Amélioration de la Sécurité Automobile par le contrôle des Points soudés par résistance – ASAP

Modélisation du comportement à rupture
La modélisation du comportement à rupture des points soudés, qui offre les perspectives d’une corrélation calcul-essais plus fine, s’appuie sur un moyen d’essai singulier. Ce dernier offre une excellente représentation et une bonne maîtrise de facteurs variés :
• la vitesse de sollicitation du point soudé,
• l’angle de sollicitation,
• la configuration de sollicitation dans le cas d’assemblages comportant plus de 2 tôles (traction sur les tôles 1 et 2, 1 et 3, puis 2 et 3), ainsi que la maîtrise des conditions aux limites.

Modélisation pour la mise au point de la méthode CND La modélisation consiste en l’exploration de fonctions logicielles de traitement des échos sonores destinées à extraire un ensemble de caractéristiques permettant :
• de discriminer les différentes classes de conformité de points soudés,
• de formuler un diagnostic de la santé du point soudé.

Cette modélisation se centre sur l’exploitation des échos de fond.

Modélisation du comportement à rupture
Les travaux de dimensionnement du nouveau dispositif d’essai (re-conception du mode de liaison entre l’assemblage soudé et le moyen d’essai) ont nécessité :
• des travaux de mise au point et de validation de la tenue de la liaison entre l’assemblage soudé et le moyen d’essai,
• des calculs de dimensionnement impliquant un premier niveau de modélisation du point soudé détaillé à l’échelle de ses constituants (cf partie Illustration). Ces calculs ont permis d’affiner le choix des modalités pour chaque paramètre du plan d’expérience pilote.

Modélisation pour la mise au point de la méthode CND
Un ensemble de caractéristiques a pu être extrait des échos sonores et représenté visuellement. Les différentes caractéristiques ont été exploitées au sens d’une exploration des caractéristiques nécessaires et suffisantes à des fins :
• de discrimination des différentes classes de points soudés,
• de quantification du diamètre de noyau.

Cette phase de mise au point s’étant appuyée sur des jeux de points soudés dont le diagnostic était connu, la méthode développée est actuellement en cours de pré-validation sur éprouvettes. Cette pré-validation consiste en un blind test comparant les performances de la nouvelle méthode CND multiéléments et de la méthode CND mono-élément actuellement déployée en usine.

• Gain en flexibilité lors du contrôle
• Gain en compétitivité et réduction de l’impact environnemental grâce à la réduction possible du nombre de points soudés à niveau de sécurité équivalente.

Aucune production scientifique en termes de communications ou de dépôt de brevets à ce jour.

Dans un contexte de compétitivité toujours plus grande couplé à un impératif de respect de l’environnement, l'industrie automobile est confrontée à des ruptures technologiques au niveau de l’allègement de la structure du véhicule et du développement des véhicules électriques. Ces nouveaux enjeux doivent être réalisés tout en maintenant un niveau d’excellence en sécurité des véhicules.
Lors d’un accident de la route, la structure du véhicule est conçue pour absorber une partie de l’énergie libérée par le choc, ceci afin de protéger le plus possible les occupants du véhicule. La qualité des assemblages, et plus particulièrement celle des points soudés par résistance, est un enjeu clef pour assurer cette absorption d’énergie par déformation des pièces et rupture de points fusibles. La géométrie irrégulière du profil des points de soudure rend l’application de méthodes d’inspection non destructive particulièrement difficile. A ce jour, cette problématique n’a pas pu être levée pour l’application de la technique des ultrasons multi-éléments. ASAP s’inscrit dans ce contexte général en proposant de développer une méthodologie de contrôle applicable en usine et permettant une surveillance optimisée des assemblages du véhicule qui sera validée par des essais de tenue statique et dynamique.
Les travaux réalisés dans le projet viseront à l’étude et au développement d’une nouvelle méthode de contrôle ultrasonore multi-éléments dédiée aux points de soudure par résistance. L’une des originalités du projet sera d’implémenter au sein de cette instrumentation des algorithmes innovants permettant en temps réel de s’adapter à la géométrie complexe de la soudure, d’améliorer les performances de détection par une meilleure focalisation du faisceau ultrasonore, et de disposer d’une imagerie évoluée d’analyse permettant une interprétation immédiate sans besoin d’expertise de la qualité du point soudé. Une part importante du projet sera par ailleurs consacrée à la caractérisation de la tenue dynamique a posteriori des points soudés en modes purs et mixtes I/II sur une large gamme de vitesses de déformations, ainsi qu’au développement et à la fiabilisation d’un modèle numérique macroscopique de tenue dynamique des points soudés. Une autre originalité du projet sera d’établir une corrélation entre modélisation paramétrique, qualité par diagnostic CND et comportement dynamique à rupture des assemblages soudés par points. Le modèle numérique macroscopique couplé aux outils de simulation de la méthode CND permettra de valider et d’optimiser la méthodologie de contrôle pour une grande gamme de paramètres caractéristiques des assemblages et points soudés.

ASAP réunira l’industriel RENAULT, les PME EXTENDE et M2M, et les laboratoires de recherche CEA LIST et LAMIH de l’Université de Valenciennes. L’implication et l’expertise de ces partenaires dans des domaines de compétences complémentaires permettront d’aboutir au bout de trois ans à la création du premier appareil du marché ultrasons multi-éléments assurant un diagnostic fiable, rapide, simple, et univoque de la qualité de la soudure par point et à la fiabilisation d’un modèle paramétrique de tenue des PSR.