Brevet FR3120562A1 — publié le 20220916

Installation de soudage d’un empilage de pièces en matériaux composites thermoplastiques (20) dans un plan local de soudage (P), cette installation comportant une tête d’induction électromagnétique (8), des couples de guidage et de pressage de l’empilage de pièces (20) dans ce plan local (P) et, de chaque côté de la tête d’induction (8), au moins un couple de guidage, chaque couple de guidage comprenant un guidage inférieur (14) et un guidage supérieur (10) superposés, recevant entre eux l’empilage de pièces (20) en le guidant dans la direction perpendiculaire au plan local de soudage (P). Figure pour l’abrégé : Figure 2 INSTALLATION DE SOUDAGE DE PIECES EN MATERIAUX COMPOSITES THERMOPLASTIQUES ET PROCEDE DE FONCTIONNEMENT La présente invention concerne une installation de soudage de pièces en matériaux composites thermoplastiques, ainsi qu’un procédé de fonctionnement d’une telle installation. Certaines pièces en matériau composite contenant un même ou plusieurs matériaux thermoplastiques ainsi que des éléments conducteurs de courant, comme des fibres de renforcement en carbone, peuvent être soudées entre elles par application d’un champ magnétique localisé qui crée des boucles de courant dans les matériaux conducteurs générant un échauffement permettant d’atteindre la température de fusion des matériaux thermoplastiques. Pour mettre en œuvre ce procédé on superpose deux pièces comportant des matériaux thermoplastiques compatibles entre eux, puis on déplace une tête d’induction électromagnétique au-dessus de la zone de soudure afin d’obtenir en activant cette tête la température de fusion, un pressage de ces deux pièces entre elles suivant immédiatement la fusion permettant d’atteindre la cohésion entre les parties soudées. Ce type de procédé permet de réaliser des pièces de grande dimension, pouvant comporter les courbures, présentant à la fois une bonne rigidité et une légèreté importante, en particulier des éléments d’aéronef, comme des portes pour les cabines passagers ou les soutes, ou des éléments du fuselage comme des panneaux de carénage. Etat de la technique Une installation de soudage de pièces en matériaux composites thermoplastiques connue, présentée notamment par le document de brevet FR-A1-3018725, comporte un bâti rigide recevant un socle isolant perméable aux ondes électromagnétiques, comprenant un matériau amagnétique, et équipé d’outils de positionnement et de maintien des pièces à souder. On installe les deux pièces à souder avec l’interposition d’un insert métallique réceptif au champ magnétique, le tout étant couvert par une vessie de mise sous vide. Une tête magnétique d’induction se déplace ensuite automatiquement sur le dessus de la vessie afin de générer sur son parcours une montée en température permettant la fusion des matériaux thermoplastiques, un pressage des pièces par le vide assurant la cohésion de ces parties. Toutefois ce type de procédé nécessite la mise en place, sous les pièces à souder, d’un isolant amagnétique supporté par le châssis, ce qui empêche d’accéder en dessous de ces pièces à l’endroit de la soudure. Or un tel accès est très utile, notamment pour effectuer des mesures permettant de suivre le soudage avec précision et donc de l’optimiser. De plus le matériau amagnétique subissant des contraintes thermiques élevées est difficile à réaliser, en particulier pour des grandes dimensions nécessaires pour recevoir des pièces présentant des soudures sur des longueurs importantes. Ce matériau au contact des pièces à souder entraîne aussi des flux thermiques qui rendent difficiles le contrôle précis et homogène de la température de fusion des pièces lors de la soudure, ce qui peut dégrader la qualité de la soudure. On peut prévoir un circuit interne de circulation d’un fluide de refroidissement pour améliorer le contrôle des flux thermiques, mais ce circuit est complexe à réaliser. De plus, le déplacement de la tête d’induction dans l’espace nécessite un système robotisé, en particulier un bras robotisé comportant six axes de déplacement. Un tel bras est complexe à réaliser et à piloter, et entraîne des coûts de production élevés. Une autre installation de soudage de pièces en matériaux composites connue, présentée notamment par le document de brevet FR-A1-3083732, comporte une tête d'induction mobile se déplaçant au-dessus des deux pièces à souder, avec une lame magnétique formant un insert disposé entre ces pièces, qui suit le déplacement de la tête afin de disposer en permanence sous cette tête d'un élément récepteur du champ magnétique entraînant la chauffe entre les deux pièces. La lame métallique communique ainsi sa chaleur aux pièces pour réaliser la fusion des surfaces en contact, des rouleaux presseurs appuyant sur la pièce du dessus, suivant le déplacement pour réaliser la cohésion de la soudure. Ce procédé nécessite une surface de réaction inférieure rigide sous les rouleaux presseurs, posant aussi des problèmes de contrôle thermique. Une variante comporte deux rouleaux presseurs disposés en face l’un de l’autre de part et d’autre des deux pièces à souder, en aval de la soudure. Cette installation assure difficilement le positionnement précis de la zone de soudage par rapport à la tête d’induction, en particulier pour des empilages de pièces présentant des formes courbes suivant la direction verticale. Il faut dans ce cas disposer de moyens de mesure des pièces complémentaires, ou effectuer des calculs complexes. La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur, par une mise en œuvre simple assurant notamment un positionnement précis de la zone de soudage par rapport à la tête d’induction. Elle propose à cet effet de disposer d’une installation de soudage à guidage de l’empilage des pièces à souder, et non nécessairement de la tête d’induction. Une telle installation peut recevoir des pièces présentant des courbures variées, et comporte une facilité de contrôle de la qualité des soudures par l’absence de socle de positionnement des pièces à souder. Plus précisément, la présente invention a pour objet une installation de soudage d’un empilage de pièces en matériaux composites thermoplastiques dans un plan local de soudage, cette installation comportant une tête d’induction électromagnétique et des guidages de l’empilage des pièces dans ce plan de soudage, avec de chaque côté de la tête d’induction au moins un couple de guidage, chaque couple de guidage comprenant un guidage inférieur et un guidage supérieur superposés aptes à recevoir entre eux l’empilage de pièces en le guidant dans la direction perpendiculaire au plan local de soudage. Un avantage de cette installation de soudage est qu’en disposant, de part et d’autre de la tête d’induction, des guidages recevant entre eux les pièces, on réalise facilement, en laissant la tête d’induction à une hauteur fixe, à la fois un guidage en hauteur de la zone de soudage par rapport à cette tête, et un pressage des pièces au moins en aval de la soudure. De plus en adaptant la hauteur de chaque couple de guidage on a la possibilité de passer des pièces présentant des courbures, avec un ajustement direct du plan local de soudage par rapport à la tête d’induction. On obtient une installation économique et facile à contrôler, comportant une tête d’induction qui peut rester fixe sur un axe perpendiculaire au plan local de soudage. L’installation de soudage selon l’invention peut avantageusement comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques préférées suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, chaque guidage inférieur et guidage supérieur des couples de guidage sont mobiles suivant la direction perpendiculaire au plan local de soudage. Dans ce cas, avantageusement, chaque couple de guidage comporte au moins un guidage inférieur et/ou un guidage supérieur équipé d’un système de régulation en déplacement de son mouvement suivant la direction perpendiculaire au plan local de soudage. Avantageusement, au moins un couple de guidage comporte un système de régulation de la pression apte à être exercée sur l’empilage entre le guidage inférieur et le guidage supérieur. Avantageusement, chaque guidage inférieur et supérieur comporte un dispositif de roulement contre l’empilage présentant des axes parallèles au plan local de soudage. Dans ce cas, avantageusement les guidages inférieur et supérieur comportent des rouleaux presseurs comprenant un revêtement en silicone chargé. Avantageusement, au moins un couple de guidage comporte un dispositif de déplacement d’un guidage inférieur ou supérieur par rapport à l’autre dans la direction du plan local de soudage. Dans ce cas, avantageusement l’installation de soudage comporte un système de régulation du dispositif de déplacement dans la direction du plan local de soudage fonction de la courbure de l’empilage, en assurant une perpendicularité de la pression par rapport aux surfaces. Avantageusement, la tête d’induction comporte un dispositif de positionnement vertical de cette tête. En particulier, l’installation de soudage peut comporter un support relié à un bâti fixe par le dispositif de positionnement vertical de tête, qui supporte aussi les guidages supérieurs des couples de guidage. Avantageusement, l’installation de soudage comporte un cadre mobile de maintien et de positionnement destiné à l’empilage de pièces, réalisant un déplacement de la zone à souder de cet empilage sous la tête d’induction. Avantageusement, l’installation de soudage comporte des jets d’air de chauffage ou de refroidissement disposés entre les guidages inférieurs. Avantageusement, l’installation de soudage comporte des moyens de mesure de la zone de soudage disposés entre les guidages inférieurs. En particulier, les moyens de mesure peuvent être choisis parmi une caméra visuelle ou thermique, des fibres optiques couplées à un télémètre à impulsions, et/ou des capteurs de position ou de distance. De plus, avantageusement l’installation de soudage comporte un système de régulation en continu de paramètres de réglage de son fonctionnement suivant des données délivrées par les moyens de mesure. L’invention a aussi pour objet un procédé de fonctionnement d’une installation de soudage telle que définie ci-dessus, ce procédé ajustant en temps réel la hauteur de chaque couple de guidage suivant le défilement de l’empilage de pièces pendant la soudure. Dans le présent texte, le qualificatif « vertical », respectivement « horizontal », se rapporte à un objet en mode utilisation ayant une orientation, un déplacement ou un positionnement d’axe perpendiculaire au sol, respectivement selon un axe parallèle au sol. De plus « supérieur », respectivement « inférieur », qualifie en mode utilisation un rouleau agencé au-dessus du plan de soudage, respectivement en-dessous de ce plan. « En-dessous », respectivement « au-dessus », se rapporte à un positionnement relatif plus près du sol, respectivement plus éloigné du sol, en mode utilisation. Présentation des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront de manière détaillée à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés qui représentent respectivement : une vue schématique de face d’une installation de soudage selon l’invention ; cette installation réalisant une soudure sur des pièces plates ; cette installation équipée d’instrumentations d’action ou de mesure disposées en dessous des pièces ; et cette installation réalisant une soudure sur des pièces courbes. Installation de soudage d’un empilage de pièces en matériaux composites thermoplastiques (20) dans un plan local de soudage (P), cette installation comportant une tête d’induction électromagnétique (8) et des guidages de l’empilage des pièces (20) dans ce plan local (P), caractérisée en ce qu’elle comporte de chaque côté de la tête d’induction (8) au moins un couple de guidage (10, 14 ; 10’, 14’), chaque couple de guidage (10, 14 ; 10’, 14’) comprenant un guidage inférieur (14, 14’) et un guidage supérieur (10, 10’) superposés aptes à recevoir entre eux l’empilage de pièces (20) en le guidant dans la direction perpendiculaire au plan local de soudage (P). Installation de soudage selon la revendication 1, dans laquelle chaque guidage inférieur (14, 14’) et guidage supérieur (10, 10’) des couples de guidage sont mobiles suivant la direction perpendiculaire au plan local de soudage (P). Installation de soudage selon la revendication 2, dans laquelle chaque couple de guidage comporte au moins un guidage inférieur (14, 14’) et/ou un guidage supérieur (10, 10’) équipé d’un système de régulation en déplacement de son mouvement suivant la direction perpendiculaire au plan local de soudage (P). Installation de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu’au moins un couple de guidage comporte un système de régulation de la pression apte à être exercée sur l’empilage (20) entre le guidage inférieur (14, 14’) et le guidage supérieur (10, 10’). Installation de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque guidage inférieur (14, 14’) et supérieur (10, 10’) comporte un dispositif de roulement contre l’empilage (20) présentant des axes parallèles au plan local de soudage (P). Installation de soudage selon la revendication 5, dans laquelle les guidages inférieur (14, 14’) et supérieur (10, 10’) comportent des rouleaux presseurs comprenant un revêtement en silicone chargé. Installation de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu’au moins un couple de guidage comporte un dispositif de déplacement d’un guidage inférieur (14, 14’) ou supérieur (10, 10’) par rapport à l’autre dans la direction du plan local de soudage (P). Installation de soudage selon la revendication 7, dans laquelle un système de régulation du dispositif de déplacement dans la direction du plan local de soudage (P) fonction de la courbure de l’empilage (20), en assurant une perpendicularité de la pression par rapport aux surfaces. Installation de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la tête d’induction (8) comporte un dispositif de positionnement vertical de cette tête (4). Installation de soudage selon la revendication 9, dans laquelle un support (2) relié à un bâti fixe (6) par le dispositif de positionnement vertical de tête (4), qui supporte aussi les guidages supérieurs (10, 10’) des couples de guidage. Installation de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu’elle comporte un cadre mobile (30) de maintien et de positionnement destiné à l’empilage de pièces (20), réalisant un déplacement de la zone à souder de cet empilage (20) sous la tête d’induction (8). Installation de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu’elle comporte des jets d’air de chauffage ou de refroidissement (24) disposés entre les guidages inférieurs (14, 14’). Installation de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu’elle comporte des moyens de mesure de la zone de soudage disposés entre les guidages inférieurs (14, 14’). Installation de soudage selon la revendication 13, dans laquelle les moyens de mesure sont choisis parmi une caméra visuelle ou thermique (26), des fibres optiques (28) reliées à un télémètre à impulsions, et/ou des capteurs de position ou de distance. Installation de soudage selon l’une quelconque des revendications 13 ou 14, dans laquelle un système de régulation en continu de paramètres de réglage de son fonctionnement suivant des données délivrées par les moyens de mesure. Procédé de fonctionnement d’une installation de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu’il ajuste en temps réel la hauteur de chaque couple de guidage (10, 14 ; 10’, 14’) suivant le défilement (D) de l’empilage de pièces (20) pendant la soudure.