FR2845310A1 - Soudage au laser a blocage en biseau pour un composant d'induction d'air - Google Patents

Soudage au laser a blocage en biseau pour un composant d'induction d'air Download PDF

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Bobbye Kaye Whiteton Baylis
Franck Daniel Watt
Xiao Qun Xu
James Vanderveen
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Continental Tire Canada Inc
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Siemens VDO Automotive Inc
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Abstract

Soudure au laser utilisée pour fixer une partie du composant transparent au laser à une partie du composant absorbant à une aire de joint de soudure au laser. La partie du composant transparent comporte une première surface (28) de soudure et une première surface (30) biseautée formée en face de la première surface de soudure. La partie du composant absorbant comporte une deuxième surface (58) de soudure et une deuxième surface (60) biseautée formée en face de la deuxième surface de soudure. Avant la soudure au laser, les première et deuxième surfaces biseautées coopèrent pour forcer et bloquer les première et deuxième surfaces de soudure en coopération de butée à une pression déterminée à l'avance. Un faisceau laser est ensuite dirigé en direction des première et deuxième surfaces de soudure pour fixer de manière permanente ensemble les parties de composant. Les première et deuxième surfaces biseautées maintiennent la pression déterminée à l'avance pendant le processus de soudure au laser.

Description

L'invention se rapporte à un procédé et à un système qui utilise un joint
de soudage au laser à blocage en biseau pour des composants
d'induction d'air.
Des systèmes d'induction d'air comportent classiquement plusieurs 5 composants d'induction d'air différents, tels que des filtres à air, des tuyaux à air, des résonateurs, des collecteurs d'admission, etc., chaque composant étant fixé à au moins un autre composant pour fournir un assemblage d'induction d'air formant un trajet pour l'air se déplaçant en passant dans le système d'induction d'air. Divers procédés de fixation différents peuvent être 10 utilisés pour fixer des composants d'induction d'air en matière plastique les uns aux autres et pour souder des parties de composant de ce genre ensemble. Un procédé préféré utilise un soudage par vibration pour souder de
manière permanente des parties de composants ensemble.
Dans un processus de soudage par vibration classique, chaque i 5 section du composant d'induction d'air comporte un rebord contre lequel une
force de serrage est exercée pour serrer les sections du composant ensemble avant la soudure. Une fois que les sections du composant sont serrées ensemble, une section est mise en vibration contre l'autre le long d'un cordon de soudure déterminé à l'avance pour faire fondre la matière plastique et fixer 20 les composants ensemble.
Le procédé de soudure par vibration classique présente certains inconvénients. Par exemple, une matière de composant supplémentaire est nécessaire pour former les rebords, les cordons et des pièges de bavures sur les composants. Ces matériaux ajoutent un poids supplémentaire et des cots 25 supplémentaires et n'apportent aucun bénéfice supplémentaire aux composants, une fois que le système d'induction d'air est assemblé à un moteur. En outre, exercer et maintenir la force de serrage pendant le
processus de soudure par vibration ajoute également des cots.
Parce que la soudure par vibration élimine de la matière sous la 30 forme de bavures pendant le processus de fusion, les cordons de soudure doivent être conçus avec la matière supplémentaire ajoutée. Comme la quantité de matière éliminée de n'importe quelle section du cordon de soudure faisant un angle par rapport à la force de serrage dépend de cet angle, le calcul de la quantité correcte de matière à ajouter peut être 35 compliqué. Un autre inconvénient de la soudure par vibration est que le cordon de soudure doit être monté sur un rebord qui déplace le joint latéralement à partir d'une charge en traction vraie. Un joint de ce genre est
soumis à une composante de pelage, qui affaiblit considérablement le joint.
Un autre processus de jonction pour des composants d'induction d'air en matière plastique est la soudure au laser à transmission de traversée. 5 Ce processus nécessite que les deux surfaces qui doivent être réunies ensemble soient serrées ensemble avec les composants de serrage. Si ces deux surfaces sont simplement des surfaces plates qui se chevauchent, les deux composants de serrage doivent être situés directement sur la surface à souder, l'un au-dessus et l'autre en dessous. Dans cette configuration, le laser 1o doit soit passer à travers l'un des dispositifs de serrage ou bien la pince doit s'éloigner juste avant que n'approche le laser qui se déplace, puis la pince doit se réengager après que le laser soit passé. Dans ce dernier exemple, l'ouverture, le déplacement en s'éloignant, le déplacement pour revenir en position et ensuite la fermeture de la pince ralentissent significativement le 1 5 processus de soudure au laser. Dans le cas mentionné en premier, une partie
de la pince doit être formée à partir d'une matière transparente de sorte que le faisceau laser peut passer à travers la pince. Utiliser un matériau transparent pour la pince n'est pas souhaitable car si la matière de la pince se salit, l'énergie du faisceau laser est absorbée et peut faire que la pince se chauffe 2o et fonde ou se détériore. Ainsi, aucune de ces solutions n'est satisfaisante.
Ainsi, il est souhaitable d'avoir à disposition un procédé et un dispositif de soudage par faisceau laser qui peut fournir un trajet de laser clair vers la surface à souder (surface formant joint à plat point) du composant, et qui surmonte les autres inconvénients mentionnés cidessus de l'art antérieur. 25 En outre, le processus devra utiliser moins de matière et nécessiter moins de modifications de la géométrie du composant pendant le soudage de sorte que les soudures résultantes sont beaucoup plus robustes car les soudures sont formées de manière à faire défaut en traction plutôt que d'avoir une
composante de pelage.
R SUM DE L'INVENTION
Des composants d'induction d'air sont généralement des parties creuses compliquées par lesquelles de l'air passe. Pour réaliser des parties creuses en matière plastique par moulage par injection, il est nécessaire 35 d'utiliser soit des technologies à noyau perdu soit de réaliser de multiples parties de la pièce et de les souder ensemble. Un procédé pour le soudage au laser d'une première partie du composant à une deuxième partie du composant comporte l'étape qui consiste à utiliser des joints de soudure ayant des surfaces biseautées sur les première et deuxième parties pour forcer des première et deuxième surfaces de soudure en coopération d'abuttement à 5 une pression déterminée à l'avance pour définir une aire de soudure de joint laser. Un faisceau laser est ensuite dirigé à travers la première surface de soudure et sur la deuxième surface de soudure pour faire fondre les surfaces et fixer de manière permanente les première et deuxième parties du
composant ensemble.
Une partie du composant est réalisée à partir d'une matière transparente au laser et l'autre partie du composant est réalisée à partir d'une matière non transparente. Le faisceau laser passe à travers le matériau transparent et dans le matériau non transparent, qui sert d'absorbeur. Le faisceau laser fait fondre le matériau non transparent absorbant, qui à son 1 5 tour fait fondre le matériau transparent pour former la soudure au laser qui fixe
ensemble les composants.
Dans un mode de réalisation décrit, le composant est de préférence un composant d'induction d'air, tel qu'un collecteur par exemple, qui est monté sur un moteur de véhicule. Une partie du composant d'induction 20 d'air comporte une première surface de soudure au laser et une première surface de blocage biseautée en face de la première surface de soudure au laser. Une deuxième partie du composant d'induction d'air comporte une deuxième surface de soudure au laser et comporte une deuxième surface de blocage biseautée en face de la deuxième surface de soudure au laser. Les 25 première et deuxième surfaces de blocage biseautées coopèrent l'une avec l'autre pour forcer les première et deuxième surfaces de soudure au laser en coopération de butée à une pression déterminée à l'avance. Les première et deuxième surfaces de blocage biseautées bloquent de préférence les première et deuxième surfaces de soudure au laser ensemble et coopèrent 30 pour maintenir la pression déterminée à l'avance pendant le processus de
soudure au laser.
Dans un mode de réalisation décrit, les première et deuxième surfaces de soudure au laser définissent des première et deuxième surfaces biseautées. La première surface de soudure biseautée définit un premier 35 angle et la deuxième surface de soudure biseautée définit un angle qui est différent du premier angle. Lorsque le premier composant est formé à partir d'une matière transparente, le premier angle est de préférence supérieur au deuxième angle. En outre, les première et deuxième surfaces de blocage biseautées définissent un angle de blocage biseauté qui est au moins égal à deux fois celui de à la fois les premier et deuxième angles. Cette configuration 5 à interface biseautée double produit et maintient les niveaux de pression souhaités qui sont nécessaires pour obtenir un joint de soudure au laser satisfaisant. Le système et le procédé de la présente invention fournissent un processus de soudure au laser simple et efficace pour fixer de manière 10 permanente des parties d'un composant l'une à l'autre. Ces particularités ainsi
que d'autres de la présente invention seront mieux comprises dans la description et les dessins qui suivent, dont la suite est une description
succincte. La présente invention se rapporte également à un assemblage formant composant d'induction d'air, caractérisé en ce qu'il comporte: une première coquille réalisée à partir d'un matériau transparent au laser définissant une première surface de soudure au laser et comportant une première surface de blocage de biseau en face de la première surface de soudure au laser; une deuxième coquille réalisée à partir d'un matériau absorbant définissant une deuxième surface de soudure au laser et comportant une deuxième surface de blocage de biseau en face de la deuxième surface de soudure au laser; et une aire de joint de soudure au laser formée aux première et deuxième surfaces de soudure au laser pour fixer de manière 25 permanente la première coquille à la deuxième coquille, les première et deuxième surfaces de blocage biseautées coopérant mutuellement pour bloquer les première et deuxième surfaces de soudure au laser en coopération de butée à une pression déterminée à l'avance pendant un
processus de soudure au laser.
La présente invention se rapporte également à un procédé pour réunir une première partie de composant d'induction à une deuxième partie de composant d'induction dans un système d'induction d'air, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes qui consistent: (a) à former une première partie de composant d'induction d'air à 35 partir d'un matériau transparent au laser, définissant une première surface de soudure au laser, et à former une première surface de biseau sur la première partie de composant d'induction d'air en face de la première surface de soudure au laser; (b) à former une deuxième partie de composant d'induction d'air à partir d'un matériau absorbant, définissant une deuxième surface de soudure 5 au laser, et à former une deuxième surface de biseau sur la deuxième partie de composant d'induction d'air en face de la deuxième surface de soudure au laser; (c) à déplacer les première et deuxième surfaces de biseau en coopération pour forcer les première et deuxième surfaces de soudure au 10 laser en coopération de butée à une pression déterminée à l'avance; et (d) à diriger un faisceau laser en direction des première et deuxième surfaces de soudure au laser pour former un joint de soudure au laser qui réunit de manière permanente la première partie de composant
d'induction d'air à la deuxième partie de composant d'induction d'air.
Suivant un perfectionnement, il comporte les étapes qui consistent à déplacer les première et deuxième surfaces de biseau en coopération en appliquant une première force dans une première direction, à déplacer les première et deuxième surfaces de soudure au laser en coopération de butée, les première et deuxième surfaces de biseau exerçant une deuxième force 20 dans une deuxième direction transversalement à la première direction, et à maintenir la pression déterminée à l'avance pendant le processus de soudure
au laser.
Suivant un perfectionnement, il comporte les étapes qui consistent à former la première surface de soudure au laser avec une première surface 25 de soudure biseautée définissant un premier angle et à former la deuxième surface de soudure au laser avec une deuxième surface de soudure
biseautée définissant un deuxième angle qui est différent du premier angle.
Suivant un perfectionnement, il comporte l'étape qui consiste à former les première et deuxième surfaces biseautées avec un angle de biseau 30 qui est égal à au moins deux fois aussi bien le premier que le deuxième angles. Suivant un perfectionnement, il comporte les étapes qui consistent
à définir l'angle du biseau comme étant au moins égal à 36 , à définir le premier angle comme étant au moins égal à 14 et à définir le deuxième angle 35 comme étant égal à au moins 120.
Suivant un perfectionnement, il comporte l'étape qui consiste à positionner le faisceau laser sensiblement perpendiculaire à au moins l'un des
premier et deuxième angles.
Suivant un perfectionnement, il comporte l'étape qui consiste à 5 bloquer les première et deuxième surfaces de soudure au laser en
coopération de butée avec les première et deuxième surfaces biseautées.
La Figure 1 est une vue générale schématique d'une soudure au
laser pour des composants de système d'induction incorporant la présente 1o invention.
La Figure 2A est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un joint de soudure au laser incorporant l'objet de la présente invention avant la soudure au laser. La Figure 2B est le mode de réalisation
de la Figure 2A représenté pendant la soudure au laser.
La Figure 3 est une vue en coupe transversale d'un mode de
réalisation en variante incorporant la présente invention.
La Figure 4 est une vue en coupe transversale d'un mode de
réalisation en variante incorporant la présente invention.
La Figure 5 est une vue en coupe transversale d'un mode de 20 réalisation en variante incorporant la présente invention.
Une section transversale d'un composant d'induction d'air
schématique, tel qu'un collecteur d'admission par exemple, pour un système d'induction d'air est représentée de manière générale en 10 à la Figure 1. La 25 description qui suit se rapporte au composant d'induction d'air tel qu'un
collecteur d'admission mais cependant il va de soi que l'invention peut être mise en oeuvre avec d'autres composants similaires. Le collecteur d'admission 10 comporte au moins une première partie ou coquille 12 supérieure et une deuxième partie ou coquille 14 inférieure. Bien que des 30 première 12 et deuxième 14 coquilles du collecteur d'admission 10 soient
représentées, il va de soi que des parties ou coquilles supplémentaires pourraient être nécessaires pour former un composant complet. En outre, les première 12 et deuxième 14 coquilles peuvent être des parties différentes du même composant (comme ci-dessus) ou elles peuvent être des composants 35 différents à l'intérieur du système d'induction d'air.
Les composants ou coquilles d'induction d'air sont fixées de manière permanente l'une à l'autre le long d'une aire de joint de soudure au laser représentée de manière générale en 16. D'abord, les coquilles 12, 14 sont fixées ensemble pour former le collecteur 10 d'induction d'air. Ensuite, le 5 collecteur 10 d'admission d'induction d'air est monté sur un moteur 18 de véhicule pour distribuer de l'air propre vers les différents cylindres du
moteur 18.
Il va de soi que le collecteur ou système 10 d'induction d'air peut comporter des composants d'induction d'air supplémentaires et que ces 10 composants supplémentaires peuvent également être réunis ou fixés
ensemble les uns aux autres comme nécessaire par une soudure au laser d'une manière similaire à celle décrite ci-dessous. En outre, bien qu'une seule aire 16 de joint de soudure au laser soit représentée, de multiples aires de joint de soudure au laser peuvent être nécessaires pour fixer les coquilles Xs multiples ensemble.
Dans un mode de réalisation décrit, la première coquille 12 comporte une première partie 20 formant corps ayant un premier prolongement 22 de paroi s'étendant transversalement à la première partie 20 formant corps. Le premier prolongement 22 comporte une première partie 24 2o et une deuxième partie 26 faisant face à la première partie 24. Le premier prolongement 22 définit une première surface 28 de soudure au laser sur la première partie 24 et comporte une première surface 30 de blocage biseautée
formée sur la deuxième partie 26.
La première surface 28 de soudure au laser est formée de 25 préférence en tant qu'une surface biseautée. La première surface 28 de soudure au laser effectue une transition avec une première corniche 32 qui s'étend à partir d'une extrémité 34 de la surface biseautée de la première surface 28 de soudure au laser jusqu'à une surface 36 extérieure de la première partie 24 du prolongement 22. La première surface 30 de blocage 30 biseautée effectue une transition avec une deuxième corniche 38 qui s'étend à partir d'une extrémité 40 de la première surface 30 de blocage biseautée jusqu'à une surface 42 extérieure de la deuxième partie 26 du prolongement 22. Une surface 44 de transition relie une extrémité 46 opposée de la surface biseautée de la première surface 28 de soudure au laser à 35 l'extrémité 48 opposée de la surface 30 de blocage biseautée. De préférence, la surface 44 de transition comporte une surface curviligne, ayant une section 45 plate à l'extrémité inférieure. La première surface 28 de soudure au laser et la première surface 30 de blocage biseautée sont tournées vers des directions qui s'éloignent l'une de l'autre et sont séparées par la surface 44 de transition. La deuxième coquille 14 comporte une deuxième partie 50 de corps ayant un deuxième prolongement 52 de paroi s'étendant transversalement à la deuxième partie 50 de corps. Le deuxième prolongement 52 comporte une première partie 54 et une deuxième partie 56 faisant face à la première partie 54. Le deuxième prolongement 52 définit une 1o deuxième surface 58 de soudure au laser sur le premier côté 54 et comporte une deuxième surface 60 de blocage biseautée formée sur la deuxième
partie 56.
La deuxième surface 58 de soudure au laser est formée de préférence en tant qu'une surface biseautée. La deuxième surface 58 de 15 soudure au laser effectue une transition avec une première corniche 62 qui s'étend à partir d'une extrémité 64 de la surface biseautée de la deuxième surface 58 de soudure au laser jusqu'à une surface 66 extérieure de la première partie 54 du prolongement 52. La deuxième surface 60 de blocage biseautée effectue une transition avec une deuxième corniche 68 qui s'étend 20 à partir d'une extrémité 70 de la deuxième surface 60 de blocage biseautée jusqu'à une surface 72 extérieure de la deuxième partie 56 du prolongement 52. Une surface 74 de transition relie une extrémité 76 opposée de la surface biseautée de la deuxième surface 58 de soudure au laser à l'extrémité 78 opposée de la surface 60 de blocage biseautée. De préférence, 25 la surface 74 de transition comporte une surface complètement curviligne. La
deuxième surface 58 de soudure au laser et la deuxième surface 60 de blocage biseautée se font face mutuellement et sont séparées par la surface 74 de transition. Les surfaces 74 et 44 ne réalisent pas un contact complet lorsque le prolongement 52 rencontre le prolongement 22 (voir la 30 Figure 2B).
La première coquille 12 comporte un premier rebord 80 de serrage qui s'étend transversalement au premier prolongement 22. La deuxième coquille 14 comporte un deuxième rebord de serrage 82 qui s'étend transversalement au deuxième prolongement 52. Le premier rebord 80 de 35 serrage reçoit un premier élément 84 de serrage et le deuxième rebord 82 de serrage reçoit un deuxième élément 86 de serrage. Les éléments 84, 86 de serrage exercent une force CF de serrage qui déplace les premier et deuxième prolongements 22, 52 en direction l'un de l'autre le long d'un premier trajet. Ceci déplace les première 30 et deuxième 60 surfaces de blocage biseautées pour qu'elles viennent en coopération mutuelle. Les 5 première 30 et deuxième 60 surfaces de blocage biseautées coopèrent mutuellement pour forcer les première 28 et deuxième 58 surfaces de soudure au laser en coopération de butée mutuelle. Les première 30 et deuxième 60 surfaces de blocage biseautées déplacent les première 28 et deuxième 58 surfaces de soudage au laser le long d'un deuxième trajet qui io est transversal au premier trajet. Un laser 90 dirige un faisceau 92 laser en direction des première 28 et deuxième 58 surfaces de soudure au laser pour
former un joint 16 de soudure au laser.
De préférence, un petit interstice 98 (voir la Figure 1) est maintenu entre les corniches 32, 62. L'interstice 98 garantit que, lorsque les 15 coquilles 12, 14 sont amenées ensemble, le contact est réalisé d'abord aux surfaces 30, 60 de blocage biseautées à proximité du fond de l'interface. De préférence, comme représenté plus clairement à la Figure 2A, l'interstice 98 est d'au moins 0,1 mm lorsque le contact de blocage est réalisé, c'est-à-dire que le contact est réalisé entre des surfaces 74, 60, 68 de la deuxième 20 coquille 14 qui s'adaptent à des surfaces 44, 30, 38 de la première
coquille 12.
Cet interstice 98 de 0,1 mm peut être obtenu par diverses configurations géométriques. Suivant un exemple, la distance le long de la surface 72 à partir de la corniche 68 vers le rebord 82 est de 2,22 mm, 25 comme la distance le long de la surface 36 à partir de la corniche 32 jusqu'à la paroi de la partie 20 de corps principal. La distance verticale le long de la surface 52 à partir de la corniche 62 jusqu'à la paroi de la partie 50 de corps principal est de 7,68 mm et la distance verticale le long de la surface 42 à partir de la corniche 38 jusqu'au rebord 80 est de 7,78 mm, ce qui est 0,1 mm 30 plus long que la distance le long de la surface 52. Ainsi, lorsque les coquilles 12, 14 sont amenées ensemble, la différence de 0,1 mm se traduit
par l'interstice 98 de 0,1 mm entre les corniches 62 et 32.
L'importance de l'interstice 98 est que, lorsque les coquilles 12, 14 sont amenées ensemble, le deuxième prolongement 52 ne va pas venir en 35 contact avec le premier prolongement 22 avant qu'il y ait contact entre les surfaces 30, 60 de blocage biseautées. Si un contact initial est d'abord réalisé entre les prolongements 22, 52, alors la force CF de serrage fait que le prolongement 52 a subi un gauchissement, ce qui détruit le joint à adaptation serrée entre les surfaces 28, 58 de soudure. Ainsi, maintenir l'interstice 98 en combinaison avec le joint à adaptation serrée entre des surfaces 28, 58 de 5 soudure produit par le contact initial entre les surfaces 30, 60 de blocage
biseautées est important pour obtenir une bonne soudure.
Il existe également un interstice 100 entre la surface 44 du prolongement 22 et la surface 74 du prolongement 52, qui est créé par le plat 45 sur l'extrémité inférieure de la surface 44 partiellement curviligne qui io ne s'adapte pas à la surface 74 complètement curviligne. Cet interstice 100 est nécessaire pour garantir que le contact initial se trouve entre les
surfaces 30 et 60 et entre les surfaces 38 et 68.
En outre, au moins l'une des première 12 et deuxième 14 coquilles est empêchée de se déplacer le long du deuxième trajet par rapport à l'autre 15 des premier 12 et deuxième 14 composants d'induction. Cette contrainte permet aux première 30 et deuxième 60 surfaces de blocage biseautées de bloquer les première 28 et deuxième 58 surfaces de soudure au laser en coopération de butée et de maintenir cette coopération de butée à un niveau
de pression déterminée à l'avance pendant le processus de soudure.
la Figure 2A, les éléments 84, 86 de serrage déplacent les premier 22 et deuxième 52 prolongements en direction l'un de l'autre suivant une direction sensiblement verticale pour définir le premier trajet. Les surfaces 30, 60 de blocage biseautées déplacent les rebords 22, 53 dans une direction sensiblement latérale pour définir le deuxième trajet. Il va de soi que 25 les termes vertical et latéral sont des termes simplement descriptifs utilisés
pour décrire la direction des forces comme représenté aux Figures.
Le niveau de pression déterminé à l'avance est maintenu à une pression d'au moins 190 psi (1 330 kPa) pendant le processus de soudure au laser. De préférence, le niveau de pression est maintenu au niveau de 30 pression d'approximativement 210 psi (1 470 kPa) pour obtenir une bonne
soudure au laser.
La Figure 2A représente les premier 22 et deuxième 52 prolongements avant une coopération entre les première 30 et deuxième 60 surfaces de blocage biseautées. La Figure 2B représente le premier 35 prolongement 22 et le deuxième prolongement 52 en coopération de butée pendant le processus de soudure au laser. Le laser 90 dirige de préférence le faisceau 92 laser dans une direction qui est perpendiculaire à au moins l'une
des première 28 et deuxième 58 surfaces de soudure au laser.
La configuration représentée aux Figures 2A et 2B est le mode de réalisation préféré, les surfaces 36 et 52 étant des surfaces de paroi intérieure 5 du composant et les surfaces 42 et 72 étant des surfaces de paroi extérieure du composant. Dans cette configuration, la surface 42 est la première surface pour recevoir le faisceau 92 laser. Il est également possible d'utiliser une configuration symétrique comme dans un miroir de la conception du joint, dans laquelle les surfaces 42 et 72 sont des surfaces de paroi intérieure et les io surfaces 36 et 52 sont des surfaces de paroi extérieure. Il est possible de souder dans cette configuration symétrique comme dans un miroir mais le composant résultant sera plus faible puisque le laser 90 ne sera pas capable d'atteindre n'importe laquelle des surfaces au-delà de la surface 74. Dans le mode de réalisation préféré, la surface qui ne peut pas être atteinte par le 15 laser 90, c'est-à-dire la surface 32, est beaucoup plus courte. Dans les deux configurations, les surfaces non soudées agissent comme élévateurs de contrainte lorsque ces composants creux sont soumis à des pressions internes comme dans un test d'explosion. Dans le mode de réalisation préféré, l'épaisseur de la paroi sur laquelle l'élévateur de contrainte agit est 20 plus grande que dans la configuration symétrique comme dans un miroir. Par conséquent, le composant peut supporter une pression interne plus élevée
avant qu'une fissure ne se propage dans la paroi.
Le mode de réalisation représenté à la Figure 3 est similaire à celui représenté aux Figures 2A et 2B. Cependant, tandis que le mode de 25 réalisation des Figures 2A et 2B utilise des rebords 80, 82 de serrage existants, le mode de réalisation de la Figure 3 utilise des premier et deuxième mini-rebords 94, 96 qui reçoivent les pinces 84, 86. Les minirebords 94, 96 diminuent de manière significative la quantité de matière nécessitée pour former les prolongements 22, 52 de paroi, ce qui diminue à 30 son tour le poids global des premier 12 et deuxième 14 composants
d'induction d'air.
Le mode de réalisation représenté à la Figure 4 est similaire au mode de réalisation de la Figure 3 mais diminue encore plus la quantité de matière nécessitée pour former le prolongement 22 de paroi. Ceci est obtenu 35 en réalisant la surface 42 extérieure d'un des côtés du prolongement 22 de paroi sensiblement parallèle à la première surface 28 de soudure au laser. Ce I t mode de réalisation est préféré par rapport au mode de réalisation représenté à la Figure 3 car la quantité de matière que le faisceau 92 de laser doit traverser est égale sur toute l'aire de soudure. Ceci garantit un chauffage plus uniforme de la surface 58. En outre, parce que le faisceau laser est 5 maintenant perpendiculaire à la surface extérieure, il y a moins de perte
d'énergie laser en raison de la réflexion. Le mode de réalisation de la Figure 5 est similaire à celui des Figures
2A, 2B, 3 et 4 mais élimine les rebords de serrage 80, 82 et 94, 96 complètement. La force nécessitée pour déplacer les première 30 et 1o deuxième 60 parties de blocage biseautées pour qu'elles viennent en coopération mutuelle est appliquée à travers les parties 20, 50 de corps du
premier 12 et deuxième 14 composants d'induction d'air.
Dans chacun des modes de réalisation décrits, la première coquille 12 est réalisée à partir d'un matériau transparent au laser et la l) deuxième coquille 14 est réalisée à partir d'un matériau non transparent (absorbant). N'importe quels types de matériaux transparents et non transparents connus dans le domaine peuvent être utilisés. Le faisceau 12 laser passe à travers le matériau transparent et à l'intérieur du matériau non transparent qui sert d'absorbeur. Le faisceau 92 laser chauffe le matériau 20 absorbant non transparent, ce qui l'amène à fondre, ce qui à son tour fait fondre le matériau transparent pour former le joint 16 de soudure au laser qui
fixe ensemble les coquilles 12, 14.
Chacun des modes de réalisation décrits comporte également une géométrie préférée similaire qui permet d'obtenir le blocage par biseau, c'est25 àdire qui permet d'obtenir une configuration qui force et maintient les première 28 et deuxième 58 surfaces de soudure au laser à des niveaux de pression souhaités pour la soudure au laser. La première surface 28 de soudure au laser est une surface biseautée qui est définie par un premier angle. La deuxième surface 58 de soudure au laser est une surface biseautée 30 qui est définie par un deuxième angle. De préférence, le premier angle est
supérieur au deuxième angle.
En outre, les première 30 et deuxième 60 surfaces de blocage biseautées sont définies par le même angle de biseau. Cet angle de biseau est de préférence au moins égal à deux fois celui des premier et deuxième 35 angles. Dans la configuration préférée, le premier angle est d'au moins 14 , le deuxième angle est d'au moins 120 et l'angle de blocage de biseau est d'au 12t moins 360. Bien que cette configuration soit préférée, il va de soi que d'autres
configurations géométriques similaires peuvent également être utilisées.
La présente invention est intéressante à plusieurs titres par rapport à des systèmes de soudure au laser classiques. La particularité de blocage de 5 biseau permet aux pinces 84, 86, qui appliquent la force CF de serrage, d'être déplacées hors du trajet direct du faisceau 92 laser dans toutes les configurations. En outre, le joint 16 de soudure au laser terminé se trouve à l'intérieur des prolongements 22, 52 de paroi ou stocks de paroi des composants 12, 14 et par conséquent n'est pas à l'extérieur des parois du io composant, comme c'est le cas dans les configurations classiques o il se trouve sur les rebords 80, 82. En outre, l'élimination des rebords 80, 82 fournit un composant 12, 14 plus petit et plus léger. Par conséquent, dans cette configuration, un test d'explosion (un test connu qui détermine la résistance de la soudure) se traduit par un défaut en traction plutôt qu'un défaut en 15 pelage. Comme cela est connu, des soudures sont plus résistantes par
rapport à des défauts en traction que par rapport à des défauts en pelage.
Un intérêt supplémentaire est obtenu qui se rapporte à la fusion produite classiquement pendant le processus de soudure au laser. Il n'y a pas de dégradation à l'état liquide pendant la soudure au laser avec cette 20 configuration de joint de soudure à interface biseautée double unique. Ainsi, aucun jeu pour une dégradation par fusion n'a besoin d'être incorporé dans les composants pendant la phase de conception. Ceci est intéressant car déterminer le jeu précis pour la dégradation par fusion est difficile lorsque les surfaces de soudure sont inclinées par rapport à la force CF de serrage. Dans 25 la configuration de la présente invention, une fois que les coquilles 12, 14 sont serrées ensemble, l'assemblage a la même géométrie avant et après la soudure. En outre, la présente invention satisfait les exigences suivantes qui sont nécessitées pour obtenir un joint de soudure au laser par transmission 30 satisfaisant entre des composants en matière plastique. De préférence, une épaisseur de la matière transparente à la soudure est de 4 mm ou moins. Une épaisseur de paroi générale de 3 à 2,5 mm est préférée. En outre, la largeur de la surface de soudure est de préférence d'au moins 5, 5 mm, ce qui
correspond à la largeur de faisceau maximum du faisceau 92 laser.
La présente invention fournit également un joint incliné, o la surface inclinée est suffisamment longue pour permettre un décalage créé par la distorsion, et qui est suffisamment résistant pour supporter des forces nécessitées pour éliminer le décalage. En outre, la présente invention prévoit une particularité de blocage qui empêche les coquilles 12, 14 de coulisser l'une par rapport à l'autre, et comporte une particularité de biseau qui, une fois 5 engagé pendant le serrage, entraîne les surfaces 28, 58 de soudure
ensemble pour la soudure.
La présente invention utilise également une quantité minimum de matière et fournit une interface sans interstice entre les surfaces 28, 58 de soudure. En outre, le joint 16 de soudure biseauté est conçu pour supporter 1o les forces nécessitées pour éliminer les interstices. Approximativement 225 kg (500 livres) de force CF de serrage sont suffisants pour surmonter tout gauchissement de composant. Comme décrit ci-dessus, de préférence, une pression d'au moins 210 psi (1 470 kPa) est maintenue entre les surfaces 28,
58 de soudure pour garantir des soudures pouvant être répétées.
1 5 De préférence, le joint 16 de soudure doit être aussi proche de la parallèle à une surface supérieure du premier composant 12 (transparent) que possible. Ceci permet au faisceau 92 laser d'être presque perpendiculaire à la fois à la surface supérieure et à la surface à souder et diminue les pertes d'énergie de faisceau dues à la réflexion. En outre, ceci permet d'avoir un 20 chauffage par le laser 90 qui est symétrique par rapport au centre du
faisceau 92.
De préférence, aucune ligne de séparation ne peut traverser la surface de soudure. En outre, la surface de soudure n'est pas située de préférence en un point de changement dans la courbure intérieure d'une 25 pièce, c'est-à-dire la soudure ne se trouve pas à une position immédiatement en dessous du rebord 80, 82 et est positionnée plutôt à proximité du milieu d'une section droite, c'est-à-dire positionnée le long des prolongements 22, 52
de paroi. Ceci préserve l'intégrité de la soudure.
Le joint de soudure au laser de la présente invention satisfait 30 également d'autres exigences connues qui doivent être obtenues pour former
une soudure satisfaisante. Bien qu'un mode de réalisation de l'invention ait été décrit, un spécialiste de la technique comprendra que certaines modifications sont comprises dans l'étendue de protection de l'invention et pour cette raison seules les revendications annexées doivent être prises en 35 compte pour déterminer le contenu et l'étendue vrais de la présente invention.
lq

Claims (20)

REVENDICATIONS
1. Joint de soudure au laser, caractérisé en ce qu'il comporte: une première partie (12) de composant définissant une première surface (28) de soudure au laser et comportant une première surface (30) biseautée en face de la première surface de soudure au laser; et une deuxième partie (14) de composant définissant une deuxième surface (58) de soudure au laser et comportant une deuxième surface (60) biseautée faisant face à la deuxième surface de soudure au laser, dans lequel les première et deuxième surfaces (30, 60) biseautées coopèrent 10 mutuellement pour forcer les première et deuxième surfaces de soudure au laser à venir en coopération de butée à une pression déterminée à l'avance pour former une aire de joint de faisceau laser, et dans lequel un faisceau (92) laser est dirigé vers l'aire de joint de faisceau laser pour fixer de manière
permanente les première et deuxième parties de composant ensemble.
1 5
2. Joint de soudure au laser suivant la revendication 1, caractérisé
en ce que la première partie (12) de composant comporte une coquille supérieure pour un composant d'induction d'air et la deuxième partie (14) de composant comporte une coquille inférieure pour le composant d'induction d'air, les coquilles supérieure et inférieure formant ensemble le composant 20 d'induction d'air qui peut être monté à un moteur de véhicule.
3. Joint de soudure au laser suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pression déterminée à l'avance est d'au moins
psi (1 330 kPa).
4. Joint de soudure au laser suivant la revendication 1, 2 ou 3, 25 caractérisé en ce que l'une des première et deuxième parties de composant est constituée d'un matériau transparent au laser et l'autre des premier et
deuxième composants est constitué d'un matériau absorbant.
5. Joint de soudure au laser suivant l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce qu'au moins l'une des première ou deuxième surfaces 30 biseautées définit un angle de biseau d'au moins 300.
6. Joint de soudure au laser suivant l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que la première surface (28) de soudure au laser comporte une première surface de soudure biseautée et la deuxième surface (58) de soudure au laser comporte une deuxième surface de soudure biseautée, et 35 dans lequel les première et deuxième surfaces biseautées bloquent les 1I première et deuxième surfaces de soudure biseautées ensemble et
maintiennent la pression déterminée à l'avance pendant la soudure au laser.
7. Joint de soudure au laser suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les première et deuxième surfaces de soudure biseautées 5 définissent des angles de biseau de soudure qui sont mutuellement différents, et dans lequel les première et deuxième surfaces de biseau définissent un angle de biseau qui est au moins égal à deux fois l'angle de biseau de soudure aussi bien de la première surface que de la deuxième surface biseautée.
8. Joint de soudure au laser suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'angle de biseau est d'au moins 36 , l'angle de biseau de soudure pour la première surface de soudure biseautée étant d'au moins 140 et l'angle de biseau de soudure pour la deuxième surface de soudure biseautée étant
d'au moins 120.
9. Assemblage formant composant d'induction d'air, caractérisé en ce qu'il comporte: une première coquille réalisée à partir d'un matériau transparent au laser définissant une première surface de soudure au laser et comportant une première surface de blocage de biseau en face de la première surface de 20 soudure au laser; une deuxième coquille réalisée à partir d'un matériau absorbant définissant une deuxième surface de soudure au laser et comportant une deuxième surface de blocage de biseau en face de la deuxième surface de soudure au laser; et une aire de joint de soudure au laser formée aux première et
deuxième surfaces de soudure au laser pour fixer de manière permanente la première coquille à la deuxième coquille, les première et deuxième surfaces de blocage biseautées coopérant mutuellement pour bloquer les première et deuxième surfaces de soudure au laser en coopération de butée à une 30 pression déterminée à l'avance pendant un processus de soudure au laser.
10. Assemblage formant composant d'induction d'air suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la pression déterminée à l'avance est
d'au moins 190 psi (1 330 kPa).
11. Assemblage formant composant d'induction d'air suivant la 35 revendication 10, caractérisé en ce que la première surface de soudure au laser comporte une première surface de soudure biseautée définissant un le premier angle et la deuxième surface de soudure au laser comporte une deuxième surface biseautée définissant un deuxième angle différent du
premier angle.
12. Assemblage formant composant d'induction d'air suivant la 5 revendication 11, caractérisé en ce qu'un faisceau laser est appliqué sensiblement perpendiculairement à au moins l'une des première et deuxième
surfaces de soudure biseautées.
13. Assemblage formant composant d'induction d'air suivant la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et 1o deuxième surfaces de blocage biseautées définit un angle de biseau qui est
au moins égal à deux fois aussi bien le premier angle que le deuxième angle.
14. Procédé pour réunir une première partie de composant d'induction à une deuxième partie de composant d'induction dans un système d'induction d'air, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes qui consistent: (a) à former une première partie de composant d'induction d'air à partir d'un matériau transparent au laser, définissant une première surface de soudure au laser, et à former une première surface de biseau sur la première partie de composant d'induction d'air en face de la première surface de soudure au laser20 (b) à former une deuxième partie de composant d'induction d'air à partir d'un matériau absorbant, définissant une deuxième surface de soudure au laser, et à former une deuxième surface de biseau sur la deuxième partie de composant d'induction d'air en face de la deuxième surface de soudure au laser; (c) à déplacer les première et deuxième surfaces de biseau en coopération pour forcer les première et deuxième surfaces de soudure au laser en coopération de butée à une pression déterminée à l'avance; et (d) à diriger un faisceau laser en direction des première et deuxième surfaces de soudure au laser pour former un joint de soudure au 3o laser qui réunit de manière permanente la première partie de composant
d'induction d'air à la deuxième partie de composant d'induction d'air.
15. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes qui consistent à déplacer les première et deuxième surfaces de biseau en coopération en appliquant une première force dans une 3 première direction, à déplacer les première et deuxième surfaces de soudure au laser en coopération de butée, les première et deuxième surfaces de biseau exerçant une deuxième force dans une deuxième direction transversalement à la première direction, et à maintenir la pression
déterminée à l'avance pendant le processus de soudure au laser.
16. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce qu'il 5 comporte les étapes qui consistent à former la première surface de soudure au laser avec une première surface de soudure biseautée définissant un premier angle et à former la deuxième surface de soudure au laser avec une deuxième surface de soudure biseautée définissant un deuxième angle qui
est différent du premier angle.
17. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape qui consiste à former les première et deuxième surfaces biseautées avec un angle de biseau qui est égal à au moins deux fois aussi
bien le premier angle que le deuxième angle.
18. Procédé suivant la revendication 17, caractérisé en ce qu'il 15 comporte les étapes qui consistent à définir l'angle du biseau comme étant au moins égal à 36 , à définir le premier angle comme étant au moins égal à 140
et à définir le deuxième angle comme étant égal à au moins 120.
19. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé en ce qu'il
comporte l'étape qui consiste à positionner le faisceau laser sensiblement 20 perpendiculaire à au moins l'un des premier et deuxième angles.
20. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape qui consiste à bloquer les première et deuxième surfaces de soudure au laser en coopération de butée avec les première et deuxième
surfaces biseautées.
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