Brevet FR2688155A1 — publié le 19930910

La présente invention est relative à un procédé de soudage électrique de tôles à structure multicouche dites tôles sandwichs ainsi qu à un disposi- tif de mise en oeuvre de ce procédé. Dans diverses industries et notamment l'industrie automobile, on utilise des tôles dites sandwichs, par exemple pour fabriquer les carters des moteurs et les planchers de véhicules automobiles en vue d'une isolation acoustique. Les tôles dites sandwichs sont formées d'une structure multicouche dans laquelle deux tôles métalli- ques sont liées entre elles par un film de polymère qui est un isolant électrique. Jusqu'à présent, pour souder ensemble deux tôles sandwichs, on procède d'abord à leur recouvrement total, c'est à dire à leur superposition, puis on les insère entre deux électrodes dites supérieure et infé- rieure en cuivre ou en alliage de cuivre disposées suivant un axe de soudage qui est perpendiculaire aux faces de plus grandes dimensions des tôles sandwichs. Pour que le courant électrique circule d'une électrode à l'autre, la tôle de la première structure multicouche qui est en regard de l'électrode supérieure est reliée électriquement par un pontet à la tôle de la seconde structure multicouche qui est en regard de l'électrode inférieure de façon à créer un courant de by- pass d'une tôle à l'autre. Au cours de l'opération de soudage, les deux structures multicouches sont serrées l'une contre l'autre par un effort déterminé, exercé par les électrodes et, simultanément, un courant électrique circule d'une électrode à l'autre. Le passage d'un courant électrique de forte intensité dans les tôles, à savoir de l'ordre de 15 KA sous une différence de potentiel de 2 volts, crée par effet Joule un échauffement dans les deux structures multicouches ce qui tend à ramollir les films de polymè- re. Sous l'action des contraintes thermiques et mécaniques, on observe, d'une part, le f luage du polymère et, d'autre part, lorsque les tôles d'une même structure multicouche entrent en contact, le passage du courant. En raison de la présence d'une résistance ohmique à l'interface des tôles, il se produit un échauffement localisé qui provoque la fusion du métal et l'apparition d'un point de soudure à chaque interface après coupure du courant et solidification du noyau fondu. Si l'intensité du courant est très élevée et si le soudage est effectué rapidement, il se crée un seul point de soudure au lieu de trois. Cependant, ce procédé de soudage n'est pas satisfaisant pour les applications envisagées dans l'industrie automobile étant donné qu'il ne permet pas de souder les tôles de structure multicouche mises bout à bout. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un procédé et un dispositif de soudage électrique particulièrement adaptés aux tôles sandwichs et à leur utilisation dans l'industrie automo- bile. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de soudage électrique d'au moins deux tôles à structure multicouche dites tôles sandwichs, formées chacune d'au moins deux tôles métalliques liées entres elles par un film de polymère, caractérisé en ce que: on effectue un recouvrement partiel des deux tôles sandwichs, on met en contact les faces dites internes des tôles sandwichs sur ladite zone de recouvrement, on applique sur les faces opposées dites externes des tôles sandwichs au moins deux molettes électriquement conductrices, placées en regard l'une de l'autre au droit de la zone de recouvrement de telle façon que chaque molette repose par une première portion de sa surface de contact sur la face externe de l'une desdites tôles sandwichs, une seconde portion de cette surface de contact en relief par rapport à ladite première portion étant disposée en vis à vis de la face interne de l'autre desdites tôles sandwichs, on alimente électriquement les molettes, et on exerce par l'intermédiaire des molettes un effort de serrage sur la zone de recouvrement des tôles sandwichs pour amener la seconde portion en relief de chacune desdites molettes en contact avec la face interne de la tôle sandwich disposée en vis à vis. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: on exerce préalablement à l'application des molettes sur les faces externes des tôles sandwichs, un effort de flexion sur l'extrémité d'une tôle sandwich, opposée à la zone de recouvrement pour amener les deux tôles sandwichs dans un même plan, la zone de recouvrement a une largeur comprise entre 1,5 à 2 fois l'épaisseur d'une tôle sandwich. La présente invention a également pour objet un dispositif de soudage électrique d'au moins deux tôles de structure multicouche dites tôles sandwichs, pour la mise en oeuvre du procédé mentionné ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend: au moins deux molettes électriquement conductrices comportant chacune sur sa surface de contact avec l'une des tôles sandwichs une première partie destinée à être appliquée sur la face dite externe de l'une de ces tôles sandwichs et une seconde partie en relief par rapport à ladite première partie destinée à être mise en contact avec la face opposée dite face interne des tôles sandwichs, lesdites tôles sandwichs étant en recouvrement partiel et lesdites molettes étant placées en regard l'une de l'autre au droit de la zone de recouvrement des tôles sandwichs, des moyens d'alimentation électrique des molettes, des moyens d'entraînement en rotation de chacune desdites molettes, et des moyens de déplacement des molettes perpendiculairement aux tôles sandwichs. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: la partie en relief de la première molette est formée sur un bord périphérique de ladite première molette et la partie en relief de la seconde molette est formée sur le bord périphérique opposé de ladite seconde molette, la partie en relief de chaque molette a une largeur égale au tiers de la surface de contact de la molette correspondante, la partie en relief a une hauteur sensible- ment égale à I la partie en relief de chaque molette est formée par au moins un épaulement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la descrip- tion qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la Fig 1 est une vue schématique en perspective du dispositif de soudage électrique selon l'invention, les Fig 2 à 4 sont des vues schématiques partielles en élévation du dispositif montrant les différentes étapes de soudage de deux tôles à structure multicouche. Le dispositif représenté à la Fig 1 est désigné dans son ensemble par la référence 1 et est adapté au soudage électrique de deux tôles 2 et 5 de structure multicouche appelées tôles sandwichs. Chacune de ces tôles sandwichs 2 et 5 est formée de deux tôles respectivement 3, 4 et 6, 7 d'épais- seur égale à 0,35 mm et liées entre elles par un film de polymère 8 d 'épaisseur par exemple égale à 0,05 mm. L'épaisseur totale de chaque tôle sandwich 2 et 5 est égale à 0,75 mm dans ce mode de réalisation. Ces tôles sandwichs 2 et 5 sont partiellement superposées sur une zone de recouvrement A de façon à amener en contact une partie de la face 3 a dite interne de la tôle sandwich 2 avec une partie de la face 7 a dite interne de la tôle sandwich 5 et cela sur toute la longueur desdites tôles sandwich 2 et 5. La zone de recouvrement A a une largeur comprise entre 1,5 et 2 fois l'épaisseur d'une tôle sandwich 2 ou 5, c'est à dire dans cet exemple de réalisation une largeur égale à 1,5 mm. Le dispositif de soudage comprend deux molettes 9 et 10 électriquement conductrices de forme circulaire, de même diamètre et de largeur L. Chacune des molettes 9 et 10 est portée par un arbre d'entraînement respectivement Il et 12 accouplé à un moteur, non représenté, d'entraînement en rotation de chacune desdites molettes à une vitesse linéaire environ égale à 3 m/mn. Les arbres 11 et 12 sont reliés électrique- ment par une connexion électrique 13 et 14 alimentée par un générateur 15 et qui se prolonge axialement dans lesdits arbres 11 et 12 jusqu'aux molettes 9 et 10 réali- sées en un matériau conducteur tel que le cuivre. Le générateur 15 délivre un courant électri- que d'intensité par exemple à 10 KA sous une tension de 3 V, le passage du courant électrique dans les molettes 9 et 10 et les tôles sandwichs 2 et 5 étant symbolisées sur les figures par la ligne référencée I. Un circuit, non représenté, d'eau de refroi- dissement est prévu à l'intérieur des molettes 9 et 10 pour empêcher la détérioration de leur surface de contact. Les deux molettes 9 et 10 sont disposées de part et d'autre des deux tôles sandwichs 2 et 5 superpo- sées et en regard l'une de l'autre. Ainsi, la molette supérieure 9 est placée en regard de la tôle sandwich supérieure 2 et symétriquement par rapport à la zone de recouvrement A. La molette inférieure 10 est placée en regard de la tôle sandwich inférieure 5 et symétriquement par rapport à la zone de recouvrement A. La molette supérieure 9 comporte sur sa surface de contact, une première partie 9 a destinée à être appliquée sur la face 4 a dite externe de la tôle sandwich 2 et une seconde partie 9 b en relief par rapport à ladite première partie 9 a est destinée à être mise en contact avec la face opposée 7 a dite face interne de la tôle sandwich 5. La molette inférieure 10 comporte sur sa surface de contact, une première partie l Oa destinée à être appliquée sur la face 6 a dite externe de la tôle sandwich 5 et une seconde partie l Ob en relief par rapport à ladite première partie l Oa et destinée à être mise en contact avec la face opposée 3 a dite face interne de la tôle sandwich 2. Les secondes parties en relief 9 b et l Ob sont symétriques et la seconde partie en relief l Ob de la molette inférieure 10 est formée sur un bord périphérique de cette molette tandis que la seconde partie en relief 9 b de la molette supérieure 9 est formée sur un bord périphérique opposé au bord périphérique de la molette inférieure 10 comportant la seconde partie en relief l Ob. Ainsi disposé symétriquement par rapport à la zone de recouvrement A, les molettes 9 et 10 n'entrent pas en contact avec la face interne 3 a et 7 a des tôles sandwichs 2 et 5. La partie en relief 9 b et l Ob de chaque molette respectivement 9 et 10 a une largeur égale au tiers de la surface de contact de la molette correspon- dante et par exemple égale à 6 mm et sa hauteur est égale à 0,15 mm. La surface de contact de chaque partie en relief 9 b et l Ob est choisie avantageusement pour que la résistance de contact entre cette surface et la face interne 3 a et 7 a de la tôle sandwich en vis-à-vis ne soit pas trop forte. En effet, une résistance de contact trop forte générerait un échauffement intempestif de la tôle sandwich et une détérioration de sa surface. La partie en relief 9 b et l Ob de chaque molette respectivement 9 et 10 est formée par au moins un épaulement. Les molettes circulaires 9 et 10 peuvent être déplacées l'une vers l'autre ou écartées l'une de l'autre par des moyens de déplacement non représentés, constitués par des vérins hydrauliques. D'autre part, le dispositif comprend un banc de bridage destiné à maintenir les tôles sandwichs 2 et appliquées sur l'autre dans leur position de recouvre- ment partiel. Ce banc de bridage est constitué par quatre barres 16, 17, 18 et 19 de plaquage des tôles sandwichs 2 et 5 et disposées de part et d'autre de l'ensemble formé par les deux molettes 9 et 10 et contre chaque face respectivement 3 a, 4 a, 6 a et 7 a desdites tôles sandwichs. Tout d'abord, on effectue un recouvrement partiel des deux tôles sandwichs 2 et 5 et on met en contact les faces 3 a et 7 a dites internes des tôles sandwichs 2 et 5 dans la zone de recouvrement A (Fig. 2). Ensuite, on pince les deux tôles sandwichs 2 et 5 entre les quatre barres 16, 17, 18 et 19. Afin d'utiliser les tôles sandwichs 2 et 5 par exemple pour la réalisation de carters de moteurs de véhicules automobiles, il est nécessaire que lesdites tôles sandwichs se retrouvent dans un même plan horizon- tal après l'opération de soudage. A cet effet, on exerce un effort de flexion par exemple sur l'extrémité 2 b de la tôle sandwich supérieure 2 opposée à celle participant au recouvrement, cet effort étant dirigé vers le bas et la flèche résul- tante étant égale à l'épaisseur d'une tôle sandwich (Fig. 3). A la suite de cette opération, on applique les molettes 9 et 10 sur les tôles sandwichs 2 et 5 de telle manière que la première partie 9 a et 10 a de chaque molette 9 et 10 entre en contact respectivement avec la face externe 4 a de la tôle sandwich 2 et avec la face externe 6 a de la tôle sandwich 5. L'effort de serrage appliqué sur les tôles sandwichs 2 et 5 par l'intermédiaire des molettes 9 et provoque un écrasement desdites tôles sandwichs au droit de la zone de recouvrement A jusqu'à ce que les parties en relief 9 b et l Ob respectivement des molettes 9 et 10 entrent en contact avec les faces internes respectivement 7 a et 3 a des tôles sandwichs 5 et 2 (Fig 3). Le courant électrique emprunte alors le chemin qui va de la molette supérieure 9 à la molette inférieure 10 en passant successivement par la face interne 7 a de la tôle sandwich inférieure 5, l'interface de la zone de recouvrement A et la face interne 3 a de la tôle sandwich supérieure 2 (Fig 3). La résistance ohmique de l'interface étant plus élevée que les résistances de contact entre les molettes 9 et 10 et les faces internes 3 a et 7 a des tôles sandwichs 2 et 5, le passage du courant produit un échauffement par effet Joule qui se propage par conduc- tion vers les films de polymère 8 des deux tôles sand- wichs 2 et 5, conduisant ainsi au fluage desdits films 8 et au contact électrique entre les deux tôles 3, 4 et , 7 de chaque tôle sandwich 2 et 5. Les molettes 9 et 10 se déplacent le long de la zone de recouvrement A et le soudage s'effectue alors à l'interface entre les deux faces internes 3 a et 7 a des tôles sandwichs et à chaque interface tôle/tôle d'une même tôle sandwich, par fusion du métal et création d'un noyau fondu (Fig 4). L'effort de soudage est d'environ égal à 300 Da N pour une vitesse de soudage voisine de 3 m/mm. Après coupure du courant et solidification du noyau, on crée ainsi trois cordons de soudure parallèles ou un seul cordon à condition que l'on ait utilisé une forte intensité de courant. Avantageusement, la présente invention permet de réaliser une soudure étanche et d'une grande fiabili- té, contrairement au procédé de l'art antérieur qui utilisait le soudage par résistance par points. REVENDICATIONS 1 Procédé de soudage électrique d'au moins deux tôles ( 2, 5) à structure multicouche dites tôles sandwichs formées chacune d'au moins deux tôles métalli- ques ( 3, 4 et 6, 7) liées entre elles par un film de polymère ( 8), caractérisé en ce que: on effectue un recouvrement partiel des deux tôles sandwichs ( 2, 5), on met en contact les faces ( 3 a, 7 a) dites internes des tôles sandwichs ( 2, 5) sur ladite zone de recouvrement, on applique sur les faces opposées ( 4 a, 6 a) dites externes des tôles sandwichs ( 2, 5) au moins deux molettes ( 9, 10) électriquement conductrices, placées en regard l'une de l'autre au droit de la zone de recouvre- ment de telle façon que chaque molette ( 9, 10) repose par une première portion ( 9 a, l Oa) de sa surface de contact sur la face externe ( 4 a, 6 a) de l'une desdites tôles sandwichs ( 2, 5), une seconde portion ( 9 b, l Ob) de cette surface de contact en relief par rapport à ladite première portion ( 9 a, 10 a) étant disposée en vis à vis de la face interne ( 7 a, 2 a) de l'autre desdites tôles sandwichs ( 5, 2), on alimente électriquement les molettes ( 9, 10), on exerce par l'intermédiaire des molettes ( 9, 10) un effort de serrage sur la zone de recouvrement des tôles sandwichs ( 2, 5) pour amener la seconde portion ( 9 b, l Ob) en relief de chacune desdites molettes ( 9, 10) en contact avec la face interne ( 7 a, 3 a) de la tôle sandwich ( 5, 2) disposée en vis à vis, et on déplace lesdites molettes ( 9, 10) le long de la zone de recouvrement. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on exerce préalablement à il l'application des molettes ( 9, 10) sur les faces externes ( 4 a, 6 a) des tôles sandwichs ( 2, 5), un effort de flexion sur l'extrémité d'une tôle sandwich opposée à la zone de recouvrement, pour amener lesdites tôles sandwichs dans un même plan. 3 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la zone de recouvrement a une largeur comprise entre 1, 5 et 2 fois l'épaisseur d'une tôle sandwich ( 2, 5). 4 Dispositif de soudage électrique d'au moins deux tôles ( 2, 5) de structure multicouche dites tôles sandwichs, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend: au moins deux molettes ( 9, 10) électrique- ment conductrices comportant chacune sur sa face de contact avec l'une des tôles sandwichs ( 2, 5), une première partie ( 9 a, 10 a) destinée à être appliquée sur la face ( 4 a, 6 a) dite externe de l'une des tôles sandwichs ( 2, 5) et une seconde partie ( 9 b, l Ob) en relief par rapport à la première partie ( 9 a, 10 a), destinée à être mise en contact avec la face opposée ( 7 a, 3 a) dite face interne de l'autre des tôles sandwichs ( 5, 2), lesdites tôles sandwichs étant en recouvrement partiel et lesdites molettes étant placées en regard l'une de l'autre au droit de la zone de recouvrement des tôles sandwich ( 2, 5), des moyens ( 15) d'alimentation électrique des molettes ( 9, 10), des moyens ( 11, 12) d'entraînement en rotation de chacune des molettes ( 9, 10) et des moyens de déplacement des molettes ( 9, 10) perpendiculairement auxdites tôles sandwichs. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie en relief ( 9 b) de la première molette ( 9) est formée sur un bord périphérique de ladite première molette ( 9) et la partie en relief (l Ob) de la seconde molette ( 10) est formée sur le bord périphérique opposé de ladite seconde molette ( 10). 6 Dispositif selon les revendications 4 et , caractérisé en ce que la partie en relief ( 9 b, l Ob) de chaque molette ( 9, 10) a une largeur égale au tiers de la surface de contact de la molette ( 9, 10) correspon- dante. 7 Dispositif selon les revendications 4 et , caractérisé en ce que la partie en relief ( 9 b, l Ob) a une hauteur sensiblement égale à 0,15 mm. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la partie en relief ( 9 b et l Ob) de chaque molette ( 9, 10) est formée par au moins un épaulement.