Brevet FR3125241A1 — publié le 20230120

Procédé pour améliorer la répétabilité d’un soudage Procédé de soudage d’un ensemble formé d’un premier composant tubulaire et d’un second composant tubulaire, les premier et second composants tubulaires présentant respectivement des première et seconde portions cylindriques, le procédé mettant en œuvre un gabarit de sertissage, un outil de sertissage, un gabarit de soudage et une tête de soudage, le procédé comprenant les étapes suivantes : - positionner le premier composant tubulaire relativement au gabarit de sertissage, - brider le premier composant tubulaire contre le gabarit de sertissage, - emmancher librement la seconde portion cylindrique dans la première portion cylindrique, les deux portions cylindriques étant sensiblement coaxiales, - placer le second composant relativement à la première portion cylindrique et au gabarit de sertissage, - serrer le second composant tubulaire contre le gabarit de sertissage, - aligner les deux portions cylindriques emmanchées avec l’outil de sertissage, - sertir par déformation plastique les deux portions cylindriques, les premier et second composants tubulaires sertis formant un ensemble rigide, les deux portions cylindriques emmanchées et serties définissant un emmanchement et un joint, - positionner l’ensemble rigide relativement au gabarit de soudage, - brider l’ensemble rigide contre le gabarit de soudage, - souder en positionnant et en orientant la tête de soudage de manière répétable relativement à l’emmanchement et au joint, où l’ensemble rigide est positionné relativement au gabarit de soudage selon une ou des surfaces appartenant exclusivement au premier composant à l’état serti . Figure pour l'abrégé : 6 Procédé pour améliorer la répétabilité d’un soudage L’invention concerne un procédé de soudage d’un joint obtenu par emmanchement de deux composants tubulaires. Un tel procédé est notamment utilisable pour le soudage de tubes et d’accessoires servant à guider les gaz d’une ligne d’échappement d’un moteur à combustion interne. L’invention a pour but d’améliorer la répétabilité du soudage en vue de garantir une qualité constante des cordons de soudure lorsque les technologies MIG/MAG, TIG ou encore LASER sont utilisées, en particulier lorsque ces technologies sont robotisées. Le soudage à l’arc et à clin ou encore par transparence d’un joint circulaire est largement utilisé dans l’industrie. Il suppose d’approcher deux composant tubulaires métalliques présentant chacun une portion cylindrique et de les emmancher, une première portion cylindrique couvrant partiellement une seconde portion cylindrique. Dans le domaine de l’échappement automobile, les matières adaptées à ce soudage sont variées, tels que les acier austénitiques, ferritiques ou encore duplex. Ces aciers présentent d’excellentes propriétés de tenue à la corrosion et de tenue en service. Les tubes constitutifs de la ligne d’échappement comportent une fonction de guidage des gaz et une fonction de maintien en lien avec des dispositifs de dépollution et d’accrochage sur le véhicule. Les tubes présentent des formes variées en fonction des dispositifs à intégrer et de la place disponible sous capot ou sous caisse. Ils peuvent être couplés entre eux ou à d’autres organes du véhicule au moyen de brides. Dans le cas où les épaisseurs des tubes sont faibles c’est-à-dire comprises entre 0,6 mm et 1,0 mm, le réglage des paramètres de soudage peur rencontrer des limitations, la technologie de soudage à l’arc ne permettant plus une réduction de l’énergie en rapport avec l’épaisseur. Une solution consiste en un ajout de matière en interposant un ou des manchons entre les portions cylindriques à assembler. Le manchon peut être rapporté ou bien encore venu de matière typiquement au moyen d’un retroussage. Par retroussage, on entend l’opération visant à obtenir une double voire triple paroi de tube par retournement. L’ajout de matière a pour effet d’accroître les possibilités de réglage du soudage. Les éléments constitutifs de la ligne et en particulier les tubes sont soudés majoritairement selon la technologie MIG/MAG à clin. Ils peuvent être soudés aussi selon la technologie TIG à clin ou encore selon la technologie LASER par transparence. Une fois réalisées, les soudures doivent satisfaire un cahier des charges et/ou des normes établies à partir de contraintes de tenue en service et aussi d’étanchéité. Les contraintes d’étanchéité sont plus sévères suivant que la soudure se trouve en amont ou en aval des dispositifs de dépollution. Le problème réside donc dans la recherche d’un procédé apte à garantir la répétabilité d’un soudage MIG/MAG ou TIG à clin ou encore LASER par transparence, d’un joint circulaire issu d’un emmanchement, en mettant sous contrôle trois conditions principales de soudage, à savoir; la réduction des jeux préexistant au droit du joint, le positionnement du point d’impact du soudage, enfin l’orientation de la tête de soudage relativement au joint circulaire et à l’emmanchement. Le problème concerne aussi les contraintes de productivité en lien avec la réduction des coûts de fabrication. Précisément, l’emmanchement mutuel des deux composant tubulaires cylindriques y compris les manchons et leur positionnement dans l’outil de soudure doivent être réalisés dans un temps de cycle acceptable. Le problème concerne enfin la conformité géométrique de l’assemblage. Après soudure, des tolérances doivent être satisfaites par des caractéristiques de forme et de position pour assurer la faisabilité des opérations avales et les fonctionnalités du produit final. Dans ce contexte, il est connu de mettre en œuvre un procédé d’assemblage de composants comportant des portions cylindriques, le procédé comportant des opérations d’emmanchement avec ajustement libre, de positionnement sur un gabarit, de calibrage et de brasage. Ce procédé résout plusieurs problèmes : l’emmanchement libre permet un chargement des composant tubulaires dans un temps de cycle acceptable. Le positionnement des composants dans le gabarit assure la conformité géométrique de l’assemblage. Le calibrage conduit à une réduction du jeu qui rend possible le procédé de brasage et le principe d’utilisation des forces de capillarité. Il est également connu d’utiliser une méthode pour contrôler un emmanchement automatique de deux composant tubulaires cylindriques, les composants étant manipulés par deux robots respectifs. Le moyen enregistre la force d’insertion au cours de l’emmanchement, la compare à une loi reliant la force d’insertion au désaxage des composants et calcule une valeur de correction. La valeur de correction est utilisée pour réaligner les deux composants en cours d’emmanchement. Il est aussi connu de mettre en œuvre une méthode de localisation d’un joint par vision. Appliquée au soudage à clin robotisé d’un joint circulaire, cette méthode permet d’aligner le lieu des points d’impact de soudage avec la ligne de rencontre des surfaces délimitant le joint indépendamment des variations de position de la torche et/ou du joint. Cet alignement automatique assisté par vision participe à la répétabilité du soudage. Cependant, les procédés et les méthodes connues, mêmes combinés ne permettent de résoudre intégralement le problème de mise sous contrôle des conditions de soudage à l’arc et à clin d’un joint circulaire, le joint comportant ou non des manchons. Pour résoudre le problème, l’invention propose de mettre en œuvre un procédé automatique de soudage d’un ensemble comportant : - un premier composant tubulaire comprenant au moins une première surface d’appui et une première portion cylindrique, ladite première portion cylindrique présentant une première surface externe et une première surface interne, les premières surfaces externe et interne n’appartenant pas à l’au moins une première surface d’appui, - et un second composant tubulaire comprenant au moins une seconde surface d’appui et une seconde portion cylindrique, ladite seconde portion cylindrique présentant une seconde surface externe et une seconde surface interne, les secondes surfaces externe et interne n’appartenant pas à l’au moins une seconde surface d’appui, le procédé mettant en œuvre: - un gabarit de sertissage comprenant au moins une première surface d’accueil et au moins une seconde surface d’accueil, - un outil de sertissage apte à former la matière radialement selon un axe S, - un gabarit de soudage comprenant au moins une troisième surface d’accueil, - et une tête de soudage, le procédé comprenant les étapes suivantes : - positionner le premier composant tubulaire relativement au gabarit de sertissage, en mettant l’au moins une première surface d’appui en contact avec l’au moins une première surface d’accueil, - brider le premier composant tubulaire contre l’au moins une première surface d’accueil pour l’immobiliser, - emmancher librement la seconde portion cylindrique du second composant tubulaire dans la première portion cylindrique du premier composant tubulaire, la seconde portion cylindrique étant sensiblement coaxiale avec la première portion cylindrique, - placer le second composant tubulaire relativement au premier composant tubulaire et au gabarit de sertissage, en mettant l’au moins une seconde surface d’appui en contact avec l’au moins une seconde surface d’accueil, - serrer ‘glissant’ le second composant tubulaire contre l’au moins une surface d’accueil, le second composant tubulaire étant orienté par la surface d’accueil, - aligner les première et seconde portions cylindriques emmanchées avec l’axe S de l’outil de sertissage, - sertir par déformation plastique les première et seconde portions cylindriques emmanchées, les premier et second composant tubulaires à l’état serti formant un ensemble rigide, les première et seconde portions cylindriques emmanchées et serties définissant un emmanchement et un joint, l’ensemble rigide formé comportant encore une au moins troisième surface d’appui, - positionner l’ensemble rigide relativement au gabarit de soudage, - brider l’ensemble rigide contre le gabarit de soudage, - souder le premier composant tubulaire avec le second composant tubulaire en positionnant et en orientant la tête de soudage de manière répétable relativement à l’emmanchement et au joint, où le positionnement de l’ensemble rigide relativement au gabarit de soudage est réalisé en mettant l’au moins une troisième surface d’appui en contact avec l’au moins une troisième surface d’accueil, l’au moins une troisième surface d’appui appartenant au premier composant tubulaire, préférentiellement étant identique à l’au moins une première surface d’appui. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : Le procédé peut comprendre avant l’étape de positionnement du premier composant une étape de manchonnage d’au moins la première ou la deuxième surface interne et/ou d’au moins la première ou la deuxième surface externe. Le sertissage peut être réalisé par un rétreint de la première portion cylindrique contre la seconde portion cylindrique. Le sertissage peut être réalisé par une expansion de la seconde portion cylindrique contre la première portion cylindrique. L’alignement et le sertissage peuvent être réalisés de manière simultanée. Le soudage peut être un soudage par transparence de l’emmanchement ou un soudage à l’arc et à clin du joint. Le gabarit de soudage peut être un composant du gabarit de sertissage. Le gabarit de sertissage et le gabarit de soudage peuvent être distincts et l’ensemble rigide peut être déplacé entre le sertissage et le soudage. L’au moins une troisième surface d’accueil peut être sensiblement identique/commune à l’au moins une première surface d’accueil. Dans un deuxième aspect, l’invention propose de mettre en œuvre un moyen de sertissage comportant un bâti, un gabarit de sertissage et un outil de sertissage, l’outil de sertissage présentant une paire de mors, ladite paire de mors étant mobile relativement au bâti entre une position de chargement (C) et une position de travail, la paire de mors en position travail définissant un axe S, le gabarit de sertissage étant encore apte à accueillir des premier et second composants tubulaires présentant respectivement des première et seconde portions cylindriques, la seconde portion cylindrique étant emmanchées librement dans la première portion cylindrique, les deux portions cylindriques étant sensiblement coaxiales, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif permettant l’alignement des portions cylindriques emmanchées avec l’axe S. Une caractéristique particulière du moyen de sertissage est que la paire de mors est mobile en translation relativement au bâti suivant un axe Z perpendiculaire à l’axe S et dans lequel le dispositif d’alignement comporte au moins une liaison pivot montée entre le gabarit de sertissage et le bâti, préférentiellement au moins une liaison pivot suivant un axe P1, les axes P1, Z et S formant un trièdre rectangle, encore plus préférentiellement suivant deux liaisons pivot suivant des axes respectifs P1 et P2, les axes P1, Z et S formant un trièdre rectangle, P2 étant parallèle à Z et sécant avec P1. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : montre, suivant un premier mode de réalisation, un premier composant tubulaire, montre, suivant le premier mode de réalisation, un second composant tubulaire, montre, suivant une variante du premier mode de réalisation, un premier composant tubulaire, montre, suivant le premier mode de réalisation, un moyen de sertissage, montre, suivant le premier mode de réalisation, une étape de soudage, montre, suivant une variante du premier mode de réalisation, un autre étape de soudage, montre, suivant un second mode de réalisation, un premier composant tubulaire, montre, suivant le second mode de réalisation, un second composant tubulaire, montre, suivant le second mode de réalisation, un moyen de sertissage, montre, suivant le second mode de réalisation, une étape de soudage, montre, suivant le premier mode de réalisation, un moyen de sertissage comportant un dispositif d’alignement. Procédé automatique de soudage d’un ensemble comportant : un premier composant tubulaire (10a,10b) comprenant au moins une première surface d’appui (12a,12b) et une première portion cylindrique (14a,14b), ladite première portion cylindrique (14a,14b) présentant une première surface externe (16a,16b) et une première surface interne (18a18b), les premières surfaces externe (16a,16b) et interne (18a,18b) n’appartenant pas à l’au moins une première surface d’appui (12a,12b) et un second composant tubulaire (20a,20b) comprenant au moins une seconde surface d’appui (22a, 22b) et une seconde portion cylindrique (24a,24b), ladite seconde portion cylindrique (24a,24b) présentant une seconde surface externe (26a, 26b) et une seconde surface interne (28a,28b), les secondes surfaces externe (24a, 24b) et interne (26a, 26b) n’appartenant pas à l’au moins une seconde surface d’appui (22a ,22b), le procédé mettant en œuvre: un gabarit de sertissage (30a, 30b) comprenant au moins une première surface d’accueil (32a, 32b) et au moins une seconde surface d’accueil (34a, 34b), un outil de sertissage (40a, 40b) apte à former la matière radialement selon un axe S, un gabarit de soudage (50a, 50b) comprenant au moins une troisième surface d’accueil (52a, 52b), et une tête de soudage (60), le procédé comprenant les étapes suivantes : positionner le premier composant tubulaire (10a,10b) relativement au gabarit de sertissage (30a, 30b), en mettant l’au moins une première surface d’appui (12a, 12b) en contact avec l’au moins une première surface d’accueil (32a,32b), brider le premier composant tubulaire (10a,10b) contre l’au moins une première surfaces d’accueil (32a,32b) pour l’immobiliser, emmancher librement la seconde portion cylindrique (24a,24b) du second composant tubulaire (20a, 20b) dans la première portion cylindrique (14a,14b) du premier composant tubulaire (10a, 10b), la seconde portion cylindrique (24a,24b) étant sensiblement coaxiale avec la première portion cylindrique (14a,14b), placer le second composant tubulaire (20a,20b) relativement au premier composant tubulaire (10a,10b) et au gabarit de sertissage (30a, 30b), en mettant l’au moins une seconde surface d’appui (22a,22b) en contact avec l’au moins une seconde surface d’accueil (34a,34b), serrer ‘glissant’ le second composant tubulaire (20a,20b) contre l’au moins une surface d’accueil (34a, 34b), le second composant tubulaire (20a,20b) étant orienté par la surface d’accueil (34a,34b), aligner les première et seconde portions cylindriques emmanchées (14a,14b,24a,24b) avec l’axe S de l’outil de sertissage (40a,40b), sertir par déformation plastique les première et seconde portions cylindriques (14a,14b, 24a, 24b) emmanchées, les premier et second composant tubulaires (10a,10b, 20a, 20b) à l’état serti formant un ensemble rigide (70a, 70b), les première et seconde portions cylindriques (14a, 14b, 24a, 24b) emmanchées et serties définissant un emmanchement (72a,72b) et un joint (74a, 74b), l’ensemble rigide (70a,70b) formé comportant encore une au moins troisième surface d’appui (76a, 76b), positionner l’ensemble rigide (70a,70b) relativement au gabarit de soudage (50a,50b), brider l’ensemble rigide (70a,70b) contre le gabarit de soudage (50a, 50b), souder le premier composant tubulaire (10a,10b) avec le second composant tubulaire (2a, 20b) en positionnant et en orientant la tête de soudage (60) de manière répétable relativement à l’emmanchement (72a,72b) et au joint (74a, 74b), caractérisé en ce que le positionnement de l’ensemble rigide (70a,70b) relativement au gabarit de soudage (50a,50b) est réalisé en mettant l’au moins une troisième surface d’appui (76a,76b) en contact avec l’au moins une troisième surface d’accueil (52a,52b), l’au moins une troisième surface d’appui (76a,76b) appartenant au premier composant tubulaire (10a,10b), préférentiellement étant identique à l’au moins une première surface d’appui (12a,12b). Procédé selon la revendication 1 comprenant avant l’étape de positionnement du premier composant (10a,10b) une étape de manchonnage d’au moins la première ou la deuxième surface interne (18a,18b, 28a, 28b) et/ou d’au moins la première ou la deuxième surface externe (16a, 16b, 26a, 26b). Procédé selon les revendications précédentes, dans lequel le sertissage est réalisé par un rétreint de la première portion cylindrique (14a,14b) contre la seconde portion cylindrique (24a,24b). Procédé selon les revendications 1 ou 2, dans lequel le sertissage est réalisé par une expansion de la seconde portion cylindrique (24a,24b) contre la première portion cylindrique (14a,14b). Procédé selon les revendications précédentes, dans lequel l’alignement et le sertissage sont réalisés de manière simultanée. Procédé selon les revendications précédentes, dans lequel le soudage est un soudage par transparence de l’emmanchement (72a, 72b). Procédé selon les revendications 1 à 5, dans lequel le soudage est un soudage à l’arc et à clin du joint (74a, 74b). Procédé selon les revendications précédentes, dans lequel le gabarit de soudage (50a, 50b) est un composant du gabarit de sertissage (30a,30b). Procédé suivant les revendications 1 à 7, dans lequel le gabarit de sertissage (30a,30b) et le gabarit de soudage (50a,50b) sont distincts et dans lequel l’ensemble rigide (70a,70b) est déplacé entre le sertissage et le soudage. Procédé selon les revendications précédentes, dans lequel l’au moins une troisième surface d’accueil (52a, 52b) est sensiblement identique/commune à l’au moins une première surface d’accueil (32a,32b).