Les assemblages de tôle expliqués : Un guide pratique

Introduction

La tôle est à la base de nombreux articles utilisés dans notre vie quotidienne, qu'il s'agisse de la vie courante ou de l'aérospatiale. L'assemblage de ces fines feuilles de matériaux est donc l'un des aspects les plus importants de l'ingénierie et de la fabrication. Les assemblages de tôles sont des arrangements et des techniques particulières d'assemblage de deux ou plusieurs tôles pour former des structures et des connexions utiles. La qualité, le coût et la fonction du produit final dépendent de la conception et de la construction de ces joints particuliers.

Ce guide fournit une connaissance pratique aux ingénieurs, aux concepteurs et aux fabricants. Dans cet article, nous aborderons les types de joints les plus utilisés, les techniques d'assemblage, les facteurs de conception, les utilisations et les développements futurs. Il s'agit d'une référence précieuse pour toute personne impliquée dans la spécification, la conception ou la fabrication de pièces et de sous-ensembles en tôle, et offre des informations supplémentaires sur les meilleures pratiques dans l'industrie.

Types courants de Tôle Articulations

La façon dont les bords des pièces de tôle sont disposés détermine le type de joint de base. Le choix du type de joint est généralement effectué au stade initial du processus de conception, en fonction de la direction de la charge, de l'espace disponible et de l'apparence. Voici quelques-unes des configurations les plus courantes :

Lap Joint

Un joint à recouvrement est un type de joint dans lequel deux pièces de tôle sont placées l'une sur l'autre sur une certaine longueur. Le processus d'assemblage, qui peut inclure le soudage, le rivetage, l'adhésif, etc., est effectué dans cette zone de chevauchement. Les joints à recouvrement sont faciles à préparer et à assembler et offrent une bonne résistance, en particulier dans la direction parallèle aux surfaces chevauchées. Ils sont faciles à utiliser et c'est pourquoi ils sont couramment utilisés, mais ils donnent une surface décalée.

Joint en bout

Dans un assemblage bout à bout, les bords de deux pièces de tôle sont alignés dans le même plan, une pièce étant placée bout à bout ou bord à bord avec l'autre pièce sans aucun chevauchement. Le soudage est normalement effectué le long du joint où les bords des tôles sont assemblés. Les joints bout à bout offrent une meilleure finition de surface et n'ajoutent pas beaucoup d'épaisseur, ce qui est idéal pour l'esthétique et la circulation de l'air. Cependant, ils exigent généralement une préparation précise des bords et de leur alignement et peuvent être moins solides que les joints à recouvrement lorsqu'ils sont soumis à certaines charges s'ils ne sont pas étayés ou réalisés à l'aide de soudures à pleine pénétration.

Joint d'angle

Un joint d'angle est un joint où deux bords de deux feuilles de métal sont reliés à angle droit l'un par rapport à l'autre. Les pièces peuvent être jointes bord à bord ou une pièce peut être placée sur le bord de l'autre pièce. Les joints d'angle sont essentiels dans la construction de boîtes, d'enceintes et de cadres. Ils peuvent être assemblés de différentes manières, par exemple par soudage le long de l'angle intérieur ou extérieur ou par l'utilisation d'attaches. La configuration spécifique dépend de la résistance nécessaire et de la facilité d'accès pour le processus d'assemblage.

T-Joint

Un joint en T, également appelé joint en T, est un joint où le bord ou l'extrémité d'une pièce de tôle est relié à la surface d'une autre pièce de tôle à un angle droit, en forme de "T". C'est souvent le cas lorsqu'on soude des raidisseurs internes, des supports ou des cloisons à un panneau plus grand. Les joints en T sont souvent réalisés à l'aide de soudures d'angle qui offrent un support à la jonction. Il est important de s'assurer que la connexion est aussi serrée que possible afin d'éviter tout glissement.

Joint de bord

Un joint de bord est un processus de connexion des bords pliés ou des brides de deux pièces de tôle adjacentes qui sont presque parallèles l'une à l'autre. Les bords eux-mêmes sont assemblés par soudage ou brasage. Ce type de joint est souvent utilisé pour accroître la rigidité, créer un bord fini ou joindre deux panneaux adjacents côte à côte lorsqu'une surface plane est nécessaire.

Joint/Hem Joint

Les joints sont réalisés en pliant ou en faisant se chevaucher les bords des pièces de tôle. Un ourlet est un processus consistant à replier un bord sur la tôle elle-même, principalement dans le but d'obtenir un bord lisse et sûr ou de renforcer la rigidité. Les joints de verrouillage, tels que le joint de verrouillage de Pittsburgh, le joint de rainure ou le joint debout, sont formés par l'emboîtement des bords pliés de deux pièces de métal différentes afin de produire un joint continu qui est généralement fixé mécaniquement. Ils sont largement utilisés dans les conduits de chauffage, de ventilation et de climatisation, les toits et les conteneurs, et ils peuvent offrir des fonctions d'étanchéité dans certaines conceptions sans nécessiter d'attaches ou de produits d'étanchéité supplémentaires.

Tôle Formage et traitement des joints

Afin d'assembler les composants en tôle, ceux-ci peuvent subir plusieurs opérations de formage et de traitement pour préparer les bords et les surfaces à l'assemblage. Ces opérations sont importantes pour garantir la qualité, la résistance et la durabilité de l'assemblage.

Le pliage est le premier processus de formage de la tôle, qui consiste à séparer le matériau pour lui donner la taille et la forme voulues. Parmi les techniques courantes, on peut citer le cisaillement, la découpe au laser, la découpe au plasma et la découpe au jet d'eau, qui présentent toutes des degrés de précision et d'applicabilité variables en fonction du type et de l'épaisseur du matériau. Le processus de découpe est essentiel pour déterminer le bon ajustement au cours du processus d'assemblage.

Une autre opération de formage importante est le cintrage ou le pliage, qui permet de réaliser des brides, des ourlets et d'autres caractéristiques permettant l'assemblage. Les joints de recouvrement, les joints d'angle et les joints de bord peuvent être réalisés par pliage afin de garantir un chevauchement ou une surface d'accouplement pour l'assemblage. L'angle et le rayon de courbure sont essentiels pour la géométrie et la résistance du joint.

Le perçage et l'alésage sont utilisés pour faire des trous dans la tôle afin de la fixer à l'aide de rivets et de boulons. Le diamètre, la position et l'intervalle de ces trous doivent être bien déterminés pour permettre un alignement et une répartition corrects des charges dans l'assemblage.

Le grugeage et le rainurage sont des procédés qui consistent à découper de petites parties des bords de la tôle. Ces caractéristiques peuvent être utilisées pour l'emboîtement avec d'autres pièces, pour l'alignement de la pièce avec d'autres pièces lors de l'assemblage ou pour fournir de l'espace pour d'autres pièces.

La préparation des bords est nécessaire pour certaines techniques d'assemblage, en particulier le soudage. Il peut être nécessaire de chanfreiner les bords de la tôle pour améliorer la pénétration de la soudure et la résistance du joint soudé. Il est également nécessaire d'ébavurer les bords afin d'éviter toute rugosité susceptible d'entraîner un mauvais ajustement.

Des techniques telles que l'emboutissage, l'estampage et le profilage sont quelques-uns des procédés qui peuvent être utilisés pour donner des formes complexes aux pièces de tôle.

Le degré de précision obtenu au cours de ces étapes de formage et de traitement détermine la facilité d'assemblage, la qualité du joint et ses performances. Si la préparation n'est pas adéquate, l'ajustement ne sera pas bon, les joints seront faibles et il y aura des points de défaillance.

Méthodes clés pour l'assemblage Tôle Ensemble

Une fois la tôle formée et préparée, diverses méthodes peuvent être employées pour créer la connexion proprement dite. Le choix de la méthode dépend fortement du matériau, de l'épaisseur, de la résistance requise, du volume de production, des contraintes de coût et de l'aspect souhaité.

Note : Toutes les valeurs sont approximatives et peuvent varier en fonction des matériaux, des conditions et de l'équipement utilisés.

Soudage

Le soudage implique l'utilisation de la chaleur, de la pression et/ou d'un matériau d'apport pour assembler les pièces de tôle à l'interface du joint et former une liaison solide et continue lorsque la chaleur est retirée. Parmi les méthodes courantes de soudage de la tôle, on peut citer : MIG (gaz inerte métallique), TIG (tungstène) : MIG (Metal Inert Gas), TIG (Tungsten Inert Gas), soudage par points et soudage au laser.

Résistance Soudage par points (RSW) : Il s'agit de faire passer un courant élevé à travers les feuilles qui se chevauchent et sont serrées entre deux électrodes, la chaleur étant produite à l'interface pour former une pépite. Rapide et économique pour les joints de recouvrement dans la production de masse (par exemple, dans l'automobile).

Soudage par résistance : Semblable au soudage par points, mais les électrodes se présentent sous la forme de roues qui tournent pour produire une série de soudures par points qui se chevauchent afin de former un joint continu et étanche.

Soudage à l'arc sous gaz métallique (GMAW) / MIG): Il utilise un fil-électrode solide et un gaz de protection. Polyvalent pour différents types de joints et d'épaisseurs.

Gaz Tungstène Arc Soudage (GTAW / TIG) et soudage au gaz inerte de tungstène (TIG) : Cette méthode utilise une électrode en tungstène non consommable et un gaz de protection, et le matériau d'apport est introduit manuellement. Elle offre une grande précision et une bonne finition pour les matériaux minces et les applications à tolérances serrées telles que l'aérospatiale et l'acier inoxydable.

Soudage par faisceau laser (LBW) : Il utilise un faisceau laser focalisé à haute énergie. Il offre un faible apport de chaleur, une faible distorsion, une vitesse élevée et convient aux matériaux fins et dissemblables.

Rivetage

Le rivetage est un procédé de fixation mécanique qui implique l'utilisation d'un élément cylindrique et ductile appelé rivet, dont la tête se trouve à une extrémité. Le rivet est passé à travers les trous alignés dans les feuilles et l'extrémité du rivet est ensuite aplatie pour verrouiller les deux pièces ensemble. Les rivets aveugles sont une variante qui ne peut être insérée que d'un seul côté du matériau à assembler. Le rivetage est précis, ne nécessite pas de chauffer le matériau et convient à l'assemblage de différents matériaux ou de feuilles revêtues. Il est couramment utilisé dans les secteurs de l'aéronautique, des transports et de la construction.

Boulonnage et vissage

Il s'agit d'un processus de fixation qui implique l'utilisation de boulons ou de vis qui sont passés à travers des trous qui ont été percés ou perforés sur les tôles à assembler. Les boulons sont généralement utilisés avec des écrous. Les vis autotaraudeuses sont des vis qui peuvent créer leur propre filetage dans les trous de la taille requise. Les vis autotaraudeuses sont idéales pour les panneaux d'accès, les points d'entretien et les constructions modulaires, car elles peuvent être facilement montées et démontées. Toutefois, les trous peuvent être considérés comme des sources de tension et le serrage (couple) doit donc être contrôlé.

Collage d'adhésifs

Les adhésifs structuraux sont largement utilisés pour l'assemblage des tôles et peuvent être utilisés en combinaison avec d'autres techniques d'assemblage (joints multi-procédés). Les adhésifs supportent la charge sur une plus grande surface que les fixations ponctuelles, peuvent lier différents matériaux, assurer l'étanchéité, réduire les vibrations et donner une surface extérieure lisse. Il est important de bien préparer la surface afin d'obtenir une bonne force d'adhérence. Il est important de tenir compte des temps de durcissement et de la résistance à l'environnement (température et produits chimiques). Courant dans l'automobile (panneaux de carrosserie), l'aérospatiale et l'électronique.

Clinchage

Le clinchage est un procédé de formage à froid qui implique l'utilisation de la pression pour assembler deux ou plusieurs couches de tôle sans utiliser d'autres fixations ou de la chaleur. Il est utilisé pour tirer et façonner les couches de métal et pour amincir localement le métal et produire un emboîtement semblable à celui d'un bouton. Il s'agit d'un procédé rapide, qui n'utilise pas de consommables, ne produit pas de fumées ni d'étincelles et peut être utilisé sur des métaux pré-revêtus ou dissemblables. Il est généralement moins performant que le soudage ou le rivetage, mais il est suffisant pour la plupart des applications de support de charge statique.

Brasage et Soudure

Ces méthodes impliquent l'utilisation d'un métal d'apport dont le point de fusion est inférieur à celui de la tôle de base. Le métal d'apport est chauffé et s'écoule par capillarité dans la fente du joint étroitement ajusté ; en refroidissant, le métal d'apport se solidifie pour assembler les pièces. Le brasage implique l'utilisation de températures supérieures à 450°C / 840°F alors que le soudage est effectué à des températures inférieures à 450°C / 840°F et le processus de brasage permet normalement d'obtenir des joints plus résistants. Les deux procédés conviennent à la réalisation de joints étanches, à l'assemblage de métaux de types différents et lorsque l'utilisation de la chaleur comme dans le cas du soudage n'est pas souhaitable. La propreté de la surface est primordiale.

Facteurs critiques de conception pour RobusteTôle Articulations

La conception d'un joint de tôle réussi va au-delà du simple choix d'un type et d'une méthode. Plusieurs facteurs critiques doivent être soigneusement pris en compte pour s'assurer que le joint est solide, durable, rentable et adapté à l'application prévue.

Considérations relatives à la sélection des matériaux

Le type de tôle (acier, aluminium, acier inoxydable, cuivre, etc.) est le principal déterminant de la conception des joints. Il s'agit de la résistance, de la ductilité, de la soudabilité, de la résistance à la corrosion, en particulier à la corrosion galvanique lors de l'assemblage de différents métaux, des caractéristiques de dilatation et de contraction thermiques, et de la compatibilité avec les procédés d'assemblage choisis ; par exemple, certains alliages d'aluminium sont difficiles à souder. Le type de matériau et son épaisseur déterminent également les techniques d'assemblage possibles et les paramètres nécessaires au processus.

Choisir le bon type d'articulation pour la solidité

Le type de charges que l'on s'attend à appliquer sur l'articulation (traction, compression, cisaillement, flexion, fatigue) doit être déterminé. Il est important de comprendre que les différents joints ont des caractéristiques différentes lorsqu'ils sont soumis à des charges. Les joints à recouvrement sont normalement bons en cisaillement sur la longueur du chevauchement et les soudures bout à bout sont bonnes en traction si elles sont effectuées correctement. Les joints d'angle et les joints en T sont soumis à des moments de flexion. Il doit également être en mesure de répartir efficacement les charges entre les pièces connectées.

Choix de la méthode d'assemblage appropriée

La technique d'assemblage la plus appropriée doit être choisie en fonction du matériau, du type de joint, de la résistance requise, du taux de production, des contraintes de coût, de l'aspect et de l'environnement dans lequel le produit sera utilisé. Le soudage offre généralement la résistance statique la plus élevée, mais il implique de la chaleur. Le rivetage ne permet pas de déformations dues à la chaleur, mais il nécessite des trous. Les adhésifs permettent d'obtenir des surfaces lisses, mais nécessitent une préparation de la surface et un certain temps de séchage. Le clinchage est plus rapide que les autres méthodes d'assemblage, mais il offre moins de résistance. Chacune de ces méthodes a ses avantages et ses inconvénients, et bien que le soudage soit souvent envisagé, il est important de reconnaître que ce ne sont pas les seuls moyens d'obtenir un assemblage sûr qui doit être pris en considération.

Conception des dimensions et de l'espacement pour l'intégrité des joints

Un dimensionnement précis est essentiel. Dans le cas des joints à recouvrement, la distance de chevauchement est exigée. Dans le cas des assemblages boulonnés ou rivetés, le diamètre du trou, la distance au bord (distance entre le centre du trou et le bord de la pièce) et le pas (distance entre deux fixations) doivent être correctement sélectionnés afin d'éviter l'arrachement, la défaillance des roulements ou le flambage. La taille de la soudure d'angle (par exemple, la longueur de la patte de la soudure d'angle) doit être suffisante pour supporter la charge. Les tolérances sur les dimensions doivent être réalisables en production.

Garantir la fabricabilité des Tôle Articulations

La conception du joint doit pouvoir être fabriquée avec les outils et les techniques actuellement disponibles sur le marché. Il s'agit notamment de l'accès aux chalumeaux de soudage, aux outils de rivetage ou aux applicateurs d'adhésifs, de la capacité d'aligner les pièces pendant l'assemblage, d'éviter les montages complexes et de concevoir pour des tolérances de fabrication réalisables. Les conceptions complexes ou à tolérances étroites sont coûteuses et peuvent entraîner davantage de défauts.

Planifier pour Maintenance et Démontage

Si l'assemblage doit être inspecté, entretenu, réparé ou éventuellement démonté, la conception du joint doit en tenir compte. Les assemblages boulonnés ou vissés se prêtent intrinsèquement au démontage. Les joints soudés ou collés sont généralement permanents, ce qui rend les réparations plus difficiles. L'accès pour l'inspection (par exemple, l'inspection visuelle des soudures, la vérification de l'intégrité des rivets) doit également être pris en compte.

Mise en œuvre des mesures de protection contre la corrosion

Les joints de tôle peuvent être sensibles à la corrosion, en particulier dans les environnements difficiles ou lorsque des métaux différents sont assemblés (corrosion galvanique). Les stratégies de conception comprennent la sélection de matériaux résistants à la corrosion, l'application de revêtements protecteurs (peinture, revêtement en poudre, placage) avant ou après l'assemblage, l'utilisation de produits d'étanchéité pour empêcher l'humidité de pénétrer dans les fissures (ce qui est fréquent dans les joints à recouvrement) et l'utilisation d'une isolation électrique (par exemple, des rondelles non conductrices) entre les métaux dissemblables.

Diverses applications de la Tôle Joints entre secteurs d'activité

La polyvalence de la tôle et la variété des techniques d'assemblage disponibles font qu'elle est omniprésente dans de nombreuses industries :

Automobile

Les carrosseries de véhicules utilisent largement le soudage par résistance par points, le soudage au laser et le collage pour les châssis, les panneaux de carrosserie et les composants structurels. Le rivetage et le boulonnage sont utilisés pour des fixations spécifiques.

Aérospatiale

Les structures aéronautiques font largement appel au rivetage (en particulier le rivetage à plat pour l'aérodynamique) et au soudage de haute précision (TIG, laser) pour assembler les alliages d'aluminium, le titane et les matériaux composites. Le collage est également essentiel.

CVC (chauffage, ventilation, climatisation)

L'assemblage des conduits se fait principalement par des joints de blocage (par exemple, Pittsburgh lock) et des rivets. Le soudage peut être utilisé pour les composants de plus gros calibre ou les raccords spécialisés.

La construction

Les joints debout ou les joints de recouvrement sont courants dans les toitures et les bardages métalliques, et ils utilisent des vis/boulons. Les assemblages dans les charpentes métalliques sont réalisés par boulonnage ou soudage.

Appareils électroménagers

Les machines à laver, les réfrigérateurs, les fours, etc., utilisent le soudage par points, le clinchage, les vis et l'ourlet/la couture pour les boîtiers, les cadres et les pièces internes.

Électronique

Les boîtiers d'ordinateurs et de serveurs, ainsi que d'autres boîtiers d'équipement, sont fixés à l'aide de vis ou de clinquants, ou par soudage et brasage à petite échelle.

Mobilier

Les armoires, étagères et cadres métalliques peuvent être soudés par points, par boulons/vis ou par clinchage.

Chaque application a ses exigences en termes de résistance, de poids, de coût, de durabilité, de résistance à l'environnement et d'apparence, qui déterminent le choix des joints et des technologies.

TZR : votre partenaire expert pour les assemblages de tôle de précision

Pour obtenir la meilleure qualité de joints de tôle, il est nécessaire de disposer des bonnes compétences, d'une bonne exécution et d'une assurance qualité. TZR offre un service complet de fabrication de tôles, ce qui fait de nous un atelier de fabrication unique. Nos services sont axés sur les secteurs de l'automobile, de la médecine, des imprimantes 3D et des énergies renouvelables. Nous disposons d'une capacité complète de traitement de la tôle, qui comprend la découpe, le pliage et le formage, afin de garantir que les pièces sont fabriquées avec précision avant d'être soudées. Notre expertise couvre un large éventail de méthodes d'assemblage, avec une maîtrise de la technologie avancée de soudage au laser.

Chez TZR, nous nous efforçons toujours de comprendre parfaitement les besoins de chaque client en matière d'applications. Les départements d'ingénierie et de fabrication sont impliqués avec les clients depuis la phase de conception jusqu'à la phase de production, et nous offrons différentes options de matériaux tels que l'acier, l'acier inoxydable, l'aluminium, le cuivre et le laiton. Nous accordons une attention particulière à la fabricabilité et effectuons des contrôles DFM professionnels pour garantir la haute qualité et la fabricabilité des produits. Notre assurance qualité, notre conformité aux normes ISO 9000 et l'assurance qualité des produits 98% garantissent que les joints de tôle que nous produisons sont de haute qualité et conformes aux normes du marché international.

Si vous décidez de coopérer avec TZR, vous comprendrez à quel point une approche professionnelle peut être bénéfique pour votre prochain projet.

Regarder vers l'avenir : Tendances et innovations en matière de Tôle Articulations

Le domaine de l'assemblage des tôles continue de se développer en raison des exigences croissantes en matière de réduction du poids, d'augmentation de la résistance, d'amélioration de la productivité et de capacité à assembler des matériaux nouveaux et différents. Les principales tendances sont les suivantes :

Assemblage des matériaux avancés : Les défis et les opportunités liés au développement de méthodes fiables d'assemblage des aciers à haute résistance (AHSS), des alliages d'aluminium, des alliages de magnésium, du titane et des structures composites métalliques sont toujours d'actualité. De nouveaux procédés tels que le soudage par friction-malaxage (FSW), différentes technologies de soudage au laser et des adhésifs de nouvelle génération sont également en cours d'adoption.

Techniques d'assemblage hybrides : C'est l'utilisation de deux ou plusieurs procédés d'assemblage en un seul processus (par exemple, le soudage par points et le collage, les deux étant appelés soudage-assemblage) qui peut être avantageuse en termes de résistance, de durée de vie et d'étanchéité par rapport à l'utilisation d'un seul procédé d'assemblage.

Automatisation et robotique : L'application de systèmes robotiques au soudage, au rivetage, au clinchage et à la dépose d'adhésifs améliore l'efficacité, la précision et la répétabilité, en particulier dans la production de masse, comme dans l'industrie automobile. Les systèmes de vision et les commandes adaptatives améliorent la précision.

Simulation et outils numériques : Un exemple est le logiciel FEA avancé capable de simuler la mécanique des joints sous charge, de prédire les concentrations de contraintes, d'optimiser la conception et même de modéliser le processus d'assemblage (par exemple, simulation de soudure) dans un environnement virtuel, ce qui réduit le temps et les coûts consacrés au développement.

Contrôle non destructif (NDT): Les nouvelles méthodes de CND (telles que les essais par ultrasons, l'imagerie thermique) peuvent être utilisées pour contrôler la qualité des joints sans endommager la pièce, ce qui est très important pour les applications critiques en matière de sécurité.

Ces innovations laissent entrevoir de nouvelles améliorations de la fonctionnalité, de l'efficacité et de la polyvalence des joints de tôle, garantissant ainsi leur pertinence pour la fabrication dans les années à venir. Il est important que les concepteurs et les fabricants suivent de près ces évolutions afin d'acquérir un avantage concurrentiel.

En conclusion, les assemblages de tôle sont des composants essentiels de divers produits et structures. Il est important de comprendre les différents types d'assemblages, les processus de fabrication et les paramètres de conception qui sont importants pour la réussite de la connexion. Avec les progrès technologiques, les méthodes d'assemblage des tôles seront de plus en plus développées, ce qui permettra d'améliorer l'efficacité, le coût et les performances.