FR3022186A1 - Procede de soudage d'une piece en acier sur une piece en aluminium, par descente gravitationnelle d'un bain de soudure - Google Patents

Procede de soudage d'une piece en acier sur une piece en aluminium, par descente gravitationnelle d'un bain de soudure Download PDF

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Abstract

Un procédé est destiné à souder une première pièce (P1), en acier et comprenant un bord périphérique (BP), sur une partie (PS) d'une seconde pièce (P2) en aluminium. Ce procédé comprend une étape (i) dans laquelle on positionne cette partie (PS) de façon inclinée par rapport à une direction horizontale, puis on plaque le bord périphérique (BP), non oxydé, contre cette partie (PS) en orientant sa face d'extrémité (FE) vers le haut, et une étape (ii) dans laquelle on génère sur la partie (PS), dans une zone située à une distance choisie au-dessus de cette face d'extrémité (FE), un bain de soudure (BS) à base d'aluminium avec une torche (TS) à transfert de métal froid, puis on fait descendre par gravité ce bain de soudure (BS) jusqu'à ce qu'il bute sur la face d'extrémité (FE), puis on laisse le bain de soudure (BS) se solidifier.

Description

PROCÉDÉ DE SOUDAGE D'UNE PIÈCE EN ACIER SUR UNE PIÈCE EN ALUMINIUM, PAR DESCENTE GRAVITATIONNELLE D'UN BAIN DE SOUDURE L'invention concerne les procédés de soudage de pièces en acier sur des pièces en aluminium. Dans certains domaines, comme par exemple celui des véhicules, éventuellement automobiles, certains objets (ou dispositifs) sont réalisés, la notamment, par soudage d'une pièce en acier sur une pièce en aluminium. C'est par exemple le cas des roues dites hybrides dans lesquelles l'une des pièces est un voile en acier destiné à être solidarisé à un moyeu d'un essieu du véhicule, et l'autre pièce est une jante en aluminium. Le procédé de soudage qui est actuellement utilisé consiste à 15 positionner une partie de la pièce en aluminium presque horizontalement, puis à plaquer le bord périphérique de la pièce en acier contre cette partie, puis à générer sur la partie de la pièce en aluminium, contre la face d'extrémité du bord périphérique de la pièce en acier, un bain de soudure à base d'aluminium avec une torche à transfert de métal froid (ou CMT (« Cold Metal 20 Transfer »)), puis à laisser ce bain de soudure se solidifier. Un tel procédé de soudage est notamment décrit dans le document brevet FR 2994668. La grande chaleur induite par l'arc à l'extrémité de la torche, lors de la génération du bain de soudure, induit simultanément une fusion locale de la partie en aluminium et une fusion locale du bord périphérique en acier. Or, 25 cette dernière fusion locale empêche la réalisation d'un bon brasage avec le bain de soudure, et donc nuit fortement à la qualité de la liaison acier/aluminium, ce qui peut entraîner une mise au rebut des deux pièces. L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. Elle propose à cet effet un procédé, destiné à souder une première 30 pièce, en acier et comprenant un bord périphérique, sur une partie d'une seconde pièce en aluminium, et comprenant : - une étape (i) dans laquelle on positionne la partie de la seconde pièce de façon inclinée par rapport à une direction horizontale, puis on plaque le bord périphérique, non oxydé, de la première pièce contre cette partie en orientant une face d'extrémité qu'il comprend vers le haut, et - une étape (ii) dans laquelle on génère sur la partie de la seconde pièce, dans une zone située à une distance choisie au-dessus de la face d'extrémité de la première pièce, un bain de soudure à base d'aluminium avec une torche à transfert de métal froid (ou CMT), puis on fait descendre par gravité ce bain de soudure jusqu'à ce qu'il bute sur cette face d'extrémité, puis on laisse ce bain de soudure se solidifier.
Grâce à la génération du bain de soudure à distance de la face d'extrémité de la première pièce, puis à la descente par gravité de ce bain de soudure jusqu'à cette face d'extrémité, on évite la fusion locale du bord périphérique en acier, ce qui permet de réaliser un brasage de qualité. Le procédé selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - dans son étape (i) on peut incliner la partie de la seconde pièce par rapport à la direction horizontale d'un angle qui est compris entre environ 700 et environ 90° ; - dans son étape (i) on peut plaquer le bord périphérique de la première pièce après qu'il ait été pourvu d'un revêtement en zinc ou bien après l'avoir décapé avec un désoxydant ; - dans son étape (ii) on peut faire descendre par gravité le bain de soudure en écartant puis en rapprochant au moins une fois du bain de soudure une extrémité de la torche ; > l'écartement peut être compris entre environ 1 mm et environ 3 mm ; - dans son étape (ii) la zone (de dépôt) peut être générée à une distance au-dessus de la face d'extrémité de la première pièce qui est comprise entre environ 1 mm et environ 3 mm ; - dans son étape (ii) on peut générer un bain de soudure à base d'aluminium, de silicium et de manganèse. L'invention propose également une roue hybride destinée à équiper un véhicule et comprenant une première pièce en acier solidarisée à une seconde pièce en aluminium par la mise en oeuvre d'un procédé de soudage du type de celui présenté ci-avant. Par exemple, la première pièce peut être un voile destiné à être solidarisé à un moyeu d'un essieu du véhicule, et la seconde pièce peut être une jante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : les figures 1A à 1C illustrent schématiquement et respectivement, dans des 1 o vues en perspective, un exemple de voile de roue hybride avant soudage, un exemple de jante de roue hybride avant soudage, et une roue hybride constituée des voile et jante des figures 1A et 1B après soudage, la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en coupe, la roue hybride de la figure 1C, 15 les figures 3A à 3C illustrent schématiquement et respectivement, dans des vues en coupe, la roue hybride des figures 1C et 2 au début, à un stade intermédiaire et à la fin de la mise en oeuvre du procédé de soudage selon l'invention. L'invention a notamment pour but de proposer un procédé destiné à 20 permettre le soudage d'une première pièce P1 en acier sur une partie PS d'une seconde pièce P2 en aluminium. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que les première P1 et seconde P2 pièces sont respectivement un voile en acier et une jante en aluminium destinés à constituer une roue hybride RH d'un 25 véhicule, éventuellement de type automobile. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type d'application. Elle concerne en effet tout type de dispositif ou système ou installation comprenant une première pièce en acier soudée sur une seconde pièce en aluminium. On a schématiquement représenté sur les figures 1A et 1B 30 respectivement un exemple de première pièce P1 en acier (ici constituant un voile de roue hybride RH) avant soudage, et un exemple de seconde pièce P2 en aluminium (ici constituant une jante de roue hybride RH) avant soudage.
Par ailleurs, on a schématiquement représenté sur les figures 1C et 2 un exemple de roue hybride RH constituée des voile P1 et jante P2 des figures 1A et 1B, après la mise en oeuvre d'un procédé de soudage selon l'invention. Comme illustré, la première pièce P1 en acier comprend un bord périphérique BP (ici annulaire) muni d'une face d'extrémité FE et destiné à être solidarisé à une partie choisie PS de la seconde pièce P2 en aluminium. Cette solidarisation peut se faire sur la totalité du bord périphérique BP du voile P1 ou bien dans des zones choisies (par exemple quatre). Le procédé de soudage, selon l'invention, comprend au moins deux 1 o étapes (i) et (ii). Comme illustré sur la figure 3A, dans l'étape (i) on positionne la partie PS de la seconde pièce P2 de façon inclinée par rapport à une direction horizontale X, puis on plaque le bord périphérique BP, non oxydé, de la première pièce P1 contre cette partie PS en orientant la face d'extrémité FE 15 qu'il (BP) comprend vers le haut. Sur les figures 3A à 3C, la direction Z est la direction verticale qui est perpendiculaire à la direction horizontale X. On entend ici par « non oxydé » le fait d'être apte au brasage. Cette aptitude peut résulter du fait que le bord périphérique BP de la première pièce 20 P1 a été préalablement pourvu d'un revêtement en zinc électrolytique ou galvanisé (avant son plaquage) ou décapé avec un désoxydant. Il est rappelé que la température très élevée qui est induite par un arc de torche lors d'un soudage provoque une pulvérisation de la couche de zinc protectrice qui garantit que le bord périphérique BP n'est pas oxydé au moment où il va être 25 effectivement soudé (ou brasé) à la partie PS de la seconde pièce P2. De préférence, dans l'étape (i) on incline la partie PS de la seconde pièce P2 par rapport à la direction horizontale X d'un angle qui est compris entre environ 700 et environ 90°. On notera que dais l'exemple de réalisation non limitatif illustré sur les figures 3A à 3C, cet angle d'inclinaison est 30 sensiblement égal à 90°. Par conséquent, la partie PS de la seconde pièce P2 est sensiblement parallèle à la direction verticale Z et sensiblement perpendiculaire à la direction horizontale X, et donc la face d'extrémité FE du bord périphérique BP est sensiblement parallèle à la direction horizontale X (position dite « en corniche »). Mais d'autres valeurs d'angle d'inclinaison peuvent être utilisées dès lors qu'elles permettent la réalisation de l'étape (ii). Dans l'étape (ii), du procédé selon l'invention, on commence, comme illustré sur la figure 3A, par générer sur la partie PS de la seconde pièce P2, dans une zone Z qui est située à une distance choisie au-dessus de la face d'extrémité FE du bord périphérique BP, un bain de soudure BS à base d'aluminium avec une torche TS à transfert de métal froid (ou CMT). On entend ici par « bain de soudure » une petite quantité de métal de soudure fondu, en fusion, qui a été générée par l'extrémité (ou fil) ET d'une 1 o torche CMT TS. Il est rappelé que la technique CMT est une technique de soudage à l'arc électrique dans laquelle le fil ET subit des mouvements de va-et-vient qui permettent un transfert de matière à courant réduit (presque nul), et donc un dépôt de matière plus « froide » qu'avec une technique de soudage classique.
15 A titre d'exemple non limitatif, le bain de soudure BS peut être à base d'aluminium, de silicium et de manganèse. Par exemple, il peut comprendre 3% de silicium et 1% de manganèse. L'étape (ii) se poursuit, comme illustré sur les figures 3B et 3C, en faisant descendre par gravité le bain de soudure BS (flèche F1) jusqu'à ce 20 qu'il bute sur la face d'extrémité FE du bord périphérique BP, puis en laissant le bain de soudure BS se solidifier pour définir une soudure ou un brasage final SF (voir figure 3C). On comprendra que le dépôt initial de métal fondu (ou bain de soudure BS) dans une zone Z distante de la face d'extrémité FE est destiné à 25 empêcher la fusion du bord périphérique BP en acier par l'arc de l'extrémité ET de la torche CMT TS, de manière à permettre une liaison finale par brasage, de qualité. De préférence, la zone Z est générée à une distance au-dessus de la face d'extrémité FE qui est comprise entre environ 1 mm et environ 3 mm. Par 30 exemple, cette distance peut être choisie sensiblement égale à 2 mm. On comprendra également que l'inclinaison de la partie PS de la seconde pièce P2 est destinée à permettre la descente par gravité du bain de soudure BS (flèche F1 de la figure 3B). Afin que le bain de soudure BS ne se solidifie pas avant d'atteindre la face d'extrémité FE, il est particulièrement avantageux qu'il soit maintenu à une température élevée. Pour ce faire, on peut, par exemple, écarter puis rapprocher au moins une fois du bain de soudure BS (en cours de descente par gravité) l'extrémité ET de la torche CMT TS. Comme illustré non limitativement par la flèche F2 de la figure 3B, cette variation de distance entre le bain de soudure BS et l'extrémité ET (par va-et-vient) peut se faire sensiblement suivant la direction horizontale X. la Par exemple, l'écartement (ou variation de distance) peut être compris entre environ 1 mm et environ 3 mm. Ainsi, il peut être choisi sensiblement égal à 2 mm. Le nombre d'écartements et de rapprochements (ou va-et-vient) varie notamment en fonction de la distance séparant la zone Z de la face 15 d'extrémité FE, de l'angle d'inclinaison de la partie PS de la seconde pièce P2, et de la température du bain de soudure BS. On notera que l'épaisseur du bord périphérique BP au niveau de sa face d'extrémité FE doit être suffisante pour que cette dernière (FE) puisse recevoir et maintenir le bain de soudure BS liquide pendant sa solidification.
20 La roue hybride RH, résultant de la mise en oeuvre du procédé de soudage décrit ci-avant, permet un gain de poids d'environ 20% par rapport à une roue exclusivement en acier. Cela permet de réduire la consommation d'énergie du véhicule qu'elle équipe, et donc possiblement la pollution qu'il génère lorsqu'il comprend un moteur thermique. 25

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de soudage d'une première pièce (P1), en acier et comprenant un bord périphérique (BP), sur une partie (PS) d'une seconde pièce (P2) en aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (i) dans laquelle on positionne ladite partie (PS) de façon inclinée par rapport à une direction horizontale, puis on plaque ledit bord périphérique (BP), non oxydé, contre ladite partie (PS) en orientant une face d'extrémité (FE) qu'il (BP) comprend vers le haut, et une étape (ii) dans laquelle on génère sur ladite partie (PS), dans une zone (Z) située à une distance choisie au-dessus de ladite face d'extrémité (FE), un bain de soudure (BS) à base d'aluminium avec une torche (TS) à transfert de métal froid, puis on fait descendre par gravité ledit bain de soudure (BS) jusqu'à ce qu'il bute sur ladite face d'extrémité (FE), puis on laisse ledit bain de soudure (BS) se solidifier.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans ladite étape (i) on incline ladite partie (PS) par rapport à ladite direction horizontale d'un angle compris entre environ 700 et environ 90?
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans ladite étape (i) on plaque ledit bord périphérique (BP) pourvu d'un revêtement en zinc.
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans ladite étape (i) on plaque ledit bord périphérique (BP) après l'avoir décapé avec un désoxydant.
  5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans ladite étape (ii) on fait descendre par gravité ledit bain de soudure (BS) en écartant puis en rapprochant au moins une fois dudit bain de soudure (BS) une extrémité (ET) de ladite torche (TS).
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit écartement est compris entre environ 1 mm et environ 3 mm.
  7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans ladite étape (ii) ladite zone (Z) est générée à une distance au-dessus de ladite face d'extrémité (FE) comprise entre environ 1 mm et environ 3 mm.
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que dans ladite étape (ii) on génère un bain de soudure (BS) à base d'aluminium, de silicium et de manganèse.
  9. 9. Roue hybride (RH) pour un véhicule, caractérisée en ce qu'elle comprend une première pièce (P1) en acier solidarisée à une seconde pièce (P2) en aluminium par la mise en oeuvre d'un procédé de soudage selon l'une des revendications précédentes.
  10. 10. Roue hybride selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite première pièce (P1) est un voile destiné à être solidarisé à un moyeu d'un 1 o essieu dudit véhicule, et ladite seconde pièce (P2) est une jante.
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