Brevet FR2983753A1 — publié le 20130614

PROCEDE DE SOUDAGE DE TOLES AU LASER AVEC JEU DE DEGAZAGE. L'invention a trait domaine du soudage des tôles métalliques par faisceau laser, notamment dans le domaine automobile. Le soudage au laser des tôles métalliques est effectué par recouvrement (c'est-à-dire que les tôles se chevauchent), au moyen d'un faisceau monochromatique de puissance émettant dans le domaine de l'infrarouge. On rencontre des problèmes avec ce type de soudage lorsque les tôles sont galvanisées. La température de fusion du zinc étant inférieure à celle de l'acier, le laser provoque une vaporisation du zinc qui est susceptible de former des porosités ou des pollutions au zinc dans le cordon de soudure, au détriment de la tenue mécanique de ce dernier. Une solution connue consiste à ménager un jeu, dénommé « jeu de dégazage », entre les tôles à souder pour permettre le dégazage du zinc dans la zone à souder. Pour former ce jeu, il est connu du brevet français FR 2 731 373 de former des bossages sur l'une des tôles par une opération d'emboutissage pour faciliter le départ des vapeurs dans l'intervalle entre les tôles lors du soudage par le faisceau laser. Cette solution est satisfaisante ; elle a fait ses preuves dans la production automobile, notamment pour la fabrication de portes. Néanmoins, il est apparu nécessaire de la perfectionner. En effet, il ressort de l'expérience de fabrication que le contrôle du jeu de dégazage lors du soudage est important pour la qualité de la soudure. En d'autres termes, la valeur du jeu de dégazage doit être précise, en fonction notamment de l'épaisseur des tôles et de l'épaisseur de la couche de galvanisation. Dans la solution précitée, la précision du jeu de dégazage dépend de la précision de l'emboutissage, qui détermine en effet la hauteur des bossages. Lorsqu'il s'avère que cette hauteur ne convient pas lors du soudage, il est par conséquent nécessaire d'intervenir sur la presse d'emboutissage, pour régler la profondeur de l'emboutissage (lorsque cela est possible), ou encore remplacer les matrices d'emboutissage (lorsque cela est possible). Un objectif est de proposer un procédé de soudage de tôles au laser, qui permette un réglage du jeu de dégazage indépendant de la fabrication des tôles. A cet effet, il est proposé un procédé de soudage de tôles par faisceau laser, l'une au moins des tôles étant munie de bossages formant une surépaisseur sur la tôle ainsi bosselée, ce procédé comprenant une opération d'assemblage des tôles, une opération de maintien des tôles avec entre elles un jeu de dégazage prédéterminé, et une opération de soudage des tôles ainsi maintenues, procédé dans lequel le jeu de dégazage est inférieur à la surépaisseur formée par les bossages, l'opération de maintien des tôles comprenant une opération d'écrasement des bossages jusqu'à égalisation de la surépaisseur avec le jeu de dégazage. Ce procédé peut être appliqué au soudage de tôles de carrosserie d'un véhicule automobile, et notamment au soudage d'une doublure de porte d'un véhicule automobile sur un panneau de porte. Grâce à ce procédé, le réglage du jeu de dégazage est indépendant de la fabrication des tôles, et notamment de l'emboutissage de la tôle bosselée. Le jeu de dégazage peut être réglé finement et ponctuellement, au niveau de chaque bossage. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : le soudage est effectué au trait entre les bossages, les traits de soudage alternant avec les bossages ; - l'opération d'écrasement est conduite au moyen d'une presse à mâchoires, une mâchoire supérieure étant appliquée contre la tôle bosselée au niveau d'un bossage, et une mâchoire inférieure appliquée à l'opposé contre la tôle sous-jacente ; la mâchoire supérieure est dimensionnée pour recouvrir le bossage et prendre appui sur le pourtour non bosselé de celui-ci. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode préféré de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique montrant un panneau de porte et une doublure de porte destinées à être assemblées par soudage laser ; les figures 2 et 3 sont de vues en perspectives illustrant l'assemblage de deux tôles en vue de leur soudage au laser ; Les figures 4 et 5 sont des vues en coupe illustrant le réglage du jeu de dégazage entre les tôles ainsi assemblées ; la figure 6 est une vue en perspective illustrant le soudage des tôles après réglage du jeu de dégazage. Sur la figure 1 est représenté un panneau 1 de porte et une doublure 2 de porte tous deux formés par emboutissage de tôles 3, 4 d'acier galvanisé, cette galvanisation ayant pour fonction de préserver l'acier de la corrosion. La doublure 2 de porte est destinée à être soudée au laser sur le panneau 1 de porte, le long de leurs bords communs, au moyen d'un procédé qui va être décrit ci dessous. Ce procédé, bien qu'applicable à l'assemblage des éléments de carrosserie d'un véhicule automobile (notamment des panneaux de porte et doublures de portes), n'est pas limité à cette application et peut être généralisé à tout assemblage de tôles 3, 4 galvanisées ou plus généralement revêtues d'une couche réalisée dans un matériau dont le point de fusion est plus bas que celui du matériau constitutif de la tôle. Ainsi qu'il est représenté sur la figure 1, l'une 3 des tôles présente un bord sensiblement plan, tandis que l'autre 4 présente un bord bosselé, muni de bossages 5 formés par emboutissage. Sur la figure 1, les bossages 5 présentent un contour sensiblement carré mais ce contour peut être quelconque, notamment circulaire. Ces bossages 5 créent sur une face 6 antérieure de la tôle bosselée une surépaisseur d'une valeur notée H, de sorte que lorsque les tôles 3, 4 sont simplement appliquées l'une contre l'autre, l'écartement entre les tôles 3, 4 est égal à la surépaisseur H (figure 4). Pour permettre leur soudage, les tôles 3, 4 doivent être maintenues avec entre elles un jeu de dégazage prédéterminé, noté J, fonction notamment de l'épaisseur de la couche de galvanisation et de l'épaisseur des tôles 3, 4. Dans leur article « Soudage des tôles d'acier revêtues » paru dans les techniques de l'ingénieur, 2005, vol. BT4, n°BM7771, J. Claeys, T.Dupuy et P.Verrier fournissent une formule empirique permettant de calculer le jeu de dégazage : AVr I = Où : A [s-m-1/2] est une constante fonction des caractéristiques du faisceau laser ; V [m/s] est la vitesse de soudage r [m] est l'épaisseur du revêtement (ici la couche de galvanisation) e [m] est l'épaisseur des tôles. La hauteur H du bossage est volontairement réglée supérieure, à l'emboutissage, au jeu J de dégazage. En d'autres termes, le jeu J de dégazage visé est inférieur à la hauteur H du bossage, auquel est égal l'écartement entre les tôles 3, 4 simplement appliquées l'une contre l'autre en l'absence de serrage. C'est pourquoi le maintien des tôles 3, 4 est accompagné d'une opération d'écrasement des bossages 5 jusqu'à égalisation de la surépaisseur H avec le jeu J de dégazage (moyennant des tolérances de fabrications que l'on peut ici négliger) : H J Concrètement, l'opération d'écrasement est conduite au moyen d'une presse à mâchoires comprenant une mâchoire 7 supérieure appliquée contre la tôle 4 bosselée au niveau d'un (ou de chaque) bossage 5, et une mâchoire 8 inférieure appliquée à l'opposé contre la tôle 3 sous-jacente (non bosselée), au droit du bossage 5, comme illustré sur la figure 2. On voit sur la figure 3 que la mâchoire 7 supérieure au moins (et en pratique les deux mâchoires 7, 8, supérieure et inférieure) est dimensionnée pour recouvrir le bossage 5 et prendre appui sur le pourtour 9 non bosselé de celui-ci, de sorte à permettre l'écrasement de la matière. Le serrage des mâchoires 7, 8 peut être manuel, mais sur les chaînes de fabrication modernes, équipées de presses hydrauliques, ce serrage peut être effectué de manière automatique jusqu'à l'obtention de la valeur souhaitée (égale au jeu J de dégazage) pour l'écartement entre les tôles 3, 4. On a représenté sur la figure 5 l'opération d'écrasement d'un bossage 5, les mâchoires étant rapprochées comme indiqué par les flèches, tandis que la tôle 4 bosselée, initialement dans la configuration en pointillés, est écrasée jusqu'à ce que l'écartement entre les tôles 3, 4 soit sensiblement égal au jeu J de dégazage. Cet écartement peut être réglé au moyen de cales à l'épaisseur du jeu de dégazage, intercalées de manière amovible entre les tôles 3, 4 au voisinage des bossages 5, ce qui facilite le réglage. Une fois ce réglage effectué, en maintenant les tôles 3, 4 ainsi serrées, le soudage peut être réalisé au trait entre les bossages 5 au moyen d'une tête 10 laser, de sorte à alterner les traits 11 (ou cordons) de soudure avec les bossages 5, comme illustré sur la figure 6. Ce procédé présente les avantages suivants. Premièrement, le procédé permet de rendre indépendant le réglage du jeu J de dégazage de la fabrication de la tôle 4 bosselée. Des tolérances de fabrication moins strictes peuvent ainsi être appliquées à l'emboutissage, ce qui simplifie la fabrication (et le réglage des presses d'emboutissage) tout en limitant le rebut. Deuxièmement, le procédé permet de régler finement l'écartement entre les tôles 3, 4 au moment du serrage des tôles, au bénéfice de la précision de fabrication. Troisièmement, le procédé permet d'obtenir une bonne répétabilité du soudage des tôles 3, 4, au bénéfice de la qualité de fabrication.25 REVENDICATIONS1. Procédé de soudage de tôles (3, 4) par faisceau laser, l'une au moins des tôles (3, 4) étant munie de bossages (5) formant une surépaisseur (H) sur la tôle ainsi bosselée, ce procédé comprenant une opération d'assemblage des tôles (3, 4), une opération de maintien des tôles (3, 4) avec entre elles un jeu (J) de dégazage prédéterminé, et une opération de soudage des tôles (3, 4) ainsi maintenues, caractérisé en ce que le jeu (J) de dégazage est inférieur à la surépaisseur (H) formée par les bossages (5), l'opération de maintien des tôles (3, 4) comprenant une opération d'écrasement des bossages (5) jusqu'à égalisation de la surépaisseur (H) avec le jeu (J) de dégazage. 2. Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soudage est effectué au trait entre les bossages (5), les traits (11) de soudage alternant avec les bossages (5). 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'opération d'écrasement est conduite au moyen d'une presse à mâchoires (7, 8), une mâchoire (7) supérieure étant appliquée contre la tôle (4) bosselée au niveau d'un bossage (5), et une mâchoire (8) inférieure appliquée à l'opposé contre la tôle (3) sous- jacente. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la mâchoire supérieure (7) est dimensionnée pour recouvrir le bossage (5) et prendre appui sur un pourtour (9) non bosselé de celui-ci. 5. Application du procédé selon l'une des revendications précédentes au soudage de tôles (3, 4) de carrosserie d'un véhicule automobile. 6. Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 4 au soudage d'une doublure (2) de porte d'un véhicule automobile sur un panneau (1) de porte.