29/01/2024
Audi remplace un nettoyage chimique coûteux par la technologie à plasma actif chaud (HAP) Acerios de Fronius
La technologie à plasma actif chaud Acerios de Fronius élimine les impuretés particulaires et filmiques des surfaces aussi bien métalliques que non métalliques. Le constructeur automobile Audi utilise ce procédé depuis maintenant deux ans pour des pièces de carrosserie en aluminium de faible épaisseur : là où les tôles doivent être préparées pour le soudage de goujons, Acerios a permis de réduire considérablement les coûts de nettoyage. En même temps, l’efficacité des ressources a été augmentée.
Les goujons de masse et la qualité de soudage au centre des enjeux
« La défaillance d’une connexion de mise à la masse peut, dans le pire des cas, entraîner l’immobilisation d’un véhicule », explique Daniel Rudolph, ingénieur diplômé et responsable du développement technologique de l’assemblage et de la construction légère chez AUDI AG. «Dans la production de l’Audi A8, nous plaçons de nombreux goujons de masse dont nous devons nous assurer que chacun est parfaitement assemblé. Pour répondre à l’exigence de qualité, nous déployons des efforts considérables. »
En effet, la qualité de chaque soudage de goujons est en grande partie déterminée par les propriétés de la surface. Les impuretés dues aux huiles d’étirage et aux lubrifiants secs, tels qu’ils sont utilisés dans le formage des métaux, peuvent entraîner des défauts dans l’assemblage.
Clean Flash échoue à cause de l’épaisseur de tôle
Dans de nombreux cas, le problème d’encrassement peut être résolu par la soudeuse de goujons elle-même : une décharge électrique (Clean Flash) précède le processus de soudage proprement dit et nettoie la surface de soudage. Toutefois, cette approche n’est plus praticable pour les tôles d’aluminium de moins de 2 mm d’épaisseur, car l’apport d’énergie est trop important et la tôle brûlerait lors du processus de soudage. De plus, ce procédé peut notamment entraîner l’apparition de pores qui nuisent à la qualité de la soudure.
La paroi frontale de l’Audi A8, par exemple, est un composant de ce type dans la production Audi. Elle est constituée d’un alliage de tôles d’aluminium (6xxx) et ne fait que 1,5 mm d’épaisseur aux endroits où les goujons de masse sont soudés : « L’ensemble du composant a dû être nettoyé et décapé chimiquement au cours des premières années suivant le lancement de la production en série, impliquant des dépenses colossales », explique Rudolph. « Ce n’est qu’ainsi que nous avons pu garantir les 100 % de qualité exigés à chaque assemblage par soudage des goujons. »
En 2017, Audi a mis en place une nouvelle installation de production pour la cinquième génération de l’A8. Audi voulait remédier au nettoyage chimique coûteux. Une solution possible : la technologie à plasma actif chaud (HAP), sur laquelle Fronius, fournisseur de longue date de technologies de soudage et partenaire de développement, s’était déjà penché de près. Audi aussi avait déjà suivi l’approche HAP avec des partenaires universitaires.
Comme le domaine d’activité de Rudolph comprend également l’évaluation de nouvelles technologies de fabrication ainsi que leur développement jusqu’à la production en série, les spécialistes en technique d’assemblage d’Audi et de Fronius ont donc étroitement coopéré. Cette approche technique a ensuite été développée et qualifiée en commun jusqu’à la production en série. Rudolph précise : « Le travail de développement de la technique des processus et des installations a principalement été effectué par Fronius. Dans notre production, nous avons procédé à des essais fonctionnels liés à l’application, à des tests de paramètres, à des tests de durée de vie et à des tests de fonctionnement. Nous nous sommes également penchés sur la question de l’impact de l’utilisation de la technologie sur les autres chaînes de processus comme l’assemblage, la résistance, l’adhérence de la peinture et bien d’autres choses encore. »
Nettoyage partiel avec le plasma comme solution
Les avantages du traitement des surfaces avec la technologie à plasma actif chaud (HAP) Acerios de Fronius sont nombreux. Au moyen d’un flux de gaz de protection, le plasma de l’arc électrique est transformé en flamme dont le cœur atteint des températures allant jusqu’à 1 000° Celsius. Les processus thermiques et chimiques ainsi déclenchés permettent de débarrasser partiellement et avec précision les surfaces du matériau des résidus organiques et des salissures filmogènes. En même temps, la surface est activée. Comme l’arc électrique d’Acerios se forme entre la buse plasma et l’électrode en tungstène de la torche de soudage, une connexion de mise à la masse de la pièce à souder n’est pas nécessaire. Par conséquent, les matériaux non métalliques peuvent également être nettoyés avec le plasma actif chaud.
« Comme toutes les nouvelles technologies que nous avons envisagées de manière plus étroite, nous avons testé l’aptitude d’Acerios et déterminé les variables de soudage ainsi que les fenêtres de paramètres possibles. En collaboration avec Fronius, nous avons ensuite optimisé le prototype rapidement et de manière ciblée pour l’utilisation en série », explique Rudolph. « Ensuite, nos planificateurs d’installations et nos collègues de la production se sont attelés à identifier une situation de montage favorable. »
Les responsables de la ligne A8 ont finalement opté pour l’utilisation d’Acerios dans une cellule robotisée qui présentait suffisamment de périodes non productives libres pour le nettoyage de deux zones d’une surface de 12 cm² chacune. « C’est pourquoi le temps disponible était même suffisant pour augmenter le temps d’allumage d’Acerios à six secondes par point de soudure. La distance entre la torche de soudage et la pièce à souder est de 30 mm et nous pouvons abaisser le courant à 120 A sans perdre l’efficacité du nettoyage », ajoute Jürgen Kolbenschlag, expert en soudage de la carrosserie A8.
« Nous ménageons ainsi les pièces d’usure », qui étaient initialement remplacées par Audi après 10 000 points de nettoyage. Il s’est avéré que les limites d’usure étaient encore loin d’être atteintes. Le remplacement périodique a donc été prolongé régulièrement. Et au milieu de l’année 2021, la limite des pièces d’usure n’était toujours pas atteinte, malgré 25 000 points de nettoyage.
Les goujons de masse et la qualité de soudage au centre des enjeux
« La défaillance d’une connexion de mise à la masse peut, dans le pire des cas, entraîner l’immobilisation d’un véhicule », explique Daniel Rudolph, ingénieur diplômé et responsable du développement technologique de l’assemblage et de la construction légère chez AUDI AG. «Dans la production de l’Audi A8, nous plaçons de nombreux goujons de masse dont nous devons nous assurer que chacun est parfaitement assemblé. Pour répondre à l’exigence de qualité, nous déployons des efforts considérables. »
En effet, la qualité de chaque soudage de goujons est en grande partie déterminée par les propriétés de la surface. Les impuretés dues aux huiles d’étirage et aux lubrifiants secs, tels qu’ils sont utilisés dans le formage des métaux, peuvent entraîner des défauts dans l’assemblage.
Clean Flash échoue à cause de l’épaisseur de tôle
Dans de nombreux cas, le problème d’encrassement peut être résolu par la soudeuse de goujons elle-même : une décharge électrique (Clean Flash) précède le processus de soudage proprement dit et nettoie la surface de soudage. Toutefois, cette approche n’est plus praticable pour les tôles d’aluminium de moins de 2 mm d’épaisseur, car l’apport d’énergie est trop important et la tôle brûlerait lors du processus de soudage. De plus, ce procédé peut notamment entraîner l’apparition de pores qui nuisent à la qualité de la soudure.
La paroi frontale de l’Audi A8, par exemple, est un composant de ce type dans la production Audi. Elle est constituée d’un alliage de tôles d’aluminium (6xxx) et ne fait que 1,5 mm d’épaisseur aux endroits où les goujons de masse sont soudés : « L’ensemble du composant a dû être nettoyé et décapé chimiquement au cours des premières années suivant le lancement de la production en série, impliquant des dépenses colossales », explique Rudolph. « Ce n’est qu’ainsi que nous avons pu garantir les 100 % de qualité exigés à chaque assemblage par soudage des goujons. »
En 2017, Audi a mis en place une nouvelle installation de production pour la cinquième génération de l’A8. Audi voulait remédier au nettoyage chimique coûteux. Une solution possible : la technologie à plasma actif chaud (HAP), sur laquelle Fronius, fournisseur de longue date de technologies de soudage et partenaire de développement, s’était déjà penché de près. Audi aussi avait déjà suivi l’approche HAP avec des partenaires universitaires.
Comme le domaine d’activité de Rudolph comprend également l’évaluation de nouvelles technologies de fabrication ainsi que leur développement jusqu’à la production en série, les spécialistes en technique d’assemblage d’Audi et de Fronius ont donc étroitement coopéré. Cette approche technique a ensuite été développée et qualifiée en commun jusqu’à la production en série. Rudolph précise : « Le travail de développement de la technique des processus et des installations a principalement été effectué par Fronius. Dans notre production, nous avons procédé à des essais fonctionnels liés à l’application, à des tests de paramètres, à des tests de durée de vie et à des tests de fonctionnement. Nous nous sommes également penchés sur la question de l’impact de l’utilisation de la technologie sur les autres chaînes de processus comme l’assemblage, la résistance, l’adhérence de la peinture et bien d’autres choses encore. »
Nettoyage partiel avec le plasma comme solution
Les avantages du traitement des surfaces avec la technologie à plasma actif chaud (HAP) Acerios de Fronius sont nombreux. Au moyen d’un flux de gaz de protection, le plasma de l’arc électrique est transformé en flamme dont le cœur atteint des températures allant jusqu’à 1 000° Celsius. Les processus thermiques et chimiques ainsi déclenchés permettent de débarrasser partiellement et avec précision les surfaces du matériau des résidus organiques et des salissures filmogènes. En même temps, la surface est activée. Comme l’arc électrique d’Acerios se forme entre la buse plasma et l’électrode en tungstène de la torche de soudage, une connexion de mise à la masse de la pièce à souder n’est pas nécessaire. Par conséquent, les matériaux non métalliques peuvent également être nettoyés avec le plasma actif chaud.
« Comme toutes les nouvelles technologies que nous avons envisagées de manière plus étroite, nous avons testé l’aptitude d’Acerios et déterminé les variables de soudage ainsi que les fenêtres de paramètres possibles. En collaboration avec Fronius, nous avons ensuite optimisé le prototype rapidement et de manière ciblée pour l’utilisation en série », explique Rudolph. « Ensuite, nos planificateurs d’installations et nos collègues de la production se sont attelés à identifier une situation de montage favorable. »
Les responsables de la ligne A8 ont finalement opté pour l’utilisation d’Acerios dans une cellule robotisée qui présentait suffisamment de périodes non productives libres pour le nettoyage de deux zones d’une surface de 12 cm² chacune. « C’est pourquoi le temps disponible était même suffisant pour augmenter le temps d’allumage d’Acerios à six secondes par point de soudure. La distance entre la torche de soudage et la pièce à souder est de 30 mm et nous pouvons abaisser le courant à 120 A sans perdre l’efficacité du nettoyage », ajoute Jürgen Kolbenschlag, expert en soudage de la carrosserie A8.
« Nous ménageons ainsi les pièces d’usure », qui étaient initialement remplacées par Audi après 10 000 points de nettoyage. Il s’est avéré que les limites d’usure étaient encore loin d’être atteintes. Le remplacement périodique a donc été prolongé régulièrement. Et au milieu de l’année 2021, la limite des pièces d’usure n’était toujours pas atteinte, malgré 25 000 points de nettoyage.
Source : Fronius
