Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
WO 2022/122881
PCT/EP2021/084926
Description
Titre de l'invention : Système et procédé de solidarisation de pièces
thermoplastiques hautes performances
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne le domaine de l'assemblage de
pièces thermo-
plastiques et plus précisément la solidarisation par soudage résistif de
pièces thermo-
plastiques hautes performances, en particulier, dans le domaine aéronautique.
[0002] De manière connue, les pièces destinées à être montées sur
un aéronef, généralement
réalisées dans un matériau métallique, sont solidarisées par rivetage ou par
d'autres
fixations rapportées. Cependant, l'ajout de pièces rapportées augmente de
manière si-
gnificative la masse de l'aéronef. Aussi, un tel assemblage est de plus en
plus remplacé
par une méthode de soudage qui permet à la fois de limiter le nombre de pièces
(permettant un gain de temps et de masse).
[0003] De plus, dans le domaine aéronautique, les pièces
métalliques sont le plus souvent
remplacées par des pièces plus légères en matériau composite. Il est notamment
connu
d'utiliser des pièces réalisées dans un matériau thermoplastique haute
performance, tel
que le polyaryléthercétone connu sous la désignation PAEK, ou le polyéthercéto-
necétone, connu sous la désignation PEKK, présentant de bonnes propriétés mé-
caniques. Des fibres de renfort, communément des fibres de carbone, sont géné-
ralement imprégnées dans la matrice thermoplastique pour renforcer la pièce,
lui
conférant à la fois solidité et légèreté.
[0004] De manière connue, les pièces thermoplastiques hautes
performances sont géné-
ralement assemblées par une méthode de soudage par induction. A ce titre, on
connait
le document W02020079010 dans lequel un insert comprenant une structure
conductrice est positionné entre deux pièces à assembler et déplacé le long de
la zone
de liaison définie entre les deux pièces. En chauffant, la structure
conductrice fait
fondre localement la matrice thermoplastique à l'interface entre les deux
pièces sur une
portion locale de la zone de liaison. Lorsque la matière est fondue dans la
portion
locale, l'insert est déplacé vers une autre portion locale et les deux pièces
à assembler
sont plaquées l'une contre l'autre pour être soudées après le refroidissement
et la soli-
dification de la matrice thermoplastique fondue. L'insert permet de chauffer
succes-
sivement chacune des portions locales de la zone de liaison et est retiré à la
fin de
l'assemblage.
[0005] Cependant, un tel soudage par induction chauffe localement
de manière trop im-
portante et non uniforme, ce qui peut impacter les performances mécaniques des
pièces
à souder. De plus, en cas d'écartement trop important des pièces au niveau
d'une
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portion locale, si celles-ci sont trop raides, il n'est pas possible de
plaquer les deux
pièces en tout point, ce qui peut altérer localement la résistance de la zone
de liaison.
Un tel défaut est connu de l'homme du métier sous le terme de défaut
d'accostage .
[0006] Pour remédier à cet inconvénient, on connait du document
EP3488999A1, un
procédé de solidarisation de deux pièces composites à souder, dans lequel un
film de
graphène est déposé à l'interface entre les deux pièces le long de toute la
zone de
liaison. Le graphène présentant des propriétés de diffusion thermique
importantes, est
relié à un système de chauffage résistif. En chauffant, le graphème fait
fondre de
manière uniforme la matrice thermoplastique à l'interface entre les deux
pièces à
souder le long de toute la zone de liaison, ce qui est avantageux. Les deux
pièces sont
alors soudées ensemble par le mélange de leurs matrices thelmoplastiques.
[0007] Cependant, dans un tel procédé, le graphène, ayant fait
fondre la matrice thermo-
plastique dans la zone de liaison, peut entrer en contact avec les fibres de
carbone des
pièces à souder. Le graphène relié au système de chauffage résistif conduit
l'électricité
et la transfère par contact aux fibres de carbone. Cela peut entrainer des
courts-circuits
qui peuvent entrainer des surchauffes locales et détériorer les pièces à
souder. Le
soudage est alors de mauvaise qualité.
[0008] Une solution immédiate serait d'utiliser des pièces
thermoplastiques comprenant des
fibres qui ne sont pas conductrices. Cependant, une telle solution n'est pas
envi-
sageable en termes de performance et de coût.
[0009] Il n'existe pas à ce jour de système ou de procédé
permettant la solidarisation de
pièces composites comprenant des fibres de renfort imprégnées dans une matrice
ther-
moplastique haute performance de manière efficace sans risquer d'endommager
les
pièces à souder.
[0010] L'invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces
inconvénients en proposant
un système et un procédé de solidarisation de deux pièces thermoplastiques
simples et
efficaces, permettant à la fois de s'assurer de la liaison entre les deux
pièces en tout
point de la zone d'interface, tout en s'affranchissant d'un risque
d'endommagement
des pièces.
[0011] On connait du document JP5560121 un système d'assemblage de
deux pièces en
composite dans lequel un élément chauffant, disposé entre les deux pièces
composite à
assembler, comprend une surface isolante, obtenue par un traitement de
surface. La
surface isolante permet de limiter le transfert de courant électrique entre le
film
chauffant et les deux pièces à solidariser. On connait également des documents
US20170043528 et US5389184, des systèmes d'assemblage comprenant un film
chauffant et deux organes d'isolation électrique, qui permettent de limiter la
circulation
de courant électrique entre le film chauffant et chaque pièce en composite, de
manière
à les protéger. Cependant, les systèmes d'assemblage décrits dans les
documents
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US20170043528 et US5389184 sont configurés pour être intégrés à la zone soudée
après l'opération d'assemblage des deux pièces et sont encombrants, ce qui
peut altérer
les propriétés mécaniques des pièces en composite et de la zone soudée entre
les pièces
en composite.
PRESENTATION DE L'INVENTION
[0012] L'invention concerne un dispositif de solidarisation d'une
première pièce à souder à
une deuxième pièce à souder selon une zone de soudage commune, configurée pour
former une zone soudée une fois les pièces à souder solidarisées, chaque pièce
à souder
étant fabriquée dans un matériau composite comprenant des fibres de renfort im-
prégnées dans une matrice thermoplastique, chaque pièce à souder présentant
une
surface intérieure plane à souder, les surfaces intérieures des pièces à
souder étant posi-
tionnées en vis-à-vis l'une de l'autre, le dispositif de solidarisation étant
configuré pour
être au moins partiellement intégré dans la zone soudée, le dispositif de
solidarisation
comprenant :
= au moins un film chauffant résistif électriquement conducteur, le film
chauffant présentant une première face plane et une deuxième face plane
opposée à la première face, le film chauffant comprenant :
= une portion centrale de liaison, configurée pour être montée selon la
zone de soudage commune entre les surfaces intérieures des deux
pièces à souder pour les souder, et
= deux portions latérales de connexion électrique, configurées pour être
montées en dehors de la zone de soudage commune, les portions
latérales étant configurées pour être reliées électriquement à une
source de courant de manière à permettre une élévation de la tem-
pérature de la portion centrale jusqu'à une température de fonc-
tionnement.
[0013] Le dispositif de solidarisation est remarquable en ce qu'il
comprend :
= au moins un premier organe d'isolation électrique, positionné au contact
de la
première face du film chauffant en vis-à-vis de la portion centrale et
configuré
pour être positionné en vis-à-vis de la surface intérieure de la première
pièce à
souder, et
= au moins un deuxième organe d'isolation électrique, positionné au contact
de
la deuxième face du film chauffant en vis-à-vis de la portion centrale et
configuré pour être positionné en vis-à-vis de la surface intérieure de la
deuxième pièce à souder,
= les deux organes d'isolation électrique étant configurés pour autoriser
le
transfert de chaleur et interdire la circulation de courant électrique entre
le
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film chauffant et chaque pièce à souder.
[0014] Les organes d'isolation électrique du dispositif de
solidarisation selon l'invention
permettent avantageusement de limiter la mise en contact du film chauffant
résistif
avec les fibres de renfort des pièces composites à souder, cc qui permet de
limiter le
transfert de courant électrique dans les pièces à souder et de s'affranchir
ainsi d'un
risque de court-circuit.
[0015] Le film chauffant monté entre les deux pièces à souder
permet de faire fondre la
matrice thermoplastique des pièces à souder pour permettre leur soudage. Le
fait de
chauffer directement et rapidement l'interface permet de limiter la diffusion
de la
chaleur dans l'épaisseur de la pièce. Seule l'interface est fondue, ce qui
assure
l'intégrité des pièces soudées.
[0016] En effet, le film chauffant résistif permet un chauffage
uniforme, rapide et homogène
des surfaces intérieures des pièces à souder au niveau de la portion centrale
de liaison,
en limitant le risque de surchauffe locale. Un tel film chauffant résistif
permet
également un contrôle de la température de chauffage par le contrôle de la
tension
appliquée, ce qui permet de gérer de manière précise la montée en température,
permettant notamment le maintien d'un palier de température assurant la fonte
des
matrices thermoplastiques et leur mélange, tout en contrôlant le taux de
cristallinité de
chaque matrice thermoplastique. Des performances mécaniques optimales sont
ainsi
garanties dans les pièces à souder, même à leur interface dans la zone de
soudage
commune.
[0017] Le dispositif de solidarisation permet de solidariser deux
pièces à souder par une
opération de soudage, ce qui permet de limiter la masse de l'assemblage et de
l'aéronef, en s'affranchissant de l'ajout de pièces d'assemblage, par exemple
des
rivets. Un soudage par un film chauffant résistif permet également un soudage
efficace,
rapide et sans risque de court-circuit ou de surchauffe.
[0018] De manière préférée, le film chauffant est un film de
graphène. Le graphène est un
matériau qui possède une résistance élevée à la chaleur et présente une
conductivité
électrique importante, lui permettant de remplir son rôle de manière efficace.
En outre,
le comportement du graphène est connu.
[0019] Dans une forme de réalisation, chaque organe d'isolation
électrique est fabriqué dans
un matériau composite comprenant une matrice thermoplastique, permettant
l'utilisation d'organe d'isolation électrique présentant une faible
conductivité
électrique, ce qui permet de faire fondre la matrice thermoplastique de chaque
pièce à
souder, sans les endommager.
[0020] De préférence, chaque organe d'isolation électrique est
fabriqué dans une résine ther-
moplastique haute performance, de préférence encore, dans une résine polymère
poly-
aryléthercétone PAEK ou polyéthercétonecétone PEKK.
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[0021] De manière préférée, chaque organe d'isolation électrique
comporte des fibres de
verre, permettant l'utilisation d'organes d'isolation électrique robustes tout
en ga-
rantissant une conductivité électrique limitée. Les fibres de verre, non
conductrices,
permettant de ne pas transférer l'énergie électrique aux pièces à souder, de
manière
efficace.
[0022] De préférence encore, chaque organe d'isolation électrique
est constitué de fibres de
verre imprégnées dans une matrice thermoplastique polyaryléthercétone PAEK ou
po-
lyéthercétonecétone PEKK.
[0023] De manière préférée, le film chauffant présente une
épaisseur comprise entre lum et
50 m. Une telle épaisseur permet au film chauffant, destiné à être intégré
dans la zone
soudée, de ne pas générer de surépaisseur à l'interface entre les deux pièces
à souder,
pouvant entrainer un décalage local des surfaces intérieures de chaque pièce
et ainsi un
défaut d'assemblage.
[0024] Dans une forme de réalisation préférée, chaque organe
d'isolation électrique se
présente sous la forme d'un film isolant, présentant une épaisseur comprise
entre
0,05mm et 0,2mm. Une telle épaisseur permet un organe d'isolation électrique à
la fois
suffisamment fin pour limiter l'encombrement du dispositif de solidarisation
et suf-
fisamment épais pour former une barrière vis-à-vis des fibres de graphène
conductrices
du film chauffant. Une telle épaisseur permet également un dispositif de
solidarisation
complet fin, peu encombrant, et qui peut rester dans la zone soudée après
solidarisation
des deux pièces à souder, sans impacter les caractéristiques mécaniques des
pièces.
[0025] De préférence, le film chauffant présente une épaisseur
comprise entre 0,0002 et 0,05
mm. Une telle épaisseur est suffisamment grande pour permettre au filin
chauffant
d'être déposable en couche uniforme sans être endommagé tout en permettant des
propriétés électriques homogènes dans l'ensemble du film chauffant. De plus,
une
épaisseur inférieure à 0,05mm permet de limiter l'encombrement du film
chauffant et
donc du dispositif de solidarisation, tout en s'assurant d'un dispositif à
moindre coût.
[0026] De manière préférée, l'ensemble formé par le film chauffant
et les deux organes
d'isolation électrique présente une épaisseur comprise entre 0,1mm et 0,5mm.
Le
dispositif de solidarisation n'impacte ainsi pas les propriétés mécaniques des
pièces à
souder et n'a que peu d'impact sur la masse de l'ensemble et donc de
l'aéronef.
[0027] De manière préférée, le film chauffant présentant une
longueur s'étendant suivant un
axe longitudinal, le film chauffant présente une épaisseur variable sur la
longueur. Une
épaisseur variable permet de faire varier localement la puissance de chauffage
du film
chauffant.
[0028] De préférence, le film chauffant présentant une largeur
s'étendant suivant un axe
latéral, le film chauffant présente une épaisseur variable sur la largeur, de
manière à
faire varier localement la puissance de chauffage du film chauffant.
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[0029] De préférence, l'épaisseur du film chauffant varie au
maximum de dix fois
l'épaisseur minimale du film chauffant.
[0030] Dans une forme de réalisation préférée, le dispositif de
solidarisation comprend au
moins deux organes de connexion électrique, positionnés respectivement en
contact
des deux portions latérales du film chauffant de manière à permettre la
connexion
électrique du film chauffant à la source de courant.
[0031] De préférence, chaque organe de connexion électrique se
présente sous la forme
d'une lamelle de cuivre, permettant l'utilisation d'un élément hautement
conducteur,
ce qui permet de limiter les risques de dissipation d'énergie électrique. De
manière al-
ternative, chaque organe de connexion électrique se présente sous la forme
d'une encre
conductrice, permettant de s'affranchir de l'ajout d'éléments supplémentaires
et de
simplifier le stockage des différents organes.
[0032] De préférence, les organes de connexion électrique sont
montés sur une même face
du film chauffant, ce qui permet de faciliter le montage du dispositif de
solidarisation,
de préférence, sur une face supérieure facilement accessible.
[0033] De manière préférée, les portions latérales sont au moins
partiellement détachables,
de préférence entièrement, permettant de les retirer après l'opération de
solidarisation
pour alléger l'ensemble et améliorer l'aspect visuel. Dans une forme de
réalisation, le
film chauffant comprend une prédécoupe entre chaque portion latérale et la
portion
centrale, permettant un retrait simple et rapide.
[0034] De manière préférée, la température de fonctionnement est
comprise entre 330 et 450
C, de manière à s'assurer de la fonte de la matrice thermoplastique de chaque
pièce à
souder, sans risquer de surchauffe locale.
[0035] Dans une forme de réalisation, le dispositif de
solidarisation est conditionné en
rouleau, permettant une dépose simple et rapide sur la surface intérieure de
l'une des
pièces à souder. Le dispositif de solidarisation peut ainsi avantageusement
être
découpé à la longueur désirée directement sur le lieu d'assemblage et de
manière
pratique. Un conditionnement en rouleau, à la manière d'un rouleau adhésif
permet
d'installer de manière précise une longueur suffisante et non excessive dans
la zone de
soudage commune, permettant de limiter les risques d'erreur de dimensions sous
estimées (source de perte de temps) et le gaspillage. De manière alternative,
le
dispositif de solidarisation peut être conditionné sous forme de plaque ou de
patch
prédécoupé.
[0036] Dans une forme de réalisation, le dispositif de
solidarisation comprend au moins un
organe de compensation d'épaisseur, positionné sur au moins l'un des organes
d'isolation électrique, de manière à compenser un écart entre l'organe
d'isolation
électrique et la pièce à souder, l'organe de compensation d'épaisseur étant
formé au
moins en partie de matrice thermoplastique. L'ajout d'un ou plusieurs
organe(s) de
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compensation d'épaisseur permet de compenser par exemple un défaut d'accostage
entre les pièces à souder ou de combler localement un relief.
[0037] De préférence, chaque organe de compensation d'épaisseur est
formé de la même
matrice thermoplastique que la matrice thermoplastique du film chauffant,
assurant une
continuité de matière. Dans une forme de réalisation alternative, chaque
organe de
compensation d'épaisseur comprend des fibres de verre imprégnées dans une
matrice
thermoplastique, de préférence une matrice thermoplastique PAF,K.
[0038] Dans une forme de réalisation, le dispositif de
solidarisation comprend un organe de
mesure de la température interne, de manière à contrôler en temps réel la
température à
l'intérieur même du dispositif de solidarisation, dans la zone de soudage. De
préférence, l'organe de mesure de la température interne est monté directement
sur le
film chauffant, permettant une lecture optimale au coeur de l'interface entre
les deux
pièces à souder. De préférence, l'organe de mesure de la température interne
se
présente sous la forme d'une ou plusieurs fibre(s) optique(s) à réseau de
Bragg
insérée(s) entre le film chauffant et l'un des organes d'isolation électrique.
[0039] De manière préférée, le dispositif de solidarisation
comprend au moins un organe de
comblement permettant de remplir une portion utile de l'une des pièces à
souder en
termes de résistance mécanique, par exemple un chanfrein. La pièce à souder
n'est
ainsi pas fragilisée par l'opération de solidarisation et est soudée de
manière efficace.
Chaque organe de comblement est fabriqué de préférence en matrice
thermoplastique
PAEK et peut comprendre des fibres de verre imprégnées dans la matrice thermo-
plastique.
[0040] Dans une forme de réalisation, le dispositif de
solidarisation comprend au moins un
guide de positionnement s'étendant en saillie de l'organe d'isolation
électrique, de
manière à faciliter le positionnement de la pièce à souder vis-à-vis du
dispositif de soli-
darisation. Dans une telle forme de réalisation, la pièce à souder comprenant
par
exemple une encoche, le guide de positionnement est configuré pour coopérer
par
complémentarité de forme avec l'encoche de la pièce à souder. De préférence,
chaque
guide de positionnement est en matériau thermoplastique PAEK.
[0041] L'invention concerne également un ensemble d'une première
pièce à souder, d'une
deuxième pièce à souder et d'au moins un dispositif de solidarisation tel que
décrit pré-
cédemment, chaque pièce à souder étant fabriquée dans un matériau
thetmoplastique
comprenant des fibres de renfort imprégnées dans une matrice thermoplastique,
le
dispositif de solidarisation étant configuré pour permettre la solidarisation
de la
première pièce à souder et de la deuxième pièce à souder selon une zone de
soudage
commune, chaque pièce à souder comprenant une surface intérieure, la surface
in-
térieure de la première pièce à souder étant montée en vis-à-vis de la surface
intérieure
de la deuxième pièce à souder, le dispositif de solidarisation étant monté
entre la
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surface intérieure de la première pièce à souder et la surface intérieure de
la deuxième
pièce à souder selon la zone de soudage commune.
[0042] Dans une forme de réalisation préférée, le dispositif de
solidarisation est prémonté
sur l'une des deux pièces à souder.
[0043] De plus, l'invention concerne un système de solidarisation
comprenant au moins un
dispositif de solidarisation tel que décrit précédemment et au moins un organe
de
pression configuré pour appliquer une pression, comprise entre 0,1 et 1,5Mpa,
sur
l'une des pièces à souder de manière à compresser ensemble la première pièce à
souder, le dispositif de solidarisation et la deuxième pièce à souder selon la
zone de
soudage commune. L'organe de pression permet d'appliquer une pression
suffisante
pour permettre le soudage des deux pièces, en mélangeant les matrices thermo-
plastiques des deux pièces à souder, sans les endommager.
[0044] Enfin, l'invention porte sur un procédé d'assemblage d'une
première pièce à souder
et d'une deuxième pièce à souder au moyen du dispositif de solidarisation tel
que
décrit précédemment, chaque pièce à souder étant fabriquée dans un matériau
composite comprenant des fibres de renfort imprégnées dans une matrice thermo-
plastique, le procédé comprenant :
= une étape de positionnement du dispositif de solidarisation entre les
surfaces
intérieures des deux pièces à souder selon la zone de soudage commune, les
organes d'isolation électrique étant en contact avec les surfaces intérieures
des
deux pièces à souder, et
= une première étape de chauffage de la portion centrale du film chauffant
à une
température de fonctionnement supérieure à une température de fusion de la
matrice thermoplastique des pièces à souder, par alimentation en courant des
portions latérales du film chauffant, de manière à assembler les pièces
ensemble.
[0045] De manière préférée, le procédé comprend postérieurement à
la première étape de
chauffage, une deuxième étape de chauffage de la portion centrale à une
température
de consolidation, inférieure à la température de fonctionnement, de manière à
renforcer
la zone soudée entre les deux pièces à souder.
[0046] De préférence, la température de consolidation est comprise
entre 200 et 270 C.
[0047] L'invention concerne en outre un procédé d'assemblage d'une
première pièce à
souder et d'une deuxième pièce à souder selon une zone de soudage commune,
configurée pour former une zone soudée une fois les pièces à souder
solidarisées,
chaque pièce à souder étant fabriquée dans un matériau composite comprenant
des
fibres de renfort imprégnées dans une matrice thermoplastique, chaque pièce à
souder
présentant une surface intérieure plane à souder, les surfaces intérieures des
pièces à
souder étant positionnées en vis-à-vis l'une de l'autre, le procédé étant
réalisé au
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moyen d'un dispositif de solidarisation, le dispositif de solidarisation étant
configuré
pour être au moins partiellement intégré dans la zone soudée, le dispositif de
solida-
risation comprenant :
= au moins un film chauffant résistif électriquement conducteur, le film
chauffant présentant une première face plane et une deuxième face plane
opposée à la première face, le film chauffant comprenant :
= une portion centrale de liaison, configurée pour être montée selon la
zone de soudage commune entre les surfaces intérieures des deux
pièces à souder pour les souder, et
= deux portions latérales de connexion électrique, configurées pour être
montées en dehors de la zone de soudage commune, les portions
latérales étant configurées pour être reliées électriquement à une
source de courant de manière à permettre une élévation de la tem-
pérature de la portion centrale jusqu'à une température de fonc-
tionnement.
= au moins un premier organe d'isolation électrique, positionné au contact
de la
première face du film chauffant en vis-à-vis de la portion centrale et
configuré
pour être positionné en vis-à-vis de la surface intérieure de la première
pièce à
souder, et
= au moins un deuxième organe d'isolation électrique, positionné au contact
de
la deuxième face du film chauffant en vis-à-vis de la portion centrale et
configuré pour être positionné en vis-à-vis de la surface intérieure de la
deuxième pièce à souder,
= les deux organes d'isolation électrique étant configurés pour autoriser
le
transfert de chaleur et interdire la circulation de courant électrique entre
le
film chauffant et chaque pièce à souder.
[0048] Le procédé comprend :
= une étape de positionnement du dispositif de solidarisation entre les
surfaces
intérieures des deux pièces à souder selon la zone de soudage commune, les
organes d'isolation électrique étant en contact avec les surfaces intérieures
des
deux pièces à souder,
= une première étape de chauffage de la portion centrale du film chauffant
à une
température de fonctionnement supérieure à une température de fusion de la
matrice thermoplastique des pièces à souder, par alimentation en courant des
portions latérales du film chauffant, de manière à assembler les pièces
ensemble, et
= une deuxième étape de chauffage de la portion centrale à une température
de
consolidation, inférieure à la température de fonctionnement, de manière à
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renforcer la zone soudée entre les deux pièces à souder.
PRESENTATION DES FIGURES
[0049] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description qui va suivre, donnée à
titre d'exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre
d'exemples non li-
mitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets
semblables.
[0050] [Fig.1] La [Fig.1] est une représentation schématique d'une
vue éclatée en coupe lon-
gitudinale d'un ensemble de deux pièces à souder et d'un dispositif dc
solidarisation
selon une forme dc réalisation de l'invention.
[0051] [Fig.2] La [Fig.2] est une représentation schématique d'une
vue en perspective du
dispositif de solidarisation de l'ensemble de la figue 1.
[0052] [Fig.3] La [Fig.3] est une vue en coupe longitudinale du
dispositif de solidarisation
de la [Fig.2].
[0053] [Fig.4] La [Fig.4] est une représentation schématique de
deux pièces à souder
comprenant des fibres de renfort et du dispositif de solidarisation de la
[Fig.2], avant
solidarisation.
[0054] [Fig.51 La [Fig.51 est une représentation schématique de
deux pièces à souder
comprenant des fibres de renfort assemblées au moyen du dispositif de
solidarisation
de la [Fig.2], après solidarisation.
[0055] [Fig.6] La [Fig.6] est une représentation schématique d'un
dispositif de solidarisation
selon une forme de réalisation alternative de l'invention.
[0056] [Fig.7] La [Fig.71 est une représentation schématique du
dispositif de solidarisation
de la [Fig.3[ comprenant une pluralité d'organes de compensation d'épaisseur.
[0057] [Fig.8] La [Fig.8] est une représentation schématique de
l'ensemble de la [Fig.1],
dans lequel le dispositif de solidarisation comprend un organe de comblement.
[0058] [Fig.9] La [Fig.9] est une représentation schématique de
l'ensemble de la [Fig.1],
dans lequel le dispositif de solidarisation comprend un guide de
positionnement.
[0059] [Fig.10] La [Fig.10] est une représentation schématique d'un
système de solida-
risation comprenant le dispositif de solidarisation de la [Fig.2] et un organe
de pression
selon une forme de réalisation de l'invention.
[0060] [Fig.11] La [Fig.11] et
[0061] [Fig.12] la [Fig.121 sont des représentations schématiques
d'un système de solida-
risation comprenant le dispositif de solidarisation de la [Fig.6] et un organe
de pression
selon deux formes de réalisation alternatives de l'invention.
[0062] [Fig.13] La [Fig.13] est une représentation schématique des
étapes d'un procédé de
solidarisation selon un mode de mise en uvre de l'invention.
[0063] Il faut noter que les figures exposent l'invention de
manière détaillée pour mettre en
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oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux
définir
l'invention le cas échéant.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0064] L'invention concerne un dispositif de solidarisation 1 d'une
première pièce à souder
Al et d'une deuxième pièce à souder A2 ([Fig.1]). L'invention s'applique en
par-
ticulier pour la solidarisation de pièces destinées à être montées sur un
aéronef.
[0065] Les pièces à souder Al, A2 sont fabriquées dans un matériau
thermoplastique et
comprennent des fibres de renfort imprégnées dans une matrice thermoplastique.
De
préférence, la matrice thermoplastique est une résine polymère thermoplastique
haute
performance, comme le polyéthercétonecétone connu sous l'acronyme PEKK ou le
po-
lyaryléthercétones connu sous l'acronyme PAEK, par exemple. De, manière
préférée,
les fibres de renfort sont des fibres de carbone, conférant aux pièces à
souder Al, A2 à
la fois solidité et légèreté. Cependant, il va de soi que la matrice
thermoplastique et les
fibres de renfort pourraient être issus de matériaux différents. Les fibres de
carbone
sont conductrices de courant.
[0066] En référence à la [Fig.1], chaque pièce à souder Al, A2
présente une surface in-
térieure plane à souder SI1, SI2 et une surface extérieure SE1, SE2, opposée à
la
surface intérieure SI1, SI2.
[0067] Les pièces à souder Al, A2 sont configurées pour être
solidarisées selon une zone de
soudage commune W et pour être positionnées de manière à placer leurs surfaces
in-
térieures SI1, SI2 respectives en vis-à-vis l'une de l'autre, comme cela sera
décrit plus
en détails par la suite. La zone de soudage commune W est destinée à former
une zone
soudée, une fois les pièces à souder Al, A2 solidarisées. Dans cet exemple, la
zone de
soudage W est rectiligne mais il va de soi qu'elle pourrait s'étendre de
manière
diverse, en particulier, incurvée.
[0068] Le dispositif de solidarisation 1 selon l'invention est
configuré pour être monté entre
les deux pièces à souder Ai, A2, de manière à les solidariser. Une fois les
pièces à
souder Al, A2 solidarisées, le dispositif de solidarisation 1 est au moins
partiellement
intégré dans la zone soudée, comme cela sera décrit plus en détails dans la
suite de ce
document. Autrement dit, le dispositif de solidarisation 1 est consommable et
est
configure pour rester emprisonné à l'interface entre les deux pièces soudées
Al, A2 à
la fin de l'opération de solidarisation. Il n'est ainsi avantageusement plus
nécessaire ni
de stocker, ni de déplacer un appareillage important lors de l'assemblage de
deux
pièces thermoplastiques à souder.
[0069] Dans cet exemple, en référence aux figures 2 et 3, le
dispositif de solidarisation 1
s'étend longitudinalement selon un axe X, latéralement selon un axe Y et
verticalement
selon un axe Z, de manière à former un repère orthogonal (X, Y, Z). En
référence à la
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[Fig.2], il est représenté une portion longitudinale du dispositif de
solidarisation 1 par
souci de clarté. La longueur du dispositif de solidarisation 1 est adaptée en
fonction de
la zone de soudage W.
[0070] Dans cette forme de réalisation, le dispositif de
solidarisation 1 comprend un film
chauffant résistif 2 et deux organes d'isolation électrique 3A, 3B,
positionnés selon
l'axe vertical Z de part et d'autre du film chauffant 2 ainsi que deux organes
de
connexion électrique 4.
[0071] Le film chauffant 2 est électriquement conducteur et est
configuré pour être alimenté
par une source de courant C. De préférence, le film chauffant 2 se présente
sous la
forme d'un film de graphène présentant une conductivité électrique importante
et une
forte résistance à la chaleur. De manière alternative, le film chauffant 2
peut être
fabriqué dans un matériau différent par exemple des nanotubes de carbone.
[0072] En référence à la [Fig.31, le film chauffant 2 présente une
première face FA plane
(face inférieure) et une deuxième face FB plane (face supérieure), opposée à
la
première face FA. Le film chauffant 2 présente ainsi une forme générale plane
et fine.
Plus précisément, le film chauffant 2 présente une longueur J s'étendant
suivant l'axe
longitudinal X (représentée sur la [Fig.21), une largeur L s'étendant suivant
l'axe
latéral Y et une épaisseur Ep2 s'étendant suivant l'axe vertical Z
(représentées sur la
[Fig.3]). L'épaisseur Ep2 est de préférence comprise entre lium et 50pm. Le
film
chauffant 2 est ainsi fin et léger, et n'a que peu d'impact sur les
caractéristiques mé-
caniques des pièces à souder Al, A2 et de l'ensemble formé par les pièces à
souder
AI, A2 et le dispositif de solidarisation 1. Dans une variante. l'épaisseur
Ep2 est
variable sur la longueur J du film chauffant 2, permettant de faire varier
localement la
puissance de chauffage. Il va de soi que l'épaisseur Ep2 peut également varier
suivant
la largeur L du film chauffant 2, suivant l'axe Y.
[0073] Toujours en référence à la [Fig.31, le film chauffant 2
selon l'invention comprend une
portion centrale de liaison 21 et deux portions latérales de connexion
électrique 22,
s'étendant selon l'axe latéral Y de part et d'autre de la portion centrale de
liaison 21.
[0074] La portion centrale de liaison 21 est configurée pour être
montée selon la zone de
soudage commune W entre les surfaces intérieures SI1, SI2 des deux pièces à
souder
Al, A2 de manière à les souder, comme représenté sur la [Fig.1]. A l'inverse,
les deux
portions latérales de connexion électrique 22 sont configurées pour être
montées en
dehors de la zone de soudage commune W.
[0075] La portion centrale 21 est configurée pour s'échauffer
jusqu'à une température de
fonctionnement Tf, de préférence comprise entre 330 et 450 C, qui est
supérieure à la
température de fusion (qui est connue) de la matrice thermoplastique des
pièces à
souder Al, A2, comme cela sera décrit plus en détails par la suite.
[0076] Les deux portions latérales de connexion électrique 22 sont
configurées pour être
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reliées électriquement, de manière directe ou indirecte, à la source de
courant C ex-
térieure (représentée sur les figures 2 et 3) de manière à permettre une
élévation de la
température de la portion centrale 21 jusqu'à la température de fonctionnement
Tf.
[0077] Comme représente sur les figures 4 et 5, le film chauffant 2
monté entre les deux
pièces à souder Al, A2 est configuré pour faire fondre la matrice
thermoplastique des
pièces composites à souder Ai, A2 pour permettre leur soudage par mélange des
matrices thermoplastiques. Le fait de chauffer directement et rapidement
l'interface
permet de limiter la diffusion de la chaleur dans l'épaisseur de chaque pièce
à souder
Al, A2. Seules les surfaces intérieures Sul, S12 sont fondues, ce qui assure
une
intégrité des pièces soudées Al, A2.
[0078] Comme décrit précédemment, en référence aux figures 1 à 3,
le dispositif de solida-
risation 1 comprend également un premier organe d'isolation 3A et un deuxième
organe d'isolation électrique 3B, positionnés suivant l'épaisseur du
dispositif de soli-
darisation 1, c'est-à-dire suivant l'axe vertical Z, de part et d'autre du
film chauffant 2.
[0079] Le premier organe d'isolation électrique 3A est positionné
au contact de la première
face FA du film chauffant 2 en vis-à-vis de la portion centrale 21 et est
configuré pour
être positionné en vis-à-vis de la surface intérieure Sll de la première pièce
à souder
Al, comme représenté sur la [Fig.1]. De même, le deuxième organe d'isolation
électrique 3B est positionné au contact de la deuxième face FB du film
chauffant 2 en
vis-à-vis de la portion centrale 21 et est configuré pour être positionné en
vis-à-vis de
la surface intérieure S12 de la deuxième pièce à souder A2. Autrement dit, le
film
chauffant 2 est pris en sandwich entre les deux organes d'isolation électrique
3A, 3B
situés au-dessus et en-dessous du film chauffant 2.
[0080] Chaque organe d'isolation électrique 3A, 3B est configuré
pour autoriser le transfert
de chaleur et interdire la circulation de courant électrique entre le film
chauffant 2 et
chaque pièce à souder Al, A2, de manière à limiter le risque de court-circuit
ou de
surchauffe locale dans les pièces à souder Al, A2, pernettant de garantir leur
intégrité.
Plus précisément, comme représenté sur la [Fig.41, chaque organe d'isolation
électrique 3A, 3B est configuré pour limiter le risque de contact entre le
film chauffant
2 resistif et les fibres de renfort conductrices des pièces composites à
souder Al, A2,
comme cela était le cas dans l'art antérieur.
[0081] De manière préférée, chaque organe d'isolation électrique
3A, 3B possède une
surface supérieure à celle de la zone de soudage commune W. Ainsi, tout
contact entre
le film chauffant 2 et les pièces à souder Al, A2 est interdit, ce qui élimine
toute risque
électrique. Chaque organe d'isolation électrique 3A, 3B forme ainsi une
barrière
d'isolation électrique entre le film chauffant 2 et une pièce à souder Al, A2.
[00821 Pour cela, chaque organe d'isolation électrique 3A, 3B est
de préférence fabriqué
dans un matériau composite comprenant une matrice thermoplastique, qui
présente une
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faible conductivité électrique. De préférence encore, chaque organe
d'isolation
électrique 3A, 3B est fabriqué dans un matériau thermoplastique haute
performance,
comme le PEKK ou le PAEK décrit précédemment. Dans une forme de réalisation,
chaque organe d'isolation électrique 3A, 3B comprend des fibres de renfort non
conductrices, par exemple des fibres de verre, imprégnées dans la matrice
thermo-
plastique haute performance. Des fibres de verre permettent de s'affranchir de
manière
efficace du transfert d'énergie électrique aux pièces à souder Al, A2. De tels
organes
d'isolation électrique 3A, 3B en matériau thermoplastique haute performance
sont
ainsi aptes à fondre sous l'effet de la chaleur et à participer au soudage des
pièces Al,
A2, en se mélangeant à la matrice thermoplastique des pièces soudées Al, A2,
comme
représenté sur la [Fig.5]. Les fibres de renfort non conductrices forment une
barrière
d'isolation électrique.
[0083] De manière préférée, chaque organe d'isolation électrique
3A, 3B se présente sous la
forme d'un film isolant, présentant ainsi une épaisseur Ep3 (représentée sur
la [Fig.3]),
suivant l'axe vertical Z de préférence comprise entre 0,05 et 0,2mm. Une telle
épaisseur Ep3 permet de former un dispositif de solidarisation 1 fin et peu
encombrant.
En effet, l'ensemble formé par le film chauffant 2 et les deux organes
d'isolation
électrique 3A, 3B ne génère ainsi pas de surépaisseur importante, ce qui
permet au
dispositif de solidarisation 1 de rester dans la zone soudée après
solidarisation des deux
pièces à souder Ai, A2, comme décrit précédemment et représenté sur la
[Fig.5], sans
impacter les caractéristiques mécaniques des pièces à souder Al, A2. Les
organes
d'isolation électrique 3A, 3B peuvent avoir des épaisseurs identiques ou
différentes.
r00841 En résumé, l'ensemble formé par le film chauffant 2 et les
deux organes d'isolation
électrique 3A, 3B présente de préférence une épaisseur Epl (représentée sur la
[Fig.3])
comprise entre 0,1 et 0,5mm. Une telle épaisseur n'impacte pas les propriétés
mé-
caniques des pièces à souder Al, A2 et n'a que peu d'impact sur la masse de
l'ensemble et donc de l'aéronef.
[0085] Dans une forme de réalisation, chaque organe d'isolation
électrique 3A, 3B présente
une épaisseur variable, de préférence, selon la direction latérale Y. Cela
permet de
contrôler le transfert de chaleur du film chauffant 2 vers les pièces à souder
Al, A2. En
particulier l'épaisseur d'un organe d'isolation électrique 3A, 3B peut être
plus grande à
proximité d'une portion latérale 22 par comparaison à la portion centrale 21
de
manière à réduire la puissance de chauffage au bord de la zone de soudage W.
La
diffusion de chaleur aux extrémités de la zone de soudage W est limitée.
[0086] Dans une forme de réalisation préférée, comme représenté sur
les figures 2 et 3, le
dispositif de solidarisation 1 comprend en outre deux organes de connexion
électrique
4, positionnés respectivement en contact des deux portions latérales 22 du
film
chauffant 2 de manière à permettre la connexion électrique du film chauffant 2
à la
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source de courant C. Autrement dit, la source de courant C est reliée de
manière
indirecte au film chauffant 2 via les organes de connexion électrique 4. Cela
permet de
former une connexion robuste et pratique. De manière préférée, chaque organe
d'isolation électrique 4 est configure pour n'être en contact avec aucune des
pièces à
souder Al, A2 (comme représenté sur la [Fig.1]).
[0087] De préférence, chaque organe de connexion électrique 4 se
présente sous la forme
d'une lamelle de cuivre, reliée électriquement à la source de courant C, par
exemple
par un câble électrique. De manière alternative, chaque organe de connexion
électrique
4 se présente sous la forme d'une encre conductrice déposée directement sur
l'une des
faces FA, FB du film chauffant 2.
[0088] De préférence, comme représenté sur les figures 2 et 3, les
deux organes de
connexion électrique 4 sont montés sur une même face FA. FB du film chauffant
2, de
manière à faciliter le montage du dispositif de solidarisation 1.
[0089] De manière préférée, les deux organes de connexion
électrique 4 étant montés sur les
portions latérales 22 du film chauffant 2, c'est-à-dire hors de la zone de
soudage
commune W, ceux-ci sont configurés pour être retirés après l'opération de
solida-
risation des deux pièces à souder Al, A2. Aussi, en référence à la [Fig.5],
les organes
de connexion électrique 4 sont configurés pour ne pas être intégrés à la zone
soudée, ce
qui permet de couper la liaison électrique entre la source de courant C et le
film
chauffant 2 résistif, permettant de s'affranchir de la présence d'un élément
conducteur
à l'interface entre les deux pièces à souder Al, A2 pouvant entrainer un court-
circuit
par exemple.
[0090] De manière préférée, les portions latérales 22 sont
détachables, de manière à pouvoir
être retirées après l'opération de solidarisation. Dans une forme de
réalisation préférée,
le film chauffant 2 présente une prédécoupe, par exemple une ligne
partiellement
détachée pointillée entre la portion centrale 21 et chaque portion latérale
22, pour un
retrait simple et rapide. De manière avantageuse, une telle prédécoupe permet
de retirer
les portions latérales 22 et les organes de connexion électrique 4 au cours
d'une même
opération. Ainsi, après solidarisation, le dispositif de solidarisation n'est
plus visible.
[0091] Il va de soi que le dispositif de solidarisation 1 pourrait
comprendre un nombre
différent d'organes de connexion électrique 4, comme cela est par exemple
représenté
sur la [Fig.6]. A titre d'exemple, dans le cas de pièces à souder Al, A2
présentant des
dimensions importantes, le dispositif de solidarisation 1 peut comprendre un
film
chauffant 2 et deux organes d'isolation électrique 3A, 3B étendus
longitudinalement,
dans cet exemple suivant l'axe longitudinal X. Le dispositif de solidarisation
1
comprend alors une pluralité d'organes de connexion électrique 4, alignés le
long des
portions latérales 22 du film chauffant 2, sur toute la longueur du film
chauffant 2,
suivant l'axe X. En effet, la montée en température dans le film chauffant 2
étant
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optimale entre deux organes de connexion électrique 4, une connexion
électrique de
chaque portion latérale 22 est ainsi assurée de manière optimale sur toute sa
longueur,
assurant un chauffage de l'ensemble du film chauffant 2, même si celui-ci
présente des
dimensions importantes.
[0092] La présence d'une pluralité d'organes de connexion
électrique 4 permet également de
contrôler la puissance de chauffage pour chaque portion longitudinale du film
chauffant 2. On peut ainsi paramétrer la puissance de chauffage en fonction
des
épaisseurs des pièces à souder Al, A2. Le dispositif de solidarisation 1 est
ainsi
adaptable.
[0093] De préférence, le dispositif de solidarisation 1 peut être
conditionné sous la forme
d'éléments individuels ou sous la forme d'un rouleau qui peut être découpé à
la
longueur désirée.
[0094] Grâce au dispositif de solidarisation 1, le film chauffant 2
selon l'invention permet
un chauffage uniforme, rapide et homogène de toute la surface des surfaces
intérieures
SI1, SI2 de chaque pièce à souder Al, A2 au niveau de la portion centrale de
liaison
21, en limitant le risque de surchauffe locale. Le film chauffant 2 résistif
permet un
contrôle de la température de chauffage de la portion centrale 21 par le
contrôle de la
tension appliquée via les portions latérales de connexion électrique 22. Un
tel contrôle
permet de gérer de manière précise la montée en température du film chauffant
2 et
permet un maintien d'un palier de température stable permettant d'assurer le
mélange
homogène des matrices thermoplastiques des pièces à souder Al, A2 et du
dispositif de
solidarisation 1 (comme cela est représenté sur la [Fig.51), ainsi que le
contrôle du taux
de cristallinité de la matrice thermoplastique. Des performances mécaniques
optimales
sont ainsi garanties, même à l'interface entre les deux pièces à souder Al, A2
une fois
solidarisées. La présence d'organes d'isolation électrique 3A, 3B permet de
s'affranchir de tout risque électrique tout en garantissant un transfert de
chaleur
optimal. Le dispositif de solidarisation 1, du fait de sa faible épaisseur,
agit comme un
ruban adhésif double-face pour solidariser deux pièces à souder Al, A2 en vis-
à-vis de
manière robuste et sans dégradation des performances mécaniques.
[0095] Dans une forme dc réalisation, représentée sur la [Fig.71,
le dispositif de solida-
risation 1 comprend un ou plusieurs organe(s) de compensation d'épaisseur 6,
permettant de compenser une différence de hauteur, un défaut d'accostage ou un
relief
par exemple sur l'une des surfaces intérieures Sil, SI2 des pièces à souder
Al, A2.
[0096] Dans une forme de réalisation préférée, chaque organe de
compensation d'épaisseur
6 est réalisé dans un matériau thermoplastique. De préférence, chaque organe
de com-
pensation d'épaisseur 6 est fabriqué dans une matrice thermoplastique haute
per-
formance comme le PEKK ou le PAEK décrit précédemment. Dans une forme de réa-
lisation, chaque organe de compensation d'épaisseur 6 comprend des fibres de
verre
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imprégnées dans une matrice thermoplastique PEKK ou PAEK. De préférence
encore,
chaque organe de compensation d'épaisseur 6 est fabriqué dans la matrice
thermo-
plastique haute performance de chaque organe d'isolation électrique 3A, 3B, la
matrice
thermoplastique de chaque organe d'isolation électrique 3A, 3B étant elle-même
de
préférence identique à la matrice thermoplastique des pièces à souder Al, A2.
Ainsi, le
dispositif de solidarisation 1 est entièrement fabriqué dans un même matériau,
permettant de s'affranchir d'un risque de discontinuité de pièces qui
présenteraient des
caractéristiques mécaniques différentes.
[0097] Chaque organe de compensation d'épaisseur 6 est de
préférence monté sur l'un des
organes d'isolation électrique 3A, 3B et est positionné entre l'organe
d'isolation
électrique 3A, 3B concerné et la surface intérieure SI1, SI2 de la pièce à
souder Al, A2
placée en vis-à-vis. L'organe de compensation d'épaisseur 6 est appliqué de
manière
rapportée en fonction des besoins par l'opérateur.
[0098] Dans une forme de réalisation représentée sur la [Fig.8], le
dispositif de solidarisation
1 comprend un organe de mesure de la température interne T, de manière à
contrôler
en temps réel la température à l'intérieur même du dispositif de
solidarisation 1,
c'est-à-dire dans la zone de soudage commune W. De préférence, l'organe de
mesure
de la température interne T est monté directement sur le film chauffant 2,
peimettant
une lecture optimale de la température du film chauffant 2. Il est ainsi
possible de
stopper l'opération en cas de surchauffe du film chauffant 2, ce qui permet de
s'affranchir de tout risque d'endommagement des pièces à souder Al, A2. De
manière
préférée, l'organe de mesure de la température interne T se présente sous la
forme
d'une ou plusieurs fibres optiques à réseau de Bragg insérées entre le film
chauffant 2
et l'un des organes d'isolation électrique 3A, 3B. Un tel organe de mesure de
la tem-
pérature T permet en outre de contrôler la descente en température pour
optimiser la
cristallisation de la matière.
[0099] Dans une forme de réalisation, toujours en référence à la
[Fig.8], le dispositif de soli-
darisation 1 comprend un organe de comblement 7A permettant de coopérer avec
une
portion d'une pièce à souder Al, A2 afin de former une surface intérieure
plane, la
portion étant utile en termes de résistance mécanique lors de l'opération de
solida-
risation. Une telle portion utile peut se présenter par exemple sous la forme
d'un
chanfrein. Il va de soi que le dispositif de solidarisation 1 peut comprendre
un nombre
différent d'organes de comblement 7A, suivant les besoins et les zones
fragiles ou
utiles en termes de résistance mécanique des deux pièces à souder Al, A2. De
préférence, l'organe de comblement 7A se présente sous la forme d'un congé po-
sitionné au niveau de la zone de courbure d'une pièce à souder Al.
[0100] Chaque organe de comblement 7A est de préférence réalisé en
résine thermoplastique
haute performance, de préférence en matériau thermoplastique PEKK ou PAEK.
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Chaque organe de comblement 7A peut également comprendre des fibres de verre,
im-
prégnées dans une matrice thermoplastique.
[0101] Dans une forme de réalisation, le dispositif de
solidarisation 1 comprend également
un organe de blocage 7B amovible, configure pour être positionne sur la
surface dc
l'organe d'isolation électrique 3A, 3B contre l'organe de comblement 7A, de
manière à
le prendre en sandwich entre l'organe de blocage 7B et la portion utile de la
pièce à
souder Ai, A2. L'organe de blocage 7B est configure pour être plaqué contre
l'organe
de comblement 7A, de manière à s'assurer que l'organe de comblement 7A,
destiné à
fondre sous l'effet de la chaleur émise par le film chauffant 2, ne coule pas
et ne génère
pas localement une surépaisseur involontaire.
[0102] Dans une forme de réalisation, représenté sur la [Fig.91, le
dispositif de solidarisation
1 comprend un ou plusieurs guide(s) de positionnement 8 s'étendant en saillie
de l'un
des organes d'isolation électrique 3A, 3B, de manière à faciliter le
positionnement de
la pièce à souder Al, A2 vis-à-vis du dispositif de solidarisation 1. Dans ce
cas, la
pièce à souder Al, A2 comprenant par exemple une encoche E, le guide de posi-
tionnement 8 est configure pour coopérer par complémentarité de forme avec
l'encoche E de la pièce à souder Al, A2. De préférence, chaque guide de posi-
tionnement 8 est fabriqué en résine thermoplastique, de préférence en matériau
thermo-
plastique haute performance PEKK ou PAEK.
[01 031 Il est représenté sur les figures 10 à 12, un système de
solidarisation S comprenant
une première pièce à souder Al, une deuxième pièce à souder A2, un dispositif
de soli-
darisation 1 tel que décrit précédemment et un organe de pression 9. Le
dispositif de
solidarisation 1 est monté entre la surface intérieure Sul de la première
pièce à souder
Al et la surface intérieure SI2 de la deuxième pièce à souder A2 selon la zone
de
soudage commune W.
[0104] Dans une forme de réalisation, le dispositif de
solidarisation 1 est prémonté sur la
surface intérieure SI1, SI2 de l'une des deux pièces à souder AL A2,
permettant à la
fois un transport plus simple de chaque élément et un montage plus rapide du
système
de solidarisation S.
[0105] L'organe de pression 9 est configure pour appliquer une
pression P sur l'une des
pièces à souder Al, A2 de manière à compresser l'ensemble formé par la
première
pièce à souder Al, le dispositif de solidarisation 1 et la deuxième pièce à
souder A2
selon la zone de soudage commune W. L'organe de pression 9 est configure pour
appliquer une pression P suffisante pour permettre la solidarisation des deux
pièces à
souder Al, A2, en mélangeant les matrices thermoplastiques des deux pièces à
souder
Al, A2, lorsqu'elles sont fondues. De préférence, l'organe de pression 9 est
configure
pour appliquer une pression P comprise entre 0,1 et 1,5MPa.
[0106] En référence aux figures 11 et 12, dans le cas de la
solidarisation de pièces à souder
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Al, A2 présentant des dimensions importantes (dans cet exemple suivant l'axe
lon-
gitudinal X), le dispositif de solidarisation 1 comprend de préférence
plusieurs organes
de connexion électrique 4 s'étendant suivant l'axe longitudinal X, comme
décrit pré-
cédemment. Dans cc cas, dans une première forme de réalisation, chaque organe
de
connexion électrique 4 est relié indépendamment à la source de courant, comme
re-
présenté sur la [Fig.11]. L'ensemble du film chauffant 2 est alors configuré
pour
chauffer simultanément, permettant une liaison rapide de toute la zone de
soudage
commune W. Comme expliqué précédemment, la puissance de chauffage peut être
adaptée localement en fonction des épaisseurs à souder.
[0107] Dans une deuxième forme de réalisation, représentée sur la
[Fig.12], le système de
solidarisation S comprend en outre un dispositif de connexion D, configuré
pour se
déplacer le long de l'axe X successivement sur chaque organe de connexion
électrique
4, de manière à permettre localement le chauffage progressif du film chauffant
2,
suivant l'axe longitudinal X. Le dispositif de connexion D se présente de
préférence
sous la forme d'un rouleau, apte à permettre la connexion de chaque organe de
connexion électrique 4 par contact du rouleau sur l'organe de connexion
électrique 4.
Une telle forme de réalisation permet par exemple de s'affranchir de
l'installation
d'une pluralité de câbles de connexion.
[0108] Il a été présenté un unique dispositif de solidarisation 1
mais il va de soi que
plusieurs dispositifs de solidarisation 1 pourraient être associés ensemble
afin de faire
varier localement la puissance de chauffage ou l'épaisseur d'accostage.
[0109] Il va dorénavant être décrit un procédé de solidarisation de
deux pièces thermo-
plastiques à souder, en référence à la [Fig.13]. Le procédé de solidarisation
permet la
solidarisation d'une première pièce à souder Al et d'une deuxième pièce à
souder A2,
telles que décrites précédemment et est réalisé au moyen du dispositif de
solidarisation
1 et du système de solidarisation S décrits précédemment.
[0110] Comme représenté sur la [Fig.13], le procédé selon
l'invention comprend tout
d'abord une étape de positionnement El du dispositif de solidarisation 1 entre
les
surfaces intérieures SI1, SI2 des deux pièces à souder Al, A2 selon la zone de
soudage
commune W. Pour cela, un opérateur positionne le dispositif de solidarisation
1 sur la
surface intérieure Sil de la première pièce à souder Al au niveau de la zone
de
soudage commune W, la première pièce à souder Al servant ainsi de support au
dispositif de solidarisation 1. L'opérateur positionne ensuite la deuxième
pièce à
souder A2 sur le dispositif de solidarisation 1 au niveau de la zone de
soudage
commune W, de manière à ce que le dispositif de solidarisation 1 soit pris en
sandwich
entre la surface intérieure Sul de la première pièce à souder Al et la surface
intérieure
SI2 de la deuxième pièce à souder A2.
[0111] Dans une deuxième étape de connexion E2, l'opérateur
connecte ensuite, dans cet
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exemple, les organes de connexion électrique 4 à la source de courant C et
actionne la
source de courant C en augmentant sa tension de manière à alimenter
électriquement
les organes de connexion électrique 4. Le courant est alors transmis aux
portions
latérales 22 de connexion du film chauffant 2.
[01121 Le procédé comprend alors une première étape de chauffage E3 de la
portion centrale
21 du film chauffant 2 par alimentation en courant des portions latérales 22.
La tem-
pérature de la portion centrale 21 augmente jusqu'à atteindre la température
de fonc-
tionnement Tf, par exemple comprise entre 330 C et 450 C qui est supérieure à
la tem-
pérature de fusion de la matrice thermoplastique de chaque pièce à souder Al.
A2, au
niveau de la surface intérieure SI1, SI2, via chaque organe d'isolation
électrique 3A,
3B. Les matrices thermoplastiques fondues des deux pièces à souder Al, A2 se
mélangent aux matrices thermoplastiques des organes d'isolation électrique 3A,
3B de
manière à former une liaison robuste. Grâce au dispositif de solidarisation 1
selon
l'invention, la matrice thermoplastique des surfaces intérieures SI1, SI2 des
pièces à
souder Al, A2 peut fondre, sans que l'énergie électrique qui circule dans le
film
chauffant 2 ne soit transférée vers les fibres de renfort de chaque pièce à
souder Al,
A2, s'affranchissant ainsi de tout risque de court-circuit par exemple.
[01131 Au cours du chauffage, l'opérateur applique une pression uniforme P
au moyen d'un
organe de pression 9 sur les deux pièces à souder Al, A2 afin de limiter leurs
mouvements relatifs et permettre un mélange de matière.
[0114] .. Une fois les matrices thermoplastiques des deux pièces à souder Al,
A2 fondues,
l'opérateur diminue la tension de la source de courant C, de manière à baisser
la tem-
pérature du film chauffant 2. Le procédé comprend alors une deuxième étape de
chauffage E4, de la portion centrale 21 du film chauffant 2 à une température
de conso-
lidation Tc inférieure à la température de fonctionnement Tf, par exemple
entre 200 et
270 C, de manière à souder ensemble les deux pièces à souder Al, A2 sous
l'effet de
la pression P appliquée par l'organe de pression 9 qui peimet un soudage
uniforme. En
effet, dans cette étape, en refroidissant, les matrices thermoplastiques
mélangées des
deux pièces à souder Al, A2 se solidifient, de manière à former la zone
soudée. Grâce
aux organes de connexion électrique 4, la température de la portion centrale
21 du film
chauffant 2 est gérée de manière séquentielle. Une telle deuxième étape de
chauffage
E4 permet de baisser la température du film chauffant 2 de manière
progressive, ce qui
permet de conserver les caractéristiques mécaniques de chaque matrice thermo-
plastique intactes, permettant d'éviter la formation de cristaux importants
dans la zone
soudée.
151 Après la solidification des matrices thermoplastiques des deux pièces à
souder Al,
A2, la portion centrale 21 du film chauffant 2 se trouve mélangée avec les
matrices
thermoplastiques des pièces à souder Al, A2. Autrement dit, la portion
centrale 21 du
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21
film chauffant 2 est emprisonnée à l'interface entre les deux pièces à souder
Al, A2,
dans la zone soudée.
[0116] Lorsque la matière comprenant le mélange des deux matrices
thermoplastiques des
deux pièces à souder Al, A2 au niveau de la zone soudée est solidifiée, le
procédé
comprend une étape de retrait E5 des portions latérales 22 du film chauffant 2
et des
organes de connexion électrique 4, de manière à retirer tout moyen de
connexion
électrique. Te film chauffant 2 n'étant plus alimenté électriquement, tout
risque de
court-circuit est écarté. Il ne reste alors dans la zone soudée que la portion
centrale 21
du film chauffant 2 et les organes d'isolation électrique 3A, 3B. Une telle
étape de
retrait E5 peut être réalisée par exemple en détachant les portions latérales
22 selon des
pointillées, formés sur une ligne de prédécoupe.
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