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Le soudobrasage laser arrive

Mirel Scherer

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Le soudobrasage laser arrive

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- Déjà utilisé outre-Rhin, ce procédé polyvalent est en cours d'industrialisation dans les usines d'automobiles françaises. À la clé, des finitions plus esthétiques et une simplification de fabrication.

Dans un marché où la concurrence fait rage, les constructeurs d'automobiles sont toujours à la recherche de moyens capables d'améliorer la qualité des véhicules ainsi que la productivité des usines. Ainsi les constructeurs français étudient la possibilité d'introduire dans la fabrication le procédé de soudobrasage. Après une phase de validation effectuée dans son usine de Sandouville (Seine-Maritime), Renault compte l'industrialiser bientôt. Chez PSA, c'est sa filiale d'ingénierie PCI (Process Conception Ingénierie) qui étudie et développe depuis deux ans ce procédé d'assemblage original.

« Cette technique est intéressante, mais l'utilisation du laser ne laisse aucune place à l'improvisation. Nous avons préféré vérifier à la loupe les enjeux, les avantages et les contraintes de cette approche avant de l'intégrer en production », exlique Bastien Lefranc, responsable des applications laser dans le ferrage automobile chez PCI. Le laser nécessite en effet des positionnements de pièces quasi parfaits, les pièces embouties à assembler doivent être de meilleure qualité... Bref, les obstacles à franchir ne sont pas minces.

Le procédé devra tenir ses promesses

L'expérience de constructeurs allemands démontre cependant que le soudobrasage est une voie prometteuse. Et qu'il est particulièrement efficace sur certains types de pièces. « La configuration géométrique du plan de joint conditionne le succès de l'opération », confirme l'expert de PCI. L'assemblage par soudobrasage de pièces en tôle plate avec celles en tôle pliée se révèle ainsi intéressant. C'est ce que démontrent les opérations d'assemblage du toit avec le côté de caisse de la Golf V de Volkswagen.

Chez PCI, après plusieurs phases d'essais, le procédé est en fin de processus de validation. « Les premiers tests de laboratoire ont été suivis par des essais réalisés sur des pièces réelles, qui confirment la possible intégration du procédé en production », souligne Bastien Lefranc. Ces essais sont effectués en collaboration avec l'Irepa Laser, le centre de ressources technologiques sur les applications industrielles du laser situé à Illkirch, près de Strasbourg (Bas-Rhin), sur une installation qui comporte une tête HighYag PDT montée sur un robot ABB 4400. Cette tête est dotée d'une source laser Rofin et munie de son système pendulaire motorisé de suivi de joint et d'injection de fil d'apport.

Après la programmation et la simulation des trajectoires grâce au logiciel Act/Weld 3D d'Alma, les spécialistes sont passés aux campagnes d'essais. Le procédé et ses performances ont été validés pour l'assemblage d'une pièce réelle, à savoir le soudobrasage du passage de roue arrière sur une section de côté de caisse en acier galvanisé pour la Citroën C3. Cette liaison permet l'assemblage de tôles galvanisées selon un plan de joint de forme complexe.

« Ces études ont confirmé le potentiel du procédé », ajoute Didier Boisselier, spécialiste à l'Irepa. Et ses avantages : très tolérante, la tête spécialisée d'HighYag (mais ces conclusions sont valables aussi pour la tête Alo de Scansonic que les experts de PCI ont également testée), assure la reproductibilité du procédé et autorise l'assemblage des tôles galvanisées avec fil d'apport, sans dénaturer la protection galvanique. La vitesse de ce procédé robotisé laser varie de 2 à 5 m/min et est compatible avec les cadences de production d'automobiles.

Pour le spécialiste de l'Irepa, la capacité du procédé à assurer des cordons étanches ouvre de nouveaux champs d'application. « Lors de la fabrication classique, l'assemblage du pavillon avec le côté de caisse est réalisé par la succession des opérations de collage, de soudage par résistance (avec une pince de soudage), de dépose d'une étanchéité à quoi s'ajoute un enjoliveur en plastique, renchérit Bastien Lefranc, de PCI. Le soudobrasage simplifie le processus de fabrication, élimine l'enjoliveur, en apportant une réponse satisfaisante aux exigences techniques et esthétiques. »

La solution mécanique, moins chère, a prévalu

Reste un point délicat à résoudre, le positionnement du faisceau laser qui conditionne le succès de l'opération. « Dans les opérations de soudage laser, on utilise un système de suivi de joint électronique, rappelle l'expert de PCI. Nous avons préféré la solution mécanique, sensiblement moins chère, plus facile et rapide à mettre au point. » Un bras télescopique sur lequel se trouve l'optique laser effectue des mouvements de compensation, le fil d'apport jouant le rôle de palpeur mécanique de poursuite de soudure. Le faisceau laser est ainsi toujours centré sur le fil et les gorges à remplir.

Combien coûte cette petite merveille prête à entrer dans les usines d'automobiles françaises ? Aux prix du robot et de la source laser, qui sont ceux du marché, il faut simplement ajouter environ 45 000 euros, le coût de la tête de soudobrasage spécialisée...

AUDI ET VOLKSWAGEN ONT UNE LONGUEUR D'AVANCE

- Adeptes de la première heure des technologies laser, Audi et Volkswagen utilisent depuis plusieurs années le soudobrasage laser robotisé en fabrication de série. Ce dernier l'a mis en oeuvre pour l'assemblage du toit avec le côté de caisse de sa Golf V. Une fabrication qui confirme les atouts du soudobrasage laser, s'il est utilisé à bon escient. Autrement dit, pour assembler des pièces dont la configuration géométrique est adaptée au procédé.

TOUT DANS LA TÊTE

- Deux têtes de soudobrasage sont disponibles sur le marché, celle proposée par HighYag (source laser Yag Rofin) et l'Alo de Scansonic (source laser Yag Trumpf). Leur puissance varie de 1,5 à 3,5 kW et leur concept est identique : il s'agit d'un système de suivi de joint totalement mécanique, qui se déplace sur les axes Y et Z pour assurer la bonne focalisation du faisceau laser. Le fil d'apport sert dans ce cas de palpeur mécanique de poursuite de soudure. L'astuce : un ressort crée une force dans le sens vertical afin d'assurer l'appui du fil dans le joint. La pointe du fil suit ainsi mécaniquement le trajet du joint. Le bras télescopique, qui supporte le module guide fil et l'optique laser, effectue des mouvements de compensation (latérales et en hauteur) dès que des écarts de poursuite du joint par rapport à la trajectoire programmée apparaissent.

45 000 euros

- C'est le coût de la tête de soudobrasage spécialisée. Auquel il faut ajouter les prix du robot et de la source laser.

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