Brevet FR2741680A1 — publié le 19970530

i DESCRIPTION DISPOSITIF ET PROCEDE POUR SOLIDARISER, PAR SOUDAGE, UN ELEMENT DE BASE ET UNE AUTRE PIECE STRUCTURELLE EN ACIER La présente invention se rapporte à un dispositif pour la solidarisation par soudage d'un élément de base revêtant la forme d'une pièce aplatie à paroi mince, profilée ou tubulaire, notamment en tôle d'acier fin, avec une autre pièce structu- relle en acier, notamment en acier fin, par exemple un tenon ou une pièce en tôle à paroi mince. Dans l'état de la technique, il est connu de rapporter par soudage, sur des pièces tubulaires ou aplaties à parois re- lativement épaisses, consistant en de la tôle d'acier et notam- ment d'acier fin, d'autres pièces structurelles comme, par exemple, des tenons à souder. Il est connu de solidariser des tubes en acier, notamment en acier fin, de façon telle que ces derniers sont emboîtés les uns dans les autres, puis soudés les uns aux autres dans la zone d'emboîtement. Dans le cas de pièces en tôle ou de tubes à parois relativement épaisses, un tel sou- dage peut être exécuté d'une manière tout à fait simple en obte- nant, également, une tenue de la soudure correspondant à la durée utile des pièces individuelles. En particulier dans le cas de tubes, la longévité doit également tenir compte du fait que de tels tubes, et notamment les zones de liaison, sont su- jets à des vibrations au cours de l'utilisation à laquelle ils sont destinés. Dans la mesure o, pour des considérations de coûts et de réduction pondérale, on utilise des pièces ou des tubes à parois minces, consistant en de la tôle d'acier, notamment d'acier fin, et dont l'épaisseur de paroi se situe par exemple dans la plage d'un millimètre ou moins, un soudage direct de pièces ou tubes de ce genre, avec d'autres pièces structurelles en acier, notamment en acier fin, est impossible ou est possible unique- ment au prix d'une grande complexité; en effet, le processus de soudage se traduit par une fatigue de la matière au voisinage de la zone de soudage, notamment aussi par des effets de cisaille- ment, ce qui implique, en particulier lorsque de telles pièces structurelles sont soumises à des vibrations, une rupture pré- maturée de la matière à côté de la zone de solidarisation soudée. En se fondant sur l'état de la technique mentionné en introduction, l'invention a pour objet de fournir un dispositif du type considéré, qui permette un soudage durablement résis- tant entre des pièces en tôle à parois minces, et d'autres piè- ces en tôle. Conformément à l'invention, pour atteindre cet objet, il est proposé qu'un élément d'appui métallique et aplati, disposé dans la zone de liaison, soit assujetti à l'élément de base par soudage au laser ou par brasage; et que l'autre pièce structurelle soit rapportée par soudage sur l'élément d'appui. La mise en place de l'élément additionnel d'appui a pour effet d'assurer un appui dans la région dans laquelle le soudage au laser ou le brasage est exécuté. Le brasage s'avère alors particulièrement préférentiel étant donné que, notamment dans le cas d'une solidarisation brasée, aucun effet de cisaille- ment, ni influence d'une autre nature exercée sur la matière, ne se produit au voisinage de la zone de liaison. Cependant, l'élé- ment d'appui n'a pas uniquement pour résultat de conférer un appui à la zone de soudage au laser ou à la zone de brasage cor- respondante, mais ledit élément d'appui permet additionnelle- ment de disposer d'un élément sur lequel l'autre pièce structu- relle en acier, notamment en acier fin, peut être rapportée par soudage de manière classique. Il s'est alors avéré que l'élé- ment d'appui peut être semblablement réalisé sous la forme d'une pièce à paroi mince, en une tôle d'acier ou d'acier fin. Malgré cette réalisation à paroi mince, d'autres pièces struc- turelles en acier peuvent être directement rapportées, par sou- dage, sur cet élément d'appui, sans aucun risque de rupture concernant l'élément de base revêtant la forme d'une pièce aplatie en tôle, à paroi mince, profilée ou tubulaire. Un perfectionnement préférentiel réside dans le fait que l'élément d'appui, pouvant être assujetti à l'élément de base, est un panneau qui est soudé périphériquement au laser sur ledit élément de base, ou est brasé sur celui-ci; et dans le fait que l'autre pièce structurelle est un tenon à souder. Une variante, à cet égard, consiste en ce que l'élément d'appui, pouvant être assujetti à l'élément de base, est un élé- ment annulaire rapporté sur ledit élément de base, par soudage au laser ou par brasage, en entourant une perforation de cet élément; et en ce que l'autre pièce structurelle est une pièce tubulaire pouvant être soudée coaxialement sur l'élément annu- laire. Un perfectionnement particulièrement préférentiel ré- side dans le fait qu'une bague d'appui, remplissant la fonction d'un élément d'appui et mise en place - de préférence dans une région extrême sur l'élément de base se présentant comme un tube, ceinture ledit tube et est soudée au laser, ou brasée; et dans le fait qu'un élément tubulaire de l'autre pièce struc- turelle est emboîté sur la bague d'appui et est soudé à ladite bague. Il est en outre prévu, d'une manière particulièrement préférentielle, que l'élément de base se compose de plusieurs tubes regroupés dont les extrémités rassemblées sont entou- rées, à chaque fois, par un élément annulaire de configuration adaptée, remplissant la fonction d'un élément d'appui, chaque élément annulaire étant soudé au laser, ou brasé sur l'extrémi- té tubulaire correspondante; et que l'autre pièce structurelle soit constituée d'une pièce tubulaire de raccordement qui est emboîtable sur les extrémités rassemblées, et est soudée sur la région périphérique des éléments annulaires. Un procédé conforme à l'invention pour solidariser, par soudage, un élément de base revêtant la forme d'une pièce en tôle à paroi mince, et une autre pièce structurelle, en vue d'obtenir un dispositif du type susmentionné, est caractérisé par le fait qu'un élément métallique d'appui est disposé sur la pièce en tôle à paroi mince, dans la région de la solidarisation par soudage devant être effectuée, et est assujetti par soudage au laser ou par brasage; et par le fait que l'autre pièce struc- turelle est rapportée par soudage sur l'élément d'appui. Dans ce cas, il est de préférence prévu que le brasage soit effectué à l'aide d'une brasure à point de fusion élevé (point de fusion inférieur à 1 180 C), notamment une brasure au cuivre présentant un point de fusion avoisinant 1 040 C, ou une brasure au nickel présentant un point de fusion avoisinant 1 100 C. Il est alors particulièrement préférentiel que, lors de la solidarisation de pièces tubulaires en une ou plusieurs partie(s), ayant été soumises à une déformation mécanique, les- dites pièces tubulaires, sur lesquelles des éléments d'appui occupent des positions adéquates, soient soumises à une opéra- tion de recuit thermique de neutralisation s'effectuant, en particulier, à environ 1 180 C, et que la chaleur du recuit de neutralisation soit exploitée pour le brasage à l'aide de la brasure. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'un premier dispositif conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe dudit dispositif, selon la li- gne II-II de la figure 1; les figures 3 et 4 illustrent une variante selon les mêmes représentations que les figures 1 et 2; les figures 5 et 6 sont une élévation et une vue en bout d'un tube initial; la figure 7 montre une pièce tubulaire déformée, munie d'une bague de renforcement; les figures 8 et 9 représentent, par des illustrations différentes, une pièce tubulaire hydrodéformée et munie d'une bague d'appui; et les figures 10 et 11il illustrent, par une élévation et par une coupe transversale selon la ligne XI-XI, le regroupement de trois tubes comprenant un coude de raccordement et une bride de raccordement. Les figures des dessins représentent le dispositif conforme à l'invention, pour la solidarisation par soudage d'un élément de base 1 revêtant la forme d'une pièce aplatie en tôle d'acier fin à paroi mince, profilée ou tubulaire, avec une autre pièce structurelle 2 en acier fin. Un élément d'appui 3 métalli- que et aplati, disposé dans la zone de liaison des éléments à so- lidariser, consiste de préférence en de l'acier et notamment en de l'acier fin. L'élément 3 est assujetti à l'élément de base 1 par soudage au laser ou, de préférence, par brasage à la brasure au cuivre. La zone de brasage est indiquée par 4. L'autre pièce structurelle 2 est rapportée par soudage sur l'élément d'appui 3, de manière classique. Dans la forme de réalisation selon la figure 1, l'élément de base 1 est constitué d'un panneau plan. L'élément d'appui 3 est lui aussi constitué d'un panneau plan, lequel est soudé périphériquement au laser sur l'élément 1, ou est de préférence brasé sur celui-ci. Dans cet exemple de réali- sation, l'autre pièce structurelle 2 est un tenon à souder rap- porté par soudage, sur l'élément 3, du côté tourné à l'opposé de l'élément 1. La soudure exécutée entre la pièce 2 et 1 'élément 3 est désignée par 5. L'élément de base 1 est un élément à paroi très mince présentant, par exemple, une épaisseur de paroi d'un millimètre ou moins. L'élément d'appui 3 peut, lui aussi, être formé d'une pièce moulée à paroi conséquemment mince; malgré cette minceur de paroi, un soudage correct avec l'autre pièce structurelle 2 est alors néanmoins possible sans que l'élément 1 soit détério- ré ni qu'un risque de rupture soit à craindre, sous l'effet de la durée, concernant la zone de liaison avec ledit élément 1. Dans le dispositif conforme aux figures 3 et 4, l'élé- ment d'appui 3, pouvant être assujetti à l'élément de base 1, est un élément annulaire en acier ou en acier fin rapporté sur ledit élément 1, par soudage au laser ou par brasage, en entou- rant une perforation 6 de cet élément de base. L'autre pièce structurelle 2 est alors réalisée sous la forme d'une pièce tu- bulaire ou de type similaire, pouvant être rapportée frontale- ment par soudage sur l'élément 3. Cette pièce tubulaire peut, par exemple, faire partie intégrante d'une sonde à gaz brûlés équipant des installations d'échappement. Dans la forme de réalisation mise en évidence par les fi- gures 5 à 11, une bague d'appui, remplissant la fonction d'un élément de renforcement 3 et mise en place sur un élément de base 1 se présentant comme un tube, dans une région extrême du tube considéré (élément 1), ceinture ledit tube et est soudée au laser ou brasée sur l'enveloppe de ce tube (élément 1). Un élé- ment tubulaire supplémentaire, matérialisant une autre pièce structurelle 2, peut être emboîté sur la bague d'appui (élément d'appui 3) et peut être soudé de manière classique sur cette ba- gue (élément 3). La zone de soudage est repérée par 4 sur la fi- gure 11. Notamment selon la forme de réalisation d'après les figures 10 et 11, l'élément de base 1 se compose de plusieurs tubes regroupés dont les extrémités rassemblées sont entou- rées, à chaque fois, par un élément annulaire (élément d'appui 3) de configuration adaptée. Chaque élément annulaire (élément d'appui 3) est alors soudé au laser ou, de préférence, brasé sur l'extrémité tubulaire correspondante (extrémité de l'élément de base 1). Comme l'atteste, en particulier, une observation de la figure 11, la pièce 2 est constituée d'une pièce tubulaire de raccordement qui est emboîtable sur les extrémités rassemblées et est soudée, de manière traditionnelle, sur la région péri- phérique des éléments annulaires (éléments d'appui 3). La zone de soudage est désignée par 5. La réalisation conforme aux figu- res 5 à 11 est notamment appropriée et destinée au regroupement multiple de conduits tubulaires, pour obtenir un coude d'échap- pement dans la tubulure à gaz d'échappement de véhicules auto- mobiles. Le déroulement du procédé de fabrication d'une telle pièce complète est mis en lumière par l'enchaînement chronolo- gique d'après les figures 5 à 11. La pièce de départ est un élément de base se présentant comme un tube rectiligne, conformément aux figures 5 et 6. Cet élément de base peut, tout d'abord, être préalablement cintré dans un outil adéquat, ce qui donne une conformation correspon- dant à la figure 7. Un élément de renforcement 3 revêtant la forme d'une bague est emboîté, côté embouchure, sur l'extrémité de solidarisation de l'élément 1 ainsi obtenu. Au stade succes- sif, le tube préalablement cintré est placé dans un outil cor- respondant en plusieurs parties, puis amené par hydrodéforma- tion à la configuration recherchée, comme l'atteste une obser- vation des figures 8 et 9. Pour éliminer les efforts de la matière, et phénomènes similaires accompagnant le travail par déformation, l'élément de base déformé est soumis, conformé- ment aux figures 8 et 9, à une opération de recuit de neutralisa- tion à environ 1 180 C. La température qui est alors engendrée est exploitée pour le brasage de l'élément d'appui 3 (bague d'appui), auquel cas de la brasure au cuivre est déposée sur la zone de brasage 4, puis fond sous l'action des températures gé- nérées (point de fusion avoisinant 1 040 C). Ainsi, la tempéra- ture nécessaire lors du recuit de neutralisation est simultané- ment exploitée en vue du brasage de l'élément d'appui 3 sur l'élément de base 1. L'utilisation de la brasure au cuivre évite, au voisinage de la zone de liaison, l'apparition d'un effet de cisaillement se produisant, par exemple, dans le cas d'un soudage normal; l'élément de base 1, réalisé à paroi très mince, n'est donc pas exposé à un risque accru de rupture ou d'un phénomène analogue, résultant du brasage. Les trois éléments de base 1, illustrés sur les figures et 11, ont été déformés de manière correspondante et ont été brasés sur l'élément d'appui 3, après quoi ils ont été emboîtés dans l'autre pièce structurelle 2 revêtant la forme d'une pièce tubulaire de raccordement, un soudage du bord de ladite pièce 2, avec ledit élément 3, étant alors effectué dans la zone 5. Une bride 8 est emboîtée sur l'extrémité libre de la pièce 2 à la- quelle elle est adéquatement reliée, par exemple par soudage. Le dispositif et le procédé, respectivement conformes à l'invention, permettent d'obtenir un soudage durablement ré- sistant entre des pièces structurelles rapportées et des tubes à parois minces, ou autres éléments métalliques à parois minces. Toutes les caractéristiques individuelles et combinai- sons de caractéristiques nouvelles, ressortant de la descrip- tion et/ou des dessins, sont réputées revêtir un caractère inventif essentiel. Il va néanmoins de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention telle que décrite et re- présentée, sans sortir de son cadre. -R E V E N D I C A T I ONS- 1. Dispositif pour la solidarisation par soudage d'un élément de base revêtant la forme d'une pièce aplatie à paroi mince, profilée ou tubulaire, notamment en tôle d'acier fin, avec une autre pièce structurelle en acier, notamment en acier fin, par exemple un tenon ou une pièce en tôle à paroi mince, dispositif caractérisé par le fait qu'un élément d'appui (3) métallique et aplati, disposé dans la zone de liaison, est assu- jetti à l'élément de base (1) par soudage au laser ou par bra- sage; et par le fait que l'autre pièce structurelle (2) est rapportée par soudage sur l'élément d'appui (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément d'appui (3), pouvant être assujetti à l'élément de base (1), est un panneau qui est soudé périphéri- quement au laser sur ledit élément de base (1), ou est brasé sur celui-ci; et par le fait que l'autre pièce structurelle (2) est un tenon à souder. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément d'appui (3), pouvant être assujetti à 1 'élément de base (1), est un élément annulaire rapporté sur le- dit élément de base (1), par soudage au laser ou par brasage, en entourant une perforation (6) de cet élément (1); et par le fait que l'autre pièce structurelle (2) est une pièce tubulaire pou- vant être soudée coaxialement sur l'élément annulaire. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une bague d'appui, remplissant la fonction d'un élé- ment d'appui (3) et mise en place - de préférence dans une région extrême - sur l'élément de base (1) se présentant comme un tube, ceinture ledit tube et est soudée au laser, ou brasée; et par le fait qu'un élément tubulaire de l'autre pièce structurelle (2) est emboîté sur la bague d'appui et est soudé à ladite bague. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de base (1) se compose de plusieurs tubes regroupés dont les extrémités rassemblées sont entourées, à O10 chaque fois, par un élément annulaire de configuration adaptée, remplissant la fonction d'un élément d'appui (3), chaque élé- ment annulaire étant soudé au laser, ou brasé sur l'extrémité tubulaire correspondante; et par le fait que l'autre pièce structurelle (2) est constituée d'une pièce tubulaire de rac- cordement qui est emboitable sur les extrémités rassemblées, et est soudée sur la région périphérique des éléments annu- laires. 6. Procédé pour solidariser, par soudage, un élément de base revêtant la forme d'une pièce en tôle à paroi mince, et une autre pièce structurelle, selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, procédé caractérisé par le fait qu'un élément métallique d'appui est disposé sur la pièce en tôle à paroi mince, dans la région de la solidarisation par soudage devant être effectuée, et est assujetti par soudage au laser ou par brasage; et par le fait que l'autre pièce structurelle est rapportée par soudage sur l'élément d'appui. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le brasage est effectué à l'aide d'une brasure à point de fusion élevé (point de fusion inférieur à 1 180 C), notamment une brasure au cuivre présentant un point de fusion avoisinant 1 040 C, ou une brasure au nickel présentant un point de fusion avoisinant 1 100 C. 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que, lors de la solidarisation de pièces tubulaires en une ou plusieurs partie(s), ayant été soumises à une déforma- tion mécanique, lesdites pièces tubulaires, sur lesquelles des éléments d'appui occupent des positions adéquates, sont soumi- ses à une opération de recuit thermique de neutralisation s'ef- fectuant, en particulier, à environ 1 180 C, et la chaleur du recuit de neutralisation est exploitée pour le brasage à l'aide de la brasure.