Brevet FR2703282A1 — publié le 19941007

La présente invention concerne un procédé d'assemblage de tôles d'acier revêtues d'une couche d'alliage contenant principalement du plomb. Elle s'applique en particulier à l'assemblage de tôles habituellement appelées tôles plombées comprenant un substrat en acier doux revêtu sur ses faces d'une couche d'alliage à base de plomb principalement et d'étain. Les tôles plombées sont utilisées dans l'industrie automobile pour la fabrication de radiateurs, de supports de filtre à air ou de filtre à huile, et de réservoirs de carburant. Dans ce dernier cas, les tôles plombées résistent bien à la corrosion interne par le carburant et à la corrosion externe par l'atmosphère. Pour augmenter la résistance à la corrosion des tôles plombées, il est connu de revêtir leurs faces d'un matériau organique tel que de la peinture. On connaît déjà dans l'état de la technique un procédé d'assemblage de deux tôles plombées par soudure électrique point par point. Cependant, si une des tôles à assembler comporte une couche de peinture isolante, la soudure électrique ne peut pas être effectuée ou bien est effectuée en détériorant la couche de peinture. On connaît également dans l'état de la technique un procédé d'assemblage de tôles plombées par sertissage ou par pliage des zones de jonction des tôles. Cependant, comme dans le cas précédent, la couche de peinture recouvrant les tôles à assembler est détériorée au niveau des plis de jonction de ces tôles. Afin d'éviter les problèmes de détérioration des couches de peinture recouvrant les tôles plombées, on a proposé un procédé d'assemblage de ces tôles par collage au moyen d'un matériau adhésif. Cependant, lorsque les deux tôles collées sont utilisées pour la fabrication d'un réservoir de carbu rant, le comportement à long terme du matériau adhésif en contact avec le carburant, contenant notamment de l'alcool, n'est pas bien maîtrisé. L'invention a notamment pour but d'assembler des tôles plombées revêtues d'une couche de peinture sans détériorer cette couche de peinture, en utilisant des moyens simples à mettre en oeuvre, ceci en assurant un assemblage des tôles très résistant en particulier lorsque les tôles sont utilisées pour la fabrication de réservoirs de carburant. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'assemblage de deux tôles d'acier revêtues sur au moins une de leurs faces d'une couche d'alliage comprenant principalement du plomb, caractérisé en ce que - on dépose, entre deux zones de jonction des faces revêtues des tôles, une couche d'alliage formant brasure comprenant au moins deux composants choisis parmi le plomb (Pb), l'étain (Sn), le bismuth (Bi) et le cadmium (Cd), suivant une composition telle que la température de fusion de cet alliage soit comprise entre 65"C et 100"C ; - on applique sur les zones de jonction des tôles une énergie de grandeur adaptée pour provoquer la fusion et la diffusion de l'alliage formant brasure dans les couches de revêtement des tôles. Selon des modes particuliers de réalisation de cette invention: - la couche d'alliage formant brasure comprend un alliage ternaire dont la composition est telle que la température de fusion de l'alliage soit comprise entre 96"C et 100 C - la couche d'alliage formant brasure comprend un mélange ternaire de plomb, d'étain et de bismuth - la composition du mélange ternaire est voisine de celle de l'eutectique, le mélange ternaire comprenant, en masse, de 25 à 32% de plomb, de 16 à 20% d'étain et de 50 à 55% de bismuth - la couche d'alliage formant brasure comprend un alliage quaternaire dont la composition est telle que la température de fusion de l'alliage soit comprise entre 70 et 73"C ; - la couche d'alliage formant brasure comprend un mélange quaternaire de plomb, d'étain, de bismuth et de cadmium - la composition du mélange quaternaire est voisine de celle de l'eutectique, le mélange quaternaire comprenant, en masse, de 24 à 28% de plomb, de 12 à 14% d'étain, de 48 à 51% de bismuth et de 10 à 15% de cadmium; - on dépose la couche d'alliage formant brasure par pulvérisation de l'alliage sur au moins une des deux tôles à assembler, au moyen d'un pistolet chauffant l'alliage à une température supérieure ou égale à sa température de fusion - on dépose la couche d'alliage formant brasure sous forme d'une couche solide interposée entre les zones de jonction des tôles à assembler - la couche d'alliage formant brasure a une épaisseur inférieure ou égale à la moitié de l'épaisseur des couches de revêtement des tôles - l'énergie appliquée sur les zones de jonction des tôles est fournie par sertissage de ces zones de jonction - le sertissage des zones de jonction des tôles est effectué sous l'action d'une pression d'intensité comprise entre 153 et 255 kN/cm2 - l'énergie appliquée sur les zones de jonction des tôles est fournie par chauffage de ces zones de jonction - le chauffage des zones de jonction des tôles est effectué à une température comprise entre 65 et 1800C; - l'énergie appliquée sur les zones de jonction des tôles est fournie par sertissage et chauffage de ces zones de jonction - le sertissage et le chauffage des zones de jonction des tôles sont respectivement effectués sous l'action d'une pression d'intensité variant d'environ 153 kN/cm2 pour une température de l'ordre de 1800C à environ 255 kN/cm2 pour une température de l'ordre de 15"C - le chauffage est effectué de façon sensiblement instantanée par application d'un flash d'induction sur les zones de jonction des tôles. Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits ci-dessous en se référant au dessin annexé dans lequel la figure unique est une vue en coupe des zones de jonction de deux tôles destinées à être assemblées selon le procédé de l'invention. On voit sur la figure deux tôles plombées 10,12 de type connu destinées à être assemblées entre elles. Ces tôles 10,12 comportent chacune une tôle dracier formant substrat 14,16 revêtue sur ses faces de couches 18-24 d'alliage riche en plomb. Les substrats 14,16 sont fabriqués par exemple en acier extra doux à bas carbone. L'alliage des couches 18-24 de revêtement comporte, en masse, 87% à 90% de plomb (Pb) et 10% à 13% d'étain (Sn). De façon classique, les couches 18-24 de revêtement ont une épaisseur comprise entre 1 et 10 pm. Les couches 18-24 de revêtement sont déposées sur les substrats 14,16 par des procédés de type connu, par exemple par immersion des substrats dans un bain d'al liage fondu Pb-Sn ou par électrodéposition de l'alliage Pb-Sn. Les bords des tôles 10,12 se recouvrent partiellement de façon à délimiter des zones de jonction en regard l'une de l'autre sur les faces libres des couches 20,22 de revêtement des tôles 10,12. La tôle plombée supérieure 10, en haut en considérant la figure, comporte sur la face opposée à sa zone de jonction une couche 26 d'un matériau organique tel que de la peinture destinée à renforcer la protection de la tôle contre la corrosion. Une couche 28 formant brasure est interposée entre les zones de jonction des tôles 10,12. La brasure 28 comporte un alliage comprenant au moins deux composants choisis parmi le plomb (Pb), l'étain (Sn), le bismuth (Bi) et le cadmium (Cd). La composition de cet alliage est telle que sa température de fusion soit comprise entre 65"C et 100"C. Ainsi, la fusion de la brasure 28 est obtenue par chauffage des zones de jonction des tôles 10,12 à une température suffisamment faible pour ne pas détériorer la couche 26 de matériau organique recouvrant la tôle 10. De préférence, la brasure 28 comprend un alliage quaternaire dont la composition est voisine de celle de l'eutectique, cet alliage comprenant 24 à 28% de plomb (Pb), 12 à 14% d'étain (Sn), 48 à 51% de bismuth (Bi) et 10 à 15% de cadmium (Cd). Dans l'exemple décrit, la brasure 28 comprend un alliage quaternaire du type alliage de Wood comprenant en masse, 25% de plomb, 12,5% d'étain, 50% de bismuth et 12,5% de cadmium, et ayant une température de fusion de 72"C. On décrira maintenant un procédé d'assemblage des deux tôles plombées 10,12 avec l'alliage Pb-Sn-Bi-Cd formant brasure dont la composition est celle de l'exemple ci-dessus. Dans un premier temps, on dépose entre les deux zones de jonction des faces revêtues des tôles 10,12 la couche d'alliage 28 formant brasure. Le dépôt de la couche 28 d'alliage est effectué par un procédé connu, par exemple par pulvérisation de l'alliage au moyen d'un pistolet chauffant l'alliage à une température superieure ou égale à sa température de fusion. L'alliage est pulvérisé sur la zone de jonction d'une des deux tôles 10,12 de façon à former la couche 28. Le dépôt de la couche 28 d'alliage peut également être effectué en intercalant entre les zones de jonction des tôles 10,12 la couche 28 sous forme solide. Après avoir déposé la couche 28 d'alliage, on applique sur les zones de jonction des tôles 10,12 une énergie de grandeur adaptée pour provoquer la fusion et la diffusion de cet alliage dans les couches 20,22 de revêtement des tôles 10,12. L'énergie nécessaire à la fusion et à la diffusion de l'alliage de la brasure peut être fournie par sertissage des zones de jonction des tôles 10,12, les contraintes mécaniques auxquelles sont soumis les matériaux provoquant un dégagement de chaleur suffisant pour provoquer la fusion de l'alliage de la brasure. De préférence, le sertissage des zones de jonction des tôles 10,12 est effectué sous l'action d'une pression d'intensité comprise entre 153 et 255 kN/cm2. Selon une autre possibilité, l'énergie nécessaire à la fusion et à la diffusion de l'alliage de la brasure peut être produite par chauffage des zones de jonction des tôles 10,12. De preférence, le chauffage des zones de jonction des tôles 10,12 est effectué à une température comprise entre 65 et 1800C. Le chauffage peut être effectué par mise en température progressive ou par mise en température sensiblement instantanée au moyen d'un flash d'induction. Selon encore une autre possibilité, l'énergie necessaire à la fusion et à la diffusion de l'alliage de la brasure peut être produite par sertissage et chauffage simultanés des zones de jonction des tôles 10,12. De préférence, le sertissage et le chauffage de ces zones de jonction sont respectivement effectués sous l'action d'une pression d'intensité variant d'environ 153 kN/cm2 pour une température de l'ordre de 1800C, à environ 255 kN/cm2 pour une température de l'ordre de 15"C. Dans l'exemple décrit les zones de jonction des tôles 10,12 sont soumises à une pression de sertissage de 183 kN/cm2 en étant chauffées à 20"C. L'alliage Pb-Sn des couches 20,22 de revêtement jointives a une température de fusion voisine de 300"C. Lorsque l'alliage Pb-Sn-Bi-Cd de la brasure 28 fond et diffuse dans les couches 20,22 de revêtement, il se trouve enrichi par les composants de l'alliage Pb-Sn des couches 20,22 ce qui a pour effet d'augmenter la température de fusion de la brasure 28. La température de fusion de la brasure atteint une valeur intermédiaire entre sa valeur initiale de 72"C, avant soudure, et la valeur de la température de fusion de l'alliage Pb-Sn des couches 20,22 de revêtement, voisine de 300 C. Par conséquent, pour désolidariser les tôles 10,12 après soudure, il faudrait chauffer la brasure 28 à une température beaucoup plus élevée que la température nécessaire pour réaliser la soudure. Afin d'obtenir une bonne diffusion des composants de l'alliage de la brasure, la couche 28 doit avoir de préférence une épaisseur inférieure ou égale à la moitié de l'épaisseur des couches 20,22 de revêtement des tôles 10,12. Dans l'exemple décrit, l'épaisseur de chaque tôle 10,12 est de 0,7 mm, l'épaisseur de chaque couche 20,22 de revêtement est de 7 pm et l'épaisseur de la couche 28 d'alliage est de 3 pm. D'autres alliages formant brasure comportant deux, trois ou quatre composants peuvent être utilisés en choisissant les composants parmi le plomb, l'étain, le bismuth et le cadmium, suivant une composition telle que la température de fusion de l'alliage soit comprise entre 65"C et 100 C. De préférence, un alliage quaternaire formant brasure a une composition telle que sa température de fusion soit comprise entre 70 et 73"C et un alliage ternaire formant brasure a une composition telle que sa température de fusion soit comprise entre 96"C et 100 C. Par exemple, il est possible d'utiliser un alliage ternaire comprenant du plomb (Pb), de l'étain (Sn) et du bismuth (Bi) dont la composition est voisine de celle de l'eutectique et comprend, en masse, 25 à 32% de plomb, 16 à 20% d'étain et 50 à 55% de bismuth. L'alliage ternaire Pb-Sn-Bi ayant une composition correspondant à celle de l'eutectique, à savoir 32% de plomb, 16% d'étain et 52% de bismuth (en masse), et une température de fusion de 96"C, est particulièrement adapte pour réaliser le procédé selon l'invention. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits. Les tôles plombées 10,12 peuvent ne comporter qu'une seule face revêtue, l'assemblage de ces tôles se faisant en déposant la brasure 28 entre les faces reve- tues des tôles. Le substrat des tôles 10,12 peut comporter un acier doux non allié ou allié. Dans ce dernier cas, les éléments d'alliage doivent être métallurgiquement compatibles avec l'étain et le plomb. L'invention comporte de nombreux avantages. L'assemblage des tôles plombées est effectué à une température suffisamment faible pour ne pas détériorer la couche de matériau organique recouvrant une des tôles. Cependant, la désolidarisation des tôles ne peut pas se faire à cette même température mais à une température supérieure. Par conséquent, la solidité et la résistance de l'assemblage des tôles plombées est maintenue jusqu'à une température élevée dépassant largement les températures d'utilisation des tôles assemblées. Des tests d'arrachement connus ont été pratiqués sur des tôles d'acier plombées assemblées entre elles, d'une part, de manière classique, par exemple par sertissage, et d'autre part, par le procédé selon l'invention. La demanderesse s'est aperçue que la désolidarisation s'effectuait à l'interface entre le revêtement d'étainplomb et le métal de base de l'une des tôles lorsque celles-ci étaient préalablement assemblées par sertissage. Par contre, la présence d'une couche d'alliage formant brasure entre les deux revêtements d'étain-plomb des deux tôles d'acier a conduit lors du test d'arrachement, après assemblage desdites tôles d'acier plombées par le procédé selon l'invention, à une désolidarisation de l'assemblage dans le métal de base de l'une des tôles, une partie de celui-ci étant solidaire du revêtement d'étain-plomb dans lequel a diffusé l'alliage formant brasure Ainsi, la demanderesse a pu constater la solidité d'un tel assemblage de tôles d'acier plombées. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assemblage (2) de deux tôles d'acier (10,12) revêtues sur au moins une de leurs faces d'une couche (18-24) d'alliage comprenant principalement du plomb, caractérisé en ce que - on dépose, entre deux zones de jonction des faces revêtues des tôles (10,12), une couche (28) d'alliage formant brasure comprenant au moins deux composants choisis parmi le plomb (Pb), l'étain (Sn), le bismuth (Bi) et le cadmium (Cd), suivant une composition telle que la température de fusion de cet alliage soit comprise entre 65"C et 100 C - on applique sur les zones de jonction des tôles (10,12) une énergie de grandeur adaptée pour provoquer la fusion et la diffusion de l'alliage formant brasure dans les couches (20,22) de revêtement des tôles (10,12). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (28) d'alliage formant brasure comprend un alliage ternaire dont la composition est telle que la température de fusion de l'alliage soit comprise entre 96"C et 100"C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche (28) d'alliage formant brasure comprend un mélange ternaire de plomb, d'étain et de bismuth (Pb-Sn-Bi). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la composition du mélange ternaire est voisine de celle de l'eutectique, le mélange ternaire comprenant, en masse, de 25 à 32% de plomb, de 16 à 20% d'étain et de 50 à 55% de bismuth. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (28) d'alliage formant brasure comprend un alliage quaternaire dont la composition est telle que la température de fusion de l'alliage soit comprise entre 70 et 73"C. 6. Procédé selon la revendication 1 ou 5, caractérisé en ce que la couche d'alliage formant brasure comprend un mélange quaternaire de plomb, d'étain, de bismuth et de cadmium (Pb-Sn-Bi-Cd). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la composition du mélange quaternaire est voisine de celle de l'eutectique, le mélange quaternaire comprenant, en masse, de 24 à 28% de plomb, de 12 à 14% d'étain, de 48 à 51% de bismuth et de 10 à 15% de cadmium. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on dépose la couche (28) d'alliage formant brasure par pulvérisation de l'alliage sur au moins une des deux tôles (10,12) à assembler, au moyen d'un pistolet chauffant l'alliage à une température supérieure ou égale à sa température de fusion. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on dépose la couche (28) d'alliage formant brasure sous forme d'une couche solide interposée entre les zones de jonction des tôles (10,12) à assembler. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche (28) d'alliage formant brasure a une épaisseur inférieure ou égale à la moitié de l'épaisseur des couches (20,22) de revêtement des tôles (10,12). 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'énergie appliquée sur les zones de jonction des tôles (10,12) est fournie par sertissage de ces zones de jonction. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le sertissage des zones de jonction des tôles (10,12) est effectué sous l'action d'une pression d'intensité comprise entre 153 et 255 kN/cm2. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'énergie appliquée sur les zones de jonction des tôles (10,12) est fournie par chauffage de ces zones de jonction. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le chauffage des zones de jonction des tôles (10,12) est effectué à une température comprise entre 65 et 1800C. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'énergie appliquée sur les zones de jonction des tôles (10,12) est fournie par sertissage et chauffage de ces zones de jonction. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le sertissage et le chauffage des zones de jonction des tôles (10,12) sont respectivement effectués sous l'action d'une pression d'intensité variant d'environ 153 kN/cm2 pour une température de l'ordre de 1800C à environ 255 kN/cm2 pour une température de l'ordre de 15"C. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que le chauffage est effectué de façon sensiblement instantanée par application d'un flash d'induction sur les zones de jonction des tôles (10,12).