FR3098136A1 - Procédé d’assemblage par soudage à l’arc électrique de pièces en tôles - Google Patents
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Abstract
Procédé d’assemblage d’une première pièce (10) en tôle d’acier galvanisée comprenant au moins une semelle (11) sur une seconde pièce (20) en tôle d’acier galvanisée comprenant une platine (21) et au moins une plaque (23) préalablement soudées l’une à l’autre dans une configuration où elles forment un angle intérieur, le procédé comportant les étapes consistant à positionner une portion d’extrémité de ladite semelle à chevauchement contre ladite plaque de sorte que le bord d’extrémité de ladite semelle soit écarté de ladite platine d’un jeu (j), réaliser au moins un point de soudure (P) entre ladite plaque et ladite portion d’extrémité de la semelle, et réaliser un cordon de soudure à l’arc électrique en angle intérieur entre ladite semelle et ladite platine, ladite plaque étant pourvue d’un soyage (24) s’étendant depuis son bord d’extrémité soudé à ladite platine sur une hauteur (h) de sorte à créer un espace de décharge. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 3
Description
La présente invention concerne d’une manière générale l’assemblage par soudage à l’arc électrique de pièces en tôles métalliques pourvues chacune d’un revêtement dont le point de fusion est plus bas que celui du matériau constitutif de la tôle.
Elle vise en particulier l’assemblage d’une telle première pièce en tôle comprenant au moins une semelle sur une telle seconde pièce en tôle comprenant une platine et au moins une plaque de pré-positionnement préalablement soudées l’une à l’autre dans une configuration où elles forment entre elles un angle intérieur.
Une telle configuration se retrouve notamment dans l'assemblage de la portion d’extrémité d’un brancard (ou longeron latéral) de véhicule automobile sur un embout d’interface.
Un tel brancard est généralement constitué de deux tôles d’acier galvanisées embouties à section en U comprenant chacune une semelle et deux branches se prolongeant latéralement par deux rebords externes en équerre, ces deux tôles étant soudées l’une à l’autre le long de leurs rebords.
L’embout d’interface comprend classiquement une platine rectangulaire en tôle d’acier galvanisée, présentant un évidement central et étant pourvue à ses quatre coins d’orifices permettant sa fixation par boulonnage sur un embout d’interface correspondant d’un absorbeur d’énergie du renfort de pare-chocs du véhicule.
Un tel embout d’interface comprend également plusieurs plaques rectangulaires constituées également en tôles d’acier galvanisées et soudées à la platine dans une configuration en T pour permettre le pré-positionnement par emboitement du brancard sur l’embout d’interface de sorte que les portions d’extrémité des deux semelles de ce brancard chevauchent ces plaques.
Cet emboîtement n’est pas réalisé jusqu’au bout mais de sorte que subsiste un jeu pouvant s’étendre sur quelques millimètres entre les bords d’extrémité des semelles et la platine, ce jeu permettant de positionner très précisément l’embout d’interface aux côtes souhaitées par le constructeur en compensant les dispersions dimensionnelles en longueur que l’on retrouve systématiquement sur les brancards du fait des tolérances normales de fabrication.
Ces plaques sont ensuite soudées par un ou plusieurs points de soudure sur les portions d’extrémité des semelles du brancard, de sorte à assurer un pré-maintien du brancard sur l’embout d’interface selon les côtes souhaitées.
L’assemblage définitif entre l’embout d’interface et le brancard est ensuite obtenu par la réalisation de cordons de soudure, par un procédé de soudage à l’arc électrique en angle intérieur conforme par exemple à celui décrit dans la document FR 2 986 451 A1, entre chaque portion d’extrémité d’une semelle et la platine le long d’une bande d’assemblage définie entre le bord d’extrémité de cette semelle et cette platine.
Un tel procédé de soudage à l’arc électrique consiste à opérer progressivement la fusion du métal constitutif des pièces métalliques à souder le long de la ligne d'assemblage au moyen d'un arc électrique établi entre l'extrémité d'un fil métallique fusible d'une tête de torche de soudage et les pièces métalliques à souder.
Lors de la réalisation d’un tel cordon de soudure, le revêtement galvanisé des pièces, dont la température de fusion est inférieure à celle de l’acier, se sublime autour de la zone de soudure en produisant une grande quantité de vapeur de zinc. Ce dégagement gazeux s’avère particulièrement problématique au niveau des faces accolées de la plaque et de la semelle car la vapeur de zinc, n’ayant pas d’échappatoire, monte rapidement en pression.
Une bonne partie de ce gaz à haute pression finit par se faufiler dans le jeu séparant le bord d’extrémité de la semelle et la platine pour aller se mélanger au bain de métal en fusion formé par l’acier des pièces à souder et le métal d’apport issu du fil fusible fondu et transféré dans l'arc électrique.
Cette introduction de poches de gaz provoque des explosions de métal en fusion qui altèrent la qualité des cordons de soudure et encrassent la buse de soudage.
La présente invention vise donc à améliorer la qualité de ces cordons de soudure à l’arc électrique.
Elle propose à cet effet un procédé d’assemblage d’une première pièce en tôle comprenant au moins une semelle sur une seconde pièce en tôle comprenant une platine et au moins une plaque de pré-positionnement préalablement soudées l’une à l’autre dans une configuration où elles forment entre elles un angle intérieur, lesdites pièces étant revêtues chacune d’un revêtement dont le point de fusion est plus bas que celui du matériau constitutif de la tôle, le procédé comportant les étapes consistant à :
- positionner une portion d’extrémité de ladite semelle à chevauchement contre ladite plaque de pré-positionnement de sorte que le bord d’extrémité de ladite semelle soit écarté de ladite platine d’un jeu prédéterminé ;
- réaliser au moins un point de soudure entre ladite plaque de pré-positionnement et ladite portion d’extrémité de la semelle de sorte à assurer un pré-maintien de ladite première pièce vis-à-vis de ladite seconde pièce ; et
- réaliser un cordon de soudure à l’arc électrique en angle intérieur entre ladite semelle et ladite platine, le long d’une bande d’assemblage définie entre ledit bord d’extrémité de ladite semelle et ladite platine ;
caractérisé en ce que ladite plaque de positionnement est pourvue d’un soyage s’étendant depuis son bord d’extrémité soudé à ladite platine sur une hauteur prédéterminée de sorte à créer un espace de décharge entre ladite plaque et ladite semelle.
- positionner une portion d’extrémité de ladite semelle à chevauchement contre ladite plaque de pré-positionnement de sorte que le bord d’extrémité de ladite semelle soit écarté de ladite platine d’un jeu prédéterminé ;
- réaliser au moins un point de soudure entre ladite plaque de pré-positionnement et ladite portion d’extrémité de la semelle de sorte à assurer un pré-maintien de ladite première pièce vis-à-vis de ladite seconde pièce ; et
- réaliser un cordon de soudure à l’arc électrique en angle intérieur entre ladite semelle et ladite platine, le long d’une bande d’assemblage définie entre ledit bord d’extrémité de ladite semelle et ladite platine ;
caractérisé en ce que ladite plaque de positionnement est pourvue d’un soyage s’étendant depuis son bord d’extrémité soudé à ladite platine sur une hauteur prédéterminée de sorte à créer un espace de décharge entre ladite plaque et ladite semelle.
Cet espace de décharge permet le dégazage du revêtement vaporisé entre la portion d’extrémité de la semelle et la plaque de pré-positionnement lors de la réalisation dudit cordon de soudure, ce qui permet d’éviter tout risque d’explosion de métal en fusion au sein du bain de soudure et d’obtenir ainsi un cordon de soudure d’excellente qualité dépourvu de défaut.
Selon des caractéristiques préférées dudit procédé d’assemblage selon l’invention :
- ledit espace de décharge présente une profondeur supérieure ou égale à 0,5 mm ;
- la profondeur dudit espace de décharge est comprise entre 1 et 1, 5 mm ;
- ledit jeu s’étendant entre le bord d’extrémité de ladite semelle et ladite platine est compris entre 0,5 et 3 mm ;
- la hauteur dudit soyage est comprise entre 10 et 20 mm ;
- ledit cordon de soudure est réalisé par un procédé de soudage à l’arc électrique de type MAG ;
- lesdites pièces sont en tôles d’acier et ledit revêtement est réalisé à base de zinc ;
- ledit angle intérieur est compris entre 60 et 120° ; et/ou
- ledit angle intérieur est compris entre 60 et 120°.
- ledit espace de décharge présente une profondeur supérieure ou égale à 0,5 mm ;
- la profondeur dudit espace de décharge est comprise entre 1 et 1, 5 mm ;
- ledit jeu s’étendant entre le bord d’extrémité de ladite semelle et ladite platine est compris entre 0,5 et 3 mm ;
- la hauteur dudit soyage est comprise entre 10 et 20 mm ;
- ledit cordon de soudure est réalisé par un procédé de soudage à l’arc électrique de type MAG ;
- lesdites pièces sont en tôles d’acier et ledit revêtement est réalisé à base de zinc ;
- ledit angle intérieur est compris entre 60 et 120° ; et/ou
- ledit angle intérieur est compris entre 60 et 120°.
L’invention vise également sous un second aspect un sous-ensemble de véhicule automobile comportant un brancard en tôle d’acier galvanisée comprenant au moins une semelle, ainsi qu’un embout d’interface en tôle d’acier galvanisée comprenant une platine et au moins une plaque de pré-positionnement préalablement soudées l’une à l’autre dans une configuration où elles forment entre elles un angle intérieur ; caractérisé en ce qu’une portion d’extrémité dudit brancard est assemblée sur ledit embout d’interface conformément à un tel procédé.
L’exposé de l’invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée d’un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 représente une vue schématique, prise dans un plan perpendiculaire à la direction de soudage, de la portion d’extrémité d’un brancard 10 de véhicule automobile se préparant à être assemblé sur un embout d’interface 20 conformément au procédé d’assemblage selon l’invention qui va être décrit ci après.
Ces deux pièces 10, 20 sont constituées en tôles d’acier recouvertes chacune d’un revêtement galvanisé ayant pour fonction de préserver l'acier de la corrosion.
Le brancard 10 est constitué classiquement de deux tôles d’acier embouties à section en U comprenant chacune une semelle 11 et deux branches (non visibles) se prolongeant latéralement par deux rebords externes (non visibles) en équerre, ces deux tôles étant assemblées l’une à l’autre le long de leurs rebords par une pluralité de points de soudure par résistance électrique.
L’embout d’interface 20 comporte une platine rectangulaire plane 21 présentant un évidement central 22 et étant pourvue à ses quatre coins d’orifices (non visibles) permettant sa fixation par boulonnage sur un embout d’interface correspondant d’un absorbeur d’énergie du renfort de pare-chocs du véhicule.
Tel qu’illustré sur la figure 1, l’embout d’interface 20 comprend également deux plaques de pré-positionnement 23 préalablement assemblées rigidement à la platine 21 (par exemple, via un procédé de soudage électrique par bossages) dans une configuration en « T » de sorte à former chacune un angle intérieur θ de l’ordre de 90° avec la platine 21.
Selon l’invention, ces plaques de pré-positionnement 23 sont pourvues chacune d’un soyage 24, réalisé préalablement à cette opération de soudage, et s’étendant depuis leur bord d’extrémité soudé à la platine 21 sur une hauteur prédéterminée h comprise se préférence entre 10 et 20 mm.
On rappelle qu’un soyage constitue un décrochement réalisé sur une pièce en tôle par sa mise en forme par pliage ou emboutissage selon un profil en S aplati de sorte à écarter d’une distance prédéfinie le plan moyen d’une partie de cette pièce par rapport au plan moyen du reste de cette pièce.
Ces plaques de pré-positionnement 23 sont agencées pour permettre le pré-positionnement par emboitement de la portion d’extrémité du brancard 10 sur l’embout d’interface 20, tel qu’illustré par la figure 2
Comme on peut le remarquer sur la figure 3, cet emboîtement du brancard 10 n’est pas réalisé jusqu’au bout mais de sorte que subsiste un jeu j pouvant s’étendre sur quelques millimètres entre les bords d’extrémité des semelles 11 et la platine 21, ce jeu j permettant de positionner très précisément l’embout d’interface 20 aux côtes souhaitées par le constructeur en compensant les dispersions dimensionnelles en longueur que l’on retrouve systématiquement sur les brancards 10 du fait des tolérances normales de fabrication.
Après la réalisation de cette étape d’emboîtement, les portions d’extrémité des deux semelles 11 de ce brancard 10 chevauchent les plaques de pré-positionnement 23 (les faces internes de ces portions d’extrémité des semelles 11 étant accolées contre les faces externes des plaques 23), hormis au niveau des soyages 24 où ces semelles 11 sont écartées des plaques 23 d’un espace de décharge destiné à permettre le dégazage de la vapeur de zinc entre ces deux éléments dans la zone à souder.
Le profil des soyages 24 est défini de sorte que cet espace de décharge présente une profondeur d avantageusement supérieure ou égale à 0,5 mm et de préférence comprise entre 1 et 1, 5 mm de sorte à assurer un dégazage efficace de la vapeur de zinc.
Les plaques de pré-positionnement 23 sont ensuite soudées chacune par au moins un point de soudure à résistance électrique P sur la portion d’extrémité de la semelle 11 correspondante, de sorte à assurer un pré-maintien du brancard 10 sur l’embout d’interface 20 selon les côtes souhaitées (figure 3).
Un cordon de soudure C est ensuite réalisé par un procédé de soudage à l’arc électrique entre chaque portion d’extrémité d’une semelle 11 et la platine 21 formant entre elles un angle intérieur θ, le long d’une bande d’assemblage définie entre le bord d’extrémité de cette semelle 11 et cette platine 21 (figure 4).
Pour ce faire, on utilise un métal d'apport se présentant sous la forme d'un fil que l'on amène à la tête d’une torche et on fait jaillir un arc électrique alimenté en courant continu entre ce fil fusible et la bande d’assemblage.
La chaleur dégagée par l'arc électrique permet de fondre le métal constitutif des pièces à souder progressivement le long de la ligne d'assemblage, ainsi que le métal constitutif du fil fusible, de sorte à générer un bain de métal liquide, formé du métal des pièces à souder et du métal du fil fusible fondu.
Chaque cordon de soudure C est obtenu progressivement le long de la bande d’assemblage par la solidification progressive du bain de soudure au cours du déplacement relatif de la torche vis-à-vis de cette bande d'assemblage.
Au cours de chaque opération de soudage et de manière à protéger le métal fondu des agents contenus dans l’air ambiant, un flux de gaz de protection est distribué sur le bain de soudure par une buse positionnée au-dessus des pièces à souder et alimentée par une source de gaz comprimé équipée d'un détendeur, par exemple une bouteille.
Dans le cas du soudage MIG (metal inert gas), le soudage est réalisé par fusion d'une électrode en métal sous un flux de gaz inerte (argon ou mélange argon-hélium notamment) qui sert uniquement à la protection.
Dans le cas du soudage MAG (metal active gas), on utilise toujours la fusion d'une électrode en métal, mais sous un flux de gaz actif (notamment C02 et mélanges argon-C02, argon-oxygène, argon-C02-oxygène).
Ces gaz provoquent, au contact de l'arc électrique, un certain nombre de réactions chimiques permettant d'améliorer le processus de soudage (par exemple par apport de chaleur supplémentaire dû à certaines réactions) de sorte que les cordons de soudure seront préférentiellement réalisés par un procédé de soudage à l’arc électrique de type MAG.
Lors de ces opérations de soudage à l’arc électrique, la vapeur de zinc produite par la fusion des couches galvanisées de revêtement des faces internes des portions d’extrémité des semelles 11 et des faces externes des plaques de pré-positionnement 23 est évacuée à l'extérieur principalement via les espaces de décharge d générés par les soyages 24, ce qui permet d’éviter tout risque d’explosion de métal en fusion au sein du bain de soudure et d’obtenir ainsi des cordons de soudure d’excellente qualité dépourvus de défaut.
Le procédé selon l’invention, décrit dans le cadre de l'assemblage de la portion d’extrémité d’un brancard sur un embout d’interface n'est pas limité à cette application et peut être généralisé à tout assemblage d’une première pièce en tôle comprenant au moins une semelle sur une seconde pièce en tôle comprenant une platine et au moins une plaque de pré-positionnement préalablement soudées l’une à l’autre dans une configuration en T de sorte à former entre elles un angle intérieur, ces deux pièces étant en outre galvanisées ou plus généralement revêtues d'une couche réalisée dans un matériau dont le point de fusion est plus bas que celui du matériau constitutif de la tôle.
Selon des variantes de réalisation de l’invention, la platine et la au moins dite plaque de pré-positionnement peuvent être agencées différemment l’une contre l’autre de sorte à former entre elles un angle intérieur θ de valeur différente, compris de préférence entre 60 et 120° et avantageusement entre 80 et 100°.
Claims (10)
- Procédé d’assemblage d’une première pièce en tôle (10) comprenant au moins une semelle (11) sur une seconde pièce en tôle (20) comprenant une platine (21) et au moins une plaque de pré-positionnement (23) préalablement soudées l’une à l’autre dans une configuration où elles forment entre elles un angle intérieur (θ), lesdites pièces (10, 20) étant revêtues chacune d’un revêtement dont le point de fusion est plus bas que celui du matériau constitutif de la tôle, le procédé comportant les étapes consistant à :
- positionner une portion d’extrémité de ladite semelle (11) à chevauchement contre ladite plaque de pré-positionnement (23) de sorte que le bord d’extrémité de ladite semelle (11) soit écarté de ladite platine (21) d’un jeu prédéterminé (j) ;
- réaliser au moins un point de soudure (P) entre ladite plaque de pré-positionnement (23) et ladite portion d’extrémité de la semelle (11) de sorte à assurer un pré-maintien de ladite première pièce (10) vis-à-vis de ladite seconde pièce (20) ; et
- réaliser un cordon de soudure (C) à l’arc électrique en angle intérieur entre ladite semelle (11) et ladite platine (21), le long d’une bande d’assemblage définie entre ledit bord d’extrémité de ladite semelle (11) et ladite platine (21) ;
caractérisé en ce que ladite plaque de positionnement (23) est pourvue d’un soyage (24) s’étendant depuis son bord d’extrémité soudé à ladite platine (21) sur une hauteur prédéterminée (h) de sorte à créer un espace de décharge entre ladite plaque (23) et ladite semelle (11). - Procédé d’assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit espace de décharge présente une profondeur (d) supérieure ou égale à 0,5 mm.
- Procédé d’assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la profondeur (d) dudit espace de décharge est comprise entre 1 et 1, 5 mm.
- Procédé d’assemblage selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit jeu (j) s’étendant entre le bord d’extrémité de ladite semelle (11) et ladite platine (21) est compris entre 0,5 et 3 mm.
- Procédé d’assemblage selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la hauteur (h) dudit soyage est comprise entre 10 et 20 mm.
- Procédé d’assemblage selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit cordon de soudure (C) est réalisé par un procédé de soudage à l’arc électrique de type MAG.
- Procédé d’assemblage selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites pièces (10, 20) sont en tôles d’acier et en ce que ledit revêtement est réalisé à base de zinc.
- Procédé d’assemblage selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit angle intérieur (θ) est compris entre 60 et 120°.
- Procédé d’assemblage selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit angle intérieur (θ) est compris entre 80 et 100°.
- Sous-ensemble de véhicule automobile comportant un brancard (10) en tôle d’acier galvanisée comprenant au moins une semelle (11), ainsi qu’un embout d’interface (20) en tôle d’acier galvanisée comprenant une platine (21) et au moins une plaque de pré-positionnement (23) préalablement soudées l’une à l’autre dans une configuration où elles forment entre elles un angle intérieur (θ) ; caractérisé en ce qu’une portion d’extrémité dudit brancard (10) est assemblée sur ledit embout d’interface conformément au procédé selon l’une des revendications 1 à 9.
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2019
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