Brevet FR2934965A1 — publié le 20100219

LIAISON ENTRE UN PROFILE TUBULAIRE EN ACIER ET UNE PIECE STRUCTURELLE EN ALUMINIUM La présente invention se rapporte à un dispositif de liaison entre un profilé tubulaire en acier et une pièce structurelle en aluminium, dans laquelle une région extrême dudit profilé est emboîtée dans un évidement de ladite pièce structurelle, et est reliée partiellement à ladite pièce. D'après le brevet DE-B4-195 19 576, une liaison de ce genre fait partie de l'art antérieur. Dans ce cas, une région extrême du profilé tubulaire, emboîtée avec espacement radial dans un évidement d'une pièce structurelle en forme de douille, possède deux surfaces de butée en forme d'anneaux circulaires qui sont disposées à distance axiale l'une de l'autre, sont pressées contre des surfaces complémentaires de réalisation correspondante, sur la pièce structurelle, et sont reliées auxdites surfaces par soudage par friction. La face frontale de butée située sur la région extrême, ainsi que la surface complémentaire correspondante située au fond de l'évidement, s'étendent perpendiculairement à l'axe longitudinal du profilé tubulaire. A distance de ces surfaces, ledit profilé présente une collerette radiale sur laquelle est ménagée une surface conique de butée, qui est ensuite pressée frontalement sur la douille, contre une surface conique complémentaire. En se fondant sur l'état de la technique, l'invention a pour objet de réduire le poids d'une liaison instaurée entre un profilé tubulaire en acier et une pièce structurelle en aluminium, tout en recherchant additionnellement une fabrication plus simple. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait qu'au moins une zone réceptrice, comblée d'un métal d'apport, pour soudure ou brasure, dont l'aluminium constitue le matériau de base, est prévue entre la pièce structurelle en aluminium, en particulier en fonte d'aluminium et la région extrême du profilé tubulaire en acier. La température de fusion de l'aluminium et la température de fusion du métal d'apport, comparativement supérieure, gouvernent une entrée en fusion de l'aluminium au voisinage de la zone réceptrice comblée dudit métal d'apport, et donc une jonction soudée précise. En revanche, la température de fusion dudit métal d'apport est inférieure à la température de fusion de l'acier. Cela se traduit, à la limite entre le métal d'apport et la surface du profilé tubulaire, par un effet d'adhérence métallique avec formation d'une phase intermétallique. Cette phase intermétallique est partiellement formée, de préférence, par un revêtement du profilé tubulaire constitué d'étain ou de zinc. Il en résulte une liaison par adhérence métallique entre ledit métal d'apport et ladite surface du profilé. Le comblement de la zone réceptrice par la masse en fusion du métal d'apport base d'aluminium permet d'obtenir, concrètement, un assemblage impeccable par concordance de formes entre le profilé tubulaire en acier et la pièce structurelle en aluminium, notamment en fonte d'aluminium, s'accompagnant d'un phénomène de pénétration sur ladite pièce structurelle, et d'un effet de brasage à la surface dudit profilé tubulaire. La liaison partielle, conforme à l'invention, est notamment appliquée lorsque le profilé tubulaire est réalisé sous la forme d'un élément de torsion d'un essieu arrière directeur composite, et lorsque la pièce structurelle fait partie intégrante d'un support longitudinal de cet essieu arrière. Ledit profilé tubulaire en acier est ensuite relié par les deux extrémités à une pièce structurelle en aluminium, en particulier en fonte d'aluminium, au moyen d'un métal d'apport à base d'aluminium. Dans un perfectionnement avantageux de l'invention, la région extrême du profilé tubulaire peut avantageusement traverser, de manière intégrale, l'évidement façonné dans la pièce structurelle, c'est-à-dire que ledit évidement est conçu comme un trou traversant ladite pièce. Des zones réceptrices, se présentant comme des dépouilles en forme d'anneaux circulaires pratiquées dans la pièce structurelle, sont de préférence formées aux deux extrémités dudit évidement. Lesdites dépouilles possèdent notamment une section transversale en forme de cornière, ce qui donne naissance à de grandes surfaces de soudage, dans la pièce structurelle, en dépit de la liaison partielle instaurée entre ladite pièce et le métal d'apport renfermé par les zones réceptrices. L'effet d'adhérence métallique entre le métal d'apport et la surface du profilé tubulaire est engendré, avec ledit métal d'apport, par les zones disposées à espacement mutuel. Conformément à l'invention, en vue d'accroître davantage encore l'effet de contre-butée entre le profilé tubulaire et la pièce structurelle, la région extrême dudit profilé peut être de réalisation ovale. L'évidement façonné dans ladite pièce peut, de façon correspondante, présenter une configuration ovale. Selon une autre caractéristique de réalisation avantageuse de l'invention, 35 la région extrême du profilé tubulaire peut être judicieusement pourvue d'une collerette faisant saillie dans le sens radial et être emboîtée, par cette collerette, dans une rainure annulaire de la pièce structurelle. La zone réceptrice, dédiée au métal d'apport, peut alors être avantageusement formée par la surface extérieure de la région extrême, par la face interne attenante de la collerette, et par la surface intérieure de la paroi extérieure de la rainure annulaire qui est tournée vers ladite région extrême. Grâce à la présence de ladite rainure pratiquée dans ladite pièce, un embout de ladite pièce pénètre dans la région extrême. Ledit embout peut être constitué d'un matériau massif, ou être muni d'une discontinuité longitudinale. Conformément à l'invention, la collerette est avantageusement coudée à angle droit et la rainure annulaire est également dotée d'une section transversale rectangulaire, de façon correspondante. Selon l'invention, la collerette peut toutefois aussi être avantageusement cintrée en forme de pavillon. La surface intérieure de ladite collerette cintrée en pavillon peut alors se trouver en applique contre une surface complémentaire, de configuration correspondante, de la rainure annulaire façonnée dans la pièce structurelle. Toutefois, il est également concevable que la face frontale de ladite collerette soit uniquement en appui dans une rainure annulaire en forme de cornière, auquel cas la pièce structurelle présente de préférence une réalisation creuse. Pour finir, conformément à l'invention, en vue d'obtenir une liaison meilleure entre le métal d'apport et le profilé tubulaire, il peut s'avérer commode qu'au moins une creusure soit prévue dans la surface extérieure de la région extrême dudit profilé, au voisinage de la zone réceptrice. Plusieurs creusures sont, de préférence, agencées avec répartition sur le pourtour. La surface de contact, entre la région extrême du profilé et le métal d'apport, s'en trouve ainsi agrandie concernant l'effet d'adhérence métallique recherché. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'une liaison entre un profilé tubulaire en acier et une pièce structurelle en aluminium ; la figure 2 illustre, à échelle agrandie, le détail II de la figure 1 ; la figure 3 est une demi-coupe longitudinale verticale d'une autre forme de réalisation d'une liaison entre un profilé tubulaire en acier et une pièce structurelle en aluminium ; la figure 4 est une coupe longitudinale verticale d'une troisième forme de réalisation d'une liaison entre un profilé tubulaire en acier et une pièce structurelle 35 en aluminium ; la figure 5 est une demi-coupe longitudinale verticale d'une quatrième forme de réalisation d'une liaison entre un profilé tubulaire en acier et une pièce structurelle en aluminium et la figure 6 représente, à échelle agrandie, le détail VI des figures 2 et 5. Sur la figure 1, la référence numérique 1 désigne une liaison établie entre un profilé tubulaire 2 en acier et une pièce structurelle 3 en aluminium. Ledit profilé 2 matérialise alors, de préférence, le profilé de torsion d'un essieu directeur arrière composite d'un véhicule automobile, par ailleurs non illustré en détail, tandis que la pièce 3 fait partie intégrante d'un support longitudinal de cet essieu arrière, fabriqué en fonte d'aluminium. Comme représenté, le profilé 2 est relié à chacune des deux extrémités à une pièce structurelle 3. Comme le met en lumière l'illustration à échelle agrandie de la figure 2, chaque région extrême 4 du profilé tubulaire 2 est munie d'une collerette radiale 5 coudée à angle droit. Ladite collerette 5 est emboîtée dans une rainure annulaire 6 de la pièce structurelle 3 revêtant partiellement la forme d'un profilé creux, jusqu'à venir buter contre un fond 7 de ladite rainure 6. La collerette 5 est coiffée par une paroi extérieure 8 de la rainure 6, tandis qu'un embout 10, doté d'un alésage 9, s'engage dans la région extrême 4. La surface extérieure Il de la région extrême 4 du profilé tubulaire 2, la face intérieure attenante 12 de la collerette 5 et la surface intérieure 13 de la paroi extérieure 8 de la rainure annulaire 6, tournée vers ladite région extrême 4, forment une zone réceptrice 14 comblée d'un métal d'apport 15 à base d'aluminium. Les températures de fusion dudit métal d'apport 15 pour soudure, de la pièce structurelle 3 en aluminium et du profilé tubulaire 2 en acier gouvernent une fusion intime sur la surface de contact entre ledit métal d'apport 15 et ladite pièce 3 ; cependant qu'un effet de brasage est provoqué entre ledit métal d'apport 15 et la surface 11 dudit profilé 2, ainsi qu'entre ledit métal d'apport et la face intérieure 12 de la collerette 5. Un aspect important consiste alors en ce que la surface 11 de la région extrême 4, et également la face intérieure 12 de la collerette 5, sont pourvues d'un revêtement métallique non illustré sur les dessins, de préférence à base d'étain ou de zinc, ce qui forme, sur ladite surface 11 et sur ladite face intérieure 12, une phase intermétallique qui autorise un effet d'adhérence métallique avec le métal d'apport 15 et confère, de la sorte, une liaison d'assemblage suffisamment stable vis-à-vis du profilé tubulaire 2. La région extrême 4 du profilé tubulaire 2 peut être de réalisation circulaire, voire également ovale. La rainure annulaire 6 est adaptée en conséquence. La figure 3 montre une liaison la entre un profilé tubulaire 2a en acier et une pièce structurelle 3a en aluminium, de préférence en fonte d'aluminium, liaison dans laquelle une collerette 5a, cintrée en forme de pavillon, fait corps avec une région extrême 4a dudit profilé 2a. Une extrémité frontale 16 de ladite collerette 5a se niche dans une rainure annulaire 6a en forme de cornière, pratiquée dans la pièce structurelle 3a. Ladite pièce 3a est percée d'un trou traversant 17. Une zone réceptrice 14a, conçue pour être comblée d'un métal d'apport 15 à base d'aluminium, est prévue entre une surface extérieure 11 a de la région extrême 4a, une face extérieure 18 de la collerette 5a, et une face intérieure 19 de la rainure 6a. Cette liaison la provoque de nouveau une soudure entre la pièce structurelle 3a et le métal d'apport 15, ainsi qu'un effet d'adhérence métallique dudit métal d'apport 15 avec la surface 1 la de la région extrême 4a du profilé 2a, ainsi qu'avec la face extérieure 18 de la collerette 5a. Une liaison lb illustrée sur la figure 4, instaurée entre un profilé tubulaire 2b en acier et une pièce structurelle 3b en aluminium, de préférence en fonte d'aluminium, correspond amplement à celle de la figure 3. Une différence consiste uniquement en ce que ladite pièce 3b est de réalisation compacte, sachant qu'une collerette 5b cintrée en forme de pavillon, façonnée sur une région extrême 4b dudit profilé 2b, est en applique contre une paroi intérieure 20, de configuration correspondante, d'une rainure annulaire 6b pratiquée dans ladite pièce 3b. Une zone réceptrice 14b, dédiée à un métal d'apport 15 à base d'aluminium, est formée entre une surface extérieure 21 de la collerette 5b, un embout 22 de la pièce structurelle 3b, une surface extérieure 11b de la région extrême 4b et une face intérieure 23 de la rainure annulaire 6b qui occupe une position radialement extérieure. Ledit métal d'apport 15 subit une liaison intime par fusion avec le matériau de la pièce 3b, cependant qu'un effet d'adhérence métallique s'exerce vis-à-vis du profilé tubulaire 2b grâce à la présence d'un revêtement extérieur, notamment en étain ou en zinc. Une liaison 1c représentée sur la figure 5, instaurée entre un profilé tubulaire 2e en acier et une pièce structurelle 3c en aluminium, de préférence en fonte d'aluminium, révèle qu'une région extrême 4c dudit profilé 2c traverse intégralement un évidement 24 pratiqué dans ladite pièce 3c. En d'autres termes, un tronçon 25 de ladite région extrême 4c fait saillie au-delà de la pièce 3c. L'évidement 24 est adapté à la section transversale de ladite région extrême 4c (circulaire ou ovale). Des zones réceptrices 14e en cornière, se présentant comme des dépouilles en forme d'anneaux circulaires, sont formées aux deux extrémités dudit évidement 24. Lesdites zones sont conçues pour être comblées d'un métal d'apport 15 à base d'aluminium. Dans cette forme de réalisation également, une surface llc de la région extrême 4c est pourvue d'un revêtement renfermant de l'étain ou du zinc. Ledit métal d'apport 15 subit une liaison intime par fusion avec la pièce structurelle 3c, tandis qu'un effet d'adhérence métallique est exercé, sur la région extrême 4c, par une phase intermétallique. Une observation des figures 2, 5 et 6 atteste, par ailleurs, qu'au moins une creusure 26 (moulure rentrante) est prévue dans la surface extérieure Il, llc de la région extrême 4, 4c du profilé tubulaire 2, 2c, au voisinage des zones réceptrices 14, 14c, en vue d'agrandir la surface de contact entre le métal d'apport 15 et ledit profilé fo 2, 2c. Plusieurs creusures 26 peuvent être réparties sur le pourtour. Cela permet d'accroître l'effet d'adhérence métallique entre le métal d'apport 15 et la région extrême 4, 4c du profilé tubulaire 2, 2c. Des creusures 26 peuvent également être prévues dans les liaisons la et lb, au voisinage des zones réceptrices 14a, 14b. 15 Il va donc de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la liaison décrite et représentée, sans sortir du cadre de l'invention. Liste des références numériques : 1, la, lb, le liaison 20 2, 2a, 2b, 2c profilé tubulaire 3, 3a, 3b, 3c pièce structurelle 4, 4a, 4b, 4c région extrême du profilé 5, 5a, Sb, 5c collerette sur la région extrême du profilé 6, 6a, 6b, 6c rainure annulaire dans la pièce structurelle 25 7 fond de la rainure annulaire paroi extérieure de la rainure annulaire 9 alésage dans l'embout embout sur la pièce structurelle 11, 1 la, 1 lb, llc surface extérieure de la région extrême du profilé 12 face intérieure de la collerette 13 surface intérieure de la paroi extérieure de la rainure annulaire 14, 14a, 14b, 14c zone réceptrice métal d'apport 16 extrémité frontale de la collerette 35 17 trou traversant dans la pièce structurelle face extérieure de la collerette REVENDICATIONS- 1. Liaison entre un profilé tubulaire (2 ; 2a 2b ; 2c) en acier et une pièce structurelle (3 ; 3a ; 3b ; 3e) en aluminium, dans laquelle une région extrême (4 ; 4a ; 4b ; 4c) dudit profilé (2 ; 2a 2b ; 2c) est emboîtée dans un évidement (6 ; 6a ; 6b ; 24) de ladite pièce structurelle (3 ; 3a ; 3b ; 3c), et est reliée partiellement à ladite pièce (3 ; 3a 3b ; 3c), liaison caractérisée par le fait qu'au moins une zone réceptrice (14 ; 14a ; 14b ; 14e), comblée d'un métal d'apport (15) pour soudure ou brasure dont l'aluminium constitue le matériau de base, est prévue entre ladite pièce structurelle (3 ; 3a ; 3b ; 3c) et ladite région extrême (4 ; 4a ; 4b ; 4e) dudit profilé tubulaire (2 ; 2a ; 2h ; 2e). 2. Liaison selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la région extrême (4e) du profilé tubulaire (2e) traverse intégralement l'évidement (24) façonné dans la pièce structurelle (3c) et des zones réceptrices (14e), se présentant comme des dépouilles en forme d'anneaux circulaires, sont prévues aux deux extrémités dudit évidement (24). 3. Liaison selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la région extrême (4c) du profilé tubulaire (2c) est de réalisation ovale. 4. Liaison selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la région extrême (4 ; 4a ; 4b) du profilé tubulaire (2 ; 2a ; 2b) est munie d'une collerette (5 ; 5a ; 5b) faisant saillie radialement, et est emboîtée dans une rainure annulaire (6 ; 6a ; 6b) de la pièce structurelle (3 ; 3a ; 3b), la zone réceptrice (14 ; 14a ; 14b ; 14e) étant formée par la surface extérieure (Il ; Il a ; 11b) de ladite région extrême (4 ; 4a ; 4b), par la face attenante (12 ; 18 ; 21) de ladite collerette (5 ; 5a ; 5b), et par la surface intérieure (13 ; 19 ; 23) de ladite rainure annulaire (6 ; 6a ; 6b) qui est tournée vers ladite région extrême (4 ; 4a ; 4b). 5. Liaison selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la collerette (5) est coudée à angle droit, et la rainure annulaire (6) présente une section transversale rectangulaire. 6. Liaison selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la collerette ; 5b) est cintrée en forme de pavillon. 7. Liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu'au moins une creusure (26) est prévue dans la surface extérieure (11 ; lla; llb; 11 c) de la région extrême (4 ; 4a ; 4b ; 4c) du profilé tubulaire (2 ; 2a 2b ; 2c), au voisinage d'une zone réceptrice (14 ; 14a ; 14b ; 14e).