Brevet FR2555159A1 — publié le 19850524

Procédé de soudage de deux demi-pièces creuses en céramique, et machine de soudage permettant la mise en oeuvre du procédé La présente invention concerne un procédé de soudage avant frit- tage de deux demi-pièces creuses en céramique, permettant d'obtenir une pièce monobloc de dimensions précises qui reste monolithique après frittage. Elle concerne également une machine de soudage permettant la mise en oeuvre de ce procédé. On connait des procédés de soudage de deux demi-pièces creuses en céramique, mais aucun d'entre eux ne donne entière satisfaction quand il s'agit d'obtenir une pièce monobloc de dimensions très précises. Le procédé de soudage dit "au miroir" consistant à appliquer chaque demipièce sur une face d'une plaque chauffante, ne permet pas une véritable soudure des demi-pièces. Celles-ci sont seulement collées car, au moment de l'application de chaque demi-pièce sur une face du miroir, les liants plastiques contenus dans la matière céramique migrent à la surface du plan de joint, et à l'accouplement des demi-pièces, on effec- tue une soudure plastique-plastique détruite au décrassage. Le procédé de soudage par un solvant, soit pur, soit à l'état de barbotine, donne un résultat médiocre car la soudure présente beaucoup de défauts après frittage. De plus, l'emploi d'un solvant impose des contraintes de sécurité. Le procédé de soudage par ultrasons permet de réaliser une bonne soudure des deux demi-pièces mais ce procédé présente trois inconvé- nients majeurs: - impossibilité de souder plus d'une pièce par machine et par cycle, - temps de réalisation d'une soudure très long, environ vingt secondes, - obligation de fabriquer une nouvelle sonotrode pour chaque nouvelle géométrie d'une demi-pièce. La présente invention a pour but de procurer un procédé de soudage rapide, sans contrainte de sécurité importante, donnant d'excellentes soudures et présentant une très bonne reproductibilité dimensionnelle de chaque pièce monobloc obtenue après soudure des deux demi-pièces. De plus, les pièces obtenues restent monobloc après frittage. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que: - on charge chaque demi-pièce creuse dans un porte-empreinte, - on met en contact les plans de joint des deux demi-pièces par le rapprochement des deux porteempreintes, - on applique une pression de travail sur une première demi-pièce perpen- diculairement aux plans de joint, et simultanément on applique unme vibration sur la deuxième demi-pièce parallèlement aux plans de joint pour réaliser la soudure des deux demi-pièces par interpénétration, - on sépare les deux porte-empreintes, - on extrait la pièce monobloc obtenue et on peut ensuite lui faire subir les traitements thermiques habituels aux céramiques, par exemple, on effectue un frittage qui conserve le caractère monolithique de la pièce. Il présente en outre au moins l'une des caractéristiques suivantes: - on règle la durée de la soudure pour obtenir une profondeur d'interpi- nétration déterminée, - on positionne de manière précise la deuxième demipièce par rapport à la première pour obtenir une pièce monobloc de dimensions précises, - on attend que la pièce monobloc obtenue soit refroidie avant d'annuler la pression de travail. La machine de soudage selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux ensembles de travail reliés par un bâti, un ensemble de travail mobile verticalement comportant un porte-empreinte dit supérieur muni d'une empreinte dans laquelle est maintenue la demi- pièce dite supérieure, et un ensemble de travail mobile horizontalement comportant un porte-empreinte dit inférieur muni d'une empreinte dans laquelle est maintenue la demi-pièce dite inférieure, l'ensemble mobile verticalement permettant le chargement des deux demi-pièces dans les porte-empreintes, la mise en contact des plans de joint des deux demi- pièces et l'application de la pression de travail sur la demi-piece supérieure, l'ensemble mobile horizontalement permettant la mise en vibration de la demi-pièce inférieure. Elle présente en outre, au moins l'une des caractéristiques saui- vantes: - l'ensemble mobile verticalement et déplacé par un svrin de poussée, - l'ensemble mobile horizontalement comporte une table vibrante commandée par un dispositif vibratoire, 2555 1 5 9 -3- - la table vibrante est rappelée par un dispositif de centrage à ressorts. Il est décrit ci-après à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, un procédé et une machine de soudage selon l'invention. Les figures 1 à 4 montrent les phases principales du procédé selon l'invention. La figure 5 montre schématiquement, une machine de soudage selon l'invention. Dans la figure 1, on voit un porte-empreinte supérieur 21 relié à une tige 23 et comportant une empreinte 22, et un porte-empreinte infé- rieur 31 comportant une empreinte 32. Ces deux empreintes 22, 32 sont obtenues par coulage de matières sur des pièces modèles, ces matières étant par exemple de l'araldite ou du polyuréthane. On voit également deux pièces creuses en céramique 1, 2 placées dans les empreintes 22, 32, la pièce 1 placée dans l'empreinte 22 et comportant une surépaisseur de matière 3, et la pièce 2 placée dans l'empreinte 32 et comportant une surépaisseur de matière 4. Dans la figure 2, les deux pièces 1, 2 sont amenées en contact l'une sur l'autre. La figure 3, représente la phase de soudage proprement dite dans laquelle le porte-empreinte supérieur 21 reçoit une pression de travail verticale, tandis que le porte-empreinte inférieur 22 est mis en vibra- tion pour réaliser une soudure par interpénétration des surépaisseurs de matière 3, 4. Dans la figure 4, les deux pièces 1, 2 sont soudées et les surépaisseurs de matière 3, 4 ont disparues réalisant ainsi une pièce monobloc 5 de dimensions précises. Dans la figure 5, la machine de soudage selon l'invention est constituée d'un bâti 10 comportant un support horizontal 11 et un sup- port vertical 12, reliés par une nervure verticale 13. Le support horizontal 11 soutient l'ensemble de travail mobile horizontalement 30. Cet ensemble 30 comporte une table vibrante 33 sur laquelle est fixé le porte-empreinte inférieur 31. Cette table vibrante 33 est rappelée en position centrale, c'est-à-dire axe du porte-empreinte 31 confondu avec l'axe du porte-empreinte supérieur 21, --4 -- par un dispositif de centrage à ressorts 34, ces ressorts étant placés de part et d'autre de la table et raccordés chacun à une partie fixe qui est, soit un montant 16 relié au support horizontal 11, soit l'autre support 12. La table vibrante peut être reliée ou désaccouplée rapidement à un ensemble vibratoire de commande quelconque (non représenté). Le support 12 comporte deux montants fixes 14, 15 soutenant eux- mêmes l'ensemble de travail mobile verticalement 20. Le montant 14 sup- porte un vérin de poussée 24 et le montant 15 comporte un guidage 15' dans lequel se déplace verticalement une tige 23 raccordée à une extré- mité au vérin de poussée et à son autre extrémité au porte-empreinte supérieur 21. Un cycle de soudage s'effectue de la manière suivante: Le porte-empreinte 21 étant en position haute, on charge chaque demi- pièce 1, 2 dans son porte-empreinte respectif (figure 1). Par une action du vérin de poussée, on procède à la mise en contact des plans de joint de chaque demi-pièce (figure 2). On réalise le soudage proprement dit en appliquant une pression de tra- vail sur la demi-pièce supérieure 1, comprise généralement entre 0,5 et 20 bars/cm, et dès que la pression désirée est atteinte, on accouple rapidement la table vibrante à l'ensemble vibratoire de commande et la vibration est transmise à la demi-pièce inférieure 2, la demi-pièce supérieure 1 restant fixe (figure 3). A ce stade du procédé, on peut appliquer deux solutions diffé- rentes pour faire varier la profondeur de pénétration, - on peut déterminer un temps d'application de la vibration (temps compris entre 0, 05 et 3 secondes), par l'intermédiaire d'une minuterie électronique, - on peut choisir la profondeur d'interpénétration des pièces en agis- sant sur le réglage d'une jauge électronique de profondeur (profondeur variant de 0,3 à 3 mm), A l'écoulement du temps défini ou à la profondeur voulue, on sépare brutalement la table vibrante de l'ensemble vibratoire de commande, et le dispositif de centrage à ressorts ramène les axes des demi-pièces à se confondre (figure 4). L'alignement peut se faire de manière très précise par exemple 0,05 mm. -5- Il faut déconnecter très rapidement l'ensemble vibratoire de commande pour éviter une étape transitoire décroissante. Pour éviter une bavure trop importante au niveau de la soudure, on utilise de préférence des matières céramiques contenant des cires paraffiniques. On attend que la pièce monobloc 5 obtenue soit refroidie, pendant un temps compris par exemple entre 0,05 et 2 secondes, puis on remonte l'ensemble de travail 20 et on extrait la pièce monobloc 5. Ce procédé de soudage s'applique à toutes matières céramiques telles que par exemple, l'alumine, la zircone, la mullite, la cordiè- rite, le carbure de silicium, le nitrure de silicium, le sialon, etc... Toutes ces matières sont correctement soudées et leur frittage ne détruit ni même ne dégrade la soudure. Sans sortir du cadre de l'invention, dans le cas de cycles de soudage à haut rendement, il est possible en dimensionnant la machine de soudage de manière importante, d'obtenir un nombre élevé de pièces sou- dées par cycle. - 6 - REVENDICATIONS 1/ Procédé de soudage de deux demi-pièces creuses (1, 2) en céramique, caractérisé en ce que: - on charge chaque demi-pièce creuse dans un porteempreinte (21, 31), - on met en contact les plans de joint des deux demipièces par le rapprochement des deux porte-empreintes, - on applique une pression de travail sur une première demi-pièce (1) perpendiculairement aux plans de joint, et simultanément on applique une vibration sur la deuxième demi-pièce (2) parallèlement aux plans de joint pour réaliser la soudure des deux demi-pièces par interpénétra- tion, - on sépare les deux porte-empreintes, - on extrait la pièce monobloc (5) obtenue et on effectue un frittage qui conserve le caractère monolithique de la pièce. 2/ Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on règle la durée de la soudure pour obtenir une profondeur d'interpé- nétration déterminée. 3/ Procédé de soudage selon au moins l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que, à la fin de l'opération de soudure, on positionne de manière précise la deuxième demi-pièce par rapport à la première pour obtenir une pièce monobloc (5) de dimensions précises. 4/ Procédé de soudage selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on attend que la pièce monobloc obtenue soit refroidie avant d'annuler la pression de travail. 5/ Machine de soudage de deux demi-pièces creuses en céramique, pour la mise en oeuvre du procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux ensembles de travail (20, 30) reliés par un bâti (10), un ensemble de travail (20) mobile verticalement comportant un porte-empreinte (21) dit supérieur muni d'une empreinte (22) dans laquelle est maintenue la demi-pièce (1) dite supérieure, et un ensemble de travail (30) mobile horizontalement comportant un porte-empreinte (31) dit inférieur muni d'une empreinte (32) dans laquelle est maintenue la demi-pièce (2) dite infé- rieure, l'ensemble mobile verticalement (20) permettant le chargement des deux demi-pièces dans les porte-empreintes, la mise en contact des 2555 1 5 9 -7- plans de joint des deux demi-pièces et l'application de la pression de travail sur la demi-pièce supérieure, l'ensemble mobile horizontale- ment (30) permettant la mise en vibration de la demi-pièce inférieure. 6/ Machine de soudage selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'ensemble mobile verticalement (20) est déplacé par un vérin de pous- sée (24). 7/ Machine de soudage selon au moins l'une des revendications 5 à 6, caractérisée en ce que l'ensemble mobile horizontalement (30) comporte une table vibrante (33) commandée par un dispositif vibratoire. 8/ Machine de soudage selon la revendication 7, caractérisée en ce que la table vibrante (33) est rappelée par un dispositif de centrage à res- sorts (34).