WO2023152330A1 - Procédé et installation de soudage - Google Patents

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WO2023152330A1
WO2023152330A1 PCT/EP2023/053373 EP2023053373W WO2023152330A1 WO 2023152330 A1 WO2023152330 A1 WO 2023152330A1 EP 2023053373 W EP2023053373 W EP 2023053373W WO 2023152330 A1 WO2023152330 A1 WO 2023152330A1
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WO
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inductor
preheating
preheating means
temperature
welding
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Application number
PCT/EP2023/053373
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English (en)
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Pierre COUARRAZE
Guillaume VINCENT
Original Assignee
Institut De Recherche Technologique Jules Verne
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    • B29L2031/3076—Aircrafts

Definitions

  • the present invention relates to the dynamic induction welding of composite parts with a thermoplastic matrix and particles, in particular fibers, which are electrically conductive and/or ferromagnetic, in particular for producing structures of the stiffened panel type in the aeronautical field.
  • the fuselage panel conventionally includes electrically conductive protection against lightning (LSP or Lightning Strike Protection) on its outer face, in order to protect the aircraft.
  • This lightning protection is generally made of copper, which is a better conductor of electricity than carbon fibers.
  • Application EP2801472A1 discloses a method in which a jet of cooling fluid is directed into an area facing the inductor so as to limit the temperature rise.
  • WO2008/133507A2 describes an induction welding process, in which the inductor is moved by a robotic arm.
  • Application FR3083733A1 discloses a welding process in which an induction-sensitive insert is introduced between the surfaces to be welded.
  • Application EP3772406A1 describes a process for welding an assembly of composites with unidirectional fibers, in which the composite is preheated to a temperature below the melting temperature of the thermoplastic matrix, then the part thus preheated is welded by induction.
  • the preheating can take place in a furnace, or by one or more preliminary passes of the inductor, or by means of a second inductor.
  • the assembly can comprise a flat panel and a profiled part in the form of a bracket.
  • the inductor acts on the side of the panel opposite the profiled part.
  • the heating is generally relatively heterogeneous depending on the design of the inductor, with a sudden rise in temperature followed by an equally rapid fall, due to the fact that the rest of the material has generally remained cold and tends to lower the global average temperature by conduction. With a rapid drop in temperature, the polymer does not remain long enough under conditions conducive to welding (temperature above the melting temperature Tm). Furthermore, a solution that would aim to prepare the temperature rise of the entire assembly via a heating mold would necessarily be a solution that consumes a lot of energy and also requires contact conditions between the parts that are difficult to ensure.
  • surface material is meant a material which extends at least in part closer to the surface than to the core of the part; this material can extend in the form of a grid or a tablecloth. It can be a grid or a sheet of copper or other electrically conductive metal. This element is also referred to as “lightning protection”.
  • the two parts are at a temperature close to melting. Induction only provides the missing energy to reach the melting temperature at the interface between the parts and to make the weld.
  • Preheating avoids excessive temperature peaks that can be generated by a too rapid rise in temperature. This also makes it possible to slow down the temperature drop because the assembly may be warmer overall than in the absence of preheating.
  • the open time for welding, during which welding is possible, will be longer, therefore the healing of the polymer at the interface and thus the mechanical performance will be better.
  • the heat provided by the preheating means and by the inductor can compensate each other and the asymmetry of the heating efficiency of one can be compensated by the other to homogenize the heat at the welding interface of the parts.
  • the preheating is carried out before applying pressure to the assembly using a front pressure means, such as a pressure roller.
  • the invention can make it possible to avoid the use of an induction-sensitive insert, placed between the two parts, contrary to the teaching of application FR3083733A1.
  • the preheating means can be designed and dimensioned to compensate for the thermal imbalances generated by the inductor, so that the temperature is homogeneous at the interface of the first and second parts.
  • the contactless preheating means can advantageously comprise an IR radiation source.
  • This IR radiation source may comprise at least one screen placed between at least one IR radiation-emitting lamp and the first part to at least partially delimit an IR radiation exit window.
  • the emitting lamp can be an incandescent lamp or a flash tube.
  • the radiation is preferably emitted continuously over time, but alternatively it is emitted in a pulsed manner, especially if a flash lamp or a laser is used.
  • Two or more incandescent lamps can be used, in the form of tubes arranged side by side, for example.
  • An advantage of using an IR radiation source is the ease with which the power can be modulated, compared to other heating means such as hot air blowing.
  • the heating takes place without the supply of air, therefore with a more limited risk of oxidation.
  • the energy supplied is also less dependent on the distance separating the preheating means from the zone to be heated than in the case of an inductor, which is very sensitive to the thickness of the air gap.
  • the exit window may have an elongated shape in the direction of movement of the radiation source. This slot can be given a constant width or not, depending on the desired temperature rise profile.
  • the window can be located closer to the radius by which the sole is connected to the core of the first piece than its free edge.
  • the contactless preheating means may also comprise at least one hot air blowing element, replacing the IR radiation source or in addition.
  • the contactless preheating means may also include a second inductor, replacing the IR radiation source or in addition.
  • the preheating means can be configured to expose the first part to an energy flow having an inhomogeneous spatial distribution in the direction of movement of the preheating means relative to the first part, with a greater energy flow on the upstream side than on the downstream side . It is thus possible to play on the kinetics of heat diffusion in the assembly, allowing the heat supplied more intensely by the upstream side more time to diffuse in the assembly until the arrival of the inductor .
  • the preheating means and the inductor can be moved simultaneously, in particular using the same robot.
  • the preheating means and the inductor are moved simultaneously, but using separate drive means, such as respective robots for example.
  • a thermal insulator or a cooling system using cold air or another fluid can be added between the casing of the preheating means and the core of the profiled part. , to avoid overheating it if it is too close to the casing.
  • Preheating can bring the maximum temperature of the second room to a temperature greater than or equal to 0.5 Td, where Td designates the deconsolidation temperature of the room, better still greater than or equal to 0.7 Td, while taking care to remain in below the melting temperature and the deconsolidation temperature.
  • the preheating temperature is chosen according to the nature of the polymer(s) of the composites used. For example, for certain PEKK-based composites, the preheating brings the surface temperature of the first part, facing the preheating means, to 250° C. or more, for example to approximately 300° C.
  • the power of the preheating means to ensure the preheating of the assembly zone is for example greater than or equal to 0.2 kW.
  • the method may include the step of post-heating the assembly area after passing the inductor.
  • post-heating means in particular an IR radiation source or at least one hot air blowing element.
  • the post-heating means can be driven in displacement with the inductor, by the same robot for example, or alternatively independently by a separate robot.
  • the preheating means comprises an IR radiation source
  • the method can advantageously comprise the measurement of the surface temperature at at least one point of the first part or the second, and the control of the power of the preheating means as a function of the temperature thus measured, so as to maintain it in a predefined temperature range.
  • the speed of advancement of the inductor along the parts to be assembled is for example between 1 and 30 mm/s, preferably between 1 and 10 mm/s.
  • the preheating means preferably moves at the same speed as the inductor, being for example carried by the same support as the latter.
  • the method may include the cooling of the inductor and/or the spraying of a cooling fluid, in particular cold air, onto an outer face of the assembly, to contain the temperature.
  • a cooling fluid in particular cold air
  • the installation can thus comprise one or more nozzles for blowing cold air, in particular pulsed air, close to the inductor.
  • the sole and the core can be connected by a radius, and make between them an angle of 90° or different from 90°, for example an angle between 60° and 120°.
  • the second part may or may not have a planar shape, or even be tubular. Its thickness ranges for example from 0.5 to 10 mm, preferably from 1 to 6 mm.
  • the second part can be a panel, plane, with single or double curvature, in particular of an aircraft fuselage, comprising protection against lightning.
  • thermoplastic polymer of the first or second part can be chosen from polyaryletherketones (PAEK), in particular polyetherketone (PEEK) and polyetherketoneketone (PEKK), polyphenylene sulphide (PPS) and/or polyetherimide (PEI), PA6 , among other polymers.
  • PAEK polyaryletherketones
  • PEEK polyetherketone
  • PEKK polyetherketoneketone
  • PPS polyphenylene sulphide
  • PEI polyetherimide
  • PA6 polyetherimide
  • the invention also relates to an induction welding installation, for welding a first composite part, in particular profiled, with a thermoplastic matrix against a second composite part with a thermoplastic matrix, in particular for the implementation of the method according to the invention such as defined above, comprising:
  • the installation may include post-heating means, in particular carried by the support, to post-heat the assembly area downstream of the inductor.
  • the installation may comprise pressing means between the preheating means and the inductor and/or pressing means between the inductor and the post-heating means.
  • the installation may include a robot, for example with 6 axes, to move the support along the first part to be assembled to the second.
  • the preheating means can be chosen from an IR radiation source, a second inductor and a hot air source, preferably an IR radiation source or a second inductor.
  • the installation may include any other characteristics already described above in relation to the process.
  • FIG 1 Figure 1 partially and schematically shows an example of a welding installation for implementing the method according to the invention
  • FIG 2 shows a detail of Figure 1
  • Figure 3 is a cross-section, schematic and partial, of an example of a preheating and assembly means
  • FIG 4 is a view similar to Figure 2 of an alternative embodiment of the preheating means
  • FIG 5 is a view similar to Figure 2 of an alternative embodiment of the installation, with post-heating,
  • FIG 6 is a view similar to Figure 2 of an alternative embodiment of the installation, with preheating by blowing hot air,
  • Figure 7 is a view similar to Figure 2 of an alternative embodiment with two inductors,
  • FIG 8 illustrates another variant with two inductors
  • figure 9 is a cross section of an example of an assembly with an Omega stiffener
  • FIG 10 figure 10 is a view similar to figure 9 with a C-shaped stiffener
  • FIG 11 figure 11 is a view similar to figure 9 with a Z-shaped stiffener
  • FIG 12 figure 12 is a view similar to figure 9 with an inverted T-shaped stiffener
  • FIG 13 figure 13 represents an example of installation with two robots to move the inductor and the preheating means respectively
  • Figure 14 is an example of a schematic temperature rise profile with an installation according to the prior art, without preheating means for performing preheating,
  • figure 15 is a view similar to figure 14 with a preheating means according to the invention upstream of the inductor to preheat the assembly area, and
  • FIG. 16 represents temperature rise curves at the level of the face provided with lightning protection, in the case of an example according to the prior art without preheating and in the case of an example according to the invention with preheating.
  • FIG. 1 a welding installation 1 comprising a robot 2 carrying a welding head 3 (also called welding effector), and a support structure 4 on which are placed the parts to be assembled.
  • This support structure 4 may not include any active cooling means.
  • the parts to be assembled may include a first profiled part 5 (also called a stiffener) and a second part such as an aircraft fuselage panel, as shown in Figure 3.
  • a first profiled part 5 also called a stiffener
  • a second part such as an aircraft fuselage panel
  • the first part 5 comprises a thermoplastic matrix and electrically conductive reinforcing fibers, such as carbon fibers, and has for example, as illustrated, a shape of angle iron with an L-shaped cross section, with a sole 5a which is fixed on part 6 and a core 5b which is substantially perpendicular to it.
  • the second part 6 also comprises a thermoplastic matrix and electrically conductive reinforcing fibers, such as carbon fibers, as well as in this example a protection against lightning 7, metallic, located on the side of the second part opposite to the first one.
  • a thermoplastic matrix and electrically conductive reinforcing fibers such as carbon fibers, as well as in this example a protection against lightning 7, metallic, located on the side of the second part opposite to the first one.
  • the invention is not limited to particular shapes of the parts to be assembled, and other shapes are possible, as will be detailed below.
  • the welding head 3 comprises, as can be seen more particularly in FIG. 2, a support 9 carrying an inductor 10 connected to an adaptation box 19, itself connected to by cables and conduits 14 to a supply of electrical energy and cooling fluid.
  • the inductor 10 is for example powered by an electric current at a frequency chosen in the range 50 kHz-10000 kHz.
  • the installation 1 comprises front 11 and rear 12 pressing means upstream and downstream of the inductor 10, to exert pressure on the assembly.
  • pressing means 11 and 12 can be made in various ways without departing from the scope of the present invention. They may in particular comprise rollers, rollers, pads, caterpillars or any other member suitable for exerting pressure.
  • these pressing means 11 and 12 are mounted on the welding head 3 and are thus movable with the latter.
  • one and/or the other are supported otherwise, for example by one or more other robots.
  • the pressing means 11 and 12 can be mounted on cylinders 18, as shown, which can be pneumatic, hydraulic or electric, and allow the pressure applied to the assembly to be adjusted.
  • the installation may comprise one or more nozzles 60 to blow pulsed cold air onto the outer surface of the assembly, close to the inductor 10, to contain the surface temperature to values below a threshold. given, and avoid degrading the polymer.
  • the installation 1 comprises a preheating means 20 which makes it possible to locally raise the temperature of the parts 5 and 6 before the passage of the inductor 10.
  • This preheating means can be made in various ways.
  • the preheating means 20 comprises at least one infrared lamp 22 arranged in a casing 25.
  • An opening 24 is formed in the casing 25 for the exit of infrared radiation (IR) in the direction of the sole 5a of the first part 5.
  • IR infrared radiation
  • the casing 25 can be fixedly supported, as illustrated, by a support structure 21 connected to the support 9 and comprising one or more arms.
  • the opening 24 may be in the general shape of a slot oriented longitudinally in the direction of movement of the welding head 3, of width w.
  • the opening 24 can be delimited on at least one side by at least one screen 23, which can be formed by a housing wall 25 or by an insert.
  • the width of the slot may be different at the front (or upstream) end than at the rear (or downstream) end, that is to say the closest to the inductor 10.
  • the power supplied by the radiation source can vary along the advance of the preheating means, leaving more time for the heat supplied to diffuse to the interface between the parts. For example, at the back, the width is narrower and the heat provided is less, limiting the risk of exposing the surface to excessive temperature.
  • the opening 24 extends over less than the total width of the sole 5a, being closer to the radius 5f connecting it to the core 5b than to the free edge of the sole 5a. In this way, the risk of overheating of the first part on its free edge is limited with induction and a better uniformity of the preheating temperature at the interface between the parts is thus obtained.
  • the opening 24 makes it possible to compensate for the asymmetry generated by the induction, which preferentially heats the free edge.
  • installation 1 The operation of installation 1 is as follows.
  • Parts 5 and 6 are pre-positioned in the configuration where assembly is to take place.
  • a holding tool may be present for example at the rear of part 5 in order to hold it in position during the welding operation.
  • the welding head 3 is then brought by the arm of the robot 2 to a longitudinal end of the stiffener 5, so that the preheating means 20 can heat this end.
  • the welding head 3 is moved continuously along the stiffener 5 (to the right in FIGS. 1 and 2), at a speed chosen to allow compliance with the desired thermal profile.
  • the preheating means 20 makes it possible to preheat locally, dynamically, the future assembly zone to a temperature below the melting temperature of the thermoplastic material; when the head 3 moves, the front pressing means 11 reaches this zone and exerts pressure keeping the part 5 pressed against the part 6. Then, the inductor 10 passes over the zone, and the energy supplied by the inductor 10 carries the conductive fibers of the composites to a temperature above the melting temperature of the thermoplastic matrix, at the interface between the parts 5 and 6, making it possible to produce the desired weld. Finally, the rear presser means 12 maintains pressure on the assembly during cooling.
  • Figure 14 there is shown in a very simplified and purely illustrative manner an example temperature rise profile at the welding interface in the absence of preheating, as encountered in the prior art, and in Figure 15 the same profile obtained with preheating according to the invention.
  • the energy that must be supplied by the inductor is reduced and the temperature induced at the level of the lightning protection 7 by the inductor does not cause any degradation of the material. It can be seen that the temperature rise induced by the inductor can be lower in the invention than in the absence of preheating.
  • Figure 16 shows a comparative example of temperature curves observed at the level of the face carrying the lightning protection in the case of the prior art without preheating (solid curve) and in the case with preheating (dotted curve).
  • the installation may comprise a preheating means 20 movable relative to the inductor 10, so as to be able to follow curved paths and best match the relief of the parts to be assembled during the welding sequence, as illustrated in FIG. .
  • the welding head 3 represented in FIG. 5 comprises a post-heating means 30 which makes it possible to slow down the cooling of the assembly after the passage of the inductor 10.
  • This post-heating means is for example infrared and similar to the preheating means 20, and may comprise a casing 35 fixed to the support 9 of the head 3 by a support structure 31.
  • the preheating of the area to be welded can be done other than with infrared radiation.
  • the zone to be welded can be preheated with hot air blown over the zone, as illustrated in FIG. hot air, for example in the form of one or more cones, connected to a source of hot air by one or more ducts 42, in order to blow on the part 5 upstream of the inductor 10 of the hot air and preheat the assembly area.
  • hot air for example in the form of one or more cones, connected to a source of hot air by one or more ducts 42, in order to blow on the part 5 upstream of the inductor 10 of the hot air and preheat the assembly area.
  • preheating means 20 it is also possible to use as preheating means 20 a second inductor 43, as illustrated in FIG. 7.
  • This second inductor 43 can be connected to the same adaptation box 19 as the inductor 10, being for example electrically connected in series with the latter, or alternatively be connected to a separate box 44, having its own power supply. electrical and coolant, as shown in Figure 8.
  • the first part 5 which serves as a stiffener or provides another particular function to the assembly can have various shapes, as can the second.
  • the first part 5 is for example a stiffener having an omega profile, as illustrated in FIG. 9, with two flanges 6a welded against the second part 5 and a core 5c which is spaced from it.
  • the first part 5 can also be in the form of a stiffener having a C profile, with a flange 5a fixed against the second part 6 and a web 5d which is spaced from it, as illustrated in FIG. 10, or having a Z or inverted T profile as illustrated in Figures 11 and 12 respectively.
  • the installation 1 includes more than one robot to independently support the inductor 10 on the one hand, and the preheating means 20 on the other hand.
  • the preheating means 20 is carried by a robot 80 which can be operated independently of the robot 2, thus making it possible to move the welding head 3 independently of the preheating means 20.
  • a robot 80 which can be operated independently of the robot 2, thus making it possible to move the welding head 3 independently of the preheating means 20.
  • the assembled parts may be other than aircraft parts, for example wind turbine parts (blade or nacelle) or civil engineering works (for example building dome).
  • aircraft parts for example wind turbine parts (blade or nacelle) or civil engineering works (for example building dome).
  • the preheating and postheating means, as well as the pressing means, can still be made in another way.

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Abstract

Procédé de soudage d'une première pièce composite profilée (5) à matrice thermoplastique et particules, notamment fibres de renfort, conductrices électriquement et/ou ferromagnétiques, telle qu'un raidisseur, sur une deuxième pièce composite à matrice thermoplastique et particules, notamment fibres de renfort, conductrices électriquement et/ou ferromagnétiques, telle qu'un panneau d'aéronef, comportant les étapes consistant à: - Préchauffer une zone d'assemblage de la première pièce et de la deuxième pièce à l'aide d'un moyen de préchauffage (20), notamment sans contact, déplacé le long de la première pièce (5) en regard de celle-ci pour élever la température de la zone d'assemblage, - souder les première (5) et deuxième (6) pièces par induction dans la zone d'assemblage ainsi préchauffée à l'aide d'un inducteur (10) déplacé le long de la première pièce (5) du même côté que le moyen de préchauffage (20).

Description

Description
Titre : Procédé et installation de soudage
Domaine technique
La présente invention concerne le soudage par induction en dynamique de pièces composites à matrice thermoplastique et particules, notamment fibres, conductrices électriques et/ou ferromagnétiques, notamment pour réaliser des structures de type panneau raidi dans le domaine aéronautique.
Technique antérieure
Actuellement, la majorité des procédés de soudage par induction en dynamique des composites à fibres de carbone déplacent un inducteur unique au-dessus de l’assemblage. Cet inducteur peut être précédé et/ou suivi par un moyen presseur.
Le panneau de fuselage comporte classiquement une protection conductrice de l’électricité, contre la foudre (LSP ou Lightning Strike Protection), sur sa face extérieure, afin de protéger l’aéronef. Cette protection foudre est généralement en cuivre, qui est meilleur conducteur de l’électricité que les fibres de carbone.
La présence d’une telle protection foudre rend difficile la focalisation de la chauffe par induction dans les fibres de carbone, car l’énergie apportée par induction tend à se concentrer dans la protection foudre, entraînant un risque de surchauffe et de dégradation de la matière au niveau de la protection foudre et/ou un risque de déconsolidation.
La demande EP2801472A1 divulgue un procédé dans lequel un jet d’un fluide de refroidissement est dirigé dans une zone faisant face à l’inducteur de façon à limiter l’élévation de température.
W02008/133507A2 décrit un procédé de soudage par induction, dans lequel l’inducteur est déplacé par un bras robotisé.
La demande FR3083733A1 divulgue un procédé de soudage dans lequel un insert sensible à l’induction est introduit entre les surfaces à souder.
La demande EP3772406A1 décrit un procédé de soudage d’un assemblage de composites à fibres unidirectionnelles, dans lequel le composite est préchauffé à une température inférieure à la température de fusion de la matrice thermoplastique, puis la pièce ainsi préchauffée est soudée par induction. Le préchauffage peut avoir lieu dans un four, ou par une ou plusieurs passes préalables de l’inducteur, ou au moyen d’un deuxième inducteur. L’assemblage peut comporter un panneau plan et une pièce profilée en forme d’équerre. L’inducteur agit du côté du panneau opposé à la pièce profilée.
Aucun de ces documents ne vise à répondre à la problématique du soudage sans insert d’un raidisseur sur un panneau de fuselage présentant une protection contre la foudre.
La solution proposée dans la demande EP3772406A1 est d’ailleurs incompatible avec la présence d’une protection contre la foudre, étant donné que l’inducteur agit par la face du panneau opposée au raidisseur, et que cette face est précisément celle qui porte à sa surface la protection contre la foudre dans le cas d’un panneau de fuselage. Par conséquent, une telle protection foudre placée entre l’inducteur et la zone d’assemblage ne manquerait pas de faire écran aux courants induits, rendant ainsi impossible sinon très difficile de réaliser la soudure recherchée, malgré le préchauffage préalable de l’ensemble.
De plus, dans l’art antérieur, la chauffe est généralement relativement hétérogène suivant la conception de l’inducteur, avec une montée brutale en température suivie d’une descente tout aussi rapide, du fait que le reste du matériau est globalement resté froid et tend à abaisser la température moyenne globale par conduction. Avec une descente rapide en température, le polymère ne reste pas suffisamment longtemps dans des conditions propices au soudage (température supérieure à la température de fusion Tf). Par ailleurs, une solution qui viserait à préparer la montée en température de l’ensemble de l’assemblage via un moule chauffant serait nécessairement une solution très consommatrice d’énergie et nécessitant de plus des conditions de contact entre les pièces difficiles à assurer.
Exposé de l’invention
Ainsi, il demeure un besoin pour disposer d’une solution permettant de souder des pièces en composite, l’une d’elles, telle qu’un panneau de fuselage d’aéronef, pouvant éventuellement présenter un matériau de surface conducteur électrique tel qu’une grille ou une nappe conductrice, l’autre pièce étant une pièce profilée telle qu’un raidisseur, la soudure s’effectuant sans dégrader les matériaux ni générer un risque de déconsolidation.
Il existe également un besoin pour diminuer la puissance de l’inducteur et rendre moins critique la conception de celui-ci, sans pour autant dégrader la qualité de la soudure, afin de faciliter le développement d’installation de soudage par induction de pièces composites.
Résumé de l’invention
L’invention répond à tout ou partie de ces besoins en proposant un procédé de soudage d’une première pièce composite, notamment profilée, à matrice thermoplastique et particules, notamment fibres de renfort, conductrices et/ou ferromagnétiques, telle qu’un raidisseur, sur une deuxième pièce composite à matrice thermoplastique et particules, notamment fibres de renfort, conductrices et/ou ferromagnétiques, telle qu’une pièce de fuselage d’un aéronef, susceptible de présenter un matériau de surface conducteur électrique, notamment une nappe ou grille conductrice de protection contre la foudre, comportant les étapes consistant à :
Préchauffer une zone d’assemblage de la première pièce et de la deuxième pièce à l’aide d’un moyen de préchauffage, notamment sans contact, déplacé le long de la première pièce en regard de celle-ci pour élever la température de la zone d’assemblage, le matériau de surface étant lorsque présent situé sur la deuxième pièce du côté opposé à la première, souder la première et la deuxième pièce par induction dans la zone d’assemblage ainsi préchauffée à l’aide d’un inducteur déplacé le long de la première pièce du même côté que le moyen de préchauffage.
Par « matériau de surface » il faut comprendre un matériau qui s’étend au moins en partie plus près de la surface que du cœur de la pièce ; ce matériau peut s’étendre sous la forme d’une grille ou d’une nappe. Il peut s’agir d’une grille ou d’une nappe en cuivre ou autre métal conducteur de l’électricité. Cet élément est aussi désigné sous le terme de « protection foudre ».
Grâce à l’invention, il est possible d’obtenir une soudure satisfaisante en évitant de dégrader les matériaux malgré la présence éventuelle de la protection foudre, et en limitant le risque de déconsolidation.
Grâce au préchauffage, à l’arrivée de l’inducteur, les deux pièces sont à une température proche de la fusion. L’induction apporte seulement l’énergie manquante permettant d’atteindre la température de fusion à l’interface entre les pièces et de réaliser la soudure.
Le préchauffage permet d’éviter des pics de température excessifs qui peuvent être générés par une montée en température trop rapide. Cela permet également de ralentir la descente en température car l’assemblage pourra être globalement plus chaud qu’en l’absence de préchauffage. Le temps ouvert pour le soudage, pendant lequel soudure est possible, sera plus long, donc la cicatrisation du polymère à l’interface et ainsi la performance mécanique seront meilleures.
Les chaleurs apportées par le moyen de préchauffage et par l’inducteur peuvent se compenser et la dissymétrie de l’efficacité de la chauffe de l’un peut être compensée par l’autre pour homogénéiser la thermique à l’interface de soudage des pièces.
La puissance injectée dans l’assemblage par l’inducteur peut être inférieure au cas sans préchauffe, et ainsi le courant induit est réduit dans les fibres ainsi que dans la protection foudre, lorsque celle-ci est présente.
Le besoin de post-chauffage servant à améliorer la cicatrisation peut également être diminué, même si ce dernier peut encore être présent.
De préférence, le préchauffage s’effectue avant d’appliquer une pression sur l’assemblage à l’aide d’un moyen presseur avant, tel qu’un galet presseur.
L’invention peut permettre d’éviter l’utilisation d’un insert sensible à l’induction, disposé entre les deux pièces, contrairement à l’enseignement de la demande FR3083733A1.
Moyen de préchauffage
Le moyen de préchauffage peut être conçu et dimensionné pour compenser les déséquilibres thermiques générés par l’inducteur, afin que la température soit homogène à l’interface des première et deuxième pièces.
Le moyen de préchauffage sans contact peut avantageusement comporter une source de rayonnement IR.
Cette source de rayonnement IR peut comporter au moins un écran placé entre au moins une lampe émettrice de rayonnement IR et la première pièce pour délimiter au moins partiellement une fenêtre de sortie du rayonnement IR. La lampe émettrice peut être une lampe à incandescence ou un tube flash. Le rayonnement est de préférence émis de manière continue dans le temps, mais en variante il est émis de manière pulsée, notamment si une lampe flash ou un laser est utilisé.
On peut utiliser deux lampes à incandescence ou plus, sous forme de tubes disposés côte à côte, par exemple. Un avantage lié à l’utilisation d’une source de rayonnement IR est la facilité avec laquelle la puissance peut être modulée, comparativement à d’autres moyens de chauffage tels que le soufflage d’air chaud. De plus, le chauffage s’effectue sans apport d’air, donc avec un risque d’oxydation plus limité. L’énergie apportée est également moins dépendante de la distance séparant le moyen de préchauffage de la zone à chauffer que dans le cas d’un inducteur, très sensible à l’épaisseur de l’entrefer.
La fenêtre de sortie peut présenter une forme allongée dans la direction de déplacement de la source de rayonnement. On peut donner à cette fente une largeur constante ou non, en fonction du profil de montée en température recherché.
Dans le cas où la première pièce est profilée et comporte une semelle qui est soudée à la deuxième pièce et une âme qui se raccorde à la semelle par un rayon, la fenêtre peut être située plus près du rayon par lequel la semelle se raccorde à l’âme de la première pièce que de son bord libre.
Le moyen de préchauffage sans contact peut aussi comporter au moins un élément de soufflage d’air chaud, en remplacement de la source de rayonnement IR ou en complément.
Le moyen de préchauffage sans contact peut encore comporter un deuxième inducteur, en remplacement de la source de rayonnement IR ou en complément.
Le moyen de préchauffage peut être configuré pour exposer la première pièce à un flux énergétique ayant une répartition spatiale non homogène selon la direction de déplacement du moyen de préchauffage relativement à la première pièce, avec un flux énergétique plus important du côté amont que du côté aval. On peut ainsi jouer sur la cinétique de diffusion de la chaleur dans l’assemblage, en laissant à la chaleur apportée de manière plus intense par le côté amont plus de temps pour diffuser dans l’assemblage jusqu’à l’arrivée de l’inducteur.
Le moyen de préchauffage et l’inducteur peuvent être déplacés simultanément, notamment à l’aide d’un même robot. En variante, le moyen de préchauffage et l’inducteur sont déplacés simultanément, mais à l’aide de moyens d’entraînement distincts, tels que des robots respectifs par exemple. Le cas échéant, notamment lorsque le moyen de préchauffage est une source de rayonnement IR, un isolant thermique ou un système de refroidissement par air froid ou autre fluide, peut être ajouté entre le carter du moyen de préchauffage et l’âme de la pièce profilée, pour éviter de chauffer excessivement celle-ci en cas de proximité trop forte avec le carter.
Préchauffage
Le préchauffage peut porter la température maximale de la deuxième pièce à une température supérieure ou égale à 0,5 Td, où Td désigne la température de déconsolidation de la pièce, mieux supérieure ou égale à 0,7 Td, tout en veillant à rester en deçà de la température de fusion et de la température de déconsolidation.
La température de préchauffage est choisie en fonction de la nature du ou des polymères des composites utilisés. Par exemple, pour certains composites à base de PEKK, le préchauffage amène la température en surface de la première pièce, en regard du moyen de préchauffage, à 250°C ou plus, par exemple à 300°C environ.
La puissance du moyen de préchauffage pour assurer le préchauffage de la zone d’assemblage est par exemple supérieure ou égale à 0.2 kW .
Post-'
Le procédé peut comporter l’étape consistant à post-chauffer la zone d’assemblage après passage de l’inducteur.
On peut utiliser comme moyen de post-chauffage les mêmes moyens que pour le préchauffage, tels que mentionnés ci-dessus, notamment une source de rayonnement IR ou au moins un élément de soufflage d’air chaud.
Le moyen de post-chauffage peut être entraîné en déplacement avec l’inducteur, par le même robot par exemple, ou en variante de manière indépendante par un robot distinct.
Autres di
Lorsque le moyen de préchauffage comporte une source de rayonnement IR, on peut jouer sur la forme de la ou des lampes utilisées, sur leur puissance et/ou sur la forme du carter contenant la ou les lampes pour obtenir la rampe de montée en température souhaitée. On peut également jouer sur la vitesse d’avancement du moyen de préchauffage et de l’inducteur, ainsi que sur la fréquence de l’inducteur.
Le procédé peut avantageusement comporter la mesure de la température de surface en au moins un point de la première pièce ou de la deuxième, et le pilotage de la puissance du moyen de préchauffage en fonction de la température ainsi mesurée, de manière à la maintenir dans une plage de températures prédéfinie.
La vitesse d’avancement de l’inducteur le long des pièces à assembler est par exemple comprise entre 1 et 30mm/s, de préférence entre 1 et 10 mm/s. Le moyen de préchauffage se déplace de préférence à la même vitesse que l’inducteur, étant par exemple porté par un même support que celui-ci.
Le procédé peut comporter le refroidissement de l’inducteur et/ou la projection d’un fluide de refroidissement, notamment de l’air froid, sur une face extérieure de l’assemblage, pour contenir la température. L’installation peut ainsi comporter une ou plusieurs buses de soufflage d’air froid, notamment pulsé, à proximité de l’inducteur.
Figure imgf000009_0001
Par « pièce profilée » il faut comprendre une pièce non plane, ayant au moins une partie appelée « semelle » destinée à être plaquée contre l’autre pièce pour y être soudée et une partie appelée « âme » qui reste distante de cette autre pièce.
La première pièce profilée peut être de forme allongée, rectiligne ou courbe. Elle peut avoir une section transversale en forme de L, de Omega, de C, de Z ou de T inversé, entre autres possibilités. Elle peut servir de raidisseur, pour former avec la deuxième un panneau raidi. L’épaisseur de la semelle qui est appliquée contre la deuxième pièce pour être soudée à celle-ci va par exemple de 0,5 à 10 mm, préférentiellement de 1 à 4mm.
La semelle et l’âme peuvent être reliées par un rayon, et faire entre elles un angle de 90° ou différent de 90°, par exemple un angle compris entre 60° et 120°.
La deuxième pièce peut avoir une forme plane ou non, voire être tubulaire. Son épaisseur va par exemple de 0,5 à 10 mm, préférentiellement de 1 à 6mm. La deuxième pièce peut être un panneau, plan, à simple ou double courbure, notamment de fuselage d’aéronef, comportant une protection contre la foudre.
Les composites peuvent comporter des fibres de renfort comportant des fibres de carbone. L’une au moins des pièces composites peut comporter en variante des particules conductrices ou ferromagnétiques susceptibles de s’échauffer sous l’effet du champ généré par l’inducteur, telles que des particules de nickel.
Le polymère thermoplastique de la première ou deuxième pièce peut être choisi parmi les polyaryléthercétones (PAEK), notamment le polyéthercétone (PEEK) et le polyéthercétonecétone (PEKK), le polysulfure de phénylène (PPS) et/ou le polyétherimide (PEI), le PA6, entre autres polymères.
Installation
L’invention a encore pour objet une installation de soudage par induction, pour souder une première pièce composite, notamment profilée, à matrice thermoplastique contre une deuxième pièce composite à matrice thermoplastique, notamment pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention tel que défini ci-dessus, comportant :
Un support configuré pour être déplacé dans une direction d’avancement le long de la première pièce disposée au contact de la deuxième dans la position où elle doit être soudée à celle-ci, un inducteur porté par le support, pour souder la première pièce contre la deuxième dans une zone d’assemblage, un moyen de préchauffage mobile sans contact pour préchauffer dynamiquement la zone d’assemblage en amont de l’inducteur, au cours du déplacement de celui-ci, notamment un moyen de préchauffage porté par le même support ou par un support différent, au moins un moyen presseur mobile pour exercer une pression sur l’assemblage en avant et/ou en arrière de l’inducteur.
L’installation peut comporter un moyen de post-chauffage, notamment porté par le support, pour post-chauffer la zone d’assemblage en aval de l’inducteur.
L’installation peut comporter un moyen presseur entre le moyen de préchauffage et l’inducteur et/ou un moyen presseur entre l’inducteur et le moyen de post-chauffage. L’installation peut comporter un robot, par exemple à 6 axes, pour déplacer le support le long de la première pièce à assembler à la deuxième.
Le moyen de préchauffage peut être choisi parmi une source de rayonnement IR, un deuxième inducteur et une source d’air chaud, de préférence une source de rayonnement IR ou un deuxième inducteur.
L’installation peut comporter toutes autres caractéristiques déjà décrites ci-dessus en relation avec le procédé.
Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig 1] la figure 1 représente de manière partielle et schématique un exemple d’installation de soudage pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention,
[Fig 2] la figure 2 représente un détail de la figure 1,
[Fig 3] la figure 3 est une coupe transversale, schématique et partielle, d’un exemple de moyen de préchauffage et d’assemblage,
[Fig 4] la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 d’une variante de réalisation du moyen de préchauffage,
[Fig 5] la figure 5 est une vue analogue à la figure 2 d’une variante de réalisation de l’installation, avec post-chauffage,
[Fig 6] la figure 6 est une vue analogue à la figure 2 d’une variante de réalisation de l’installation, avec préchauffage par soufflage d’air chaud,
[Fig 7] la figure 7 est une vue analogue à la figure 2 d’une variante de réalisation à deux inducteurs,
[Fig 8] la figure 8 illustre une autre variante à deux inducteurs,
[Fig 9] la figure 9 est une coupe transversale d’un exemple d’assemblage avec un raidisseur en Omega,
[Fig 10] la figure 10 est une vue analogue à la figure 9 avec un raidisseur en C, [Fig 11] la figure 11 est une vue analogue à la figure 9 avec un raidisseur en Z, [Fig 12] la figure 12 est une vue analogue à la figure 9 avec un raidisseur en forme de T inversé, [Fig 13] la figure 13 représente un exemple d’installation avec deux robots pour déplacer l’inducteur et le moyen de préchauffage respectivement,
[Fig 14] la figure 14 est un exemple de profil de montée en température schématique avec une installation selon l’art antérieur, sans moyen de préchauffage pour réaliser une préchauffe,
[Fig 15] la figure 15 est une vue analogue à la figure 14 avec un moyen de préchauffage selon l’invention en amont de l’inducteur pour préchauffer la zone d’assemblage, et
[Fig 16] la figure 16 représente des courbes de montée en température au niveau de la face munie de la protection contre la foudre, dans le cas d’un exemple selon l’art antérieur sans préchauffe et dans le cas d’un exemple selon l’invention avec préchauffe.
Description détaillée
On a illustré à la figure 1 une installation de soudage 1 comportant un robot 2 portant une tête de soudage 3 (encore appelée effecteur de soudage), et une structure de support 4 sur laquelle sont placées les pièces à assembler. Cette structure de support 4 peut ne comporter aucun moyen de refroidissement actif.
Les pièces à assembler peuvent comporter une première pièce profilée 5 (encore appelée raidisseur) et une deuxième pièce telle qu’un panneau de fuselage d’aéronef, comme visible sur la figure 3.
La première pièce 5 comporte une matrice thermoplastique et des fibres de renfort conductrices de l’électricité, telles que des fibres de carbone, et présente par exemple comme illustré une forme de cornière avec une section transversale en L, avec une semelle 5a qui est fixée sur la pièce 6 et une âme 5b qui lui est sensiblement perpendiculaire.
La deuxième pièce 6 comporte également une matrice thermoplastique et des fibres de renfort conductrices de l’électricité, telles que des fibres de carbone, ainsi que dans cet exemple une protection contre la foudre 7, métallique, située du côté de la deuxième pièce opposé à la première.
L’invention n’est pas limitée à des formes particulières des pièces à assembler, et d’autres formes sont possibles, comme cela sera détaillé plus loin.
La tête de soudage 3 comporte, comme visible plus particulièrement sur la figure 2, un support 9 portant un inducteur 10 relié à un coffret d’adaptation 19, lui-même relié à par des câbles et conduits 14 à une alimentation en énergie électrique et en fluide de refroidissement.
L’inducteur 10 est par exemple alimenté par un courant électrique à une fréquence choisie dans la plage 50 kHz-10000 kHz.
L’installation 1 comporte des moyens presseurs avant 11 et arrière 12 en amont et en aval de l’inducteur 10, pour exercer une pression sur l’assemblage.
Ces moyens presseurs 11 et 12 peuvent être réalisés de diverses façons sans sortir du cadre de la présente invention. Ils peuvent notamment comporter des galets, rouleaux, patins, chenillettes ou tout autre organe adapté à exercer une pression.
Dans l’exemple considéré, ces moyens presseurs 11 et 12 sont montés sur la tête de soudage 3 et sont ainsi mobiles avec celle-ci. En variante, l’un et/ou l’autre sont supportés autrement, par exemple par un ou plusieurs autres robots.
Les moyens presseurs 11 et 12 peuvent être montés sur des vérins 18, comme illustré, qui peuvent être pneumatiques, hydrauliques ou électriques, et permettent de régler la pression appliquée sur l’assemblage.
L’installation peut comporter une ou plusieurs buses 60 pour souffler de l’air froid pulsé sur la surface extérieure de l’assemblage, à proximité de l’inducteur 10, pour contenir la température de surface à des valeurs en deçà d’un seuil donné, et éviter de dégrader le polymère.
Conformément à l’invention, l’installation 1 comporte un moyen de préchauffage 20 qui permet d’élever localement la température des pièces 5 et 6 avant le passage de l’inducteur 10.
Ce moyen de préchauffage peut être réalisé de diverses manières.
Dans l’exemple des figures 2 et 3, le moyen de préchauffage 20 comporte au moins une lampe à infrarouge 22 disposée dans un carter 25.
Une ouverture 24 est formée dans le carter 25 pour la sortie du rayonnement infrarouge (IR) en direction de la semelle 5a de la première pièce 5.
Le carter 25 peut être supporté fixement, comme illustré, par une structure de support 21 reliée au support 9 et comportant un ou plusieurs bras.
L’ouverture 24 peut être en forme générale de fente orientée longitudinalement dans la direction de déplacement de la tête de soudage 3, de largeur w. L’ouverture 24 peut être délimitée sur au moins un côté par au moins un écran 23, qui peut être formé par une paroi du carter 25 ou par un élément rapporté. La largeur de la fente peut être différente à l’extrémité avant (ou amont) qu’à l’extrémité arrière (ou aval), c’est-à-dire la plus proche de l’inducteur 10. Ainsi, la puissance apportée par la source de rayonnement peut varier au long de l’avancée du moyen de préchauffage, laissant plus de temps à la chaleur apportée pour diffuser jusqu’à l’interface entre les pièces. Par exemple, à l’arrière, la largeur est plus faible et la chaleur apportée est moindre, limitant le risque d’exposer la surface à une température excessive.
Dans l’exemple illustré, l’ouverture 24 s’étend sur moins de la largeur totale de la semelle 5a, étant plus proche du rayon 5f la reliant à l’âme 5b que du bord libre de la semelle 5a. On limite de cette manière le risque de surchauffe de la première pièce sur son bord libre avec l’induction et l’on obtient ainsi une meilleure homogénéité de la température de préchauffe à l’interface entre les pièces. L’ouverture 24 permet de compenser la dissymétrie générée par l’induction, qui chauffe préférentiellement le bord libre.
Le fonctionnement de l’installation 1 est le suivant.
Les pièces 5 et 6 sont prépositionnées dans la configuration où l’assemblage doit avoir lieu. Un outillage de maintien, non apparent, peut être présent par exemple à l’arrière de la pièce 5 afin de la maintenir en position lors de l’opération de soudage.
La tête de soudage 3 est ensuite amenée par le bras du robot 2 à une extrémité longitudinale du raidisseur 5, de manière à ce que le moyen de préchauffage 20 puisse chauffer cette extrémité.
Puis, la tête de soudage 3 est déplacée continûment le long du raidisseur 5 (vers la droite sur les figures 1 et 2), à une vitesse choisie pour permettre le respect du profil thermique recherché.
Le moyen de préchauffage 20 permet de préchauffer localement, en dynamique, la future zone d’assemblage à une température en deçà de la température de fusion de la matière thermoplastique ; lors du déplacement de la tête 3, le moyen presseur avant 11 arrive sur cette zone et exerce une pression maintenant la pièce 5 plaquée contre la pièce 6. Ensuite, l’inducteur 10 passe au-dessus de la zone, et l’énergie apportée par l’inducteur 10 porte les fibres conductrices des composites à une température supérieure à la température de fusion de la matrice thermoplastique, à l’interface entre les pièces 5 et 6, permettant de réaliser la soudure recherchée. Enfin, le moyen presseur arrière 12 maintient une pression sur l’assemblage durant le refroidissement. Sur la figure 14 on a représenté de manière très simplifiée et purement illustrative un exemple profil de montée en température à l’interface de soudage en l’absence de préchauffage, tel que rencontré dans l’art antérieur, et sur la figure 15 le même profil obtenu avec un préchauffage selon l’invention.
En raison du préchauffage, l’énergie devant être apportée par l’inducteur est réduite et la température induite au niveau de la protection foudre 7 par l’inducteur n’entraîne pas de dégradation du matériau. On voit que la montée en température induite par l’inducteur peut être plus faible dans l’invention, qu’en l’absence de préchauffe.
Sur la figure 16 on a représenté un exemple comparatif de courbes de température observées au niveau de la face portant la protection foudre dans le cas de l’art antérieur sans préchauffe (courbe pleine) et dans le cas avec préchauffe (courbe en pointillés).
Grâce au préchauffage, la puissance du générateur qui alimente l’inducteur peut être réduite comparativement au cas sans préchauffe (puissance du générateur réduite de P=55% de la puissance maximale en l’absence de préchauffe à P=40% en présence de préchauffe) ; de plus, la température observée au niveau de la face portant la protection foudre ne dépasse pas 130°C en présence de préchauffe, alors que dans le cas contraire on atteint plus de 230°C.
Diverses modifications peuvent être apportées à l’installation sans sortir du cadre de l’invention.
L’installation peut comporter un moyen de préchauffage 20 mobile relativement à l’inducteur 10, de manière à pouvoir suivre des trajectoires courbes et épouser au mieux le relief des pièces à assembler au cours de la séquence de soudage, comme illustré à la figure 4.
Sur cette figure, on a illustré la possibilité pour les pièces à assembler de présenter un coude ou une courbure 8, et de monter le moyen de préchauffage 20 avec au moins une articulation 28 sur le support 9 de la tête de soudage 3 de manière à pouvoir modifier l’orientation du carter 25 et ainsi suivre au mieux l’évolution de la forme des pièces au cours du déplacement de la tête 3.
La tête de soudage 3 représentée sur la figure 5 comporte un moyen de postchauffage 30 qui permet de ralentir le refroidissement de l’assemblage après le passage de l’inducteur 10. Ce moyen de post-chauffage est par exemple à infra-rouge et similaire au moyen de préchauffage 20, et peut comporter un carter 35 fixé au support 9 de la tête 3 par une structure de support 31.
Le préchauffage de la zone à souder peut s’effectuer autrement qu’avec un rayonnement infrarouge.
Par exemple, on peut préchauffer la zone à souder avec de l’air chaud soufflé sur la zone, comme illustré sur la figure 6. Sur cette dernière, on voit que la tête de soudage 3 peut comporter un ou plusieurs éléments 41 de soufflage d’air chaud, par exemple sous forme d’un ou plusieurs cônes, relié(s) à une source d’air chaud par un ou plusieurs conduits 42, afin de souffler sur la pièce 5 en amont de l’inducteur 10 de l’air chaud et préchauffer la zone d’assemblage.
On peut encore utiliser comme moyen de préchauffage 20 un deuxième inducteur 43, comme illustré à la figure 7.
Ce deuxième inducteur 43 peut être relié au même coffret d’adaptation 19 que l’inducteur 10, étant par exemple relié électriquement en série avec celui-ci, ou en variante être relié à un coffret 44 distinct, disposant de sa propre alimentation en énergie électrique et fluide de refroidissement, comme illustré sur la figure 8.
La première pièce 5 qui sert de raidisseur ou apporte une autre fonction particulière à l’ensemble peut présenter diverses formes, de même que la deuxième.
La première pièce 5 est par exemple un raidisseur ayant un profil en oméga, comme illustré sur la figure 9, avec deux semelles 6a soudées contre la deuxième pièce 5 et une âme 5c qui en est espacée.
La première pièce 5 peut encore se présenter sous la forme d’un raidisseur ayant un profil en C, avec une semelle 5a fixée contre la deuxième pièce 6 et une âme 5d qui en est espacée, comme illustré sur la figure 10, ou ayant un profil en Z ou en T inversé comme illustré sur les figures 11 et 12 respectivement.
Sur la figure 13, on a illustré la possibilité pour l’installation 1 de comporter plus d’un robot pour supporter indépendamment l’inducteur 10 d’une part, et le moyen de préchauffage 20 d’autre part.
Dans cet exemple, le moyen de préchauffage 20 est porté par un robot 80 qui peut être actionné indépendamment du robot 2, permettant ainsi de déplacer la tête de soudage 3 indépendamment du moyen de préchauffage 20. Bien entendu on peut apporter diverses modifications à l’installation et au procédé sans sortir du cadre de la présente invention.
Par exemple, les pièces assemblées peuvent être autres que des pièces d’aéronef, par exemple des pièces d’éolienne (pale ou nacelle) ou d’ouvrage de génie civil (par exemple dôme de bâtiment).
On peut réaliser autrement encore les moyens de préchauffage et de postchauffe, ainsi que les moyens presseurs.

Claims

Revendications
1. Procédé de soudage d’une première pièce composite profilée (5) à matrice thermoplastique et particules, notamment fibres de renfort, conductrices électriquement et/ou ferromagnétiques, telle qu’un raidisseur, sur une deuxième pièce composite à matrice thermoplastique et particules, notamment fibres de renfort, conductrices électriquement et/ou ferromagnétiques, telle qu’un panneau d’aéronef, comportant les étapes consistant à :
Préchauffer une zone d’assemblage de la première pièce et de la deuxième pièce à l’aide d’un moyen de préchauffage (20), notamment sans contact, déplacé le long de la première pièce (5) en regard de celle-ci pour élever la température de la zone d’assemblage, souder les première (5) et deuxième (6) pièces par induction dans la zone d’assemblage ainsi préchauffée à l’aide d’un inducteur (10) déplacé le long de la première pièce (5) du même côté que le moyen de préchauffage (20).
2. Procédé selon la revendication 1, la deuxième pièce (6) comportant un matériau de surface électriquement conducteur, notamment une grille ou une nappe électriquement conductrice (7), servant de protection contre la foudre, du côté opposé à la première pièce (5).
3. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, le moyen de préchauffage (20) comportant une source de rayonnement IR.
4. Procédé selon la revendication 3, la source de rayonnement IR pouvant comporter localement des écrans (23), placés entre au moins une lampe (22) émettrice de rayonnement IR et la première pièce (5), pour délimiter au moins partiellement une ou plusieurs fenêtres (24) de sortie du rayonnement IR.
5. Procédé selon la revendication 4, la fenêtre de sortie (24) ayant une forme allongée dans la direction de déplacement de la source de rayonnement.
6. Procédé selon l’une des revendications 4 et 5, la première pièce (5) comportant une semelle (5a) à fixer à la deuxième pièce, reliée par un rayon (5f) à une âme (5b ; 5c ; 5d), la fenêtre (24) étant située plus près du rayon par lequel la semelle se raccorde à l’âme de la première pièce que de son bord libre.
7. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, le moyen de préchauffage (20) comportant au moins un élément (41) de soufflage d’air chaud.
8. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, le moyen de préchauffage (20) comportant un deuxième inducteur (43).
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le moyen de préchauffage (20) et l’inducteur (10) étant déplacés simultanément, notamment à l’aide d’un même robot (2).
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant l’étape consistant à post-chauffer la zone d’assemblage après passage de l’inducteur (10).
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la première pièce
(5) ayant une section transversale en forme de L, de Omega de C, de Z ou de T inversé.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la deuxième pièce
(6) étant une pièce de fuselage d’aéronef comportant une protection foudre (7).
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le préchauffage portant la température maximale de la deuxième pièce (6) à une température supérieure ou égale à 0,5 Td, où Td désigne la température de déconsolidation de cette pièce, mieux supérieure ou égale à 0,7 Td.
14. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, comportant la mesure de la température de surface en au moins un point de la première pièce (5) ou de la deuxième (6), et le pilotage de la puissance du moyen de préchauffage (20) en fonction de la température ainsi mesurée, de manière à la maintenir dans une plage de températures prédéfinie.
15. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, le moyen de préchauffage (20) étant configuré pour exposer la première pièce (5) à un flux énergétique ayant une répartition spatiale non homogène selon la direction de déplacement du moyen de préchauffage relativement à la première pièce, avec un flux énergétique plus important du côté amont que du côté aval.
16. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, les composites comportant des fibres de renfort comportant des fibres de carbone.
17. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, le moyen de préchauffage (20) étant conçu et dimensionné pour compenser les déséquilibres thermiques générés par l’inducteur (10), afin que la température soit homogène à l’interface des première (5) et deuxième (6) pièces au moment et après le passage de l’inducteur (10).
18. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le moyen de préchauffage (20) étant relié de façon articulée (28) à un support (9) portant l’inducteur (10), de façon à pouvoir être déplacé le long d’une pièce courbe.
19. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, l’inducteur (10) et le moyen de préchauffage (20) étant déplacés par des robots respectifs (2 ;
80).
20. Installation (1) de soudage par induction, pour souder une première pièce composite, notamment profilée, à matrice thermoplastique contre une deuxième pièce composite à matrice thermoplastique, notamment pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant :
Un support (9) configuré pour être déplacé dans une direction d’avancement le long de la première pièce disposée au contact de la deuxième dans la position où elle doit être soudée à celle-ci, un inducteur (10) porté par le support, pour souder la première pièce (5) contre la deuxième (6) dans une zone d’assemblage, un moyen de préchauffage mobile sans contact (20) pour préchauffer dynamiquement la zone d’assemblage en amont de l’inducteur (10), au cours du déplacement de celui-ci, au moins un moyen presseur mobile (11, 12) pour exercer une pression sur l’assemblage en avant et/ou en arrière de l’inducteur au cours du déplacement de celui-ci.
21. Installation selon la revendication 20, comportant un moyen (30) de post-chauffage mobile pour post-chauffer dynamiquement la zone d’assemblage en aval de l’inducteur (10).
22. Installation selon l’une des revendications 20 et 21, comportant un moyen presseur (11) entre le moyen de préchauffage (20) et l’inducteur (10).
23. Installation selon les revendications 21 et 22, comportant un moyen presseur (12) entre l’inducteur (10) et le moyen de post-chauffage (30). Installation selon l’une quelconque des revendications 20 à 23, comportant un robot (2) pour déplacer le support (9) le long de la première pièce (5). Installation selon l’une quelconque des revendications 20 à 24, le moyen de préchauffage (20) étant choisi parmi une source de rayonnement IR, un deuxième inducteur (43) et un élément de soufflage d’air chaud (41), de préférence une source de rayonnement IR ou un deuxième inducteur.
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