Brevet FR2713119A1 — publié le 19950609

La présente invention concerne un procédé de soudage bout à bout de deux tôles à structure multicouche, dites tôles sandwichs, du type comportant chacune deux parements métalliques séparés par un film en matériau synthétique, comme par exemple un polymère, qui constitue essentiellement un isolant acoustique. Pour obtenir des tôles de grandes dimensions, par exemple pour l'industrie automobile ou dans le domaine de l'électroménager, il est courant d'effectuer le raboutage de deux tôles au moyen de molettes selon le procédé connu sous le nom de "Mash welding", ctest à dire un soudage en ligne continu par écrasement. Pour cela, les deux tôles sont mises en recouvrement partiel et on déplace sur toute la longueur et de part et d'autre de la zone de recouvrement, deux molettes réalisées en un matériau conducteur. Le soudage des deux tôles au niveau de cette zone de recouvrement est réalisé en exerçant un effort d'écrasement entre les deux molettes tout en faisant circuler entre lesdites molettes un courant électrique de forte intensité. Pour que le courant électrique passe d'une molette à l'autre et traverse les deux tôles à structure multicouche de façon à générer un joint soudé au niveau de l'interface entre lesdites tôles, il est nécessaire que ce courant électrique circule à travers le film en matériau synthétique de chaque tôle. Pour cela, le film en matériau synthétique de chaque tôle est chargé d'un matériau conducteur qui est constitué généralement par des billes de nickel assurant la continuité électrique de l'ensemble. Lors du passage du courant électrique dans les films en matériau synthétique à travers les billes de nickel, le matériau synthétique subit un échauffement par effet Joule et il atteint rapidement sa température de vaporisation au droit des molettes. Du fait de l'écrasement des deux tôles entre les molettes, le matériau synthétique, avant d'atteindre sa température de vaporisation, se ramollit et flue sur les côtés, ce qui, une fois vaporisé engendre une surpression de gaz de part et d'autre de la zone écrasée par les molettes. Cette surpression de gaz crée un gonflement des tôles de chaque côté de la zone soudée. Dans le cas du soudage de deux tôles à structure multicouche constituées chacune de deux parements métalliques d'épaisseur de 0,35 mm séparés par un film de polymère d'épaisseur de 0,02mm, le gonflement du côté des parements supérieurs des deux tôles peut atteindre 3mm. Un tel gonflement est bien évidemment inadmissible dans le domaine de l'automobile pour réaliser des éléments visibles du type des éléments de robe de carrosserie ainsi que dans le domaine de l'électroménager. De plus, outre l'aspect esthétique, la qualité d'isolation acoustique de ce type de tôles à structure multicouche est diminuée du fait de la présence dans le film en matériau synthétique d'une charge conductrice. Enfin, le coût de ce type de tôles à structure multicouche est augmenté, d'une part, par le coût élevé de la charge conductrice qui est le plus souvent constituée par des billes de nickel et, d'autre part, par le surcoût engendré dans le procédé de fabrication de ce type de tôles pour introduire la charge conductrice et la répartir uniformément dans le film en matériau synthétique. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un procédé de soudage bout à bout de deux tôles à structure multicouche sans recouvrement partiel et sans l'incorporation d'une charge conductrice dans le film en matériau synthétique de chacune des tôles. L'invention a donc pour objet un procédé de soudage bout à bout de deux tôles à structure multicouche, dites tôles sandwichs, du type comportant chacune deux parements métalliques séparés par un film en matériau synthétique, comme par exemple un polymère, caractérisé en ce que - on prépare les bords à souder des deux tôles par enlèvement, d'une part, du parement inférieur de l'une des deux tôles et du parement supérieur de l'autre desdites tôles sur toute la longueur de leurs bords à souder et sur une largeur déterminée "a" et, d'autre part, du film en matériau synthétique des deux tôles sur toute la longueur de leurs bords à souder et sur ladite largeur "a", - on place bout à bout les deux tôles pour que les parements des deux tôles soient en contact au niveau de leurs bords à souder et pour que le parement supérieur de l'une des deux tôles et le parement inférieur de l'autre desdites tôles se chevauchent, - et on réalise, au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie, un joint soudé au niveau de la zone de recouvrement du parement supérieur de l'une des deux tôles sur le parement inférieur de l'autre desdites tôles. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la largeur du joint soudé est supérieure à la largeur de la zone de recouvrement du parement supérieur de l'une des deux tôles sur le parement inférieur de l'autre desdites tôles, - l'axe du faisceau à haute densité d'énergie est orienté des bords à souder des parements supérieurs des deux tôles vers les bords à souder des parements inférieurs desdites tôles, - l'axe du faisceau à haute densité est orienté des bords à souder des parements inférieurs des deux tôles vers les bords à souder des parements supérieurs desdites tôles, - l'axe du faisceau à haute densité d'énergie est incliné, par rapport à la verticale, d'un angle compris entre O et arc tg e/a et de préférence égal à 1/2 arc tg e/a, "e" représentant l'épaisseur totale des deux tôles placées bout à bout, - le point focal du faisceau à haute densité d'énergie est situé sensiblement à un tiers de l'épais- seur totale des deux tôles placées bout à bout au-dessous de la face desdites tôles sur laquelle est dirigé ledit faisceau à haute densité d'énergie, - on exerce sur les deux tôles à souder une pression latérale dirigée vers les bords à souder desdites tôles, - on projette un gaz neutre sur la face des tôles opposée à celle sur laquelle est dirigé le faisceau à haute densité d'énergie et au niveau des bords à souder desdites tôles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description 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 coupe de deux tôles à structure multicouche destinées à être soudées par le procédé selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique en coupe des deux tôles à structure multicouche placées bout à bout au moment du soudage par le procédé selon l'invention, - la Fig. 3 est une vue schématique en coupe des deux tôles à structure multicouche soudées par le procédé selon l'invention. Sur la Fig. 1, on a représenté deux tôles à structure multicouche, dites tôles sandwichs, respectivement 10 et 20. La première tôle 10 comporte un parement métallique supérieur 11 et un parement métallique inférieur 12 entre lesquels est intercalé un film 13 en matériau synthétique, comme par exemple un polymère. La seconde tôle 20 comporte également un parement métallique supérieur 21 et un parement métallique inférieur 22 entre lesquels est intercalé un film 23 en matériau synthétique, comme par exemple un polymère. Avant le soudage des deux tôles 10 et 20, ces deux tôles 10 et 20 sont préparées. A cet effet et comme représenté à la Fig. 1, le parement inférieur 12 et le film 13 de matériau synthétique de la première tôle 10 sont enlevés, par exemple, par meulage, sur toute la longueur des bords 14 et 24 à souder desdites tôles 10 et 20 et sur une largeur déterminée "a". De plus, le parement supérieur 21 et le film 23 en matériau synthétique de la seconde tôle 20 sont également enlevés, par exemple par meulage, sur toute la longueur des bords 14 et 24 des deux tôles 10 et 20 à souder et sur la largeur "a". Inversement, le parement supérieur 11 de la première tôle 10 et le parement inférieur 22 de la seconde tôle 20 ainsi que les films 13 et 23 en matériau synthétique des deux tôles 10 et 20 peuvent être enlevés. Les deux tôles 10 et 20 peuvent être préparées directement au moment de leur fabrication en décalant, pour chaque tôle 10 et 20, l'un des parements par rapport à l'autre afin d'obtenir des tôles à structure multicouche identiques à celles représentées à la Fig.l. Après cette opération de préparation, les deux tôles 10 et 20 sont placées bout à bout, comme représenté à la Fig. 2, pour que les parements 11, 12 et 21, 22 des deux tôles 10 et 20 soient en contact au niveau de leurs bords 14 et 24 à souder et pour que le parement supérieur 11 de la première tôle 10 et le parement inférieur 22 de la seconde tôle 20 se chevauchent. Lorsque les deux tôles à structure multicouche 10 et 20 ont été ainsi positionnées, un joint soudé 2 est réalisé au niveau de la zone de recouvrement A au moyen d'un faisceau 1 à haute densité d'énergie, comme par exemple un faisceau laser ou un faisceau d'électrons. La largeur "a" de la zone de recouvrement A dépend des conditions de soudage, comme par exemple la puissance du faisceau à haute densité d'énergie, la vitesse de soudage et la focalisation dudit faisceau. Pour réaliser le soudage au niveau de la zone de recouvrement A des deux tôles 10 et 20, on oriente l'axe du faisceau 1 à haute densité d'énergie des bords 14a et 24a à souder des parements supérieurs 11 et 21 des deux tôles 10 et 20 vers les bords 14b et 24b à souder des parements inférieurs 12 et 22 desdites tôles 10 et 20. Selon une variante, l'axe du faisceau 1 à haute densité d'énergie peut être orienté des bords 14b et 24b à souder des parements inférieurs 12 et 22 des deux tôles 10 et 20 vers les bords 14a et 24a à souder des parements supérieurs 11 et 21 desdites tôles 10 et 20. Au cours du soudage, les deux tôles 10 et 20 sont bridées et une pression latérale peut être exercée sur les deux tôles 10 et 20 à souder et dirigée vers les bords à souder desdites tôles 10 et 20 pour rattraper les décalages de préparation des bords à souder desdites tôles. L'axe du faisceau 1 à haute densité d'énergie est incliné, par rapport à la verticale, d'un angle a compris entre 0 et arc tg e/a et de préférence égale à 1/2 arc tg e/a, où "e" représente l'épaisseur totale des deux tôles 10 et 20 placées bout à bout et "a" la largeur de la zone de recouvrement A. Le point focal du faisceau 1 à haute densité d'énergie est situé sensiblement à un tiers de l'épaisseur "e" totale des deux tôles 10 et 20 placées bout à bout au-dessous de la face desdites tôles 10 et 20 sur laquelle est dirigé ledit faisceau 1 à haute densité d'énergie. Ainsi que représenté à la Fig. 3, le procédé de soudage selon l'invention permet d'obtenir un joint soudé 2 qui préserve les qualités acoustiques des films 13 et 23 en matériau synthétique. En effet, si le faisceau 1 à haute densité d'énergie est incliné d'un angle supérieur à l'angle a défini précédemment, les films 13 et 23 en matériau synthétique sont partiellement attaqués ce qui détruit, autour du joint soudé 2, les qualités d'isolation acoustique de ces films. Pour éviter la formation d'une goutte sur la face des tôles 10 et 20 opposée à celle sur laquelle est dirigé le faisceau 1 à haute densité d'énergie, un gaz neutre peut être projeté sur cette face. Pour des tôles 10 et 20 comportant un film en matériau synthétique dont l'épaisseur est importante, un métal d'apport peut être déposé au niveau des bords à souder desdites tôles. Le procédé selon l'invention a été appliqué pour souder bout à bout deux tôles à structure multicouche possédant chacune deux parements en acier ES bas carbone de 0,35mm d'épaisseur et un film de polymère de 0,02mm d'épaisseur. Les deux tôles ont été préparées en enlevant par meulage le parement inférieur de l'une des deux tôles et le parement supérieur de l'autre desdites tôles sur toute la longueur de leurs bords à souder et sur une largeur "a" de lmm et du film de polymère des deux tôles sur toute la longueur des bords à souder et sur ladite largeur de lmm. Après accostage des bords à souder des deux tôles, le soudage a été effectué au moyen d'un faisceau laser sous protection d'argon possédant une puissance de 1Kw et à une vitesse de soudage de 8 m/mn. Le diamètre de la tâche focale du faisceau laser était de 0,12mm et le point focal dudit faisceau laser était situé sensiblement à un tiers de l'épaisseur totale des deux tôles placées bout à bout au-dessous de la face desdites tôles sur laquelle était dirigée le faisceau laser. Le procédé selon l'invention permet de souder bout à bout deux tôles à structure multicouche sans recouvrement partiel et sans l'incorporation d'une charge conductrice dans le film en matériau synthétique ce qui permet de diminuer le coût de fabrication de ce type de tôles tout en garantissant la qualité d'isolation acoustique de ces tôles. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage bout à bout de deux tôles (10 ; 20) à structure multicouche, dites tôles sandwichs, du type comportant chacune deux parements métalliques (11, 12 ; 21, 22) séparés par un film (13; 23) en matériau synthétique, comme par exemple un polymère, caractérisé en ce que - on prépare les bords (14 ; 24) à souder des deux tôles (10 ; 20) par enlèvement, d'une part, du parement inférieur (12 ; 22) de l'une des deux tôles (10; 20) et du parement supérieur (11 ; 21) de l'autre desdites tôles (10 ; 20) sur toute la longueur de leurs bords (14 ; 24) à souder et sur une largeur déterminée "a", et d'autre part, du film (13 ; 23) en matériau synthétique des deux tôles (10 ; 20) sur toute la longueur de leurs bords (14 ; 24) à souder et sur ladite largeur "a", - on place bout à bout les deux tôles (10; 20) pour que les parements (11, 12 ; 21, 22) des deux tôles (10 ; 20) soient en contact au niveau de leurs bords (14 ; 24) à souder et pour que le parement supérieur (11, 21) de l'une des deux tôles (10 ; 20) et le parement inférieur (12 ; 22) de l'autre desdites tôles (10 ; 20) se chevauchent, - et on réalise au moyen d'un faisceau (1) à haute densité d'énergie un joint soudé (2) au niveau de la zone A de recouvrement du parement supérieur (11 ; 21) de l'une des deux tôles (10 ; 20) sur le parement inférieur (12 ; 22) de l'autre desdites tôles (10 ; 20). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur du joint soudé (2) est supérieure à la largeur "a" de la zone A de recouvrement du parement supérieur (11 ; 21) de l'une des deux tôles (10; 20) sur le parement supérieur (12 ; 22) de l'autre desdites tôles (10 ; 20). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe du faisceau (1) à haute densité d'énergie est orienté des bords (14a ; 24a) à souder des parements supérieurs (11 ; 21) des deux tôles (10 ; 20) vers les bords (14b ; 24b) à souder des parements inférieurs (12 ; 22) desdites tôles (10 ; 20). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe du faisceau (1) à haute densité d'énergie est orienté des bords (14b ; 24b) à souder des parements inférieurs (12 ; 22) des deux tôles (10 ; 20) vers les bords (14a ; 24a) à souder des parements supérieurs (11 ; 21) desdites tôles (10 ; 20). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'axe du faisceau (1) à haute densité d'énergie est incliné, par rapport à la verticale, d'un angle a compris entre 0 et arc tg e/a et de préférence égal à 1/2 arc tg e/a, "e" représentant l'épaisseur totale des deux tôles (10 ; 20) placées bout à bout. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le point focal du faisceau (1) à haute densité d'énergie est situé sensiblement à un tiers de l'épaisseur totale "e" des deux tôles (10 ; 20) placées bout à bout et au-dessous de la face desdites tôles (10 ; 20) sur laquelle est dirigé le faisceau (1) à haute densité d'énergie. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on exerce sur les deux tôles (10 ; 20) à souder une pression latérale dirigée vers les bords (14 ; 24) à souder desdites tôles (10 ; 20). 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on projette un gaz neutre sur la face des tôles (10 ; 20) opposée à celle sur laquelle est dirigé le faisceau (1) à haute densité d'énergie et au niveau des bords (14 ; 24) à souder desdites tôles (10 ; 20).