Projet ANR-11-VPTT-0006 – ASAP : Amélioration de la Sécurité Automobile par le contrôle des Points soudés par résistance
Programme : Transports Terrestres Durables (TTD)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Christophe LARUE (RENAULT SAS)
Partenaires : Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies; EXTENDE; M2M; RENAULT SAS; Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique Industrielles et Humaines
Montant : 799766.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Amélioration de la Sécurité Automobile par le Contrôle des Points soudés par résistanceLe projet vise deux objectifs majeurs : • le développement d’un système de contrôle prototype non destructif des points de soudure sur caisse automobile qui permette de diviser le temps de contrôle par 3, • le développement d’un modèle prédictif de comportement à rupture des points de soudure permettant de réduire le nombre d’essais de corrélation avec les calculs crash.
Gagner en compétitivité et en positionnement internationalLes points de soudure sont parmi les modes de liaison les plus répandus. Dans un contexte de mondialisation et de concurrence soutenue, les objectifs du projet sont porteurs d’innovation, d’optimisation des coûts et des délais de conception ainsi que de contrôle. Ces enjeux constituent des leviers de gain en compétitivité et participent à renforcer la présence et la reconnaissance internationale de certains partenaires du projet. Deux difficultés techniques ont été rencontrées à ce stade du projet :• l’impossibilité d’utiliser le montage prévu par le LAMIH, du fait de la modification par rapport au projet initial des assemblages soudés à intégrer dans le plan d’essais de rupture. Une part importante du temps passé a été consacrée à la recherche d’un nouveau mode de liaison entre les assemblages soudés et le moyen d’essai, à sa validation et au lancement en fabrication des composants pour la réalisation du plan d’expérience pilote ;• la présence d’un phénomène de collage à l’interface soudée. Le revêtement des tôles a une température de fusion inférieure à celle de la tôle, conduisant à une liaison entre tôles plus large que le noyau (phénomène de brasure ou collage ; cf partie Illustration). Cette brasure ne peut être simulée, obligeant à une mise au point de la méthode CND sur la base de cas pratiques exclusivement. De plus, cette brasure est telle qu’elle offre une continuité métallique très faiblement échogène, laissant ainsi passer les ultrasons et la rendant de fait difficilement détectable. Cette même difficulté explique le niveau d’expertise requis pour mettre en œuvre de façon robuste la méthode CND mono-élément en vigueur chez Renault. Les travaux de mise au point et de discrimination ont principalement porté sur l’exploitation des échos de fond
ModélisationsModélisation du comportement à rupture La modélisation du comportement à rupture des points soudés, qui offre les perspectives d’une corrélation calcul-essais plus fine, s’appuie sur un moyen d’essai singulier. Ce dernier offre une excellente représentation et une bonne maîtrise de facteurs variés : • la vitesse de sollicitation du point soudé, • l’angle de sollicitation, • la configuration de sollicitation dans le cas d’assemblages comportant plus de 2 tôles (traction sur les tôles 1 et 2, 1 et 3, puis 2 et 3), ainsi que la maîtrise des conditions aux limites. Modélisation pour la mise au point de la méthode CND La modélisation consiste en l’exploration de fonctions logicielles de traitement des échos sonores destinées à extraire un ensemble de caractéristiques permettant : • de discriminer les différentes classes de conformité de points soudés, • de formuler un diagnostic de la santé du point soudé. Cette modélisation se centre sur l’exploitation des échos de fond.
Résumé de la soumission : Dans un contexte de compétitivité toujours plus grande couplé à un impératif de respect de l’environnement, l'industrie automobile est confrontée à des ruptures technologiques au niveau de l’allègement de la structure du véhicule et du développement des véhicules électriques. Ces nouveaux enjeux doivent être réalisés tout en maintenant un niveau d’excellence en sécurité des véhicules. Lors d’un accident de la route, la structure du véhicule est conçue pour absorber une partie de l’énergie libérée par le choc, ceci afin de protéger le plus possible les occupants du véhicule. La qualité des assemblages, et plus particulièrement celle des points soudés par résistance, est un enjeu clef pour assurer cette absorption d’énergie par déformation des pièces et rupture de points fusibles. La géométrie irrégulière du profil des points de soudure rend l’application de méthodes d’inspection non destructive particulièrement difficile. A ce jour, cette problématique n’a pas pu être levée pour l’application de la technique des ultrasons multi-éléments. ASAP s’inscrit dans ce contexte général en proposant de développer une méthodologie de contrôle applicable en usine et permettant une surveillance optimisée des assemblages du véhicule qui sera validée par des essais de tenue statique et dynamique. Les travaux réalisés dans le projet viseront à l’étude et au développement d’une nouvelle méthode de contrôle ultrasonore multi-éléments dédiée aux points de soudure par résistance. L’une des originalités du projet sera d’implémenter au sein de cette instrumentation des algorithmes innovants permettant en temps réel de s’adapter à la géométrie complexe de la soudure, d’améliorer les performances de détection par une meilleure focalisation du faisceau ultrasonore, et de disposer d’une imagerie évoluée d’analyse permettant une interprétation immédiate sans besoin d’expertise de la qualité du point soudé.  Une part importante du projet sera par ailleurs consacrée à la caractérisation de la tenue dynamique a posteriori des points soudés en modes purs et  mixtes I/II sur une large gamme de vitesses de déformations, ainsi qu’au développement et à la fiabilisation d’un modèle numérique macroscopique de tenue dynamique des points soudés. Une autre originalité du projet sera d’établir une corrélation entre modélisation paramétrique, qualité par diagnostic CND et comportement dynamique à rupture des assemblages soudés par points. Le modèle numérique macroscopique couplé aux outils de simulation de la méthode CND permettra de valider et d’optimiser la méthodologie de contrôle pour une grande gamme de paramètres caractéristiques des assemblages et points soudés. ASAP réunira l’industriel RENAULT, les PME EXTENDE et M2M, et les laboratoires de recherche CEA LIST et LAMIH de l’Université de Valenciennes. L’implication et l’expertise de ces partenaires dans des domaines de compétences complémentaires permettront d’aboutir au bout de trois ans à la création du premier appareil du marché ultrasons multi-éléments assurant un diagnostic fiable, rapide, simple, et univoque de la qualité de la soudure par point et à la fiabilisation d’un modèle paramétrique de tenue des PSR.
Résultats : Modélisation du comportement à rupture 
Les travaux de dimensionnement du nouveau dispositif d’essai (re-conception du mode de liaison entre l’assemblage soudé et le moyen d’essai) ont nécessité : 
• des travaux de mise au point et de validation de la tenue de la liaison entre l’assemblage soudé et le moyen d’essai, 
• des calculs de dimensionnement impliquant un premier niveau de modélisation du point soudé détaillé à l’échelle de ses constituants (cf partie Illustration). Ces calculs ont permis d’affiner le choix des modalités pour chaque paramètre du plan d’expérience pilote. 
Modélisation pour la mise au point de la méthode CND 
Un ensemble de caractéristiques a pu être extrait des échos sonores et représenté visuellement. Les différentes caractéristiques ont été exploitées au sens d’une exploration des caractéristiques nécessaires et suffisantes à des fins :
• de discrimination des différentes classes de points soudés, 
• de quantification du diamètre de noyau. 
Cette phase de mise au point s’étant appuyée sur des jeux de points soudés dont le diagnostic était connu, la méthode développée est actuellement en cours de pré-validation sur éprouvettes. Cette pré-validation consiste en un blind test comparant les performances de la nouvelle méthode CND multiéléments et de la méthode CND mono-élément actuellement déployée en usine.
Perspectives : • Gain en flexibilité lors du contrôle 
• Gain en compétitivité et réduction de l’impact environnemental grâce à la réduction possible du nombre de points soudés à niveau de sécurité équivalente.
Publications et brevets : Aucune production scientifique en termes de communications ou de dépôt de brevets à ce jour.