Brevet FR2641222A1 — publié le 19900706

DESCRIPTION L'invention concerne un procédé de soudage par friction inertielle. Le principe de soudage par friction en soi est très ancien. Dans la mise en oeuvre du procédé ainsi que dans la la construction de machines à souder destinées à cette mise en oeuvre le problème d'obtenir une reproductibilité des opérations et des soudures identiques d'une pièce à l'autre dans une série est apparu rapidement. Divers contrôles de paramètres dont la mise en oeuvre est plus ou moins fiable ou complexe sont ainsi prévus par FR-A-1 569 067 ou FR-A-1 569 737. Une amélioration du procédé a également consisté à utiliser une machine comportant un volant constituant une masse d'inertie tournante. Suivant ce procédé une des pièces à souder est entrainée en rotation par une broche portant le volant d'inertie et l'autre pièce fixe est appliquée par une charge axiale sur la première qui l'entraîne par friction jusqu a réaliser la soudure de jonction et l'arrêt. FR-A-2 023 693 décrit par exemple un procédé de ce genre. Divers perfectionnements ont été proposés pour le contrôle des paramètres en vue d'améliorer les résultats. Ainsi, M GB-A-1 293 141 prévoit un contrôle par mesure du taux de raccourcissement axial des pièces. GB-A-2 137 774 prévoit d'utiliser le raccourcissement axial comme paramètre de pilotage pour commander les autres paramètres de fonctionnement d'une machine à souder à partir d'un microprocesseur. Toutefois, les solutions connues' ne permettent pas en général d'obtenir la précision souhaitée sur la longueur finale de la pièce soudée qui dans certaines applications visées par l'invention, notamment dans le domaine aéronautique, telles que des ensembles de rotors de compresseur pour des moteurs aéronautiques, doit être de l'ordre du dixième de millimètre. Certaines solutions conduisent également à une mise en oeuvre complexe et à une complication importante des équipements utilisés. Le procédé de soudage par friction inertielle conforme à l'invention et permettant d'obtenir les résultats visés en évitant les inconvénients des solutions antérieures est caractérisé en ce qu'il comporte, dans l'étape au cours de laquelle une pression axiale de soudage est exercée sur les deux parties de pièces à souder, une phase de mise en contact de butées axiales qui autorisent un déplu t limité, déterminé à l'avance, au coulisseau mobile c la machine à souder utilisée de telle sorte qu'une longueur donnée Lo prise sur les deux parties de pièce au contact avant soudure a, après soudure, une longueur plus faible L1 telle que le raccourcissement iss L = Lo - L1 a une valeur fixe déterminée à l'avance. De manière avantageuse, lesdites butées axiales peuvent être solidaires respectivement des deux parties de pièce à souder, soit sous forme d'une couronne extérieure, soit sous forme d'une couronne intérieure ou elles peuvent être solidaires de la machine à souder et disposées soit sur le coulisseau mobile soit sur le bâti de la machine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre des modes de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique d'une machine à souder par friction inertielle permettant d'appliquer le procédé de soudage conforme à l'invention - les figures 2a et 2b représentent schématiquement une pièce avant et après soudage - la figure 3a représente schématiquement une liaison entre deux parties de pièce comportant des ~es axiales pour l'application du procédé de soudage conforme à l'invention - la figure 3b représente schématiquement une variante du mode de réalisation représenté sur la figure 3a. Une machine à souder 1 de principe connu et qui est largement utilisée pour réaliser des soudures par friction inertielle, notamment pour obtenir des assemblages soudés de pièce de révolution, destinés par exemple à des applications aéronautiques sur moteur, tels qu'arbres ou rotors de turbomachine, est schématiquement représentée sur la figure 1. Ladite machine comporte un bâti 2 qui porte notamment, disposés suivant un axe longitudinal A, d'une part, un ensemble 3 comportant une broche tournante 4 et ses moyens d'entraînement et, d'autre part, un ensemble 5 formant un coulisseau mobile selon une direction parallèle audit axe longitudinal A. Une première partie 6 de pièce à assembler est montée à l'extrémité de ladite broche 4 de machine tandis qu'une deuxième partie 7 de pièce est montée sur ledit coulisseau mobile 5.La broche 4 est en outre solidaire d'un volant 8 constituant une masse d'inertie tournante. Le procédé connu pour réaliser le soudage des deux parties de pièce 6 et 7 à assembler consiste à lancer en rotation l'ensemble tournant, broche 4, première partie de pièce 6 et volant d'inertie 8 jusqu atteindre une vitesse déterminée correspondant à un niveau déterminé d'énergie inertielle cinétique. La deuxième partie 7 de pièce, par déplacement du coulisseau mobile 5, est alors amenée au contact de la première partie 6 tandis qu'une pression s'exerce entre les deux parties de pièce. Par friction et échauffement entre les deux surfaces de pièce'en contact, l'énergie initiale est alors consommée jusqu a obtenir la liaison par soudure entre les deux parties de pièce 6 et 7. L'ensemble tournant pendant ce temps se ralentit jusqu'à l'arrêt de la rotation. De manière remarquable, conforme à l'invention, le procédé met en outre en oeuvre un dispositif de butées axiales mécaniques qui limitent le déplacement axial relatif des deux parties de pièce 6 et 7. Si l'on représente schématiquement à la figure 2a, une longueur Lo axiale des deux parties de pièce 6 et 7 au moment du contact de leurs surfaces avant soudure, après soudure, comme schématisé sur la figure 2b, la longueur Lo est devenue une longueur L1 plus faible, le raccourcissement CIL L = L0-L1 étant du à la formation d'un bourrelet 9 au niveau du plan de joint de soudure intervenant par déformation des pièces sous l'influence de la friction et de l'échauffement, sous l'effet de la pression et de la rotation qui se ralentit par dissipation d'énergie. Le procédé d'utilisation des butées axiales décrit ci-dessus permet, en complément aux moyens connus de détermination des paramètres de soudage fixant la quantité d'énergie à dépenser et de pilotage de ces paramètres en cours d'opération, d'obtenir un raccourcissement ss L déterminé à l'avance par réglage desdites butées et qui est par conséquent essentiellement reproductible. La mise en oeuvre dudit procédé conforme à l'invention peut donner lieu à divers modes avantageux de réalisation. Un premier mode de réalisation consiste à prévoir sur les deux parties 6 et 7 de pièce à souder des éléments de pièce constituant les butées axiales. Comme représenté schématiquement sur la figure 3a, deux parties de pièces 6a et 7a présentant des surfaces 6b et 7b respectivement destinées à être liées par soudure comportant chacune une couronne extérieure, respectivement 6c et 7c qui, en fin de soudage, viennent au contact l'une de l'autre, formant des butées axiales qui fixent un raccourcissement déterminé ss L = 2 ss 1. Lesdites surfaces de pièce formant butées peuvent être intégrées à la pièce finale ou être éliminées après le soudage, par exemple par usinage. La solution représentée à la figure 3a pour des couronnes extérieures peut également être appliquée en prévoyant des butées intégrées à la pièce, à l'intérieur, comme cela est schématiquement représenté sur la figure 3b pour une pièce 6d. Ces solutions sont particulièrement avantageuses dans le cas où le procédé de soudage prévoit une étape finale équivalent à un forgeage au cours de laquelle une pression axiale est exercée entre les deux surfaces soudées jusqu'au contact des butées, car du fait de leur position coaxiale, les efforts importants qui s'exercent à ce moment restent équilibrés, périphériquement répartis de manière uniforme, de manière à éviter soit un désaxage des deux parties de pièce l'une par rapport à l'autre, soit des déformations de la machine. En fonction des applications particulières et notamment du type de pièce à réaliser, d'autres modes de réalisation sont cependant envisageables, notamment prévoyant de disposer les butées axiales sur la machine elle-même. On peut ainsi associer, par exemple, une butée axiale 10 au coulisseau mobile 5 de la machine à souder 1, telle que schématisée sur la figure 1 ou encore disposer une butée axiale 11 sur le bâti de la machine. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage par friction inertielle dans lequel une première partie de pièce à souder, au cours d'une première étape, est entraînée en rotation par une broche de machine à souder qui porte ladite première partie de pièce et est associée à un volant constituant une masse d'inertie tournante emmagasinant une quantité déterminée d'énergie cinétique puis, au cours d'une deuxième étape, une deuxième partie de pièce à souder, portée par un coulisseau mobile axialement de ladite machine est rapprochée au contact de ladite première partie de pièce jusqu'à l'arrêt de la rotation, une pression axiale s'exerçant entre les deux parties de pièce, et l'énergie cinétique étant consommée par friction et échauffement entre les deux parties de pièce jusqu a réaliser leur liaison par soudure caractérisé en ce qu'il comporte, dans l'étape au cours de laquelle une pression axiale de soudage est exercée sur les deux parties de pièce à souder, une phase de mise en contact de butées axiales qui autorisent un déplacement limité, déterminé à l'avance, au coulisseau mobile de la machine à souder utilisée de telle sorte qu'une longueur donnée Lo prise sur les deux parties de pièce au contact avant soudure a, après soudure, une longueur plus faible L1 telle que le raccourcissement b L = Lo - L1 a o une valeur fixe déterminée à l'avance. 2. Procédé de soudage par friction inertielle selon la revendication 1 dans lequel lesdites butées axiales sont solidaires respectivement des deux parties de pièce à souder. 3. Procédé de soudage par friction inertielle selon la revendication 2 dans lequel lesdites butées axiales sont constituées par une couronne extérieure ménagée sur chaque partie de pièce à souder. 4. Procédé de soudage par friction inertielle selon la revendication 2 dans lequel lesdites butées axiales sont constituées par une couronne intérieure ménagée sur chaque partie de pièce à souder. 5. Procédé de soudage par friction inertielle selon la revendication 1 dans lequel lesdites butées axiales sont solidaires de la machine à souder. 6. Procédé de soudage par friction inertielle selon la revendication 5 dans lequel lesdites butées axiales sont solidaires du coulisseau mobile de la machine. 7. Procédé de soudage par friction inertielle selon la revendication 5 dans lequel au moins une butée axiale limitant la course du coulisseau mobile est placée sur le bâti de la machine.