Brevet FR2981866A1 — publié le 20130503

Assemblage serti-collé aluminium-acier, notamment pour pavillon de véhicule et procédé de fabrication La présente invention concerne le sertissage-collage de deux pièces 5 métalliques structurelles de véhicule automobile, et notamment la fabrication d'un pavillon de véhicule automobile. Afin d'alléger les caisses des véhicules, il est connu de remplacer l'acier de certaines pièces d'automobiles par de l'aluminium. C'est notamment le cas des pièces de peau comme les panneaux de pavillons. 10 L'aluminium présente un coefficient de dilatation bien plus élevé que celui de l'acier sur lequel il doit être fixé, et cela impose des solutions particulières de fixation. Une des solutions, illustrée notamment par le document EP 1 845 013, consiste à prévoir une partie du pavillon en aluminium sous 15 forme d'une pièce de géométrie relativement flexible, par exemple grâce à des plis ou vagues formées par la surface, en association avec un collage d'épaisseur constante. Cela peut présenter un inconvénient sur le plan esthétique. De même, une telle solution est incompatible avec un passage en étuve de cataphorèse. 20 Une autre solution, connue par le document FR 2 869 010, consiste à assembler le panneau de toit en aluminium à un cadre support également en aluminium, lui-même relié à la superstructure en acier par un cordon de colle s'étendant sur toute la périphérie du cadre. Le panneau d'aluminium est relié au cadre d'aluminium par un sertissage des bords correspondants 25 sur toute la périphérie et un collage disposé dans une indentation du profil du cadre, la colle jouant un rôle de calage souple du panneau de toit. Cette solution est plus complexe et coûteuse. La Demanderesse envisage d'assembler directement un panneau de pavillon en aluminium à la structure de caisse en acier par une technique de 30 soudo-brasage laser le long des côtés du pavillon ; cette technique induit des contraintes thermiques et il faut donc permettre au pavillon de se dilater pour limiter les déformations ; l'extrémité avant du pavillon peut être fixée à la structure par collage et clinchage ; il est donc souhaitable d'assembler l'extrémité arrière du pavillon en aluminium à la gouttière arrière en acier par un sertissage et un collage pour obtenir des caractéristiques mécaniques suffisantes. La figure 1 décrit une section standard de sertissage-collage destinée à l'assemblage d'une pièce d'aluminium 1 à une pièce d'acier 2. La pièce 1 présente initialement à son extrémité un bord 3' (représenté en tirets) perpendiculaire à la surface de la pièce ; on dépose une couche de colle semi-structurelle 4 sur la surface de la pièce 1 et on applique sur cette surface l'extrémité plane 5 de la pièce 2, parallèle à la pièce 1 dans cette région ; la surface de l'extrémité 5 écrase en partie la colle 4' déposée entre les deux pièces. On vient ensuite rabattre le bord relevé 3' pour qu'il devienne le bord rabattu de sertissage 3, ce qui écrase encore plus la colle 4'. On termine en déposant un joint de mastic anticorrosion 6 au niveau du joint entre le bord rabattu 3 et la pièce 2. La dilatation différentielle entre l'aluminium de la pièce 1 et l'acier de la pièce 2 pose un problème lors des traitements thermiques subis par l'assemblage pendant des étapes ultérieures de fabrication, notamment lors du passage en étuve de cataphorèse (à une température de l'ordre de 180-195°C) et de peinture. À ces températures élevées, l'allongement linéaire de l'aluminium génère des contraintes importantes dans la liaison ainsi que des déformations plastiques entraînant une dégradation de la qualité perçue. Par ailleurs, il s'avère que la liaison de colle risque de se rompre. Le problème que l'invention cherche à résoudre est de remédier à ce risque de rupture de la liaison de colle semi-structurelle au niveau de l'assemblage serti-collé entre pièce d'aluminium et pièce d'acier, lors d'un 25 traitement thermique. L'invention atteint son but en proposant un assemblage serti-collé d'une pièce d'acier dans une pièce d'aluminium, comprenant une première pièce comportant une première surface de liaison et un bord rabattu sertissant une seconde pièce comportant une seconde surface de liaison 30 disposée en regard de la première surface de liaison, une colle semistructurelle étant interposée entre la première surface de liaison et la seconde surface de liaison, caractérisé en ce que la seconde pièce comporte au niveau de la seconde surface de liaison une première zone plane sensiblement au contact de la première surface de la liaison et une seconde zone en relief écartée du contact et ménageant un volume et une hauteur suffisante pour disposer un joint de colle semi-structurelle épais. Par joint de colle épais, on entend un joint de colle d'une épaisseur typiquement supérieure à 0,4 mm et de préférence supérieure à 0,7 mm, par 5 exemple un joint de colle d'une épaisseur voisine de 1 mm. La Demanderesse a en effet pu rapporter la cause des ruptures observées dans l'assemblage serti-collé décrit plus haut à la minceur du joint de colle écrasé par les deux surfaces en regard au niveau du sertissage, souvent inférieur à 0,3 mm, voire 0,2 mm, ce qui ne permet pas un allongement en cisaillement 10 suffisant et provoque donc la rupture à chaud de la liaison collée. Au contraire, le joint de colle conforme à l'invention qui est maintenu relativement épais en étant logé dans un relief incompressible de la surface de liaison peut supporter ce cisaillement lors de l'allongement différentiel de la structure, sans se rompre. 15 Le relief de la seconde surface de liaison est obtenu par un enfoncement, une cavité formant entretoise, ou un soyage ou gorge de la seconde surface de liaison. Ce relief peut se situer dans l'assemblage sous le bord rabattu ou en dehors du bord rabattu. La colle semi-structurelle utilisée est une colle à fort taux 20 d'allongement, permettant de réaliser une liaison glissante sans risque de rupture durant les différents cycles thermiques. La colle semi-structurelle est une colle polymérisable à chaud. En pratique, elle est destinée à être polymérisée lors du cycle thermique de cataphorèse. Avantageusement, on utilise une colle à base élastomère, avec un pourcentage d'allongement à la 25 rupture supérieur à 15% et un résultat au test T/C (essai classique de traction-cisaillement) supérieur à 5 MPa. Du fait qu'avant la polymérisation de la colle, la liaison sertie n'est pas nécessairement suffisante pour garantir la géométrie de l'assemblage durant les manipulations dans le déroulement de la fabrication en tôlerie, 30 l'assemblage serti-collé fait avantageusement l'objet d'une liaison supplémentaire anticipée par chauffage inductif. Cette liaison est avantageusement ponctuelle, réalisée par induction mono-accès pour prépolymériser localement le joint de colle. La section du profilé de sertissage permet l'accès de l'inducteur du côté de la pièce d'acier, ce qui 35 facilite un bon bouclage des lignes de champs magnétiques dans l'acier et évite de marquer la pièce d'aluminium. L'effet est encore amélioré si l'on prévoit également un inducteur du côté de la pièce en aluminium, on un seul ensemble d'inducteur à deux branches qui passent de part et d'autre de la pièce. Avantageusement, on réalise au même poste le sertissage à la molette et la prépolymérisation par induction. Ce poste est de préférence un double poste permettant de procéder sur l'un au sertissage tandis que sur l'autre on procède au chauffage inductif. L'invention peut s'appliquer à divers assemblages mixtes aluminium/acier qu'on peut trouver sur un véhicule, comme un capot, une porte avant, une porte arrière ou une porte de coffre. Mais une application préférentielle est l'assemblage d'un panneau de pavillon en aluminium à la structure de caisse en acier, notamment au niveau de l'assemblage du côté arrière du pavillon avec la gouttière arrière en acier. Les côtés latéraux du pavillon sont avantageusement assemblés à la structure par soudobrasage laser et le côté avant par collage clinchage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un exemple de réalisation. Il sera fait référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un assemblage serti- collé de l'art antérieur, qui a déjà été décrite. La figure 2 est une vue en perspective d'un pavillon de véhicule automobile et de la gouttière arrière à laquelle il est assemblé par sertissage-collage conformément à l'invention. Les figures 3 à 5 sont des vues schématiques en coupe de trois exemples de réalisation d'assemblage par sertissage-collage conformes à l'invention. La figure 2 montre un pavillon 10 de véhicule automobile comportant un panneau d'aluminium 11 assemblé à sa partie arrière à une gouttière d'acier 12 par un sertissage-collage conforme à l'invention. Trois exemples de réalisation de l'assemblage sont représentés sur les figures 3, 4 et 5. Toutes montrent la pièce en aluminium 11 sertissant grâce à son bord rabattu 13 l'extrémité 15 de la pièce d'acier 12. Les deux pièces 11 et 12 comportent, au niveau de l'assemblage, deux surfaces de liaison en regard : une première surface de liaison 20, plane, est définie par la surface de la première pièce 11, dans la région de l'assemblage ; une seconde surface de liaison est définie sur la surface en regard de la seconde pièce 12 par, d'une part, une région plane 21 en contact avec la surface 20, et d'autre part, une seconde région 22, à distance de ladite surface 20, cette distance résultant de reliefs 23, cavités ou enfoncements localisés ou gorges (figures 4 et 5) ou soyage (figure 3), formés dans la pièce 12 par rapport à la région plane 21. Ce relief 23 peut se situer en dehors de la région couverte par le bord rabattu 13, comme dans la figure 3, ou au contraire dans cette région, comme dans les figures 4 et 5. Ce relief 23 ménage donc une hauteur non compressible et un volume dans lequel on peut disposer le joint épais 24 de colle semi-structurelle, typiquement de l'ordre d'un millimètre. Ce joint 24 conserve son épaisseur et n'est pas affecté par le sertissage. Il sera complètement réticulé lors du passage de la pièce en étuve de cataphorèse. Par ailleurs, le profil d'assemblage est tel que le relief 23 est situé dans une zone du bord de l'assemblage directement accessible à un outil inductif des deux côtés du volume formé, c'est-à-dire tant du côté de la pièce d'aluminium 11 (partie supérieure des figures 3 à 5) que du côté de la pièce d'acier 12 (partie inférieure), malgré la partie en caisson 12' (figure 5) qui bloque le passage de l'outil au-delà. L'outil inductif doit nécessairement être placé du côté de la tôle d'acier 12 pour permettre la réticulation souhaitée. Toutefois, une expérimentation a permis de montrer qu'il est avantageux de placer deux outils inductifs 30 et 30' de chaque côté de l'assemblage (cf. figure 5). Selon un premier type d'essais, un outil inductif 30 (respectivement 30'), présentant une tête d'induction 31 (respectivement 31') et des moyens d'énergisation 32(respectivement 32'), est amené par le côté de façon à présenter la tête d'induction 31 au voisinage de la colle à prépolymériser, dans la volume formé par le relief 23. La tête 31 est placée du côté de la pièce d'acier 12. Des essais faits avec un matériel de marque MINAC 6/10 ont montré que pour un entrefer de 4 mm et un cycle de chauffe dans le joint de colle de 170°C pendant 1 minute, on obtient dans l'acier induit une température de peau de 300°C et la colle 24 commence à réticuler à coeur. Mais la température du côté aluminium ne dépasse pas les 150°C et la colle 24 risque de ne pas être polymérisée de ce côté. Selon un second type d'essais, si on place l'outil inductif 30' du côté de l'aluminium, avec un entrefer plus réduit de 2 mm (la zone est plus facile d'accès), le même cycle de chauffe et la même fréquence permettent d'induire directement l'aluminium (vérification par thermographie infrarouges) avec une élévation de température de 70°C. Un tel échauffement est naturellement insuffisant pour polymériser la colle 24, mais il permet d'assurer une barrière thermique et limite la diffusion thermique par l'aluminium. L'outil inductif préféré combine donc les outils 30 et 30' pour chauffer simultanément les deux substrats 11 et 12. Bien que la figure 5 représente deux outils distincts, il est possible de présenter devant l'assemblage (du côté gauche de la figure) un outil unique à moyens d'énergisation 32' uniques et présentant un étrier d'induction à deux branches passant de part et d'autre de la pièce. Le processus de fabrication du pavillon conforme à l'invention se déroule en partie à un poste de sertissage-collage et comprend la préparation de la gouttière arrière, la préparation de la peau de pavillon et son encollage, le dépôt des deux pièces sur l'un de deux postes de sertissage à la molette. L'opération de prépolymérisation par induction est réalisée sur l'autre des deux postes de sertissage à la molette. Les inducteurs sont montés sur des abattants pour permettre l'accès de la molette de sertissage au profilé. Il y a, sur une largeur de pavillon, par exemple cinq inducteurs doubles. Le cycle de chauffe sur un poste est réalisé en temps masqué pendant le sertissage du second pavillon sur le second poste de sertissage ; le doublement de ces postes permettant de tenir compte du temps de prépolymérisation, à savoir 60s de chauffe + refroidissement. Une fois assemblé de la sorte, l'ensemble du pavillon 10 est évacué du poste de sertissage-collage et subit les étapes suivantes de fabrication, notamment le passage en étuve de cataphorèse à une température de l'ordre de 180°C, la mise en place d'un mastic d'étanchéité 26 (représenté uniquement sur la figure 3) pour étancher l'extrémité du bord rabattu et un passage en étuve de l'ordre de 150°C pour le mastic, et un passage en étuve de cuisson de peinture à environ 140°C.35 REVENDICATIONS1. Assemblage serti-collé comprenant une première pièce d'aluminium (11) comportant une première surface de liaison (20) et un bord rabattu (13) sertissant une seconde pièce d'acier (12) comportant une seconde surface de liaison (21, 22) disposée en regard de la première surface de liaison (20), une colle semi-structurelle étant interposée entre la première surface de liaison (20) et la seconde surface de liaison (21, 22), caractérisé en ce que la seconde pièce (12) comporte au niveau de la seconde surface de liaison une première zone plane (21) sensiblement au contact de la première surface de la liaison (20) et une seconde zone (22) en relief (23) écartée du contact et ménageant un volume et une hauteur suffisante pour disposer un joint (24) de colle semi-structurelle épais. 2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint (24) de colle épais est d'une épaisseur supérieure à 0,4 mm et de préférence supérieure à 0,7 mm. 3. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le relief (23) de la seconde surface de liaison (22) est obtenu par un soyage ou gorge de la seconde surface de liaison (22). 4. Assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la colle semi-structurelle est une colle polymérisable à chaud. 5. Assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la colle semi-structurelle est ponctuellement prépolymérisée. 6. Assemblage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pièce d'aluminium (11) est un panneau de pavillon assemblé sur son côté arrière à une gouttière arrière en acier (12). 7. Assemblage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les côtés latéraux du pavillon sont soudobrasés à la structure de caisse du véhicule. 8. Procédé de fabrication d'un assemblage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on réalise une prépolymérisation ponctuelle du joint (24) de colle par chauffage inductif du côté de la pièce en acier (12). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on procède simultanément à un chauffage inductif du côté de la pièce en aluminium (11). 10.Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'on procède au chauffage inductif dans un double poste de sertissage à la molette.15