WO2012007667A1 - Assemblage par brasage unilateral inductif d'une tole fine et d'un profile creux, et le procede correspondant - Google Patents

Assemblage par brasage unilateral inductif d'une tole fine et d'un profile creux, et le procede correspondant Download PDF

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impressions
thin sheet
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assembly
heating
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Inventor
Christophe Verschave
Sylvain Avelange
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Renault S.A.S.
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/002—Soldering by means of induction heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/006—Vehicles

Definitions

  • the present invention relates to the assembly of a metal thin sheet and a second metal part, in the form of hollow body, such as a profile, in particular in the field of automobile bodywork, and more particularly for the construction of doors of motor vehicles.
  • this second hollow metal part prohibits access to the assembly area on the side of said part, a certain number of mechanical or welding assembly methods can not be used. Furthermore, in some cases, it is desired to avoid making holes in one or other of the parts, these holes may weaken the strength of these parts.
  • the document WO 2009/03741 1 is pronounced of the conventional construction: the strip is generally a pressed formed by roller burnishing followed by a laser weld and usually comprises one or two rabbets added to the tabular structure to allow spot welding to the thin sheet of covering of the door usually called door box.
  • the rabbets have no structural role and do not bring inertia gain to the section of the stamping, but generate an overweight and an additional cost of the part.
  • the assembly of the roof to the lateral structure of the vehicle is a connection that can be described as a primer, which does not require a very great resistance to the extent that these parts are not subjected to significant efforts, and it is neither obvious nor even assured to be able to transpose this solution in assembly situations subjected to greater efforts, especially in the assembly of a hollow section to a thin sheet where the hollow section may tend to rotate parallel to its axis and generate a moment exerted on the links, and more particularly in the context of the manufacture of vehicle doors.
  • the present invention therefore aims to improve the known method for successfully transposing it to other uses, particularly in the case of the manufacture of vehicle doors.
  • the subject of the invention is a method for assembling two facing metal parts made of a thin sheet and a hollow body, of the type in which one of the two pieces is provided with a plurality of stamped oblong impressions intended for to receive a piece of filler material, these indentations being arranged on a fingerprint line, the parts to be assembled are arranged facing each other, an inductor is brought to the side of the thin sheet and, by induction, induced currents are created in said sheet metal which heat by Joule effect, this heat being communicated by conduction to the filler material and the hollow body to allow the melting of the filler material and, after cooling, the attachment of the two parts, characterized in that the fingerprints are available on the thin sheet with alternating inclination on the fingerprint line.
  • the inclination of the cavities on the fingerprint line is between 10 ° and 45 °, advantageously between 15 ° and 45 °.
  • the heating cycle is conducted in two heating phases, firstly a first relatively slow heating phase to a first temperature, and a second phase of faster heating. up to a second temperature, so that it avoids exceeding the surface of the assembly excessive temperature and to allow heat transfer by conduction to operate in good conditions to the filler material.
  • the first temperature is advantageously close to the eutectic point of the mixture constituting the solder.
  • the second heating phase is at a higher inductor energy than the first phase.
  • the invention also relates to an assembly of two metal parts facing constituted by a thin sheet and a hollow body, one of the two parts comprising a plurality of stamped oblong impressions disposed on a fingerprint line, the fingerprints delimiting with the piece opposite a cavity filled with a solder, characterized in that the imprints are arranged on the thin sheet with an alternating inclination on the fingerprint line.
  • the impressions have a depth of about 1 mm, and they include a tray sized to receive a piece of filler material of dimensions of about 22 mm x 8 mm x 2 mm, which allows to provide a quantity of solder giving when assembled the strength required, equivalent or even greater than that of a conventional weld spot.
  • FIG 1 is a partial schematic front view of a door panel and a strip assembled on this sheet according to the invention
  • FIG. 2 is a sectional view A-A of FIG. 1, showing the detail of the door plate and the strip;
  • FIG. 3 is a partial diagrammatic front view of a door plate showing the stamped footprints according to the invention over the width of the door.
  • the figures show a strip 1 made in the form of hollow section sheet relatively thick rolled and welded, intended to be assembled to a stamped sheet door trim 2 (door box) made of thinner sheet.
  • the two parts 1 and 2 are for example galvanized steel to resist corrosion. It is not shown in the drawing the many reliefs and cuts of the sheet 2 obtained during stamping.
  • Band 1 plays an important structural role, both in the normal behavior of the door and in the transmission of forces in case of front impact.
  • the strip 1 is fixed in a hollow receiving zone 3 of the sheet 2, forming a horizontal depression across the width of the door.
  • oblong imprints 4 consisting of an elongate flat bottom 5, of approximately 30 to 40 mm in length and approximately 8 mm are formed at the time of stamping of the sheet 2. of width, pressed a small thickness, for example 1 mm, with respect to the edges 6 of the cavity 4.
  • the various impressions 4 are arranged in a horizontal line across the width of the door, at a distance from one of the other, and are inclined alternately with respect to this line.
  • An inclination of 45 ° ensures a resistance equivalent to the forces in two orthogonal directions, respectively parallel to the horizontal line of the fingerprints and vertical. But the inclination is also chosen according to the exact topology of the door and the place available vertically for the assembly of the headband. In the example shown, an inclination of 15 ° ensures a good compromise between the necessary resistance and the bulk. Still in this example, five alternate prints 4 are provided over the entire width of the door.
  • the profile comprises in front of the plate 5 a flat area 7 and between these two surfaces 5, 7, there comes to have a section or lopin 8 solder, preferably SnZn type, including Sn 60 Zn 40 , constituting the filler metal .
  • the piece 8 has, for example, dimensions of approximately 22 mm ⁇ 8 mm ⁇ 2 mm, which determines a volume of filler metal and therefore the strength of the solder and the number of solders necessary to ensure the strength of the solder. 2.
  • the production of brazing under the conditions of the invention are shown by experiments conducted by the Applicant, involving fatigue and endurance tests on specimens during a large number of cycles.
  • solder made under these conditions provides a slightly greater strength than a conventional solder point, so that it is possible to replace the conventional attachment with the aid of 8 solder points SR by 5 solders according to the invention.
  • an inductor is provided on the side of the thin sheet 2 and is activated electrically so as to heat the sheet 2 by Joule effect.
  • the transfer of heat in the solder and the profile 1 is only by conduction, hence the difficulty of optimizing the heating cycle so as not to exceed the surface of the sheet 1 excessive temperature (especially in the case of a galvanized sheet, one temperature of 420 ° C from which the surface layer of zinc can melt and lead to high risks of corrosion) while ensuring the heat transfer to the thicker lower plate 1.
  • a relatively long first phase for example 14 s, of heating to a first percentage of the inductor's power, for example 10%, to reach a temperature of approximately 200 ° C. ° C which corresponds to the eutectic point of the solder SnZn
  • a second relatively short phase for example 7 s, of heating to a second percentage of power of the inductor, higher than the first, for example 15%, for reach a temperature of about 380 ° C which allows to reach the liquidus phase of the filler metal.
  • this heating cycle in two phases of different duration and energy, makes it possible to correctly perform brazing on a fairly wide range of thicknesses of the sheets 1 and 2, between thicknesses of thin sheet 2 between 0.65 mm and 1 mm and thicknesses of profile sheet 1 between 0.8 and 1.8 mm. There is therefore no need to readjust the induction heating cycle even if the thicknesses of the parts to be assembled in a relatively wide range are modified in the production line.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automobile Manufacture Line, Endless Track Vehicle, Trailer (AREA)

Abstract

Procédé d'assemblage de deux pièces métalliques en regard constituées d'une tôle fine (2) et d'un corps creux (1), du type selon lequel on prévoit sur une des deux pièces (1, 2) une pluralité d'empreintes oblongues embouties (4) destinées à recevoir un lopin de matériau d'apport (8), ces empreintes étant disposées sur une ligne d'empreintes (4), on dispose les pièces (1, 2) à assembler en regard, on amène un inducteur du côté de la tôle fine (2) et par induction on crée dans ladite tôle (2) des courants induits qui réchauffent par effet Joule, cette chaleur se communiquant par conduction au matériau d'apport (8) et au corps creux (1) pour permettre la fusion du matériau d'apport (8) et, après refroidissement, la fixation des deux pièces (1, 2), caractérisé en ce qu'on dispose les empreintes (4) sur la tôle fine (2) avec une inclinaison alternée sur la ligne d'empreintes, avantageusement entre 15° et 45°.

Description

Assemblage par brasage unilatéral inductif d'une tôle fine et d'un profilé creux, et le procédé correspondant
La présente invention concerne l'assemblage d'une tôle fine métallique et d'une seconde pièce métallique, sous forme de corps creux, tel qu'un profilé, notamment dans le domaine de la carrosserie automobile, et plus particulièrement pour la construction des portes de véhicules automobiles.
Du fait que cette seconde pièce métallique creuse interdit l'accès à la zone d'assemblage du côté de ladite pièce, un certain nombre de procédés d'assemblage mécaniques ou par soudage ne peuvent pas être employés. Par ailleurs, dans certains cas, on souhaite éviter de pratiquer des trous dans l'une ou l'autre des pièces, ces trous risquant d'affaiblir la résistance de ces pièces.
C'est notamment le cas dans le domaine de la fabrication des bandeaux de porte et des portes de véhicule, où le bandeau qui doit encaisser et transmettre les efforts importants lors des collisions frontales avant ne doit pas être troué . Dans ce domaine, le document WO 2009/03741 1 rappelle la construction classique : le bandeau est généralement un embouti réalisé par galetage suivi d'une soudure laser et comprend usuellement une ou deux feuillures ajoutées à la structure tabulaire pour permettre une soudure par points à la tôle fine d'habillage de la porte dite usuellement caisson de porte. Les feuillures n'ont pas de rôle structurel et n'apportent pas de gain d'inertie à la section de l'embouti, mais génèrent un surpoids et un surcoût de la pièce.
Dans le cas spécifique de la fixation du pavillon d'un véhicule sur le côté de caisse, la Demanderesse a proposé dans le document F 2 934 800 un procédé de brasage mono-accès : le brasage par induction en transparence mono-accès consiste à solidariser deux pièces métalliques par une brasure apportée entre les deux pièces et qui est chauffée par induction à l'aide d'un inducteur disposé au voisinage des deux pièces accolées et développant un champ magnétique à haute fréquence qui traverse au moins partiellement les pièces métalliques. Selon la solution originale développée dans ce document, on ménage dans une des pièces à lier une pluralité de creux allongés alignés selon leur longueur et dans lesquels on place un matériau d'apport qui va fondre lorsqu'on active l'inducteur destiné à chauffer les pièces à lier et, par conduction, le matériau d'apport. Néanmoins, l'assemblage du pavillon à la structure latérale du véhicule est une liaison qu'on peut qualifier d'apprêt, qui n'exige pas une résistance très grande dans la mesure où ces pièces ne sont pas soumises à des efforts importants, et il n'est ni évident ni même assuré de pouvoir transposer cette solution dans des situations d'assemblage soumis à des efforts plus importants, notamment dans l'assemblage d'un profilé creux à une tôle fine où le profilé creux peut avoir tendance à tourner parallèlement à son axe et engendrer un moment s 'exerçant sur les liaisons, et plus particulièrement dans le cadre de la fabrication des portes de véhicule.
La présente invention vise donc une amélioration du procédé connu pour le transposer avec succès à d'autres utilisations, notamment au cas de la fabrication des portes de véhicule.
L'invention a pour objet un procédé d'assemblage de deux pièces métalliques en regard constituées d'une tôle fine et d'un corps creux, du type selon lequel on prévoit sur une des deux pièces une pluralité d'empreintes oblongues embouties destinées à recevoir un lopin de matériau d'apport, ces empreintes étant disposées sur une ligne d'empreintes, on dispose les pièces à assembler en regard, on amène un inducteur du côté de la tôle fine et par induction on crée dans ladite tôle des courants induits qui réchauffent par effet Joule, cette chaleur se communiquant par conduction au matériau d'apport et au corps creux pour permettre la fusion du matériau d'apport et, après refroidissement, la fixation des deux pièces, caractérisé en ce qu'on dispose les empreintes sur la tôle fine avec une inclinaison alternée sur la ligne d'empreintes.
On s'est en effet aperçu que si l'alignement longitudinal des empreintes donnait parfaitement satisfaction dans le cas de l'assemblage du pavillon au côté de véhicule tel que prévu dans le document précité, l'utilisation de ce procédé dans le cadre de la fabrication des portes de véhicules comportait le risque de rotation du bandeau autour de son axe linéaire. Pour éviter cette rotation, on peut prévoir une seconde ligne de points de fixation, et notamment dans le cadre des procédés par soudure, une seconde ligne de points de soudure ajoutée par l'intermédiaire de pattes de fixation soudées à l'arc, ce qui ajoute un coût supplémentaire à la fabrication de la porte. La solution préconisée par l'invention et qui consiste à incliner de manière alternée les empreintes le long de la ligne d'empreintes évite ce risque et le surcoût de soudures additionnelles. Cette solution de l'invention n'entraîne aucun surcoût de fabrication puisque les empreintes alternées sont réalisées lors de l'étape initiale d'emboutissage de la tôle fine de porte, sans étape supplémentaire.
D'une manière avantageuse, l'inclinaison des empreintes sur la ligne d'empreintes est comprise entre 10° et 45°, avantageusement entre 15° et 45°.
Selon une autre caractéristique importante du procédé de l'invention, on conduit le cycle de chauffe en deux phases de chauffe, d'une part une première phase de chauffe relativement lente jusqu' à une première température, et une seconde phase de chauffe plus rapide jusqu'à une seconde température, de manière qu'on évite de dépasser en surface de l'assemblage une température excessive et pour permettre aux transferts thermiques par conduction de s'opérer dans de bonnes conditions vers le matériau d'apport. La première température est avantageusement voisine du point eutectique du mélange constituant la brasure. La seconde phase de chauffe se fait à une énergie de l'inducteur supérieure à celle de la première phase.
L'invention vise aussi un assemblage de deux pièces métalliques en regard constituées d'une tôle fine et d'un corps creux, l'une des deux pièces comportant une pluralité d'empreintes oblongues embouties disposées sur une ligne d'empreintes, les empreintes délimitant avec la pièce en regard une cavité remplie d'une brasure, caractérisé en ce que les empreintes sont disposées sur la tôle fine avec une inclinaison alternée sur la ligne d'empreintes.
Il s'agit avantageusement de l'assemblage d'un bandeau de porte sur une tôle d'habillage de porte de véhicule automobile (tôle de caisson de porte). De préférence, il est prévu entre quatre et six empreintes sur la largeur de la porte. Dans des exemples avantageux de réalisation, les empreintes ont une profondeur d'environ 1 mm, et elles comportent un plateau dimensionné pour recevoir un lopin de matériau d'apport de dimensions d'environ 22 mm x 8 mm x 2 mm, ce qui permet d'apporter une quantité de brasure donnant à l'assemblage la solidité requise, équivalente ou même supérieure à celle d'un point de soudure classique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un exemple de réalisation dans le cadre de la fabrication d'une porte de véhicule automobile. Il sera fait référence aux figures annexées sur lesquelles :
-La figure 1 est une vue de face schématique partielle d'une tôle de porte et d'un bandeau assemblé sur cette tôle conformément à l'invention ;
-La figure 2 est une vue en coupe A-A de la figure 1, montrant le détail de la tôle de porte et du bandeau ;
-La figure 3 est une vue de face schématique partielle d'une tôle de porte montrant les empreintes embouties conformes à l'invention sur la largeur de la porte.
Les figures montrent un bandeau 1 réalisé sous forme de profilé creux en tôle relativement épaisse galetée et soudée, destiné à être assemblé à une tôle emboutie d'habillage de porte 2 (caisson de porte) réalisée en tôle plus mince. Les deux pièces 1 et 2 sont par exemple en acier galvanisé pour résister à la corrosion. On n'a pas représenté sur le dessin les nombreux reliefs et découpes de la tôle 2 obtenus lors de l'emboutissage.
Le bandeau 1 joue un rôle structurel important, tant dans la tenue normale de la porte que dans la transmission des efforts en cas de choc avant. Le bandeau 1 est fixé dans une zone de réception creuse 3 de la tôle 2, formant une dépression horizontale sur la largeur de la porte. Dans cette zone de réception 3, on a formé, au moment de l'emboutissage de la tôle 2, des empreintes oblongues 4 constituées d'un fond plat allongé 5, d'environ 30 à 40 mm de longueur et d'environ 8 mm de largeur, enfoncé d'une faible épaisseur, par exemple 1 mm, par rapport aux bords 6 de l'empreinte 4. Les différentes empreintes 4 sont disposées selon une ligne horizontale sur la largeur de la porte, à distance l'une de l'autre, et sont inclinées de manière alternée par rapport à cette ligne. Une inclinaison de 45° assure une résistance équivalente aux efforts selon deux directions orthogonales, respectivement parallèle à la ligne horizontale des empreintes et verticale. Mais l'inclinaison est aussi choisie en fonction de la topologie exacte de la porte et de la place disponible verticalement pour l'assemblage du bandeau. Dans l'exemple représenté, une inclinaison de 1 5 ° assure un bon compromis entre la résistance nécessaire et l'encombrement. Toujours dans cet exemple, on a prévu cinq empreintes alternées 4 sur toute la largeur de la porte.
Le profilé comprend en face du plateau 5 une zone plane 7 et entre ces deux surfaces 5, 7, on vient disposer un tronçon ou lopin 8 de brasure tendre, avantageusement de type SnZn, notamment Sn60Zn40, constituant le métal d'apport. Le lopin 8 a par exemple des dimensions d'environ 22 mm x 8 mm x 2 mm, ce qui détermine un volume de métal d'apport et donc la solidité de la brasure et le nombre de brasures nécessaires pour assurer la solidité de l'assemblage du bandeau à la tôle fine 2. Comme l'ont montré des expériences conduites par la Demanderesse, impliquant des tests de fatigue et d'endurance sur des éprouvettes pendant un grand nombre de cycles, la réalisation de brasures dans les conditions de l'invention conduit à une résistance et à une endurance meilleure que celle obtenue par les techniques classiques de soudures par points PS de 3 mm ou par tirets laser ; cela confirme que cette technique de brasage qu'on pouvait craindre de n'être réservée qu'à des situations d'assemblages n'impliquant pas d'efforts élevés comme celle connue par le document FR 2 934 800, est en fait bien adaptée aussi à l'assemblage de profilés creux sur une tôle mince. Ainsi, selon les calculs et les expérimentations de la Demanderesse, une brasure faite dans ces conditions assure une solidité légèrement supérieure à celle d'un point de soudure classique, de sorte qu'il est possible de remplacer la fixation classique à l'aide de 8 points de soudure SR par 5 brasures conformes à l'invention.
Selon le principe du brasage par induction unilatérale, on dispose un inducteur du côté de la tôle fine 2 et on l'active électriquement de manière à chauffer la tôle 2 par effet Joule. Le transfert de chaleur dans la brasure et le profilé 1 se fait seulement par conduction, d'où la difficulté d'optimiser le cycle de chauffe pour ne pas dépasser en surface de la tôle 1 une température excessive (notamment dans le cas d'une tôle galvanisée, une température de 420°C à partir de laquelle la couche superficielle de zinc peut fondre et entraîner des risques élevés de corrosion) tout en assurant le transfert de chaleur vers la tôle inférieure plus épaisse 1. Pour ce faire, on procède selon l'invention en un cycle de chauffe en deux phases : d'une part, une première phase relativement longue, par exemple 14 s, de chauffage à un premier pourcentage de puissance de l'inducteur, par exemple 10%, pour atteindre une température d'environ 200°C qui correspond au point eutectique de la brasure tendre SnZn, puis une seconde phase relativement courte, par exemple 7 s, de chauffage à un deuxième pourcentage de puissance de l'inducteur, plus élevé que le premier, par exemple 15%, pour atteindre une température d'environ 380°C qui permet d'atteindre la phase liquidus du métal d'apport. Selon les expériences menées par la Demanderesse, ce cycle de chauffage en deux phases de durée et d'énergie différentes, permet de réaliser correctement des brasages sur une assez large gamme d'épaisseurs des tôles 1 et 2, entre des épaisseurs de tôle fine 2 comprises entre 0,65 mm et 1 mm et des épaisseurs de tôle de profilé 1 comprises entre 0,8 et 1,8 mm. Il n'y a donc pas nécessité de réadapter le cycle de chauffage par induction même si on modifie dans la chaîne de fabrication les épaisseurs des pièces à assembler dans une gamme relativement large.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'assemblage de deux pièces métalliques en regard constituées d'une tôle fine (2) et d'un corps creux (1), du type selon lequel on prévoit sur une des deux pièces (1, 2) une pluralité d'empreintes oblongues embouties (4) destinées à recevoir un lopin de matériau d'apport (8), ces empreintes étant disposées sur une ligne d'empreintes (4), on dispose les pièces (1, 2) à assembler en regard, on amène un inducteur du côté de la tôle fine (2) et par induction on crée dans ladite tôle (2) des courants induits qui réchauffent par effet Joule, cette chaleur se communiquant par conduction au matériau d'apport (8) et au corps creux (1) pour permettre la fusion du matériau d'apport (8) et, après refroidissement, la fixation des deux pièces (1, 2), caractérisé en ce qu'on dispose les empreintes (4) sur la tôle fine (2) avec une inclinaison alternée sur la ligne d'empreintes.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'inclinaison des empreintes (4) sur la ligne d'empreintes est comprise entre 10° et 45°, avantageusement entre 15° et 45°.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on conduit un cycle de chauffe en deux phases de chauffe, d'une part une première phase de chauffe relativement lente jusqu'à une première température, et une seconde phase de chauffe plus rapide jusqu'à une seconde température.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première température du cycle de chauffe est voisine du point eutectique du matériau d'apport (8).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la seconde phase de chauffe se fait à une énergie supérieure à celle de la première phase.
6. Assemblage de deux pièces métalliques (1, 2) en regard constituées d'une tôle fine (2) et d'un corps creux (1), l'une (2) des deux pièces comportant une pluralité d'empreintes oblongues embouties (4) disposées sur une ligne d'empreintes, les empreintes (4) délimitant avec la pièce en regard une cavité remplie d'une brasure en matériau d'apport (8), caractérisé en ce que les empreintes (4) sont disposées sur la tôle fine (2) avec une inclinaison alternée sur la ligne d'empreintes.
7. Assemblage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il s'agit de l'assemblage d'un bandeau (1) de porte sur une tôle (2) de caisson de porte de véhicule automobile.
8. Assemblage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est prévu entre quatre et six empreintes (4) sur la largeur de la porte.
9. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les empreintes (4) ont une profondeur d'environ 1 mm.
10. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les empreintes (4) ont un plateau (5) dimensionné pour recevoir un lopin de matériau d'apport (8) de dimensions d'environ 22 mm x 8 mm x 2 mm.
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