FR3127145A1 - Process for producing a hetero-metallic aluminium/steel assembly and assembly obtained by such a process. - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de production d’un assemblage (1) d’une première pièce (2), notamment de carrosserie d’un véhicule automobile, constituée d’un matériau à base d’aluminium et d’une seconde pièce (4), notamment de carrosserie d’un véhicule automobile, en acier, le procédé comprenant une étape brasage consistant à mettre en contact direct les première (2) et deuxième (4) pièces, pour créer une interface (7) intermétallique, et à réaliser une brasure à l’aide d’un métal d’apport à base d’aluminium sur l’interface (7), afin d’assembler les première (2) et deuxième (4) pièces entre elles. L’invention concerne également un assemblage (1) d’une première (2) et deuxième (4) pièces obtenu par la mise en œuvre du procédé selon l’invention. (Figure 1)The invention relates to a method for producing an assembly (1) of a first part (2), in particular the bodywork of a motor vehicle, consisting of an aluminum-based material and a second part ( 4), in particular the bodywork of a motor vehicle, made of steel, the method comprising a brazing step consisting in bringing the first (2) and second (4) parts into direct contact, to create an intermetallic interface (7), and making a braze using an aluminum-based filler metal on the interface (7), in order to assemble the first (2) and second (4) parts together. The invention also relates to an assembly (1) of a first (2) and second (4) parts obtained by implementing the method according to the invention. (Figure 1)
Description
Le domaine technique concerne les procédés de production d’assemblage hétéro-métallique mettant en œuvre une étape de brasage, les assemblages ainsi obtenus et les véhicules comportant de tels assemblages.The technical field concerns hetero-metallic assembly production processes implementing a brazing step, the assemblies thus obtained and the vehicles comprising such assemblies.
Les constructeurs d’automobiles sont confrontés à des enjeux environnementaux majeurs qui nécessitent de réduire, à l’horizon de quelques années, l’empreinte environnementale moyenne des véhicules de 95 grammes de CO2émis par kilomètre à moins de 80 g CO2/km. Afin de réduire ces émissions, plusieurs axes font l’objet d’efforts considérables de la part des constructeurs d’automobiles. Évidemment, ces derniers ont engagé depuis de nombreuses années déjà des efforts importants sur leurs motorisations en vue d’améliorer les rendements et donc de réduire les consommations de carburant.Automobile manufacturers are faced with major environmental challenges which require reducing, within a few years, the average environmental footprint of vehicles from 95 grams of CO 2 emitted per kilometer to less than 80 g CO 2 /km . In order to reduce these emissions, several areas are the subject of considerable efforts on the part of automobile manufacturers. Obviously, the latter have been making major efforts for many years now on their engines with a view to improving performance and therefore reducing fuel consumption.
Une autre solution consiste à réduire la masse des véhicules. Pour se faire, l’utilisation de matériaux légers tels que l’aluminium sont de plus en plus souvent envisagés. Ainsi, pour des véhicules existants, il pourrait s’avérer très intéressant de remplacer certaines parties de leurs structures par des éléments en matériaux légers. En effet, la plupart des véhicules existants sont réalisés en acier qui est un matériau relativement lourd. De même lors du développement de nouveaux véhicules, l’utilisation d’assemblages hétéro-métalliques pourrait s’avérer très prometteur en termes de gains de masse.Another solution consists in reducing the mass of the vehicles. To do so, the use of lightweight materials such as aluminum are increasingly considered. Thus, for existing vehicles, it could be very interesting to replace certain parts of their structures with elements made of light materials. Indeed, most existing vehicles are made of steel which is a relatively heavy material. Similarly during the development of new vehicles, the use of hetero-metallic assemblies could prove very promising in terms of mass savings.
Ainsi, par exemple, il pourrait s’avérer intéressant de pouvoir assembler un toit en alliage d’aluminium sur une caisse en acier.So, for example, it might be interesting to be able to assemble an aluminum alloy roof on a steel body.
De tels assemblages requièrent la réalisation de soudures ou de brasures. Or réaliser des soudures ou des brasures pour réaliser des assemblages hétéro-métalliques présentant une résistance mécanique suffisante peuvent être souvent très difficiles à réaliser. C’est particulièrement le cas des soudures et/ou brasures Aluminium-fer.Such assemblies require the production of welds or solders. However, making welds or solders to make hetero-metallic assemblies having sufficient mechanical strength can often be very difficult to make. This is particularly the case for aluminium-iron welds and/or brazes.
Il est connu, par exemple du document WO2020175494 des brasures liant un élément en aluminium ou en alliage d’aluminium et un élément en acier. Cependant, ces brasures nécessitent de former au préalable un film de revêtement à partir d’une poudre métallique pulvérisée à basse température. Sur la zone à braser. Par ailleurs ces brasures nécessitent l’utilisation d’un matériau de soudure en cuivre, particulièrement onéreux.Solders are known, for example from document WO2020175494, linking an aluminum or aluminum alloy element and a steel element. However, these solders require the prior formation of a coating film from a metal powder sprayed at low temperature. On the area to be soldered. Furthermore, these solders require the use of a copper solder material, which is particularly expensive.
Ainsi, il existe un besoin d’une solution permettant d’effectuer de tels assemblages hétéro-métalliques aluminium-acier.Thus, there is a need for a solution making it possible to carry out such hetero-metallic aluminium-steel assemblies.
Dans la suite, « à base d’aluminium » désigne soit l’aluminium, de préférence de qualité propre à être utilisé dans l’industrie automobile, ou soit un alliage d’aluminium, c’est-à-dire un alliage dont l’aluminium est le principal constituant. Lorsqu’il est fait référence à un groupe d’alliage ou à une nuance d’alliage, il est fait référence respectivement au premier chiffre ou aux quatre chiffres utilisés dans les désignations des alliages faites selon les normes et directives internationales sur les alliages d’aluminium, et notamment la norme Européenne EN 573-3.In the following, "based on aluminium" means either aluminium, preferably of a quality suitable for use in the automotive industry, or an aluminum alloy, that is to say an alloy whose Aluminum is the main constituent. Where reference is made to an alloy group or alloy grade, reference is made respectively to the first digit or the four digits used in alloy designations made according to international alloy standards and guidelines. aluminium, and in particular the European standard EN 573-3.
La présente invention a pour objet de pallier les problèmes exposés précédemment. Dans ce contexte technique, un but de la présente invention est de fournir un procédé de production d’un assemblage hétéro-métallique de matériau d’aluminium et d’acier.The object of the present invention is to overcome the problems set out above. In this technical context, an object of the present invention is to provide a method for producing a hetero-metallic assembly of aluminum and steel material.
A cet effet, la présente invention se rapporte à un procédé de production d’un assemblage d’une première pièce, notamment de carrosserie d’un véhicule automobile, constituée d’un matériau à base d’aluminium et d’une seconde pièce, notamment de carrosserie d’un véhicule automobile, en acier, le procédé comprenant une étape brasage consistant à mettre en contact direct les première et deuxième pièces, pour créer une interface intermétallique, et à réaliser une brasure sur l’interface à l’aide d’un métal d’apport à base d’aluminium afin, d’assembler les première et deuxième pièces entre elles.To this end, the present invention relates to a method for producing an assembly of a first part, in particular the bodywork of a motor vehicle, consisting of an aluminum-based material and a second part, in particular the bodywork of a motor vehicle, made of steel, the method comprising a brazing step consisting in bringing the first and second parts into direct contact, to create an intermetallic interface, and in performing a braze on the interface using an aluminum-based filler metal to assemble the first and second parts together.
Le terme brasure est utilisé ici pour désigner indifféremment une brasure, une soudure ou une soudo-brasure.The term solder is used here to denote either a solder, a solder or a welded solder.
L’invention concerne également un assemblage hétéro-métallique d’une première pièce, notamment de carrosserie d’un véhicule automobile, constituée d’un matériau à base d’aluminium et d’une seconde pièce, notamment de carrosserie d’un véhicule automobile, en acier, les première et deuxième pièces étant assemblées entre elles par la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.The invention also relates to a hetero-metallic assembly of a first part, in particular of the bodywork of a motor vehicle, made of an aluminum-based material and of a second part, in particular of the bodywork of a motor vehicle , steel, the first and second parts being assembled together by the implementation of a method according to the invention.
Enfin, l’invention concerne un véhicule automobile comprenant un assemblage selon l’invention.Finally, the invention relates to a motor vehicle comprising an assembly according to the invention.
Ainsi, le procédé de production permet de réaliser un assemblage hétéro-métallique aluminium-acier. Le procédé permet de s’affranchir de la création d’un film de revêtement. En effet, l’étape de brasage du procédé selon l’invention est effectuée directement sur l’interface entre les deux métaux, sans la réalisation préalable d’un film de revêtement. Le procédé selon l’invention permet donc de réaliser des assemblages dépourvus d’un film de revêtement.Thus, the production process makes it possible to produce a hetero-metallic aluminium-steel assembly. The process eliminates the need to create a coating film. Indeed, the brazing step of the process according to the invention is carried out directly on the interface between the two metals, without the prior production of a coating film. The method according to the invention therefore makes it possible to produce assemblies devoid of a coating film.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le procédé met en œuvre une source laser, notamment du type YAG, comme source de chaleur pour réaliser l’étape de brasage.According to one embodiment of the invention, the method uses a laser source, in particular of the YAG type, as a heat source to carry out the brazing step.
Selon une possibilité, l’étape de brasage est effectuée sous circulation d’air.According to one possibility, the brazing step is carried out under air circulation.
Selon un mode de réalisation, le métal d’apport est un fil d’alliage d’aluminium comportant du silicium, notamment un alliage d’aluminium du groupe 4.According to one embodiment, the filler metal is an aluminum alloy wire comprising silicon, in particular a group 4 aluminum alloy.
Selon une possibilité, la première pièce est constituée d’un matériau en alliage d’aluminium contenant du silicium et du magnésium, notamment un alliage d’aluminium du groupe 6.According to one possibility, the first part is made of an aluminum alloy material containing silicon and magnesium, in particular a group 6 aluminum alloy.
Avantageusement, la deuxième pièce est constituée d’un acier du type G10/10.Advantageously, the second part consists of a steel of the G10/10 type.
Selon une possibilité de l’assemblage, la première pièce est un pavillon de toit pour un véhicule automobile.According to one possibility of the assembly, the first part is a roof liner for a motor vehicle.
Selon une possibilité de l’assemblage, la deuxième pièce est un côté de caisse d’un véhicule automobile.According to one possibility of the assembly, the second part is a body side of a motor vehicle.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant au dessin annexé sur lequel :The invention will be better understood on reading the detailed description which follows, given solely by way of non-limiting example and made with reference to the appended drawing in which:
Un assemblage 1 hétéro-métallique selon l’invention est illustré sur la
L’assemblage 1 comporte également une seconde pièce 4, en l’occurrence un côté de caisse 5 d’un véhicule automobile, en acier, illustré partiellement sur la figure. L’acier utilisé pour former le côté de caisse 5 est, par exemple, un acier du type G10/10. Le côté de caisse 5 présente de préférence une épaisseur de 0,65 mm. Comme illustré sur la figure, le côté de caisse 5 forme une marche oblique 6.The assembly 1 also comprises a second part 4, in this case a body side 5 of a motor vehicle, made of steel, partially illustrated in the figure. The steel used to form the body side 5 is, for example, a steel of the G10/10 type. The body side 5 preferably has a thickness of 0.65 mm. As shown in the figure, the body side 5 forms an oblique step 6.
Les première 2 et deuxième 4 pièces sont assemblées entre elles par la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention et en particulier d’une étape de brasage consistant à mettre en contact direct les première 2 et deuxième 4 pièces pour créer une interface 7, et à réaliser une brasure à l’interface 7 à l’aide d’un métal d’apport à base d’aluminium. Le métal d’apport est avantageusement un fil d’alliage d’aluminium du groupe 4 et comporte du silicium. En particulier, le métal d’apport est un alliage d’aluminium de nuance 4020, 4043 ou 4047, de préférence de nuance 4020. Par exemple, le fil d’alliage d’aluminium présente un diamètre compris entre 1,2 mm et 1,6 mm, de préférence 1,2 mm. Lors de la mise en œuvre de l’étape de brasage, le fil d’alliage d’aluminium est chauffé par passage d’un courant électrique d’une intensité comprise entre 0 A et 200 A, de préférence 135 A.The first 2 and second 4 parts are assembled together by implementing a method according to the invention and in particular a brazing step consisting in bringing the first 2 and second 4 parts into direct contact to create an interface 7, and to make a braze at the interface 7 using an aluminum-based filler metal. The filler metal is advantageously a group 4 aluminum alloy wire and includes silicon. In particular, the filler metal is an aluminum alloy of grade 4020, 4043 or 4047, preferably grade 4020. For example, the aluminum alloy wire has a diameter of between 1.2 mm and 1 .6 mm, preferably 1.2 mm. During the implementation of the brazing step, the aluminum alloy wire is heated by passing an electric current with an intensity between 0 A and 200 A, preferably 135 A.
L’étape de brasage met en œuvre une source laser, notamment du type YAG, comme source de chaleur pour réaliser l’étape de brasage. De façon avantageuse, la source laser présente une puissance comprise entre 2 et 3,5 kW., de préférence 2,5 kW. Avantageusement, la source de laser est conçue pour émettre au moins un laser de 1070 nm. Dans le procédé décrit ici, le laser émis est mono-spot et présente un diamètre focal compris entre 0,1 mm et 7 mm, de préférence 2,4 mm. Avantageusement, l’étape de brasage est effectuée en faisant circuler de l’air sur le métal d’apport et sur la zone éclairée par le laser à raison de 10 litres par minutes.The brazing step uses a laser source, in particular of the YAG type, as a heat source to carry out the brazing step. Advantageously, the laser source has a power of between 2 and 3.5 kW, preferably 2.5 kW. Advantageously, the laser source is designed to emit at least one 1070 nm laser. In the method described here, the emitted laser is single-spot and has a focal diameter of between 0.1 mm and 7 mm, preferably 2.4 mm. Advantageously, the brazing step is carried out by circulating air over the filler metal and over the area illuminated by the laser at a rate of 10 liters per minute.
Enfin, l’étape de brasage est effectuée à une vitesse de l’ordre de 4 m/mn à 6 m/mn, de préférence 4,5 m/mn.Finally, the brazing step is carried out at a speed of the order of 4 m/min to 6 m/min, preferably 4.5 m/min.
Préalablement à l’étape de brasage, les première 2 et deuxième 4 pièces sont mises en contact et le fil d’alliage d’aluminium est déposé progressivement au centre de l’interface 7 entre les première 2 et deuxième 4 pièces.Prior to the brazing step, the first 2 and second 4 parts are brought into contact and the aluminum alloy wire is gradually deposited in the center of the interface 7 between the first 2 and second 4 parts.
Comme illustré sur la figure, le pavillon de toit 3 présente une première partie 8 destinée à former le toit du véhicule. La première partie 8 forme un angle A1 avec un plan horizontal du véhicule qui varie de 0° à 30°. La première partie 8 est prolongée d’un rebord 9 formant un angle avec la première partie 8, de sorte que le rebord 9 et la première partie 8 forment un rayon extérieur Rext de pliure de l’ordre de 1,7mm à 4mm, illustré sur la figure. Le rebord 9 s’étend le long de la deuxième pièce 4 en formant en angle A2 de l’ordre de 12°, comme illustré sur la figure. Le rebord 9 s’étend entre la première partie 8 et une extrémité libre 10 disposée, dans l’assemblage 1 selon l’invention, à une distance D1 du côté de caisse 5 de l’ordre de 4 mm.As illustrated in the figure, the roof liner 3 has a first part 8 intended to form the roof of the vehicle. The first part 8 forms an angle A1 with a horizontal plane of the vehicle which varies from 0° to 30°. The first part 8 is extended by a rim 9 forming an angle with the first part 8, so that the rim 9 and the first part 8 form an outer fold radius Rext of the order of 1.7 mm to 4 mm, illustrated on the face. The rim 9 extends along the second part 4 forming an angle A2 of the order of 12°, as illustrated in the figure. The rim 9 extends between the first part 8 and a free end 10 arranged, in the assembly 1 according to the invention, at a distance D1 from the side of the body 5 of the order of 4 mm.
Ainsi, le procédé de production permet de réaliser l’assemblage 1 hétéro-métallique aluminium-acier. Le procédé permet donc de s’affranchir de la création d’un un film de revêtement. En effet, l’étape de brasage du procédé est effectuée directement sur l’interface 7 entre les deux matériaux. Le procédé selon l’invention permet donc de réaliser des assemblages 1 nouveaux permettant des gains de masses.Thus, the production process makes it possible to produce the hetero-metallic aluminium-steel assembly 1. The process therefore makes it possible to dispense with the creation of a coating film. Indeed, the brazing step of the process is carried out directly on the interface 7 between the two materials. The method according to the invention therefore makes it possible to produce new assemblies 1 allowing savings in mass.
L’invention ne se limite pas au mode de mise en œuvre du procédé selon l’invention ou au mode de réalisation de l’assemblage décrit ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais d’autres modes de réalisation peuvent être conçus par l’homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention.The invention is not limited to the mode of implementation of the method according to the invention or to the embodiment of the assembly described above, only by way of example, but other embodiments can be designed. by those skilled in the art without departing from the scope and scope of the present invention.
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Effective date: 20230324 |