'une au moins est une tôle composite dite tôle "sandwich" composée d'une couche intermédiaire en matériau polymère par exemple viscoélastique, placée entre deux feuilles, ledit dispositif comprenant au moins une paire d'électrodes de soudage placées chacune respectivement de chaque côté de l'assemblage à réaliser et alimentées par une source de courant électrique, et des moyens de mise en pression des électrodes de soudage sur les tôles, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'émission d'un train d'ondes dans la zone d'application des électrodes de soudage sur les tôles pour porter la couche intermédiaire dans ladite zone à une température suffisante pour son ramollissement.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- les moyens d'émission du train d'ondes comprennent un transducteur associé à un amplificateur variable, un transformateur d'amplitude et un élément isolant placé entre le transducteur et le transformateur d'amplitude,
- le transformateur d'amplitude est disposé entre le transducteur et une des électrodes de soudage transmettant le train d'ondes et le courant de soudage dans la zone d'application des électrodes de soudage,
- le transformateur d'amplitude constitue une des électrodes de soudage pour la transmission, dans la zone d'application des électrodes de soudage, du train d'ondes et du courant de soudage,
- le transducteur est une source d'ultrasons.
- les moyens d'émission du train d'ondes comprennent un transducteur associé à un amplificateur variable, un transformateur d'amplitude et un élément isolant placé entre le transducteur et le transformateur d'amplitude,
- le transformateur d'amplitude est disposé entre le transducteur et une des électrodes de soudage transmettant le train d'ondes et le courant de soudage dans la zone d'application des électrodes de soudage,
- le transformateur d'amplitude constitue une des électrodes de soudage pour la transmission, dans la zone d'application des électrodes de soudage, du train d'ondes et du courant de soudage,
- le transducteur est une source d'ultrasons.
L'invention va être décrite plus en détails ci-dessous en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels
- la Fig. 1 est une vue schématique en élévation d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de soudage par points selon l'invention,
- la Fig. 2 est une vue schématique en élévation d'un second mode de réalisation d'un dispositif de soudage par points selon l'invention.
- la Fig. 1 est une vue schématique en élévation d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de soudage par points selon l'invention,
- la Fig. 2 est une vue schématique en élévation d'un second mode de réalisation d'un dispositif de soudage par points selon l'invention.
Sur ces figures, les dimensions relatives des différents éléments n'ont pas été respectées, notamment les épaisseurs des tôles, ceci afin de faciliter la compréhension de la description de l'invention.
Comme représenté sur la Fig. 1, le dispositif de soudage par points selon l'invention est utilisé pour l'assemblage de deux tôles 1 et 2 dont l'une au moins est une tôle sandwich par exemple la tôle 1, composée d'une couche intermédiaire la en matériau polymère, par exemple viscoélastique, non conducteur, placée entre deux feuilles métalliques lb et lc.
Le dispositif comporte une électrode supérieure de soudage 10 en contact avec la tôle sandwich 1 et une électrode inférieure de soudage 11 située en vis à vis de l'électrode supérieure de soudage 10 et contact avec la tôle 2 pour constituer une paire d'électrodes de soudage 10 et 11.
L'électrode supérieure de soudage est reliée électriquement à une première borne, par exemple positive, d'un circuit secondaire d'un transformateur non représenté et l'électrode inférieure de soudage 11 est reliée à la seconde borne, par exemple négative, dudit circuit secondaire.
L'électrode supérieure de soudage 10 est mobile verticalement et comporte des moyens de mise en pression sur la tôle sandwich 1.
Ces moyens de mise en pression sont constitués par exemple par un vérin, non représenté, dont l'une des extrémité est en appui sur une butée solidaire de l'électrode supérieure de soudage 10.
La mise en pression de l'électrode de soudage 10 sur la tôle composite 1 peut être réalisée par tout autre moyen approprié.
L'électrode inférieure de soudage 11 est fixe, mais peut être également mobile verticalement et, dans ce cas, elle comporte des moyens de mise en pression par exemple identiques à ceux utilisés pour l'électrode supérieure de soudage 10.
Comme représenté sur les Figs. 1 et 2, le dispositif de soudage par points des deux tôles 1 et 2 comprend des moyens 20 d'émission d'un train d'ondes dans la zone d'application des électrodes de soudage 10 et 11 sur les tôles 1 et 2 pour porter la couche intermédiaire la dans ladite zone à une température suffisante pour son ramollissement.
Les moyens 20 d'émission du train d'ondes comprennent un transducteur 21 associé à un amplificateur 22 variable permettant d'ajuster la valeur de l'énergie transmise à un transformateur d'amplitude 23.
Un élément isolant 24 est placé entre le transducteur et le transformateur d'amplitude 23 de façon à isoler électriquement ledit transducteur 21 du courant de soudage traversant l'électrode 10.
Selon un premier mode de réalisation représenté à la Fig. 1, le transformateur d'amplitude 23 de forme spécifique est disposé entre le transducteur 21 et l'électrode supérieure de soudage 10 et transmet le train d'ondes et le courant de soudage dans la zone d'application des électrodes de soudage 10 et 11 sur les tôles 1 et 2.
Selon un second mode de réalisation représenté à la Fig. 2, le transformateur d'amplitude 23 est disposé entre le transducteur 21 et la tôle supérieure 1 et constitue donc l'électrode supérieure de soudage 10 qui transmet dans la zone d'application des électrodes de soudage sur les tôles 1 et 2 le train d'ondes et le courant de soudage.
Le transformateur d'amplitude 23 est relié à une arrivée 25 du courant de soudage par l'intermédiaire d'un collier 26 serré sur ledit transformateur d'amplitude 23 au moyen d'une vis 27.
Le transformateur d'amplitude 23 est appelé une sonotrode lorsque le train d'ondes émis par le transducteur 21 est une onde ultrasonore.
Le dispositif de soudage selon la présente invention fonctionne de la manière suivante.
Tout d'abord, les deux tôles 1 et 2 sont positionnées entre les électrodes de soudage 10 et 11.
Les électrodes 10 et 11 sont amenées au contact des tôles 1 et 2 et pressées sur lesdites tôles respectivement au moyen de vérins non représentés sur les Figures.
Selon une première phase, l'une des électrodes par exemple l'électrode supérieure 10 ou le transformateur d'amplitude 23 est soumis à un train d'ondes et à vibration dans l'axe perpendiculaire aux tôles 1 et 2.
L'énergie vibratoire est communiquée à la couche intermédiaire la c'est à dire au polymère par exemple viscoélastique, qui s'échauffe dans la zone d'application des électrodes de soudage pour atteindre un point de ramollissement.
La fusion du polymère permet sous l'effort exercé par les électrodes 10 et 11, la mise en contact des feuilles métalliques lb et lc dont est constituée par exemple la tôle 1.
Durant une seconde phase de l'opération de soudage, c'est à dire lorsque la continuité métallique est établie entre les tôles, la pression entre les électrodes étant maintenue, on alimente en courant de soudage les électrodes 10 et 11 ou le transformateur d'amplitude 23 et l'électrode 11 ce qui permet, à partir des différentes interfaces de développer un noyau fondu formant le point de soudure.
Selon un exemple de réalisation, avec un train d'ondes d'ultrasons, les fréquences utilisées sont comprises entre 10000 et 100000 hertz.
Les puissances développées sont comprises entre 20 et 5000 watts suivant les épaisseurs des tôles à souder.
Claims (7)
1. Procédé de soudage par points pour l'assemblage de deux tôles (1, 2) dont au moins une est une tôle composite dite tôle "sandwich" contenant une couche intermédiaire la en matériau polymère, procédé selon lequel on utilise deux électrodes de soudage (10, 11) placées respectivement de chaque côté de l'assemblage à réaliser et alimentées par un courant électrique de soudage, caractérisé en ce que
- on émet, dans la zone d'application des électrodes de soudage (10, 11) sur les tôles (1, 2), un train d'ondes pour porter la couche intermédiaire (la) dans ladite zone à une température suffisante pour assurer son ramollissement,
- on exerce sur l'assemblage au moyen des électrodes de soudage (10, 11) une pression suffisante pour provoquer, dans ladite zone d'application, le fluage de la couche intermédiaire (la),
- puis, on réalise le point de soudure.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le train d'ondes est dans les fréquences ultrasonores.
3. Dispositif de soudage par points de deux tôles (1, 2) dont l'une au moins est une tôles composite dite tôles "sandwich" composée d'une couche intermédiaire (la) en matériau polymère placée entre deux feuilles (lb, lc), ledit dispositif comprenant au moins une paire d'électrodes de soudage (10, 11) placées chacune respectivement de chaque côté de l'assemblage à réaliser et alimentées par une source de courant électrique, des moyens de mise en pression des électrodes de soudage (10, 11) sur les tôles (1, 2), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (21, 22, 23) d'émission d'un train d'ondes dans la zone d'application des électrodes de soudage (10, 11) sur les tôles (1, 2) pour porter la couche intermédiaire (la) dans ladite zone à une température suffisante pour son ramollissement.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'émission du train d'ondes comprennent un transducteur (21) associé à un amplificateur variable (22), un transformateur d'amplitude (23) et un élément isolant (24) placé entre le transducteur et le transformateur d'amplitude (23).
5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le transformateur d'amplitude (23) est disposé entre le transducteur (21) et une (10) des électrodes de soudage (10, 11) transmettant le train d'ondes et le courant de soudage dans la zone d'application desdites électrodes de soudage.
6. Dispositif selon les revendications (3 et 4), caractérisé en ce que le transformateur d'amplitude (23) constitue une (10) des électrodes de soudage (10, 11) pour la transmission, dans la zone d'application desdites électrodes de soudage, du train d'ondes et du courant de soudage.
7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le transducteur (21) est une source d'ultrasons.
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