Travail d’équipe au service de véhicules légers et sûrs

Les automobiles doivent être les plus légères possibles pour réduire la consommation de carburant. Parallèlement à cela, elles doivent maximiser la sécurité des passagers en cas de choc. Ce sont là deux exigences difficiles à concilier pour le matériau à choisir.

Sans recourir à des matériaux exotiques coûteux, l’acier formé à chaud est une solution à ce dilemme. Des tôles d’acier au borure de manganèse sont chauffées à env. 950°C, formées dans une presse hydraulique et refroidies à env. 200°C en quelques secondes. Apparaissent alors dans l’acier des structures cristallines offrant une résistance doublée, voire quadruplée par rapport à la matière première. Les éléments de la carrosserie peuvent ainsi être plus fins et plus légers.

«Il est formidable pour les constructeurs de pouvoir réunir dans un flan des tôles de différentes épaisseurs et diversement résistantes et ainsi optimiser le poids et la sécurité des véhicules. Ils pourront par exemple utiliser ce flan pour former un élément latéral avec la colonne B protectrice. Grâce à notre procédé de soudage, c’est possible», explique Mathias Binder, Head of Product Management & Engineering chez Andritz Soutec. La force de cette entreprise réside dans un procédé de soudage au laser assisté par une caméra qui permet de réaliser des soudures de très haute précision et d’une qualité constante. La caméra à l’avant mesure l’espace entre les deux pièces avec une précision de 0,02 mm. Pour obturer l’espace résiduel entre les flans, le matériau nécessaire est amené dans le processus de soudage par un fil d’apport. La vitesse d’amenée du fil est réglée en fonction de l’espace mesuré afin de garantir une géométrie constante des soudures.

La plupart des aciers formables à chaud possèdent un revêtement d’aluminium-silicium (AlSi) qui empêche la formation d’une couche de calamine lors du traitement thermique et protège donc de la corrosion. Il n’est cependant pas aisé de souder des tôles d’acier revêtues d’AISi. En effet, dans le cadre d’un procédé normal, l’aluminium se mélange à l’acier et altère les propriétés de la soudure.

Pour éviter cela, la couche supérieure du revêtement AISi au niveau de la soudure est retirée au moyen d’un laser à courte impulsion sans détruire la couche intermédiaire qu’il est important de préserver pour le processus. Grâce à ce procédé d’élimination, il est possible de souder des tôles à revêtement AISi et d’obtenir la qualité exigée.

Intégration de robots de soudage par point

ArcelorMittal a commandé à Andritz Soutec implanté à Neftenbach deux installations de soudage automatisées pour la production de «Tailored Welded Blanks» (des flans d’acier sur mesure à partir desquels sont formés à chaud des éléments de la carrosserie) dans lesquelles ce procédé d’élimination a été intégré pour la première fois.

«L’autre innovation réside dans l’intégration de robots de soudage par point», affirme M. Binder.

L’accès aux pièces formées de la carrosserie pour le soudage par point étant difficile, les renforts locaux doivent être mis en place avant le formage. Le prestataire de services de formage à chaud ne souhaitait cependant pas s’en charger luimême. Le client a donc décidé d’intégrer cette étape à la production des flans. L’introduction de cette exigence dans le processus déjà avancé a compliqué la planification et la mise en œuvre, tant pour ABB que pour Andritz Soutec.

Huit robots ABB au travail

Soutec collabore avec ABB Robotics depuis env. 20 ans. «Plus de 95% des robots que nous intégrons aux installations de soudage au laser pour nos clients sont fournis par ABB», précise M. Binder. Huit robots ABB ont ainsi été introduits dans les installations prévues pour ArcelorMittal: cinq pour la manutention dans le processus de soudage au laser, deux autres pour le soudage par point (incluant des pinces à souder d’ABB), et un autre qui se charge de la manutention entre les deux processus de soudage.

Etant donné les délais réduits du projet, il ne fut pas simple de construire cette installation de 36 m de longueur et 17 m de largeur qui doit cohabiter avec des robots. Difficile à concevoir pour des profanes. «La commande des cinq robots pour l’installation de soudage au laser nous a été attribuée début mai 2014. En juin, nous avons reçu une demande de solution visant à intégrer le soudage par point pour les renforts. Nous avons soumis une offre pour le poste des renforts en septembre, qui fut validée en novembre. La première installation complète a ensuite été livrée en janvier 2015», se souvient Andreas Troxler, ingénieur des ventes chez ABB Suisse.

Soutec s’est lui-même chargé d’intégrer les cinq robots pour l’installation de soudage au laser. Ce sont de simples machines d’exécution de la commande de l’installation. En revanche, les deux robots de soudage par point sont directement programmés. Pour le reste de l’installation, l’interface est minime et concerne le transfert des pièces avec un robot de manutention. C’était aussi une nouveauté pour ABB de devoir réaliser 14 points de soudage avec différentes épaisseurs de tôle pour chaque renfort. Ce défi a néanmoins été parfaitement maîtrisé par Theo Burkart, spécialiste expérimenté et méticuleux d’ABB qui a travaillé en étroite collaboration avec Andritz Soutec.

«L’engagement dont chacun a fait preuve a permis de réaliser les installations dans les délais demandés par le client», souligne M. Binder, satisfait de la qualité de la coopération entre Andritz Soutec et ABB dans ce qui est l’une des plus grosses commandes de toute l’histoire de l’entreprise de Neftenbach. Des flans ont pu être soudés sur place lors de la réception en usine de la deuxième installation avec le client final à Neftenbach. Entretemps, l’installation a été embarquée et installée à côté de la première installation livrée en janvier. Fonctionnant 24h/24, ces installations produisent chaque jour plus de 4000 de ces «Tailored Welded Blanks», ce qui représente des éléments latéraux pour plus de 2000 véhicules.