Moyens de soudo-brasage laser à haute vitesse

Liaison pavillon/côté de caisse et configuration d’étude

La liaison pavillon/côté de caisse

La production, au sein des usines du groupe Renault, est organisée en 7 étapes majeures, représentées sur la figure II.1, qui se déclinent ainsi : Figure II.1 – Le cycle de production Renault [3]. 1. L’emboutissage où sont livrées des bobines d’acier et d’aluminium de grandes dimensions. Celles-ci sont découpées et embouties pour préparer les pièces qui formeront l’ossature du véhicule. Moyens de soudo-brasage laser à haute vitesse, techniques expérimentales et numériques Application à la configuration pavillon aluminium côté de caisse acier 49 2. La tôlerie récupère l’ensemble de ces sous éléments et les assemble grâce à plusieurs process industriels tels que le soudage par résistance, soudure électrique sous flux gazeux, type MIG/MAG, ou encore le soudo-brasage laser. A la sortie de la tôlerie les différentes pièces ainsi assemblées forment l’ensemble intitulé « caisse en blanc » du véhicule. 3. La caisse en blanc, en sortie de la tôlerie, est transférée au sein de la peinture où elle est protégée de la corrosion par cataphorèse et où les différentes cavités sont remplies de cire ainsi que de mastic pour éviter la stagnation de liquide. L’ensemble est alors peint aux différentes teintes définies pour la gamme en question. 4. La logistique transfert alors la caisse peinte vers les prochaines étapes de production du véhicule. 5. Les composants manquants tels que les équipements intérieurs et extérieurs du véhicule ainsi que la base roulante sont rajoutés au département montage. 6. Le véhicule fini subit alors un contrôle de la conformité ainsi que d’éventuelles retouches au sein de la qualité avant d’être envoyé pour stockage. 7. La dernière étape consiste à la livraison chez les clients Renault des véhicules produits. Ce travail de thèse est plus spécifiquement mené au sein du département « Assemblage caisse et échappement » du technocentre Renault. Celui-ci supporte et fait le lien avec les départements tôlerie des usines. L’assemblage de la caisse au sein des tôleries s’effectue par l’ajout successif des pièces préparées en emboutissage. Le détail de ces différentes opérations est présenté sur la figure II.2 ci-dessous : Figure II.2 – Exemple de processus complet d’assemblage progressif d’une caisse [3]. Lors de chacune des étapes de création de la caisse en blanc, un ou plusieurs process d’assemblage sont utilisés. L’étape 9, qui consiste en l’ajout du pavillon nous intéresse tout particulièrement. Après que le pavillon ait été déposé par un robot préhenseur, deux robots équipés de têtes laser le soudo-brase avec les côtés de caisse gauche et droit. L’ensemble du processus doit être exécuté en 50 respectant le temps de cycle fixé par la cadence de production de 60 véhicules/heure. Dans cette optique, la vitesse minimale de soudo-brasage nécessaire est de 4m/min. La perspective d’augmentation de la cadence de production nécessite l’étude des vitesses d’assemblage allant jusqu’à 6 m/min. Le pavillon présente une géométrie spécifique avec un fort galbe qui vient épouser les formes des côtés de caisse gauche et droit. L’ensemble mis en position est visible sur la figure II.3. Figure II.3 – Représentation CAO de l’ensemble pavillon/côtés de caisse [3]. Les extrémités des côtés de caisse et du pavillon présentent des courbures permettant la mise en géométrie des pièces lors de l’opération de dépose du pavillon. Les pièces en place sont alors soudo-brasées, avant les opérations de masticage, de cataphorèse et de peinture. Le processus de dépose et d’assemblage est donné sur la figure II.4

Configuration d’étude pour l’assemblage pavillon aluminium/côté de caisse acier

Dans le cadre de nos expérimentations, nous avons défini une configuration d’éprouvettes représentative de la liaison pavillon-côté de caisse. Les éprouvettes, de 500 mm de longueur, sont pliées avec les mêmes rayons de courbure que le pavillon et les côtés de caisse assemblés en usine. La seule différence réside dans l’absence de galbe des éprouvettes dont les plans sont représentés sur les figures II.6 et II.7. Figure II.6 – Plan de l’éprouvette pavillon aluminium, longueur de la développée = 62,81 (toutes les longueurs sont en mm). Figure II.7 – Plans de l’éprouvette côté de caisse acier, longueur de la développée = 69,1 (toutes les longueurs sont en mm). Les tôles sont placées et bridées manuellement dans un support éprouvette, visible sur la figure 8. 53 Figure II.8 – Photo du support éprouvette. L’éprouvette aluminium est placée en premier en butée contre le support. Dans un second temps la tôle en acier est mise en place en butée contre la tôle d’aluminium en garantissant un jeu nul entre les deux tôles (figures II.8, II.9 et II.10). La différence de hauteur entre le pavillon et le côté de caisse est reproduite entre les deux tôles grâce à des cales de surélévation. Les figures II.9 et II.10 représentent respectivement la mise en position des tôles permettant de garantir le jeu nul et une vue schématique de l’ensemble tôles et support. Figure II.9 – Disposition des tôles dans le support éprouvette. 54 Figure II.10 – Représentation schématique de la section de l’ensemble {support éprouvette, éprouvette pavillon, éprouvette côté de caisse}. II.3.Matériaux

Métaux de base

Les nuances des deux métaux de base sont fixées pour l’ensemble de l’étude. Elles ont été directement fournies par les usines Renault. L’acier DX56D+Z140M formé à froid et galvanisé à chaud est utilisé pour représenter le côté de caisse. L’épaisseur de la protection de zinc est de 10 µm. Le pavillon aluminium est, quant à lui, issu de la série des 6XXX traité T4. La composition et les propriétés de ces deux nuances sont résumées dans le tableau II.1. Matériau Composition chimique (% massique) Propriétés mécaniques C Si Mn Mg Fe Zn Cu Al Re (MPa) Rm (MPa) DX56D+Z140M 0.002 0.006 0.105 – Bal. – – – 120-180 260-350 AA6016-T4 – 1.0-1.5 <0,2 0.25-0.6 <0.5 <0.2 <0.2 Bal. 90-120 245 Tableau II.1 – Composition chimique et propriétés des nuances d’aluminium et d’acier. Nos essais sont effectués sans utilisation de flux de décapage des couches d’oxydes. Les tôles ont cependant été brièvement frottées avec un morceau de tissu pour enlever les traces restantes des huiles utilisées pour stocker et conserver les tôles en usine.

Métaux d’apport

Le choix des métaux d’apport pour cette étude a été effectué au vu de l’expérience interne de Renault et des éléments issus de la bibliographie. Les nuances de fils majoritairement composées de zinc n’ont pas été considérées, principalement à cause des problèmes de fissuration à froids 55 soulevés par Mathieu (2005) et Pena (2005) [14-18], au profit des nuances de la famille Al − Si : AlSi5 (ER4043), AlSi12 (ER4047) et AlSi3Mn1 (ER4020). Cette famille présente un intérêt fort pour l’assemblage acier/aluminium de par l’influence du silicium sur la formation des intermétalliques présentée précédemment. Les compositions chimiques et les températures de fusion de ces trois nuances sont présentées dans le tableau II.2.