Institut Belge de la Soudure
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HYBRISONIC: Ultrasonic supported processing of hybrid materials

Dernière modification: 
02-03-2022

Les panneaux sandwich en métal-composite sont composés de deux fines tôles demétal massives entre lesquelles est collé un plastique (p.ex. polyéthylène) sous haute pression. Les tôles de métal forment ainsi avec le plastique un genre de sandwich. On parle donc parfois de panneaux sandwich en métal. Différents types de métal sont utilisés pour cela; principalement de l’aluminium, mais aussi de l’acier inoxydable, de l’acier laqué, du laiton, du titane, etc. L’Institut Belge de la Soudure (IBS) a lancé un projet de recherche axé sur la pratique sur l’assemblage de ces panneaux sandwich. 

La surface des panneaux sandwich en aluminium est extrêmement lisse, exempte de corrosion, et a un faible coefficient de dilatation. Les robustes panneaux sandwich en aluminium marient ces propriétés avec une excellente aptitude à l’impression à l’encre. Ils sont ainsi idéaux pour des applications élégantes comme des bornes publicitaires, la construction de stands, des panneaux publicitaires et des présentoirs.

Panneaux en aluminium-composite

Les panneaux en aluminium-composite ont de nombreux avantages par rapport à d’autres matériaux. Grâce à l’utilisation d’aluminium et de plastique, ils sont légers et rigides. Vu que les panneaux sandwich en aluminium peuvent être usinés facilement et économiquement avec des outils simples, le matériau offre une énorme liberté de forme. Autre atout: les panneaux ont un effet coupe-feu ou sont parfois même résistants au feu. Ils sont, enfin, durables, car ils sont entièrement recyclables.

Applications
Les panneaux en aluminium-composite peuvent être utilisés pour les applications les plus diverses. Dans la construction, ils sont souvent utilisés comme revêtement de façade, mais ils peuvent p.ex. aussi servir de protection de machine ou de toits. Les panneaux muraux en aluminium-composite sont employés pour une finition d’intérieur ou un revêtement de façade lisse. Ils sont légers, extrêmement rigides et complètement lisses. Le confort acoustique, la grande résistance aux intempéries, la qualité thermique et la résistance au feu en font un produit convoité dans la construction.

Plafond in aluminium-composiet panelen voor o.a. akoestische isolatie

Plafond en panneaux en aluminium-composite pour notamment l’isolation acoustique

Panneaux en acier-composite

Les panneaux sandwich en métal-composite jouent un rôle de plus en plus important pour la conception légère et la réduction du bruit et des vibrations dans le secteur du transport. Pour atteindre les objectifs UE en matière d’émissions, les concepts légers économiques jouent un rôle majeur dans l’industrie du transport et automobile. Les concepteurs, fabricants et fournisseurs utilisent p.ex. des panneaux en acier-composite, plus légers que les composants en acier monolithiques et moins chers que ceux en aluminium. L’utilisation de ces matériaux permet de réaliser un gain de poids de 10% pour une carrosserie, en conservant l’infrastructure de production.

Boîtier d’une machine

But du projet

Défis

L’utilisation de ces panneaux pose toutefois des défis au niveau de la technologie d’assemblage. La première exigence pour l’utilisation de tels composants hybrides est la disponibilité de techniques d’assemblage adéquates. Différentes combinaisons de matériaux et d’épaisseurs rendent l’assemblage robuste de ces matériaux de plus en plus complexe. 

Coupe transversale d’un assemblage riveté d’un panneau sandwich en métal-composite

Coupe transversale d’un assemblage clinché d’un panneau sandwich en métal-composite

Description du projet

Techniques d’assemblage

En raison de la couche intermédiaire (p.ex. polymère), la mise en oeuvre de ces matériaux hybrides est cependant difficile à de nombreux points de vue et de nouvelles approches s’imposent. Une des techniques d’assemblage les plus utilisées pour les panneaux est le soudage par points par résistance. La couche intermédiaire constitue d’une part une barrière à isolation électrique, rendant le soudage par résistance impossible.
La différence entre les propriétés mécaniques de la couche de composite et de la surface en métal est d’autre part importante, ce qui génère d’autres restrictions pour les techniques d’usinage. Il y a eu récemment des développements pour un certain nombre de procédés d’assemblage alternatifs. De nouvelles techniques hybrides ont été développées. Les possibilités et les limites de ces techniques d’assemblage doivent toutefois être connues pour permettre aux entreprises d’utiliser ces procédés pour la fabrication de composants multimatériaux.

Recherche collective 

L’IBS a lanceé un projet de recherche axé sur la pratique sur l’assemblage de ces panneaux sandwich. Ici, différentes techniques d’assemblage hybrides seront développées et testées sur différents matériaux. Le projet a mis l’accent sur 4 techniques d’assemblage: clinchage, rivetage, soudage par résistance et soudage par points par friction. 

Pour faire en sorte que les panneaux sandwich puissent être assemblés avec ces techniques, le noyau en plastique doit être déplacé localement. Dans le projet, deux concepts ont été étudiés pour refouler le noyau. Le premier est le développement d’une technique d’assemblage hybride, plus précisément une combinaison de soudage par ultrasons et de clinchage ou soudage par résistance. Pour ce concept, on a intégré une sonotrode pour générer les vibrations ultrasonores dans les outils d’assemblage. Sous l’effet des vibrations ultrasonores, le noyau en plastique du panneau sandwich est déplacé et les tôles peuvent être assemblées.
Un deuxième concept a utilisé aussi des vibrations ultrasonores pour déplacer le noyau en plastique, mais comme étape préalable. Ensuite, les tôles traitées sont assemblées par rivetage autopoinçonnant ou soudage par points par friction. Des cas industriels ont également été développés pour démontrer le potentiel des nouveaux procédés. 

 

Machine de soudage par friction par point

Résultats

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