Brevet FR2702810A1 — publié le 19940923

La présente invention concerne un joint de transmission du type comportant un élément à plusieurs bras, notamment en forme de tripode, dont les bras sont reliés par soudage, au voisinage de leurs extrémités radiales extérieures, à une portion de forme sensiblement cylindrique d'un bol de liaison de cet élément à plusieurs bras avec un arbre de transmission. Un exemple d'un tel type de joint de transmission est décrit et représenté dans le document FR-A-2.641.833 L'invention vise à proposer une conception d'un tel joint de transmission qui permette sa réalisation industrielle malgré les difficultés inhérentes au soudage des matériaux constitutifs du bol et des bras du tripode et dont les critères de choix ne dépendent pas de l'opération de soudage, mais de paramètres qui sont liés au fonctionnement fiable du joint, à la fabrication du bol et à la liaison de ce dernier à un arbre de transmission. Chaque bras du tripode reçoit un élément d'articulation du joint, tel qu'un galet, qui peut coulisser et/ou tourner sur le bras, directement ou avec interposition dréléments intermédiaires. A cet effet, il s'est avéré nécessaire de disposer sur chaque bras d'une couche superficielle à teneur élevée en carbone résultant notamment d'une opération de cémentation ou de carbonitruration. Quel que soit le procédé mis en oeuvre pour réaliser la fixation du tripode sur le bol, il n'est plus possible d'intervenir ultérieurement sur les bras du tripode qui doivent, à l'issue de cette étape de fixation, conserver leurs caractéristiques géométriques précises, leur état de surface et leur dureté qui assureront ultérieurement un fonctionnement fiable du joint de transmission. Les opérations de cémentation ou de carbonitruration sont donc obligatoirement antérieures à l'opération de fixation du tripode sur le bol. Chaque bras du tripode comporte ainsi une couche superficielle à teneur élevée en carbone, par exemple de l'ordre de 0,7 % en poids, qui est donc une couche superficielle en un acier dit Hnon soudable". Le bol et le tronçon d'arbre de transmission qui lui est fixé peuvent être réalisés en deux pièces, ou sous la forme d'un élément monobloc en une seule pièce. Dans le cas où le bol et un tronçon d'arbre de transmission, tel qu'une fusée de roue, sont réalisés en une seule pièce, il est nécessaire d'utiliser pour le bol et la fusée un acier dont la teneur en carbone est inférieure à 0,5 % en poids pour permettre le traitement thermique par induction de la fusée. Les impératifs de choix des matériaux constitutifs du tripode, ainsi que le traitement thermo-chimique de celui-ci, conduisent donc à ltobtention d'états métallurgiques qui, jusqu'à ce jour, ne permettaient pas la mise en oeuvre des techniques de soudage. Allant à l'encontre de cette impossibilité, l'invention propose un joint de transmission du type mentionné précédemment dont le bol et le tripode sont soudés et qui est caractérisé en ce que chaque bras, préalablement au soudage, comporte une couche superficielle à teneur initiale élevée en carbone, et en ce que - à l'issue de l'opération de soudage et suite à un transfert, au cours de l'opération de soudage, de volumes de matière à teneur initiale élevée en carbone - la zone centrale de la soudure est une zone à faible teneur en carbone et les zones périphériques de la soudure ont une teneur élevée en carbone. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'opération de soudage est une opération de soudage sans lit de fusion - l'opération de soudage est une opération de soudage par résistance et forgeage au cours de laquelle on rapproche l'élément à plusieurs bras et le bol selon une direction axiale commune pour amener les extrémités des bras en contact de soudage avec le bord axial d'extrémité de la portion cylindrique du bol, et on exerce un effort axial de forgeage - chaque bras possède une couche superficielle à teneur initiale élevée en carbone résultant d'un traitement de cémentation ou de carbonitruration - à l'issue de l'opération de soudage, pratiquement la totalité de l'interface soudée est composée de matériaux à teneur en carbone inférieure à 0,5 * en poids - à l'issue de l'opération de soudage, on obtient une structure de trempe dans la portion du bol qui est affectée thermiquement lors du soudage ; - à l'issue de l'opération de soudage, les zones périphériques de la soudure ont une teneur élevée en carbone sensiblement égale à la teneur initiale élevée en carbone de la couche superficielle du bras - le bord axial d'extrémité de la portion cylindrique du bol comporte, dans les zones de soudage, un chanfrein pour guider la formation de bourrelets de soudure - l'extrémité de chaque bras comporte un chanfrein pour guider la formation des bourrelets de soudure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue en demi-coupe axiale d'un joint de transmission selon l'invention, ainsi que de moyens mis en oeuvre pour l'opération de soudage - la figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle illustrant une forme de réalisation du bol du joint de transmission illustré à la figure 1, avant soudage - les figures 3 à 5 sont des vues schématiques à plus grande échelle de la zone soudée entre le bord du bol et l'extrémité d'un bras du tripode - la figure 6 schématise une coupe micrographique transversale d'une liaison soudée bol-bras, prise selon la ligne T-T de la figure 3 ; et - la figure 7 schématise une coupe micrographique longitudinale de la liaison soudée bol-bras, prise selon la ligne L-L de la figure 4. On a représenté à la figure 1 un joint de transmission homocinétique 10 qui permet de relier un premier arbre de transmission 12, constitué ici par une fusée de roue de véhicule d'axe X-X, à un second arbre de transmission (non représenté). La liaison est assurée au moyen d'un bol de liaison 14, réalisé en une seule pièce avec l'arbre de transmission 12, qui comporte une portion 18 en forme de virole cylindrique annulaire centrée sur l'axe X-X. Les moyens de liaison comportent également un tripode 20 dont un des bras 22 est représenté en coupe axiale partielle à la figure 1. Chacun des bras 22 du tripode 20 reçoit un galet 24 qui coopère avec des pistes de roulement et d'entraînement (non représentées ) formées dans une tulipe de liaison à l'autre arbre de transmission. La portion cylindrique 18 du bol 14 comporte, au voisinage de son bord libre axial continu et circulaire 34, une gorge radiale 32 prévue pour recevoir une portion correspondante d'un soufflet d'étanchéité non représen te. La liaison entre les extrémités radiales extérieures 26 des bras 22 du tripode et la portion cylindrique 18 du bol 14 est réalisée par soudage par résistance. On a représenté de manière schématique à la figure 1 deux électrodes de soudage 42 et 44 qui permettent de relier respectivement le bol 14 et les bras 22 à une source de courant. La liaison entre le tripode 20 et le bol 14 s'effectue de la manière suivante. a) Au cours d'une première étape on réalise le bol 14 dont la portion cylindrique 18 comporte un bord libre continu 34 de profil circulaire et on réalise le tripode 20 avec ses bras radiaux 26 possédant une couche superficielle à teneur élevée en carbone, par exemple à la suite d'un traitement de cémentation. Le bord libre d'extrémité axiale 34 de la portion cylindrique 18 du bol peut, de préférence, comporter un chanfrein conique interne comme cela est illustré à la figure 2. Le chanfrein 35 a pour fonction, lors du soudage, de guider la formation des bourrelets de soudure BE et BI illustrés aux figures 3 à 5. b) On approche ensuite, par déplacement selon la direction axiale X-X, le tripode 20 du bol 14 jusqu a ce que les extrémités 26 des bras 22 viennent en contact avec le bord libre 34 de la portion cylindrique 18 du bol L'opération de soudage démarre après l'alimentation en courant des électrodes 42 et 44. L'opération de soudage par pression s'effectue sans formation d'un lit de fusion dans lequel se mélangeraient les matériaux constitutifs des portions en contact des deux pièces à souder On décrira maintenant les différents aspects métallurgiques de l'invention dans le cadre d'un exemple de réalisation dans lequel chaque bras du tripode est réalisé en acier 18CD4 dont la couche superficielle est cémentée, et dans lequel le bol est en acier 20M5, c'est-à-dire dans un exemple correspondant au cas où le bol est réalisé en une pièce indépendante de la fusée. Les résultats des analyses micrographiques de la l'assemblage soudés sont résumés dans le tableau suivant qui regroupe les résultats de l'analyse de la distribution des compositions dans le bras de tripode cémenté à proximité de l'interface de la soudure S. BRAS DE TRIPODE FIG.6 FIG.7 COUPE TRANSVERSALE SELON COUPE T.T. LONGITUDINALE SELON L.L. ZONES D'ANALYSE % carbone en poids % carbone en poids A Coeur du bras . 0. 18 = 0.18 B : Couche cémentée 2 0,67 1 0,70 C : Centre = 0,25 = 0,28 de la soudure S D : Zone intermédiaire = 0.29 w 0,33 de de la soudure S E : Zone périphérique z 0,65 = 0,62 de la soudure S avant bourrelet On constate que la teneur en carbone dans la zone centrale de la soudure (zones C et D) est réduite, par rapport à la teneur initiale élevée de la couche superficielle cémentée (zone B), et est voisine de la teneur en carbone du coeur du bras du tripode (zone A). Au contraire, seule la zone périphérique de la soudure (zone E) qui se situe juste à proximité des bourrelets de soudure, est une zone à teneur élevée en carbone proche de la teneur initiale élevée en carbone de la couche cémentée (zone E# Cette zone périphérique du fait de son contact avec l'air extérieur durant le refroidissement est donc soumise à une loi de refroidissement relativement lente admissible pour le matériau considéré. L'opération de soudage permet également d'obtenir la formation d'une structure de trempe dans la portion du bol 14 qui est affectée thermiquement lors du soudage. REENDICATIONS 1. Joint de transmission du type comportant un élément (20) à plusieurs bras (22), notamment en forme de tripode, dont les bras (22) sont reliés par soudage, au voisinage de leurs extrémités radiales extérieures (26), i une portion de forme sensiblement cylindrique (18) d'un bol de liaison (14), caractérisé en ce que chaque bras (22), préalablement au soudage, comporte une couche superficielle (zone B) à teneur initiale élevée en carbone, et en ce que - à l'issue de 1 'opération de soudage et suite à un transfert, au cours de 1 'opération de soudage, de volumes de matière à teneur initiale élevée en carbone - la zone centrale de la soudure (zones C et D) est une zone à faible teneur en carbone et les zones périphériques de la soudure (zone E) ont une teneur élevée en carbone. 2. Joint de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de soudage est une opération de soudage sans lit de fusion. 3. Joint de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de soudage est une opération de soudage par résistance et forgeage au cours de laquelle on rapproche l'élément à plusieurs bras (20) et le bol (14 > selon une direction axiale (X-X) commune pour amener les extrémités des bras (26) en contact de soudage avec le bord axial d'extrémité (34) de la portion cylindrique (18) du bol (14), et on exerce un effort axial de forgeage. 4. Joint de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bras (22) possède une couche superficielle à teneur initiale élevée en carbone résultant d'un traitement de cémentation ou de carbonitruration. 5. Joint de transisslon selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'issue de l'opération de soudage, pratiquement la totalité de l'interface soudée est composée de matériau à teneur en carbone inférieure à 0,5 * en poids. 6. Joint de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'issue de l'opération de soudage, on obtient une structure de trempe dans la portion du bol qui est affectée thermiquement lors du soudage. 7. Joint de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'issue de l'opération de soudage, les zones périphériques de la soudure ont une teneur élevée en carbone sensiblement égale à la teneur initiale élevée en carbone de la couche superficielle du bras (22). 8. Joint de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'issue de l'opération de soudage, les zones périphériques de la soudure sont soumises à un refroidissement lent admissible par le matériau. 9. Joint de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord axial d'extrémité (34) de la portion cylindrique (18) du bol (14) comporte, dans les zones de soudage, un chanfrein (35) pour guider la formation des bourrelets de soudure. 10. Joint de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de chaque bras comporte un chanfrein pour guider la formation de bourrelets de soudure.