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WO2007147992A1 - Realisation d'une liaison mecanique entre des pieces de carrosserie - Google Patents

Realisation d'une liaison mecanique entre des pieces de carrosserie Download PDF

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WO2007147992A1
WO2007147992A1 PCT/FR2007/051345 FR2007051345W WO2007147992A1 WO 2007147992 A1 WO2007147992 A1 WO 2007147992A1 FR 2007051345 W FR2007051345 W FR 2007051345W WO 2007147992 A1 WO2007147992 A1 WO 2007147992A1
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WO
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parts
magnetic field
connection
application surface
mechanical connection
Prior art date
Application number
PCT/FR2007/051345
Other languages
English (en)
Inventor
Ramon Tuffin
Hervé GUERMEUR
Original Assignee
Renault S.A.S
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault S.A.S filed Critical Renault S.A.S
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K13/00—Welding by high-frequency current heating
    • B23K13/01—Welding by high-frequency current heating by induction heating
    • B23K13/02—Seam welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K13/00—Welding by high-frequency current heating
    • B23K13/01—Welding by high-frequency current heating by induction heating
    • B23K13/015—Butt welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/006—Vehicles

Definitions

  • the invention relates to the realization of a mechanical connection between two parts of a body of a vehicle.
  • a known technique for producing such a mechanical connection comprises:
  • the energy supply may consist of a heat input.
  • a torch For this purpose, the use of a torch has been and still is widespread.
  • the main drawback of the torch is to provide so much heat that the temperature at the body is important, resulting in undesired deformation thereof.
  • arc welding such as a wire welding for example brass under inert gas (typically argon, nitrogen or mixtures thereof), also called MIG (from the English acronym "Metal Inert Gas”).
  • An electric arc is established between the end of a consumable electrode and the substrate, under gaseous protection.
  • the electrode is in the form of a solid or cored wire and the choice of the protective gas is determined by the nature of the material (s) to be welded.
  • the energy supply can also be optical.
  • a powerful laser is used, the radius of which is then concentrated on a solder wire constituted by the materials constituting said mechanical connection. Laser brazing is thus carried out.
  • the solder wire is brought automatically by a reel.
  • the reel may become jammed, causing major defects in the construction of the mechanical connection, such as defects greater than 80 mm in length.
  • the defects generated by the laser solder can nevertheless be partly recovered by filling.
  • the grouting can only be done on small plots and provides no additional mechanical strength of the parts to be bonded.
  • the invention proposes to solve these problems by proposing, according to a first aspect, a device capable of inductively producing the connection between two parts of a bodywork of a motor vehicle characterized in that it comprises a surface of application magnetic field whose shape is substantially complementary to that of the surface of the connection between the two parts.
  • the invention proposes a method for producing a mechanical connection between two parts of a bodywork of a vehicle, characterized in that it comprises the implementation of an induction fusion of a element disposed between the two parts by said device.
  • This technique makes it possible to locate the energy without deforming the two parts to be welded.
  • FIG. 1 represents a perspective view of an inductor according to the invention.
  • FIG. 2 represents an electrical source of the inductor according to the invention.
  • FIG. 3 represents a perspective view of an inductor assembly according to the invention.
  • a device called an inductor 30 comprises an electromagnetic energy distributing element 10 and a holding element 20 to allow the inductor 30 to be fixed to its source of electrical energy.
  • the energy distributor 10 is arranged to transmit a high frequency magnetic field to a nearby magnetic conductive element between the two body parts to be bonded.
  • This last magnetic conductive element has an elongated shape along a line or along a curve when it is placed between two bodywork parts to be bonded, matching the profile of the bodywork that one wishes to obtain.
  • This element may thus be, for example, at least one wire consisting of one or more metals.
  • the energy distributor 10 comprises in its lower part an application surface 13 of the magnetic field, made of electrically conductive material, of elongate shape, having a length equal to at least a portion of the wire and a width approximately equal to the width separating the two pieces to bind
  • the dimensions of the energy distributor 10 can be chosen so as to conform to the connecting surface which can be associated with the profile of the parts to be bonded, over at least a part of the length of the wire. It will thus be possible for example to provide a slightly concave application surface 13 if the profile of the parts to be bonded is slightly curved.
  • the application surface 13 here has a longitudinal edge so as to define a projecting element of triangular section, to correspond to the complementary recessed connection surface. This will make it possible to apply a magnetic field of equal intensity over the entire length of the wire undergoing induction.
  • the energy distributor 10 comprises two focusing electrically conductive surfaces 12 diverging from the application surface 13, the focusing surfaces 12 terminating on an electrically conductive upper part 1 1 of the energy distributor 10.
  • This upper part 1 1 of the energy distributor 10 has for example a parallelepipedal shape whose main base has a much larger area than that of the application surface 13.
  • the energy distributor 10 is made of a conductive material such as copper.
  • the energy distributor 10 may be formed from one or more plate (s), consisting of (s) said conductive material, so as to leave a large hollow interior volume 14. This limits a clearance of heat in volume compared to the case of a full energy distributor.
  • This hollow volume 14 may be provided to present an inlet and an outlet, in order to engage part of a cooling fluid circuitry therein. It is thus possible to provide a sealed cold water circuit for cooling the energy distributor 10.
  • the inductor 30 further comprises a holding element 20 fixed rigidly on the upper part 1 1 of the energy distributor 10. This holding element 20 is arranged to be mechanically and electrically connected to a terminal of the source of power. electrical energy of the inductor 30.
  • this terminal comprises a clamp 50 allowing both the inductor 30 to be held at the level of the holding element. 20, and to transmit the electrical energy that it receives from a generator 40 via a wiring 70.
  • the holding element 20 advantageously comprises two plane and parallel holding surfaces 22 at which the clamp 50 presses, to facilitate the function and to minimize electrical losses between the pinching members of the clamp 50 and the portions of the surfaces 22 in contact with these pinching members.
  • This holding element 20 is traversed by a channel 21 adapted to receive a cylindrical barrel fixing element, this fixing element being arranged to fix the inductor 30 to a fastening means connected to the electrical source.
  • This fastening means may be screw, rivet, or other means.
  • the wall of the channel 21 may be threaded or smooth depending on the fastening means used.
  • the axial channel 21 is transverse to the parallel holding surfaces 22, and the fastening elements fix the clamp 50 to the holding element 20.
  • the holding element 20 is made of an electrically conductive material, such as for example copper, and may also optionally be cooled.
  • This holding element 20 thus serves not only as a means for gripping the inductor 30, but also for transmitting the electrical energy to the underlying energy distributor 10.
  • the holding member 20 and the energy distributor 10 are formed together or bonded to each other by welding, bonding at high temperatures or by other means.
  • FIG. 3 An inductive system according to the invention is shown in Figure 3.
  • This figure shows in particular the inner volume 14 and the fixing means 60.
  • the latter can be electrically conductive.
  • the clamp 50 is here surmounted by an electrical insulating handle 80 provided with a trigger switch (not shown here) for manually applying and cutting the high voltage voltage applied to the inductor 30.
  • the generator 40 may comprise adjustment functions such as the possibility of predetermining a profile of applied voltage and / or of frequency in time.
  • the generator 40 may further comprise a data management and storage unit for programming these profiles directly or as a function of other types of parameters than the voltage or the frequency.
  • a use of such an inductive system according to the invention comprises the following steps:
  • two pieces to be bonded eg for example a box and a flag made of sheet metal with a thickness of about 0.7 to 0.8 mm galvanized on two sides - separated one by the other by a determined distance, so that they have a profile and a configuration similar to what one wishes to obtain after bonding;
  • the wire (s) provided may be made for example of an alloy comprising silver and brass.
  • the use of silver in combination with brass (or zinc-copper) makes it possible to reduce the melting temperature compared with brass alone, for an equivalent fluidity.
  • the melting temperature falls to around 700 ° C (instead of 800 ° C if only brass is used) for equivalent fluidity.
  • the alloys used are particularly effective for the materials used for automobile body panels, such as galvanized sheet metal on both sides.
  • the application of the magnetic field is located only at the level of the mechanical connection to be made, which prevents any deformation of the parts to be assembled.
  • the mechanical connection made by induction according to the invention can not only allow to assemble two pieces initially separated from each other, but also to retouch parts already assembled links which have bonding defects.
  • This method can also be used for small chain rates to replace laser brazing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif (30) apte à réaliser par induction la liaison entre deux pièces d'une carrosserie d'un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une surface d'application (13) du champ magnétique dont la forme est sensiblement complémentaire de celle de la surface de la liaison entre les deux pièces.

Description

REALISATION D'UNE LIAISON MECANIQUE ENTRE DES PIECES DE CARROSSERIE
L'invention concerne la réalisation d'une liaison mécanique entre deux pièces d'une carrosserie d'un véhicule. Une technique connue pour réaliser une telle liaison mécanique comprend :
- la disposition d'un ou de plusieurs matériaux, sous forme par exemple d'un cordon en alliage, entre les deux pièces d'un véhicule, puis
- un apport d'énergie pour chauffer ce matériau et le faire fusionner afin de venir réaliser ladite liaison mécanique.
L'apport d'énergie peut consister en un apport de chaleur. A cet effet, l'utilisation d'un chalumeau a été et est encore très répandue.
Cependant, le chalumeau a pour inconvénient principal d'apporter tant de chaleur que la température au niveau de la carrosserie est importante, entraînant en conséquence une déformation non souhaitée de celle-ci.
D'autre part, il faut prévoir des bouteilles de gaz inflammables à proximité pour alimenter le chalumeau, ce qui est encombrant et représente un risque supplémentaire pour l'utilisateur. Une autre manière de procéder est le soudage à l'arc, tel qu'un soudage à fil métallique par exemple en laiton sous gaz inerte (typiquement de l'argon, de l'azote ou des mélanges de ceux-ci), aussi appelé MIG (de l'acronyme anglo-saxon « Métal Inert Gaz »).
Un arc électrique est établi entre l'extrémité d'une électrode consommable et le substrat, sous protection gazeuse. L'électrode se présente sous la forme d'un fil massif ou fourré et le choix du gaz protecteur est déterminé par la nature du ou des matériaux à souder.
Cette technique engendre cependant une diffusion de métaux dans la carrosserie, entraînant une diffusion de chaleur et donc une déformation des pièces à assembler. L'apport d'énergie peut également être optique. On utilise un laser puissant dont le rayon est alors concentré sur un fil de brasure constituée des matériaux de constitution de ladite liaison mécanique. On effectue ainsi un brasage laser. Le fil de brasure est amené de façon automatique par un dévidoir.
Le dévidoir peut se bloquer, provoquant alors des défauts importants dans la confection de la liaison mécanique, tels que des défauts supérieurs à 80 mm en longueur.
Ces défauts peuvent être de type absence ou insuffisance de liaison mécanique, ou au contraire présence d'un nœud de liaison.
Les défauts engendrés par la brasure laser peuvent néanmoins être en partie récupérés par masticage.
Cependant, le masticage ne peut être réalisé que sur des petites parcelles et ne procure aucune tenue mécanique supplémentaire des pièces à lier.
L'invention se propose de résoudre ces problèmes en proposant, selon un premier aspect, un dispositif apte à réaliser par induction la liaison entre deux pièces d'une carrosserie d'un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une surface d'application du champ magnétique dont la forme est sensiblement complémentaire de celle de la surface de la liaison entre les deux pièces.
Selon un second aspect, l'invention propose un procédé de réalisation d'une liaison mécanique entre deux pièces d'une carrosserie d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en œuvre d'une fusion par induction d'un élément disposé entre les deux pièces par ledit dispositif.
Cette technique permet de localiser l'énergie sans déformer les deux pièces à souder.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, non limitative, et illustrée à l'aide des figures suivantes : La figure 1 représente une vue en perspective d'un inducteur selon l'invention.
La figure 2 représente une source électrique de l'inducteur selon l'invention. La figure 3 représente une vue en perspective d'un ensemble inducteur selon l'invention.
Un dispositif appelé inducteur 30 selon l'invention comprend un élément répartiteur de l'énergie électromagnétique 10 et un élément de maintien 20 pour permettre la fixation de l'inducteur 30 à sa source d'énergie électrique. Le répartiteur d'énergie 10 est agencé pour transmettre un champ magnétique haute fréquence à un élément conducteur magnétique placé à proximité, entre les deux pièces de carrosserie à lier.
Ce dernier élément conducteur magnétique a une forme allongée selon une droite ou selon une courbe lorsqu'il est placé entre deux pièces de carrosserie à lier, épousant le profil de la carrosserie que l'on souhaite obtenir.
Cet élément peut ainsi être, par exemple, au moins un fil constitué de un ou plusieurs métaux.
Le répartiteur d'énergie 10 comprend dans sa partie basse une surface d'application 13 du champ magnétique, en matériau électriquement conducteur, de forme allongée, ayant une longueur égale à au moins une partie du fil et une largeur égale approximativement à la largeur séparant les deux pièces à lier
(i.e. largeur du cordon de liaison à réaliser).
Selon l'invention, les dimensions du répartiteur d'énergie 10 peuvent être choisies de sorte à se conformer à la surface de liaison qui peut être associée au profil des pièces à lier, sur au moins une partie de la longueur du fil. On pourra ainsi prévoir par exemple une surface d'application 13 légèrement concave si le profil des pièces à lier est légèrement bombé.
En référence à la figure 3, la surface d'application 13 présente ici une arête longitudinale de sorte à définir un élément saillant de section triangulaire, afin de correspondre à la surface de liaison en creux complémentaire. Ceci va permettre d'appliquer un champ magnétique d'égale intensité sur toute la longueur du fil subissant l'induction.
D'autre part, afin de guider et focaliser l'énergie électromagnétique vers la surface d'application 13, le répartiteur d'énergie 10 comprend deux surfaces électriquement conductrices focalisantes 12 divergeant à partir de la surface d'application 13, les surfaces focalisantes 12 venant se terminer sur une partie haute électriquement conductrice 1 1 du répartiteur d'énergie 10.
Cette partie haute 1 1 du répartiteur d'énergie 10 a par exemple une forme parallélépipédique dont la base principale présente une superficie nettement plus grande que celle de la surface d'application 13.
Le répartiteur d'énergie 10 est constitué d'un matériau conducteur tel que le cuivre.
Il est en outre agencé pour permettre un refroidissement du matériau conducteur. A cet effet, le répartiteur d'énergie 10 peut être formé à partir d'une ou de plusieurs plaque(s), consitutée(s) dudit matériau conducteur, de sorte à laisser un grand volume intérieur creux 14. On limite ainsi un dégagement de chaleur en volume par rapport au cas d'un répartiteur d'énergie 10 plein.
Ce volume creux 14 peut être prévu pour présenter une entrée et une sortie, afin d'y engager une partie d'une circuiterie de fluide refroidissant. On peut ainsi prévoir un circuit d'eau froide étanche venant refroidir le répartiteur d'énergie 10.
L'inducteur 30 comprend en outre un élément de maintien 20 fixé de façon rigide sur la partie haute 1 1 du répartiteur d'énergie 10. Cet élément de maintien 20 est agencé pour être relié mécaniquement et électriquement à un terminal de la source d'énergie électrique de l'inducteur 30.
En référence à la figure 2, ce terminal comprend une pince 50 permettant à la fois de tenir l'inducteur 30, au niveau de l'élément de maintien 20, et de lui transmettre l'énergie électrique qu'il reçoit d'un générateur 40 via un câblage 70.
Afin d'optimiser l'utilisation de l'inducteur 30 avec ce type de pince 50, l'élément de maintien 20 comprend avantageusement deux surfaces de maintien 22 planes et parallèles entre elles au niveau desquelles la pince 50 vient presser, pour faciliter la fonction de pince et pour minimiser les pertes électriques entres les éléments pinçant de la pince 50 et les portions des surfaces 22 en contact avec ces éléments pinçant.
Cet élément de maintien 20 est traversé par un canal 21 apte à recevoir un élément de fixation de fût cylindrique, cet élément de fixation étant agencé pour fixer l'inducteur 30 à un moyen d'attache lié à la source électrique. Ce moyen de fixation peut être de type vis, rivet, ou autre moyen. En conséquence, la paroi du canal 21 peut être taraudée ou lisse selon le moyen de fixation utilisé. Dans le cas de la pince 50, le canal axial 21 est transversal aux surfaces de maintien 22 parallèles, et les éléments de fixation viennent fixer la pince 50 à l'élément de maintien 20.
L'élément de maintien 20 est réalisé en un matériau électriquement conducteur, tel que par exemple du cuivre, et peut aussi être éventuellement refroidi.
Cet élément de maintien 20 sert donc non seulement de moyen de préhension de l'inducteur 30, mais aussi à transmettre l'énergie électrique jusqu'au répartiteur d'énergie 10 sous-jacent.
L'élément de maintien 20 et le répartiteur d'énergie 10 sont formés ensemble l'un avec l'autre ou sont fixés l'un à l'autre par soudure, par un collage résistant à de hautes températures ou par un autre moyen.
Un système inducteur selon l'invention est représenté sur la figure 3. Cette figure montre en particulier bien le volume intérieur 14 et le moyen de fixation 60. Ce dernier peut être conducteur électrique. En outre, la pince 50 est ici surmontée d'une poignée isolante électrique 80 munie d'une gâchette coupe-circuit (non montrée ici) permettant d'appliquer et de couper manuellement la tension électrique haute tension appliquée à l'inducteur 30. Par ailleurs, le générateur 40 peut comprendre des fonctions de réglage telles que la possibilité de prédéterminer un profil de tension appliquée et/ou de fréquence dans le temps. Le générateur 40 peut en outre comprendre une unité de gestion et de stockage de données permettant de programmer ces profils directement ou en fonction d'autres types de paramètres que la tension ou la fréquence.
Une utilisation d'un tel système inducteur selon l'invention comprend les étapes suivantes :
- disposer deux pièces à lier - e.g. par exemple une caisse et un pavillon en tôle d'épaisseur 0,7 à 0,8 mm environ galvanisés deux faces - séparées l'une à côté de l'autre par une distance déterminée, de sorte qu'elles aient un profil et une configuration similaires à ce qu'on souhaite obtenir après liaison;
- disposer dans une section entre les deux pièces un ou plusieurs fil(s) d'apport constitué(s) de un ou plusieurs matériau(x) apte(s) à fusionner sous l'application d'un champ magnétique haute fréquence ;
- placer l'inducteur 30 à une distance déterminée du ou des fil(s) afin de lui appliquer un champ magnétique déterminé sur la longueur du répartiteur d'énergie 10 de sorte à faire fondre le(s) fil(s), et à former au final un cordon de liaison mécanique entre les deux pièces. Le(s) fil(s) apporté(s) peu(ven)t être constitué(s) par exemple d'un alliage comprenant de l'argent et du laiton. L'utilisation de l'argent en association avec du laiton (ou zinc-cuivre) permet de diminuer la température de fusion par rapport à du laiton seul, pour une fluidité équivalente. Ainsi, on pourra adapter la teneur en argent dans le fil selon les exigences coût/température. On pourra ainsi par exemple choisir la teneur en Argent autour de 30 %, 40 % ou 50 % en matière.
Avec de tels fils, la température de fusion descend autour de 700 °C (au lieu de 800 °C si on utilise uniquement du laiton) pour une fluidité équivalente. Les alliages utilisés sont particulièrement performants pour les matériaux utilisés pour les tôles de carrosserie d'automobile, tel que de la tôle galvanisée deux faces.
En outre, grâce à la configuration de l'inducteur 30 selon l'invention, l'application du champ magnétique est localisé uniquement au niveau de la liaison mécanique à réaliser, ce qui évite toute déformation des pièces à assembler.
La liaison mécanique réalisée par induction selon l'invention peut permettre non seulement d'assembler deux pièces initialement séparées l'une de l'autre, mais aussi de retoucher des liaisons de pièces déjà assemblées qui présentent des défauts de liaison.
On peut ainsi par exemple retoucher des pièces précédemment assemblées sous brasage laser présentant des défauts, y compris de gros défauts tels que des défauts supérieurs à 80 mm en longueur. Il suffit de dimensionner et poser un fil d'induction dans la concavité relative au défaut, et d'induire ensuite sa fusion pour retoucher le défaut.
Ce procédé pourra également être utilisé pour des petites cadences sur chaîne de façon à remplacer le brasage laser.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (30) apte à réaliser ou retoucher par induction une liaison entre deux pièces d'une carrosserie d'un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une surface d'application (13) du champ magnétique dont la forme et la superficie sont sensiblement complémentaires de celles de la surface de la liaison entre les deux pièces de sorte à répartir un champ magnétique d'égale intensité sur toute la surface de la liaison sans provoquer la déformation des pièces hors surface de liaison, et ce qu'il comporte en outre deux surfaces focalisantes (12) électriquement conductrices divergeant à partir de la surface d'application (13) de sorte à guider et focaliser l'énergie électromagnétique vers la surface d'application (13).
2. Dispositif (30) selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il est en cuivre.
3. Dispositif (30) selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour le refroidir lorsqu'une énergie électrique haute fréquence lui est appliquée.
4. Procédé de réalisation d'une liaison mécanique entre deux pièces d'une carrosserie d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en œuvre d'une fusion par induction d'un élément disposé entre les deux pièces par le dispositif selon l'une des revendications 1 à 3.
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le matériau de l'élément contient de l'argent.
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la proportion d'argent dans le matériau est comprise entre 30 % et 50 % en matière.
7. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau comprend en outre du laiton.
8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'induction est mise en œuvre par un champ magnétique haute fréquence localisé principalement au niveau dudit élément.
9. Procédé selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la forme de la surface d'application (13) du champ magnétique de l'inducteur (30) est choisie de sorte que le champ magnétique soit sensiblement uniforme sur la surface de l'élément recevant ce champ.
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FR2902682A1 (fr) 2007-12-28

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