Brevet FR3069797A1 — publié le 20190208

PROCEDE D'ASSEMBLAGE PAR SOUDAGE DE PIECES METALLIQUES L'invention se situe dans le domaine de l'assemblage de pièces de véhicule automobile et concerne en particulier les procédés de soudage de deux pièces métalliques de structure automobile, telles que des pièces de tôle métallique. Il est connu de construire des structures telles que des caisses de véhicule en assemblant différentes pièces métalliques, telles que des tôles en acier, au moyen de points de soudure électrique par résistance. Les caisses de véhicule automobile sont ainsi assemblées à plus de 80 % par des points soudés. Pour ce faire, au moins deux pièces métalliques sont maintenues ensemble au moyen d'une pince assurant une pression ponctuelle et chauffées par passage d'un courant électrique jusqu'à la fusion de la matière au niveau de la zone de contact. Cette technique est donc dépendante de la résistivité des matières, de l'épaisseur de l'assemblage et du diamètre des électrodes formant la pince. Une des problématiques du soudage électrique par résistance est l'effet shunt. Lorsque plusieurs points de soudure sont réalisés successivement, une partie du courant traversant la pièce est dérivée dans une proportion non-négligeable par le ou les points précédemment réalisés. Cette fuite de courant est d'autant plus importante que les points sont rapprochés. La qualité des points réalisés s'en trouve diminuée, ces derniers pouvant en effet être de taille inférieure à la taille requise ou montrer des fissures. Pour pallier ce problème, il faut donc respecter une certaine distance entre deux points de soudure électrique par résistance, par exemple une distance de 30 mm. Il est difficile de réduire cette distance minimale, or sur certaines structures il serait avantageux de pouvoir augmenter la densité des points et donc de les rapprocher. C'est le cas par exemple lorsque l'acier utilisé pour les pièces à assembler est un acier à caractéristiques mécaniques élevées comprenant notamment une faible teneur en carbone, tel qu'un acier à ultra haute limite élastique (UHLE). Ces aciers montrent une structure à grains fins et présentent d'excellentes caractéristiques mécaniques (limite d'élasticité, résistance à la fatigue et résilience) ainsi qu'une bonne aptitude à la mise en forme. De tels aciers sont des matériaux adaptés pour répondre à la problématique d'allègement global du poids des véhicules en vue de la réduction du taux d'émission de CO2, puisqu'ils permettent une réduction de l'épaisseur des produits. Néanmoins cette réduction de l'épaisseur des pièces engendre de nouvelles problématiques au niveau des procédés de soudage afin de pouvoir assurer une tenue aux chocs au moins équivalente à celle des aciers classiquement utilisés. 2 Une solution à ce problème serait d'utiliser d'autres moyens de fixation alternatifs ou en complément comme un vissage de pièces entre elles. Cette solution ne peut pas être retenue pour des raisons de coûts, de finition, de poids du véhicule et de temps de montage. Le soudage électrique par résistance reste une solution économique, rapide et robuste. Pour des 5 raisons de coûts, il serait avantageux de pouvoir conserver un assemblage des pièces par soudage électrique par résistance. La solution consistant à coller les pièces en plus de les souder ne peut pas être retenue non plus pour des raisons de tenue aux chocs. Il serait avantageux de pouvoir trouver une solution qui allie une bonne tenue mécanique incluant la résistance aux chocs, une rapidité, une 10 simplicité d'exécution et qui soit économique. L'invention a pour objectif de répondre à au moins un des problèmes rencontrés dans l'art antérieur en proposant un nouveau procédé et une nouvelle installation pour l'assemblage de pièces métalliques par soudage, telles que des pièces de tôle métallique. A cet effet et selon un premier aspect, l'invention a pour objet un procédé d'assemblage d'au 15 moins deux pièces métalliques remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) préassemblage par soudage électrique par résistance de deux pièces métalliques par au moins un point de soudure électrique dans une zone de soudure, de sorte à former une structure métallique préassemblée ; b) réalisation d'au moins un point de soudure complémentaire par soudage par 20 faisceaux à haute énergie dans ladite zone de soudure. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé est remarquable en ce que : - l'étape a) comprend le préassemblage par soudage électrique par résistance deux pièces métalliques entre elles par au moins deux points de soudure électrique dans une zone de soudure, lesdits points de soudure électrique étant espacés d'une distance d prédéfinie, de 25 sorte à former une structure métallique préassemblée ; et en ce que - l'étape b) comprend la réalisation d'au moins un point de soudure complémentaire par soudage par faisceaux à haute énergie dans ladite zone de soudure, au moins un point de soudure par faisceaux à haute énergie étant intercalé entre lesdits deux points de soudure électrique réalisés à l'étape a). 30 De préférence, la distance entre un point de soudure électrique et un point de soudure complémentaire par faisceaux à haute énergie successifs ou avoisinants est inférieure à une distance d prédéfinie. La distance d étant définie comme la distance minimale à respecter entre deux points de soudure électrique par résistance pour limiter l'effet shunt. De préférence encore, la distance d prédéfinie est d'au moins 20 mm, de préférence d'au moins 25 mm, de préférence encore d'au moins 30 mm et avantageusement d'au moins 35 mm. 3 Comme on l'aura compris à la lecture de la définition qui vient d'en être donnée l'invention propose d'augmenter le nombre de points de soudage dans une zone de soudure donnée en combinant dans cette même zone des points de soudure de types différents tels que des points de soudure par faisceaux à haute énergie et des points soudure électrique. Les points de 5 soudure par faisceaux à haute énergie peuvent être intercalés entre les points de soudure électrique ou être disposés à proximité d'un point de soudure électrique. L'invention est remarquable en ce qu'elle contourne la problématique de l'effet shunt tout en permettant de densifier le nombre de points de soudage au sein d'une zone. L'invention permet donc d'améliorer les propriétés mécaniques de tenue aux chocs de la fixation ainsi obtenue. 10 L'invention est également remarquable en ce qu'en conservant un maximum ou autant que possible les points de soudure électrique, elle permet de limiter les coûts associés au soudage. Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé peut comprendre l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes prises isolément ou selon toutes les combinaisons possibles : L'étape b) comprend la réalisation d'au moins deux points de soudure par faisceaux à 15 haute énergie complémentaires intercalés entre deux points de soudure électrique. La distance entre un point de soudure électrique et le point de soudure par faisceaux à haute énergie le plus proche est inférieure à la distance d entre deux points de soudure électrique successifs ou avoisinants. La distance entre un point de soudure électrique et un point de soudure 20 complémentaire par faisceaux à haute énergie avoisinant ledit point de soudure électrique est inférieure à une distance d prédéfinie, de préférence la distance d est d'au moins 20 mm, de préférence encore d'au moins 30 mm. - Au moins une des pièces métalliques est une pièce en acier, ledit acier étant sélectionné parmi les aciers à haute limite élastique (H LE), les aciers à très haute limite 25 élastique (THLE) ou les aciers à ultra haute limite élastique (UHLE). La structure métallique préassemblée obtenue à l'étape a) comprend ou est une structure creuse, ou forme une caisse de véhicule. - Les étapes a) et b) sont effectuées successivement dans le temps, de préférence sur des postes de soudage différents. 30 - Au moins une des pièces est une pièce de tôle métallique, de préférence toutes les pièces sont des pièces de tôle métallique. - Au moins un point de soudure par faisceaux à haute énergie présente une forme allongée, par exemple sous forme de trait, ou présente une forme de spirale. - Le soudage par faisceaux à haute énergie est un soudage laser. 4 Selon un second aspect l'invention a pour objet une installation pour l'assemblage par soudage d'au moins deux pièces métalliques remarquable en ce qu'elle comprend un poste de soudage électrique par résistance et un poste de soudage par faisceaux à haute énergie, le poste de soudage par faisceaux à haute énergie étant placé en aval du poste de soudage 5 électrique par résistance selon le sens de défilement desdites pièces le long de ladite installation, ou les postes de soudage électrique par résistance et par faisceaux à haute énergie étant combinés ensembles. Un des avantages de l'invention est que les deux opérations de soudage peuvent être effectuées successivement sur des postes différents ou sur un même poste combinant en un 10 même lieu les postes de soudage électrique par résistance et de soudage par faisceaux à haute énergie. Il est donc possible d'effectuer un premier assemblage (ou préassemblage) par soudage électrique par résistance, et de poursuivre l'opération de soudage par un soudage par faisceaux à haute énergie sur un autre poste. L'installation est particulièrement adaptée à l'assemblage de caisses de véhicule ou de structures creuses puisque les techniques de 15 soudage par faisceaux à haute énergie ne nécessitent pas d'avoir accès aux deux côtés des pièces à souder contrairement aux techniques de soudage électrique par résistance. Selon un troisième aspect, l'invention a pour objet un assemblage comprenant au moins deux pièces métalliques assemblées par soudage, ledit assemblage comprenant une zone de soudure présentant au moins deux points de soudure, ledit assemblage étant remarquable en 20 ce qu'au moins un desdits points de soudure est un point de soudure électrique et au moins un desdits points de soudure est un point de soudure par faisceaux à haute énergie. De préférence, les points de soudure électrique et par faisceaux à haute énergie sont écartés par une distance inférieure à une distance d prédéfinie d'au moins 20 mm. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la zone de soudure présente au moins 25 deux points de soudure électrique et au moins un point de soudure par faisceaux à haute énergie, et au moins un point de soudure par faisceaux à haute énergie est disposé intercalé entre lesdits deux points de soudure électrique. De préférence, lesdits deux points de soudure électrique sont écartés par une distance d prédéfinie d'au moins 20 mm. De préférence, l'assemblage comprend ou est un corps creux, ou l'assemblage est une caisse 30 de véhicule. Enfin, selon un quatrième aspect, l'invention a pour objet un véhicule comprenant un assemblage comprenant au moins deux pièces métalliques assemblées par soudage, tel que défini plus haut, de préférence ledit assemblage comprend un corps creux ou forme la caisse dudit véhicule. 5 On notera qu'il est déjà connu d'assembler des pièces métalliques au moyen de soudage laser. Par exemple, le document US8017887 décrit un assemblage entre deux tôles avec un premier assemblage à froid par rivet ou vis. Cet assemblage est ensuite suivi d'un soudage laser à proximité de ces éléments de liaison montés à froid. Une telle solution associant 5 soudage et fixation à froid ne répond pas à la problématique de densification des points de soudure dans une zone donnée, de préférence à l'exclusion de tout autre moyen de fixation. Un autre exemple est donné par le document US20160288261 qui décrit une méthode de soudage laser de pièces métalliques. La solution consistant à remplacer l'intégralité des points de soudure électriques pour l'assemblage d'une caisse de véhicule par des points de soudure 10 laser ne peut être retenue pour des raisons de coûts engendrés par les méthodes et les installations de soudage laser. L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple en référence à la planche de dessin annexée sur laquelle : 15 la figure 1 est une vue de deux pièces préassemblées par deux points de soudure électrique selon la première étape du procédé selon l'invention, et la figure 2 est une vue de ces deux pièces assemblées par un ensemble de points de soudure électrique et par faisceaux à haute énergie selon la deuxième étape du procédé selon l'invention. 20 Dans la description qui suit, le terme « comprendre » est synonyme de « inclure » et n'est pas limitatif en ce qu'il autorise la présence d'autres étapes dans le procédé auquel il se réfère, ou d'autres postes dans l'installation ou d'autres éléments dans l'assemblage. Il est entendu que le terme « comprendre » inclut les termes « consister en ». Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Les termes « point de 25 soudure électrique » désignent un point de soudure réalisé par soudage électrique par résistance. Le procédé, l'installation pour la mise en oeuvre du procédé et l'assemblage obtenu par le procédé seront décrits conjointement. Le procédé selon l'invention est un procédé d'assemblage d'au moins deux pièces métalliques 30 remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) préassemblage par soudage électrique par résistance de deux pièces métalliques par au moins un point de soudure électrique dans une zone de soudure, de sorte à former une structure métallique préassemblée ; b) réalisation d'au moins un point de soudure complémentaire par soudage par faisceaux 35 à haute énergie dans ladite zone de soudure. 6 La zone de soudure est tout ou partie de la zone de juxtaposition des deux pièces et se définit comme la zone de fixation des deux pièces entre elles. Les méthodes de soudage électrique par résistance et de soudage par faisceaux à haute énergie sont bien connues de l'homme du métier et ne seront pas décrites plus avant dans la 5 présente description. Le soudage électrique par résistance est préférentiellement un soudage par points. Préférentiellement, le soudage par faisceaux à haute énergie est choisi parmi un soudage laser, un soudage par faisceau d'électrons ou un soudage par bombardement électronique. De préférence, le soudage par faisceaux à haute énergie est un soudage laser. Le laser peut 10 être utilisé en mode continu ou en mode pulsé. De préférence encore, le soudage par faisceaux à haute énergie est un soudage sans apport de matière, c'est-à-dire sans apport de métal. Préférentiellement, la structure métallique préassemblée obtenue à l'étape a) comprend ou est une structure creuse ou forme une caisse de véhicule. Selon l'invention, les points de 15 soudure par faisceaux à haute énergie sont mis en complément des points de soudure électrique sorte à ce que la structure métallique dont l'assemblage par soudage est achevé à l'étape b) est identique ou similaire à celle de l'étape a) et donc comprend ou est une structure creuse, ou forme une caisse de véhicule. De préférence, les étapes a) et b) sont effectuées successivement dans le temps. Le procédé 20 selon l'invention est mis en oeuvre sur une installation comprenant à la fois des moyens de soudage électrique par résistance et des moyens de soudage par faisceaux à haute énergie. Ces moyens de soudage sont disposés sur des postes de travail différents ou réunis sur un même poste de travail. De préférence, les pièces sont préassemblées sur le poste de soudage électrique par résistance et le soudage est achevé sur le poste de soudage par faisceaux à 25 haute énergie disposé en aval du poste de soudage électrique par résistance selon le sens de défilement des pièces dans les différents postes de l'installation. Alternativement, le pré-assemblage par soudage électrique par résistance et l'achèvement des opérations de soudage par soudage par faisceaux à haute énergie sont effectués sur un même poste en deux étapes successives ou simultanées. L'invention est avantageuse en ce que le soudage 30 par faisceaux à haute énergie étant complémentaire au soudage électrique, il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens de maintien ou de serrage des deux pièces entre elles au niveau du poste de soudage par faisceaux à haute énergie lorsque ce dernier est distinct du poste de soudage électrique par résistance. 7 L'assemblage, ou la structure obtenue par le procédé selon l'invention, présente donc au moins deux points de soudure avoisinants, un des points étant un point de soudure électrique et l'autre point étant un point de soudure par faisceaux à haute énergie. Il est donc possible de placer une pluralité de points de soudure à des endroits où, selon l'art antérieur, il n'était 5 possible de ne placer qu'un seul point de soudure électrique du fait de l'effet shunt. Un point de soudure électrique et un point de soudure par faisceaux à haute énergie avoisinants sont préférentiellement espacés d'une distance inférieure à une distance d prédéfinie, la distance d étant la distance déterminée par l'homme du métier comme étant la distance minimale à respecter entre deux points de soudure électrique pour éviter l'apparition 10 d'un effet shunt. Cette distance est variable selon les caractéristiques de l'acier utilisé et selon l'épaisseur des pièces à assembler. De préférence la distance d est d'au moins 20 mm, de préférence d'au moins 25 mm, de préférence encore d'au moins 30 mm et avantageusement d'au moins 35 mm. Selon un mode de réalisation préféré illustré sur les figures 1 et 2, la structure formée est une 15 structure creuse. Néanmoins, l'invention ne se limite pas à l'assemblage de structures creuses. Le procédé selon l'invention est remarquable en ce que : - l'étape a) comprend le préassemblage par soudage électrique par résistance de deux pièces métalliques (1, 3) entre elles par au moins deux de points de soudure électrique 5 successifs dans une zone de soudure, lesdits points de soudure électrique 5 étant espacés 20 d'une distance d prédéfinie comme illustré sur la figure 1, de sorte à former une structure métallique préassemblée 7, et en ce que - l'étape b) comprend la réalisation d'au moins un point de soudure complémentaire 9 par soudage par faisceaux à haute énergie dans ladite zone de soudure, au moins un point de soudure par faisceaux à haute énergie 9 étant intercalé entre lesdits deux points de 25 soudure électrique 5 successifs réalisés à l'étape a). Dans ce mode de réalisation, l'assemblage 11 ou la structure assemblée obtenue par le procédé selon l'invention présente au moins deux points de soudure électrique 5 et au moins un point de soudure par faisceaux à haute énergie 9 ; et au moins un point de soudure par faisceaux à haute énergie 9 est disposé intercalé entre les deux points de soudure électrique 30 5. Les points de soudure par faisceaux à haute énergie et les points de soudure électrique selon l'invention peuvent par exemple être distingués par leur forme ou leur dimensionnement. Ainsi, un point de soudure par faisceaux à haute énergie peut présenter une dimension inférieure au point de soudure électrique. Selon un autre exemple, les points de soudure par faisceaux à 35 haute énergie peuvent se présenter sous forme de traits droits, courbés ou spiralés. Selon 8 encore un autre exemple, un point de soudure par faisceaux à haute énergie peut se présenter sous forme d'un ensemble de points de soudure rapprochés les uns des autres. Selon un mode de réalisation préféré, au moins une des pièces est une pièce en acier. De préférence, l'acier est sélectionné parmi les aciers à haute limite élastique (H LE), les aciers à 5 très haute limite élastique (THLE) ou les aciers à ultra haute limite élastique (UH REVENDICATIONS1. Procédé d'assemblage d'au moins deux pièces métalliques (1, 3) caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) préassemblage par soudage électrique par résistance de deux pièces métalliques (1, 3) par au moins un point de soudure électrique (5) dans une zone de soudure, de sorte à former une structure métallique préassemblée (7); b) réalisation d'au moins un point de soudure complémentaire (9) par soudage par faisceaux à haute énergie dans ladite zone de soudure. 2. Procédé d'assemblage selon la revendication 1 caractérisé en ce que : - l'étape a) comprend le préassemblage par soudage électrique par résistance deux pièces métalliques (1, 3) entre elles par au moins deux de points de soudure électrique (5) dans une zone de soudure, lesdits points de soudure électrique (5) étant espacés d'une distance d prédéfinie, de sorte à former une structure métallique préassemblée (7) ; et en ce que - l'étape b) comprend la réalisation d'au moins un point de soudure complémentaire (9) par soudage par faisceaux à haute énergie dans ladite zone de soudure, au moins un point de soudure par faisceaux à haute énergie (9) étant intercalé entre les deux points de soudure électrique (5) réalisés à l'étape a). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la distance entre un point de soudure électrique (5) et un point de soudure complémentaire par faisceaux à haute énergie (9) avoisinant ledit point de soudure électrique (5) est inférieure à une distance d prédéfinie, de préférence la distance d est d'au moins 20 mm, de préférence encore d'au moins 30 mm. 4. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins une des pièces métalliques (1, 3) est une pièce en acier, ledit acier étant sélectionné parmi les aciers à haute limite élastique (H LE), les aciers à très haute limite élastique (THLE) ou les aciers à ultra haute limite élastique (UH LE). 5. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la structure métallique préassemblée (7) obtenue à l'étape a) comprend ou est une structure creuse ou forme une caisse de véhicule. 10 6. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le soudage par faisceaux à haute énergie est un soudage laser. 7. Installation pour l'assemblage par soudage d'au moins deux pièces métalliques (1, 3), 5 caractérisée en ce qu'elle comprend un poste de soudage électrique par résistance et un poste de soudage par faisceaux à haute énergie, le poste de soudage par faisceaux à haute énergie étant placé en aval du poste de soudage électrique par résistance selon le sens de défilement desdites pièces le long de ladite installation. 10 8. Assemblage (11) comprenant au moins deux pièces métalliques (1,3) assemblées par soudage, ledit assemblage (11) comprenant une zone de soudure présentant au moins deux points de soudure, ledit assemblage étant caractérisé en ce qu'au moins un desdits points de soudure est un point de soudure électrique (5) et au moins un desdits points de soudure est un point de soudure par faisceaux à haute énergie (9), de 15 préférence les points de soudure électrique (5) et par faisceaux à haute énergie (9) sont écartés par une distance inférieure à une distance d prédéfinie d'au moins 20 mm. 9. Assemblage (11) selon la revendication 8 caractérisé en ce que la zone de soudure présente au moins deux points de soudure électrique (5) et au moins un point de 20 soudure par faisceaux à haute énergie (9), et en ce qu'au moins un point de soudure par faisceaux à haute énergie (9) est disposé intercalé entre les deux points de soudure électrique (5), de préférence lesdits deux points de soudure électrique (5) sont écartés par une distance d prédéfinie d'au moins 20 mm. 25 10. Véhicule comprenant un assemblage (11) comprenant au moins deux pièces métalliques (1, 3) assemblées par soudage selon l'une des revendications 8 ou 9, de préférence ledit assemblage (11) comprend un corps creux ou forme la caisse dudit véhicule.