FR2952158A1

FR2952158A1 - Procede de realisation d'une liaision de profile creux et profile creux

Info

Publication number: FR2952158A1
Application number: FR1059003A
Authority: FR
Inventors: Simon Potthast; Siegfried Fecke; Michael Wibbeke; Jurgen Krogmeier; Armin Zuber
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2011-05-06
Anticipated expiration: 2030-11-02
Also published as: FR2952158B1; US20110274484A1; JP5487079B2; US8418345B2; DE102009051951B4; CN102049667B; DE102009051951A1; CN102049667A; JP2011121117A

Abstract

Par un procédé de réalisation d'une liaison (1) d'un profilé creux (2) en acier et d'un composant (3) en un matériau d'aluminium, une liaison à engagement à force, à engagement mécanique et à engagement de matière est obtenue par un processus de soudobrasage en liaison avec un pressage. A cet effet, le profilé creux (2) est tout d'abord pressé sur le composant (3) dans une zone de réception (5). Puis par l'assemblage thermique, une couche de soudure est appliquée à l'aide d'un matériau d'apport (19), laquelle couche établit une liaison à engagement mécanique et engagement de matière entre le profilé creux (2) et le composant (3). La liaison à engagement mécanique est assistée par la formation préalable du profilé creux (2) sur une extrémité à presser (15). La formation est effectuée de préférence par l'élargissement de l'extrémité à presser (15) en un collet (16).

Description

PROCÉDÉ DE REALISATION D'UNE LIAISON DE PROFILÉ CREUX ET PROFILÉ CREUX La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une liaison entre un profilé creux en acier et un composant en un matériau d'aluminium. En outre, la présente invention concerne une liaison de profilé creux d'un profilé creux en acier avec un composant en matériau d'aluminium.

Pour relier des composants en un matériau d'acier et d'aluminium, des procédés d'assemblage souvent non thermiques sont utilisés, tels que le rivetage ou le vissage. A cette occasion, les différents composants sont reliés entre eux par une liaison à engagement mécanique des rivets ou de la vis. La résistance d'une telle liaison est toutefois limitée en raison de sa transmission de forces ponctuelle.

La mise en place de composants hybrides en acier et aluminium présente de grands potentiels de réduction de poids et d'améliorations des propriétés de produit justement dans la carrosserie de véhicule. Les procédés d'assemblage à froid décrits plus haut tels que la technologie du rivetage ou la technologie du collage n'apportent pas la stabilité requise.

D'après l'état de la technique, on connaît des procédés de soudage par fusion qui permettent de réaliser un soudage par liaison à engagement de matière en dépit des points de fusion à forte différenciation des deux alliages, l'acier et l'aluminium. Ces procédés sont aussi connus dans l'état de la technique comme processus de soudobrasage. A cette occasion, seule la part de matériau du composant en aluminium est fondue et le composant en acier est relié par liaison à engagement de matière au matériau en aluminium par un processus de brasage. Le composant en acier est revêtu avant le processus de soudobrasage pour pouvoir réaliser un processus de brasage. Un tel revêtement doit être obtenu par exemple par zingage. Le composant en acier zingué est mouillé par le métal fondu et les phases intermétalliques peuvent être réduites à un moindre degré. Mais ces liaisons à engagement de matière ne présentent aussi qu'une résistance restreinte. On connaît d'après le document DE 10 2007 060 116 Al une liaison d'aluminium fondu et de tube d'acier qui est réalisée à l'aide d'un soudage à engagement mécanique d'un tube d'acier avec un matériau d'apport d'aluminium. A cette occasion, un tronçon unilatéral d'un tube est tout d'abord élargi et un composant en un matériau de moulage est disposé sur le tronçon élargi du tube. Puis le composant en matériau de moulage est soudé de telle sorte que le tronçon élargi du tube soit inclus au moins en partie par engagement mécanique. Cela permet par là-même que le tronçon élargi du tube soit engagé par derrière par le métal fondu et ainsi qu'une liaison fixe non seulement dans le sens radial du tube mais aussi dans le sens axial soit garantie. L'inclusion à engagement mécanique du tronçon élargi peut être utilisée non seulement pour des tubes zingués mais aussi pour des tubes non zingués. Un inconvénient de la liaison selon le document DE 10 2007 060 116 Al est que le tube en acier doit être fixé jusqu'à l'assemblage thermique en outre par exemple avec un dispositif de serrage. De plus, il faut éventuellement travailler avec un flux afin qu'un écoulement du matériau d'apport fondu sur le tube en acier soit garanti. Mais un tel flux présente souvent des propriétés corrosives et se répercute défavorablement sur la longévité d'un composant hybride ainsi relié. La présence d'une fente entre la partie en aluminium fondu et le tube en acier est également un inconvénient. Par cette fente, de l'air ambiant peut parvenir dans la partie fondue pendant le processus de soudage, ce qui fournit un mauvais résultat de soudage et ainsi une résistance plus faible. En outre, de l'humidité peut parvenir pendant le fonctionnement au point de transition acier-aluminium, ce qui entraîne une autre corrosion de la fente.

La présente invention a, par conséquent, pour objectif de mettre à disposition un procédé permettant de réaliser une liaison de deux composants aux propriétés de matériau différentes, qui se distingue de par une résistance élevée et une longévité importante. De plus, une liaison de profilé creux correspondante doit être mise en évidence.

L'objectif de la présente invention est atteint avec un procédé de réalisation d'une liaison entre un profilé creux en acier et un composant en un matériau d'aluminium du fait qu'un revêtement est appliqué sur le profilé creux, que le profilé creux est pressé sur le composant et que le profilé creux et le composant sont assemblés thermiquement.

La réalisation d'une liaison à engagement à force par pressage longitudinal d'un tube en acier revêtu en combinaison avec une liaison à engagement de matière qui est établie par un processus d'assemblage thermique par exemple par soudage en MIG avec un matériau d'apport d'aluminium, est avantageuse pour une liaison ainsi formée. De même, un processus de fixation des différents composants pendant l'assemblage thermique est supprimé de par l'ajustage serré. Dans une autre variante de réalisation avantageuse du procédé, l'assemblage thermique et la réalisation d'une liaison à engagement de matière entre le composant et le profilé creux sont complétés par une liaison à engagement mécanique. La liaison à engagement mécanique est réalisée par le métal fondu amené entre le composant et le profilé creux. La résistance de la liaison à engagement de matière et à engagement à force ainsi réalisée est encore augmentée par une liaison à engagement mécanique.

Il est avantageux si le composant en aluminium est formé comme corps moulé ou corps fraisé et si le composant est usiné par enlèvement de copeaux avant le pressage dans une zone de réception du profilé creux. Ainsi, un siège précis du profilé creux à presser peut être réalisé sur le composant. En outre, des tolérances de fabrication peuvent être limitées par là-même à un degré minimal.

Le composant présente de préférence une broche de réception, sur laquelle est pressé le profilé creux. L'ajustage serré ainsi apparu entre la broche de réception et le profilé creux entraîne une liaison à engagement à force entre les deux composants. Cette liaison à engagement à force complète en outre la liaison à engagement mécanique et à engagement de matière entre les composants. Ainsi, la résistance de la liaison est encore augmentée. De préférence, la broche de réception présente sur son extrémité libre un angle de chanfrein et possède une longueur sur laquelle est pressé le profilé creux sur la broche de réception. L'angle devrait être compris de préférence entre 20 et 60 degrés. La longueur devrait être comprise de préférence entre 8 et 60 mm. Le chanfrein permet d'assembler particulièrement facilement les deux composants structurels en ce que le profilé creux est centré au début du processus de pressage par le chanfrein et peut ainsi être pressé facilement par la broche de réception dans la zone initiale. En choisissant la longueur et la forme de la broche de réception, la liaison à engagement à force doit être influencée dans sa résistance en ce que pour une longueur plus importante de la broche de réception, une liaison à force élevée est obtenue. Par rapport à cela, pour une longueur plus petite de la broche de réception, une liaison à engagement à force plus faible est obtenue. Le chanfrein peut aussi être réalisé par un rayon ou présenter une forme de type coupe ou tulipe.

Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le composant présente une cavité en forme d'auge s'étendant autour de la broche de réception pour la réception d'une zone formée du profilé creux, qui possède une zone partielle qui présente, de part et d'autre, une courbure avec un rayon. De préférence, ce rayon est compris entre 1 et 18 mm. La cavité de type auge en combinaison avec une zone formée du profilé creux permet que les deux composants structurels soient assemblés non seulement par engagement mécanique mais aussi par liaison à engagement de matière par soudage. A cette occasion, la cavité côté auge sert à recevoir le métal fondu sur le côté extérieur et à recevoir la zone formée du profilé creux sur le côté intérieur, par rapport à la broche de réception. Le métal fondu qui est relié sur le côté extérieur par liaison à engagement de matière au composant, forme ainsi une contre-dépouille pour la zone formée du profilé creux. Par là-même apparaît la liaison à engagement mécanique qui entraîne une résistance particulièrement élevée pour une charge de traction, de flexion et de torsion statique et dynamique.

De préférence, la cavité en forme d'auge est formée sur le côté s'étendant à l'intérieur par la broche de réception et sur le côté s'étendant à l'extérieur par un bourrelet de réception. Le bourrelet de réception devrait présenter une hauteur comprise de préférence entre 3 et 10 mm. Le bourrelet de réception devrait aussi s'étendre sur son côté dirigé vers la broche de réception dans un angle par rapport à un axe longitudinal de la broche de réception. Cet angle devrait être compris de préférence entre 20 et 60 degrés. Les propriétés décrites précédemment pour le bourrelet de réception offrent pour un processus d'assemblage thermique, des propriétés optimales afin de recevoir du métal fondu et du matériau d'apport. De préférence, le profilé creux a été formé et/ou calibré avant le pressage sur une extrémité à presser. Le processus de formation est effectué avantageusement par un élargissement de l'extrémité à presser pour former un collet. Le profilé creux peut posséder des sections différentes dans la zone de liaison, en particulier être circulaire. De même, des sections non rondes, elliptiques et angulaires sont possibles. La formation devrait par conséquent être adaptée au type de profilé respectif. Grâce au type de profilé utilisé sont effectués une calibration et une orientation du profilé creux sur le composant en ce que le contour intérieur du profilé creux en liaison avec la broche de réception oriente le profilé creux et le composant l'un par rapport à l'autre. Le profilé creux et la broche de réception peuvent aussi être réalisés selon l'invention de manière carrée ou polygonale. De préférence, lors de la formation du profilé creux sur l'extrémité à presser sur le côté intérieur du profilé creux, un rayon est formé, lequel est identique au rayon intérieur de la cavité en forme d'auge. La liaison de serrage effectuée entre le profilé creux et le composant ne dispose ainsi dans la zone d'extrémité d'aucune fente entre le composant et le profilé creux. II est ainsi exclu que de l'air ambiant parvienne pendant l'assemblage thermique dans la partie fondue, ce qui entraînerait de mauvais résultats de soudage. De même, aucune humidité de l'air ambiant ne parvient dans la liaison de serrage ainsi réalisée de sorte qu'aucune corrosion de la fente ne puisse se produire. Les deux avantages augmentent non seulement la résistance mais aussi la résistance à la fatigue de la liaison ainsi réalisée. En outre, un refoulement du profilé creux sur la broche de réception constitue aussi une variante de réalisation selon l'invention. Un réusinage mécanique des extrémités du profilé creux est supprimé grâce au refoulement. Dans un autre mode de réalisation préféré, le profilé creux est ébavuré sur son extrémité formée sur le côté extérieur de l'extrémité du profilé creux. Ici, il est avantageux que pendant l'assemblage thermique par l'extrémité ébavurée, une fente qui apparaît entre le profilé creux et le composant soit réduite à un minimum. Cela mène aussi à une amélioration de la résistance et de la résistance à la fatigue de la liaison ainsi établie. De préférence, le profilé creux est revêtu par zingage ou par pulvérisation. Le zingage est réalisé comme zingage à basse température ou comme zingage à haute température, le revêtement par pulvérisation de préférence comme revêtement par pulvérisation d'aluminium ou de zinc. La liaison du composant en aluminium avec le profilé creux revêtu est effectuée par soudobrasage par liaison à engagement de matière, ce qui est dû au revêtement. En principe, un revêtement d'étain est aussi possible. L'épaisseur du revêtement peut être comprise entre 7 µm et 100 µm. De préférence, lors de l'assemblage thermique, un matériau d'apport est utilisé, lequel se compose dans un mode de réalisation particulièrement préféré d'un alliage d'aluminium. Le matériau d'apport ainsi utilisé est assemblé par le processus d'assemblage thermique, l., soudage, soudage, au côté û s'étendant à l'intérieur du bourrelet d e réception et forme ainsi une liaison fixe à engagement de matière. Sur le côté du profilé creux, le matériau d' apport est relié par assemblage thermique, le soudage au revêtement du profilé creux. Ainsi, une liaison à engagement de matière est aussi réalisée sur ce côté. Il est avantageux que l'assemblage thermique soit réalisé avec un gaz inerte.

Par là-même, il résulte un contrôle et une commande du processus d'assemblage particulièrement bons. En principe, il faut choisir de l'argon comme gaz inerte. Des mélanges d'hélium jusqu'à un pourcentage en masse de 50 % peuvent entraîner en fonction du composant une amélioration du résultat de soudage. Dans une variante de réalisation avantageuse, l'assemblage thermique peut être réalisé à une couche ou à plusieurs couches. La possibilité de réalisation à plusieurs couches du processus d'assemblage permet de satisfaire de manière ciblée à l'exigence de la liaison. Des avantages résultent de par la résistance accrue et une influence thermique faible dans la zone de soudure. Pour un processus de soudage à plusieurs couches, il est nécessaire de ne pas relier par liaison à engagement de matière beaucoup de métal fondu avec un seul processus. Le matériau d'apport peut être appliqué en plusieurs couches. En outre, il est avantageux si pendant l'assemblage pour un mode de réalisation à plusieurs couches entre l'application des différentes couches de soudure, un nettoyage mécanique, physique et/ou chimique du cordon de soudure est effectué.

Un tel nettoyage est réalisé par exemple par projection de neige sèche. Le cordon de soudure nettoyé entraîne une meilleure liaison et un meilleur résultat de soudage pour le cordon de soudure à appliquer par la suite par rapport à un cordon de soudure non traité. L'objet de l'invention est aussi une liaison de profilé creux qui est réalisée selon le procédé susmentionné. Un profilé creux en acier est relié par liaison à engagement de matière et à engagement à force à un composant en un matériau d'aluminium. Le profilé creux est pressé sur le composant et assemblé en outre thermiquement à celui-ci. La liaison peut être complétée en outre selon la géométrie présente par une liaison à engagement mécanique.

La broche de réception peut présenter une cavité réalisée en forme de creux s'étendant du chanfrein à l'axe longitudinal dans la zone de réception. D'autres avantages, caractéristiques, propriétés et aspects de la présente invention ressortent de ce qui suit, des modes de réalisation préférés à l'aide des dessins. Ceux-ci servent juste à mieux comprendre l'invention. Les figures de ces dessins représentent : figure 1 : une coupe transversale schématique d'une liaison établie selon l'invention ; figure 2 : une coupe transversale de la zone de réception du composant ; figure 3 : un autre mode de réalisation d'une coupe transversale schématique 5 de la zone de réception d'un composant ; figure 4 : une coupe transversale schématique du profilé creux à presser et figure 5 : un schéma de principe d'un procédé d'assemblage thermique. Sur les figures, les mêmes références chiffrées sont utilisées pour des parties identiques ou similaires, des avantages correspondants ou comparables étant obtenus 10 même si des répétitions sont supprimées pour des raisons de simplification. La figure 1 décrit une liaison selon l'invention 1 d'un profilé creux 2 avec un composant 3. Le profilé creux 2 est réalisé en acier, le composant en aluminium, de préférence comme un corps moulé en aluminium. Sur le profilé creux 2 est appliqué un revêtement 4 au moins dans une zone de réception 5. Le composant en aluminium 15 3 présente dans la zone de réception 5 une broche de réception 6. Par pressage du profilé creux 2 sur le composant 3 apparaît ainsi dans la zone de réception 5 une liaison à engagement force entre le profilé creux 2 et le composant 3. La liaison à engagement à force apparaît de par un surdimensionnement entre le profilé creux 2 revêtu et le composant 3. Afin de presser le profilé creux 2 sur le composant 3, la 20 broche de réception 6 possède un chanfrein 7 sur son extrémité libre supérieure. La figure 2 représente une coupe transversale exemplaire d'un composant 3 sans profilé creux pressé 2. Sur l'extrémité inférieure de la broche de réception 6, le composant 3 présente une cavité 8. Dans cette cavité 8 s'engage une zone formée 9 du profilé creux 2. La cavité 8 se distingue par une zone de creux 10. La zone de 25 creux 10 présente des deux côtés une courbure 11 qui se prolonge par un côté s'étendant à l'intérieur 12 sur la broche de réception 6 et par un côté s'étendant à l'extérieur 13. Le composant 3 présente sur le côté s'étendant à l'extérieur 13 un bourrelet de réception 14. Ce bourrelet de réception 14 sert à recevoir du métal fondu pendant le procédé d'assemblage thermique. Le côté s'étendant à l'extérieur 13 30 s'étend en outre dans un angle a par rapport à un axe longitudinal L de la broche de réception 6. Afin d'appliquer avantageusement du métal fondu avec un chalumeau de soudage et d'augmenter la surface de contact entre le bourrelet de réception 14 et le métal fondu, l'angle a possède une plage comprise entre 10 et 75 degrés.

La figure 3 représente une autre variante de réalisation d'un composant 3 dans une vue de coupe transversale. Le chanfrein 7 présente à cette occasion une courbure avec un rayon. En outre, la zone B dirigée vers l'axe longitudinal L médian du composant 3 est réalisé massif, celui-ci diminuant comme un creux dans la zone de réception 5 du chanfrein 7 vers l'axe longitudinal L et une cavité V étant formée. Par le refoulement d'une extrémité du tube sur la broche de réception 6, une répartition des tensions optimisée apparaît avec la cavité V. La figure 4 représente une coupe transversale d'une extrémité à presser 15 d'un profilé creux 2. Le profilé creux 2 a été formé par élargissement de l'extrémité à presser 15 en un collet 16. La zone 9 formée en un collet 16 présente sur le côté s'étendant à l'intérieur du profilé creux 2 un côté intérieur 17 du collet 16 avec un rayon qui est identique au rayon de la cavité 8 sur le côté intérieur 12. Sur un côté extérieur 18 du collet 16, le profilé creux 2 est ébavuré sur un côté. La figure 5 représente schématiquement un processus d'assemblage thermique. A cette occasion, le profilé creux 2 est pressé sur le composant 3. Il est relié par engagement mécanique et de matière dans la cavité 8 par des passes de soudure avec du matériau d'apport 19 au composant 3. Le processus d'assemblage thermique est réalisé à cette occasion à titre d'exemple en deux passes. Sachant que la l' passe 20 et la 2nde passe 21 sont représentées. Les passes 20, 21 sont appliquées par un chalumeau 22, ici à titre d'exemple dans un processus de soudage en MIG.

Liste des numéros de référence:

1 - Liaison 2 - Profilé creux 3 - Composant 4 - Revêtement 5 - Zone de réception 6 - Broche de réception 7 - Chanfrein 8 - Cavité 9 - Zone formée (profilé creux) 10 - Zone de creux 11 - Courbure 12 - Côté s'étendant à l'intérieur 13 - Côté s'étendant à l'extérieur 14 - Bourrelet de réception 15 - Extrémité pressée 16 - Collet 17 - Côté intérieur 18 - Côté extérieur 19 - Matériau d'apport 20 - Ire passe de soudure 21 - 2nde passe de soudure 22 - Chalumeau B - Zone L - Axe longitudinal de la broche de réception V - Cavité a - Angle

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une liaison (1) entre un profilé creux (2) en acier et un composant (3) en un matériau d'aluminium, caractérisé en ce qu'un revêtement (4) est appliqué sur le profilé creux (2), en ce que le profilé creux (2) est pressé sur le composant (3) et en ce que le profilé creux (2) et le composant (3) sont assemblés thermiquement.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une liaison (1) à engagement mécanique et à engagement de matière entre le composant (3) et le profilé creux (2) est réalisée par l'assemblage thermique.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composant (3) est formé comme un corps moulé en aluminium ou corps fraisé et en ce que le composant (3) est usiné par enlèvement de copeaux avant le pressage dans une zone de réception (5) pour le profilé creux (2).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant (3) présente une broche de réception (6) et en ce que le profilé creux (2) est pressé sur la broche de réception (6), une liaison à engagement à force (1) entre le composant (3) et le profilé creux (2) étant réalisée. 20
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la broche de réception (6) présente sur son extrémité libre un chanfrein (7), de préférence avec un angle compris entre 20 et 60 degrés et en ce que la broche de réception (6) présente une longueur dans une zone de réception (5), de préférence comprise entre 8 mm et 25 60 mm.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le composant (3) présente une cavité (8) en forme d'auge s'étendant autour de la broche de réception (6) pour la réception d'une zone formée (9) du profilé creux (2) et en ce que la cavité 30 (8) en forme d'auge présente dans une zone de creux (10), de part et d'autre, une courbure (11) de préférence avec un rayon compris entre 1 mm et 18 mm. 15
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la cavité (8) en forme d'auge est formée sur un côté s'étendant à l'intérieur (12) par la broche de réception (6) et sur un côté s'étendant à l'extérieur (13) par un bourrelet de réception (14).
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bourrelet de réception (14) présente de préférence une hauteur comprise entre 3 mm et 10 mm.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le bourrelet de 10 réception (14) s'étend sur son côté dirigé vers la broche de réception (6) dans un angle par rapport à un axe longitudinal (L) de la broche de réception (6), de préférence compris entre 20 et 60 degrés.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce 15 que le profilé creux (2) est formé et/ou calibré avant le pressage sur une extrémité à presser (15), de préférence par élargissement de l'extrémité à presser (15) en un collet (16).
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, par la formation de 20 l'extrémité à presser (15), un rayon qui est identique au rayon de la zone de creux (10) sur le côté s'étendant à l'intérieur (12) apparaît sur un côté intérieur (17) du profilé creux (2).
12. Procédé selon la revendication 10 ou 1l, caractérisé en ce que le profilé creux (2) 25 au niveau de l'extrémité à presser (15) est ébavuré sur un côté extérieur (18) du profilé creux (2).
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profilé creux (2) est revêtu par zingage ou par pulvérisation d'aluminium, 30 l'épaisseur du revêtement étant comprise entre 7 µm et 100 µm.5
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de l'assemblage thermique, un matériau d'apport (19) en un alliage d'aluminium est utilisé.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'assemblage thermique est réalisé en plusieurs couches, un nettoyage mécanique et/ou chimique étant réalisé entre l'application de couches individuelles (20, 21) pendant l'assemblage thermique.
16. Liaison de profilé creux réalisée d'après le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, par laquelle un profilé creux (2) en acier est relié côté extrémité à un composant (3) en un matériau d'aluminium, le profilé creux (2) étant pressé sur le composant (3) et assemblé thermiquement en outre avec le composant (3).
17. Liaison de profilé creux selon la revendication 16, caractérisée en ce que la broche de réception (6) présente une cavité (V) réalisée en forme de creux s'étendant du chanfrein (7) à l'axe longitudinal (L) dans la zone de réception (5).