Brevet FR2878175A1 — publié le 20060526

Procédé et dispositif de soudure électrique par points La présente invention concerne un procédé et un dispositif de soudure électrique par points, améliorant les capacités de dissipation de l'énergie 5 vibratoire des structures assemblées par points de soudure. De nombreux objets comprennent des tôles assemblées par points de soudure électrique. C'est notamment le cas des véhicules automobiles dont les carrosseries sont composées de tôles assemblées les unes aux autres. Les constructeurs de véhicules sont constamment à la recherche de solutions pour augmenter le confort des conducteurs et des passagers. C'est particulièrement le cas du confort acoustique et du confort vibratoire. Le moteur et les autres organes mécaniques, les trains roulants par exemple, génèrent des vibrations qui se propagent dans la carrosserie et qui sont susceptibles de faire vibrer des tôles, notamment aux endroits de leur assemblage. Les bruits ainsi provoqués sont audibles dans l'habitacle, ce qui détériore la qualité du confort acoustique. Il est en effet irritant d'entendre des bruits, désignés souvent par "bruits de carrosserie", dont il est difficile d'en identifier la source et donc d'y remédier. Les vibrations peuvent également se propager dans le volant ce qui est gênant pour le conducteur. La solution généralement adoptée par les constructeurs automobiles pour supprimer les vibrations consiste à rigidifier les caisses. Cependant cette solution s'accompagne d'un accroissement inévitable du poids des véhicules, ce qui augmente la consommation de carburant, l'émission de particules et de gaz polluants et le coût de fabrication des véhicules. Des traitements surfaciques des panneaux d'habitacle peuvent également être effectués afin de limiter les vibrations de flexion de ces panneaux. Pour cela, on utilise des plaques insonorisantes, appelées "plaques IFF" (pour "Insonorisant Feuille Fusible"). Ces plaques sont généralement constituées d'une couche de matériau amortissant, cette couche pouvant éventuellement être surmontée d'une plaque de contrainte. Cette solution a également pour inconvénient d'augmenter le poids des véhicules. Une autre solution consiste à intégrer des dispositifs de dissipation de l'énergie vibratoire à des endroits judicieusement choisis des organes mécaniques et de la carrosserie afin d'obtenir un amortissement efficace des vibrations. Ces dispositifs, appelés batteurs acoustiques, sont constitués d'une masse entourée d'un matériau viscoélastique à fort pouvoir dissipatif. La masse est mise en mouvement par les vibrations à absorber et le mouvement de la masse est amorti par le matériau viscoélastique. Les batteurs absorbent les vibrations dans des plages de fréquences et de températures relativement étroites qui dépendent de leurs caractéristiques. En dehors de ces plages de fréquences et de températures, les vibrations ne sont pas ou sont très peu absorbées. De plus, des batteurs ne peuvent pas toujours être placés aux endroits souhaités, faute de place. Enfin, l'ajout de batteurs augmente le poids des véhicules, entraînant les inconvénients déjà mentionnés lorsque l'on augmente la rigidité de la caisse. La présente invention propose un procédé et un dispositif de soudure électrique par points d'éléments entre eux, des tôles par exemple, favorisant le contact et le frottement des éléments soudés entre eux, ce qui a pour effet d'augmenter les capacités naturelles de dissipation de l'énergie vibratoire des structures assemblées par points de soudure électrique. Dans le cas particulier d'une caisse de véhicule automobile, selon l'invention on favorise les contacts et les frottements des tôles assemblées par soudure électrique ce qui augmente les capacités naturelles de dissipation des vibrations de la caisse. De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de soudure électrique d'éléments entre eux selon lequel on réalise au moins un point de soudure en faisant passer un courant électrique entre deux électrodes encadrant lesdits éléments à souder et venant en contact avec lesdits éléments, ledit procédé étant caractérisé par la création d'une zone de contact permanent desdits éléments entre eux à proximité immédiate dudit point de soudure. La zone de contact entoure de préférence, mais non nécessairement, le point de soudure. Selon un mode de réalisation, une pression est appliquée sur ladite zone créant ainsi un champ de pressions cle contact dans ladite zone. Cette pression peut être appliquée pendant ou après le refroidissement de la soudure. La valeur de la pression est de préférence choisie, pour une surface de zone de contact déterminée, de façon à rendre sensiblement maximale la dissipation d'énergie vibratoire par la zone de contact. Selon un mode de réalisation, la pression est choisie entre 0,01 Mpa et 1 Mpa et est appliquée pendant un espace de temps compris entre 10 à 300 ms. De façon générale, la zone de contact a sensiblement la forme d'un anneau de diamètre intérieur supérieur à 4 mm et de diamètre extérieur inférieur à 25 mm L'invention concerne également un dispositif de soudure électrique par point d'éléments entre eux, pour la mise en oeuvre du procédé défini précédemment. Le dispositif comporte de façon classique deux électrodes de soudage se faisant face et entre lesquelles peuvent être positionnés les éléments à souder, des moyens de déplacement des électrodes pour les amener en contact des éléments à souder à l'endroit où le point de soudure doit être réalisé puis pour les écarter desdits éléments, et une source de courant électrique pour alimenter les électrodes. Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour appliquer une pression au voisinage du point de soudure de façon à créer une zone de contact permanent. Selon un mode de réalisation, les moyens pour appliquer une pression de contact comportent au moins un piston mobile entre une position ouverte et une position de serrage pour laquelle les éléments à souder sont pressés l'un contre l'autre entre ledit piston et un support fixe, créant ainsi la zone de contact. De préférence, le piston entoure l'une desdites électrodes. Selon un autre mode de réalisation, les moyens pour appliquer une pression de contact comportent deux pistons se faisant face, chacun d'eux étant à proximité immédiate de l'une des électrodes et mobile entre une position ouverte et une position de serrage pour laquelle les pistons pressent les éléments l'un contre l'autre de façon à créer la zone de contact. De préférence, les pistons ont chacun une forme sensiblement annulaire, chacun d'eux entourant l'une des électrodes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels: - la figure 1 montre un exemple de structure à souder; - la figure 2 illustre le procédé de soudure par points selon l'art antérieur; - la figure 3 est une coupe d'un point de soudure électrique sur laquelle est indiquée la zone d'application des pressions de contact; - la figure 4 est une vue de dessus d'un point de soudure électrique avec une zone de contact selon l'invention; - la figure 5 est une coupe schématique d'un dispositif de soudure 20 électrique par points permettant la création d'une zone de contact; - les figures 6 et 7 illustrent respectivement un premier et un deuxième mode de réalisation du procédé de création d'une zone de contact et d'application d'une pression de contact. La figure 1 montre un exemple d'application de l'invention où il s'agit de souder par points deux éléments, lesquels sont des tôles 10 et 12. Chaque tôle est pliée pour former un bord 14, appelé "bord tornbé", les points de soudure 16 étant réalisés entre les bords tombés. Cette structure est typique de l'assemblage de tôles dans l'industrie automobile. II existe cependant des assemblages par soudure électrique par points de plus de deux éléments entre eux (trois ou quatre par exemple). L'invention n'est donc pas limitée à un assemblage de deux éléments uniquement. De façon classique, illustrée sur la figure 2, le procédé de soudure selon l'art antérieur, utilise deux électrodes 20 et 22 se faisant face et situées de part et d'autre des deux tôles 24 et 26 que l'on veut souder. Le procédé de soudure peut se décomposer en quatre phases. Les deux électrodes sont tout d'abord rapprochées l'une vers l'autre de façon à venir presser fermement les tôles 24 et 26 (figure 2a). C'est l'étape d'accostage. Un courant électrique circule ensuite dans les électrodes (figure 2b), permettant ainsi d'atteindre la température de fusion du métal au niveau de la zone de contact des éléments à assembler. C'est l'étape de soudage proprement dite. Après l'arrêt du passage du courant électrique, la zone fondue se refroidit entraînant l'assemblage des deux éléments (figure 2c) par la création d'un point de soudure 28. C'est l'étape du forgeage. La dernière étape (figure 2d) consiste à éloigner les électrodes l'une de l'autre, arrêtant ainsi la pression des électrodes sur les éléments. La figure 3 montre en coupe un point de soudure électrique assemblant deux éléments 30 et 31. Ce point de soudure est constitué d'une zone 32 formée par le métal fondu et d'une zone 33, située autour de la zone 32, constituée par la partie des éléments 30 et 31 affectée par l'élévation de température pendant l'opération de soudage. Une pression de contact résiduelle subsiste dans la zone 34 située à la jonction des éléments soudés et 31 et autour de la zone de métal fondu 32. La valeur de cette pression de contact résiduelle dépend du procédé de soudure et notamment de la phase d'accostage illustrée sur la figure 2a. Selon la présente invention, une nouvelle zone de contact permanent 35 est créée entre les éléments à souder, en appliquant une pression sur une surface de contact S (dans cette nouvelle zone créée, les éléments 30 et 31 viennent en contact). Cette pression donne naissance à un champ de pressions de contact dans la zone de contact, entre les éléments 30 et 31. Ainsi la dissipation de l'énergie vibratoire par frottement des éléments soudés augmente, pouvant même aller jusqu'à absorber intégralement les vibrations se propageant dans les éléments soudés. De préférence, cette zone de contact 35 entoure la zone de pression résiduelle 34. Comme illustré sur la figure 4, qui représente vu de dessus le point de soudure de la figure 3, la zone de métal fondu 32 a généralement une forme sensiblement circulaire. La zone de pression résiduelle 34 prend alors la forme d'un anneau entourant la zone 32 et la zone de contact permanent 35 est de préférence créée autour de la zone 34 et de forme annulaire. De façon générale, la zone de contact permanent est créée à proximité immédiate du point de soudure et n'entoure pas obligatoirement la zone de pression résiduelle 34 et n'a pas nécessairement la forme d'un anneau. Cette forme est cependant avantageuse. Si l'on considère les bords tombés (figure 1), habituellement utilisés dans l'industrie automobile, ceux-ci ont une largeur de l'ordre de 15 mm et les points de soudure ont un diamètre d'environ 6 mm. Dans ces conditions, la surface S de la zone de contact permanent 35 que l'on peut créer pour provoquer des frottements entre les tôles est formée par une couronne de diamètre intérieur minimal d'environ 6 mm et de diamètre extérieur maximal d'environ 10 mm. Cependant, d'une part il existe des points de soudure électrique de diamètre voisin de 4 mm et dans ce cas le diamètre intérieur minimal de la couronne est de 4 mm et, d'autre part, des bords tombés de largeur supérieure à 15 mm sont parfois utilisés, le diamètre extérieur maximal de la couronne pouvant alors s'étendre jusqu'à 25 mm. Pour une surface de contact S déterminée, la dissipation de l'énergie vibratoire par frottement est maximale pour une valeur déterminée de pression de contact entre tôles. Cette valeur maximale, et donc optimale, peut être déterminée par exemple expérimentalement pour une structure à souder déterminée. Avec la surface de la couronne de diamètre intérieur d'environ 6 mm et de diamètre extérieur d'environ 10 mm, la pression de la zone de contact permanent varie de 0,01 MPa à 1 MPa selon les caractéristiques des tôles à souder. La figure 5 représente schématiquement un dispositif permettant de créer, par application d'une pression, une zone de contact permanent 50, de forme annulaire, entre deux tôles 51 et 52 à souder électriquement l'une avec l'autre par un ou plusieurs points de soudure. Deux électrodes de soudage 53 et 54 sont fixées en regard l'une de l'autre dans des châssis ou enceintes respectivement 55 et 56. Des moyens non représentés permettent de déplacer les électrodes pour les amener en contact des éléments à souder, à l'endroit où le point de soudure doit être réalisé, puis pour les écarter desdits éléments. Une source de courant électrique (non représentée) alimente les électrodes pour réaliser la soudure. Situés autour des électrodes et en partie à l'intérieur des châssis 55 et 56, deux pistons mobiles 57 et 58, de forme annulaire, se font face. Les châssis et les pistons sont isolés électriquement des électrodes de soudage. Les pistons 57 et 58 peuvent coulisser dans les châssis respectivement 55 et 56, autour des électrodes 53 et 54, entre une position ouverte illustrée sur la figure 5, les pistons n'étant pas en contact avec les tôles à souder, et une position de serrage dans laquelle les pistons exercent une pression de contact sur les tôles, créant ainsi la zone de contact permanent 50 autour du point de soudure. Le mouvement des pistons peut par exemple être piloté par un système à vérins hydrauliques ou par un système pneumatique. Le système hydraulique ou pneumatique est avantageusement asservi à la pression appliquée sur les pistons mobiles lorsqu'ils sont en position de serrage. Cet asservissement est utilisé pour obtenir précisément le champ de pressions de contact souhaité dans la zone de contact permanent 50. Les pressions de contact résultantes dépendent de l'effort appliqué sur les pistons mobiles et de la rigidité des plaques à souder. Selon un autre mode de réalisation non représenté, l'un des pistons mobiles 57 ou 58 est remplacé par un support fixe sur lequel repose l'une des tôles 51 ou 52 placée en regard de cette partie fixe. La pression créant la zone de contact permanent est alors exercée par le piston restant 57 ou 58, les tôles étant maintenues pressées entre le piston et le support fixe. La figure 6 illustre un mode de réalisation du procédé conforme à la présente invention, selon lequel une zone de contact permanent est créée par application d'une pression de contact: pendant la phase de forgeage (refroidissement du métal fondu entraînant Ile soudage des tôles) . Le procédé est illustré à l'aide du dispositif de la figure 5. Les phases d'accostage (figure 6a) et de soudage (figure 6b) sont identiques à celles du procédé de l'art antérieur illustré sur les figures 2a et 2b. L'application de la pression de contact est réalisée pendant la phase de forgeage illustrée sur la figure 6c. Les pistons mobiles 57 et 58 sont approchés des tôles à souder 50 et 51 jusqu'au contact. Le système hydraulique ou pneumatique applique alors une pression P sur la surface S des tôles entourant le point de soudure. Les tôles sont alors mises en contact, créant une zone de contact permanent 50 et générant un champ de pressions de contact à l'interface entre les deux tôles. Le temps d'application des pressions est d'environ 10 ms à 300 ms. Le cycle de soudage se termine par la remontée des électrodes 53 et 54 et des pistons mobiles 57 et 58 (figure 6d) puis ces derniers sont remontés à leur position initiale (figure 6e) pour un cycle suivant de création d'un point de soudure électrique. La figure 7 illustre un autre mode de réalisation du procédé conforme à la présente invention, selon lequel une zone de contact permanent est créée par application d'une pression de contact après la phase de forgeage. Les phases d'accostage (figure 7a), de soudage (figure 7b) et de forgeage (figure 7c) sont identiques à celles du procédé de soudage de l'art antérieur illustrées sur les figures 2a, 2b et 2c. Après le cycle de forgeage (figure 7c), les électrodes 53 et 54 sont remontées comme illustré sur les figures 7d à 7f. L'application de la pression de contact est réalisée après la phase de forgeage. Les pistons mobiles 57 et 58 sont approchés des tôles à souder jusqu'au contact (figure 7d). Le système hydraulique ou pneumatique applique alors une pression P sur la zone des tôles entourant les électrodes. Le temps d'application des pressions est comme précédemment d'environ 10 ms à 300 ms. Les tôles sont alors mises en contact, créant une zone de contact permanent 50 et générant ainsi un champ de pressions de contact à l'interface entre les deux tôles. Le cycle de soudage se termine par la remontée des électrodes 53 et 54 et des pistons mobiles 57 et 58 (figure 7e), puis ces derniers sont remontés à leur position initiale (figure 7f) pour un cycle suivant de création d'un point de souclure électrique. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et des variantes d'exécution peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la zone de contact permanent peut être de forme quelconque, pour autant qu'elle absorbe efficacement les vibrations. Le dispositif de création d'une zone de contact permanent peut comporter des mécanismes différents d'un ou de deux pistons de forrne annulaire. Tout mécanisme approprié, à la portée de l'homme du métier, qui permet de créer une zone de contact permanent avec un champ de pressions de contact, peut être envisagé. De même, les modes de réalisation décrits concernent des tôles à souder entre elles: l'invention s'applique bien entendu à tous les éléments à souder entre eux par points de soudure électrique et pour lesquels l'absorption totale ou partielle d'énergie vibratoire est recherchée. Comme indiqué précédemment, le nombre des éléments à souder entre eux n'est pas limité à deux, mais peut être trois, quatre ou plus. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudure électrique d'éléments (30, 31, 51, 52) entre eux selon lequel on réalise au moins un point de soudure (32) en faisant passer un courant électrique entre deux électrodes (53, 54) encadrant lesdits éléments à souder et venant en contact avec lesdits éléments, ledit procédé étant caractérisé par la création d'une zone de contact permanent (35, 50) desdits éléments entre eux à proximité immédiate dudit point de soudure. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite zone de contact (35, 50) entoure ledit point de soudure. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'une pression est appliquée sur ladite zone (35, 50) créant ainsi un champ de pressions de contact dans ladite zone. 4. Procédé selon la revendication 3 selon lequel le passage du courant électrique créant la soudure est suivi par une étape de refroidissement de la zone soudée, caractérisé en ce que ladite pression est appliquée pendant ladite étape de refroidissement. 5. Procédé selon la revendication 3 selon lequel le passage du courant électrique créant la soudure est suivi par une étape de refroidissement de la zone soudée, caractérisé en ce que ladite pression est appliquée après ladite étape de refroidissement. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que la valeur de ladite pression est choisie, pour une surface de zone de contact déterminée, de façon à rendre sensiblement maximale la dissipation d'énergie vibratoire par ladite zone de contact. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la valeur de ladite pression est choisie entre 0,01 Mpa et 1 Mpa. 8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7 caractérisé en ce que ladite zone de contact (35, 50) a sensiblement la forme d'un anneau de diamètre intérieur supérieur à 4 mm et de diamètre extérieur inférieur à 25 mm. 9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 8 caractérisé en ce que ladite pression est appliquée pendant un espace de temps compris entre 10 à 300 ms. 10. Dispositif de soudure électrique par point d'éléments (51, 52) entre eux, pour la mise en oeuvre du procédé défini à l'une des revendications précédentes, ledit dispositif comportant deux électrodes de soudage (53, 54) se faisant face et entre lesquelles peuvent être positionnés lesdits éléments à souder, des moyens de déplacement desdites électrodes pour les amener en contact desdits éléments à souder à l'endroit où le point de soudure doit être réalisé puis pour les écarter desdits éléments, et une source de courant électrique pour alimenter lesdites électrodes, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (57, 58) pour appliquer une pression de contact au voisinage dudit point de soudure de façon à créer une zone de contact permanent (50). 11. Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que lesdits moyens pour appliquer une pression de contact comportent au moins un piston mobile (57ou 58) entre une position ouverte et une position de serrage pour laquelle lesdits éléments à souder sont pressés l'un contre l'autre entre ledit piston et un support fixe, créant ainsi ladite zone de contact. 12. Dispositif selon la revendication 11 caractérisé en ce que ledit piston entoure l'une desdites électrodes. 13. Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que lesdits moyens pour appliquer une pression de contact comportent deux pistons (57, 58) se faisant face, chacun d'eux étant à proximité immédiate de l'une desdites électrodes (53, 54) et mobile entre une position ouverte et une position de serrage pour laquelle lesdits pistons pressent lesdits éléments l'un contre l'autre de façon à créer ladite zone de contact (50). 14. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que lesdits pistons (57, 58) ont chacun une forme sensiblement annulaire, chacun d'eux entourant l'une desdites électrodes (53, 54).