Brevet FR2702406A1 — publié le 19940916

Machine et procédé pour l'assemblage particulier de pièces de précision par soudage-diffusion sous pression par contre réaction. La présente invention a pour objet une machine et un procédé permettant un soudage automatique sous vide secondaire de pièces métalliques (ou autre) de précision nécessitant un assemblage définitif particulier (propre à chaque cas), précis et propre. L'assemblage de ce type de pièces se fait traditionnellement au chalumeau, à l'arc inerte de tungstène ou à la torche à plasma, moyens qui manquent de précision car ils demandent une certaine adresse de la part du manipulateur et ne règlent pas le problème des bavures résiduelles. De plus, ces moyens ne permettent pas la réalisation d'un vide suffisant pour obtenir une qualité satisfaisante de l'assemblage. La machine selon l'invention est plus pratique et plus facile à utiliser que les machines déjà connues, elle permet d'améliorer la qualité de l'assemblage,.de conserver le maximum de structures existantes au niveau des pièces que l'on cherche à assembler et d'éviter les bavures. Elle fonctionne de façon automatique et rend possible la réalisation d'un assemblage sous vide, sous gaz inerte ou sous atmosphère, selon la composition des pièces métalliques à souder. La présente invention ne nécessite pas l'intervention de l'utilisateur pendant l'opération de soudage, car elle comprend des moyens connus pour automatiser toutes les phases du cycle en les programmant de manière à assurer leur répétitivité, et des moyens permettant de proposer à l'utilisateur un choix de programmes selon la composition et le volume des pièces à réunir. La machine selon l'invention utilise un procédé particulier de pressage à chaud suivant la methode de soudage par diffusion, la diffusion est ici améliorée par une déformation engendrée par interposition en force d'une pièce intermédiaire entre les pièces à souder ce qui impose une forte pression dans la zone à assembler. Le procédé selon l'invention, concerne la possibilité de souder à chaud deux éléments métalliques ou autre par l'interposition en force d'une pièce intermédiaire d'épaisseur variable ayant une composition analogue, proche ou identique à celle des pièces à souder. La pression est obtenue par la contre réaction des supports des pièces à souder. Le procédé selon l'invention est amélioré par la réalisation d'un support mobile maintenu par un rail ne permettant qu'un seul degré de liberté et actionné par un ressort qui induit une pression constante. Lorsque la pièce intermédiaire est introduite, c'est le ressort qui se comprime Le soudage est donc réalisé par l'effet conjugué de l'écoulement sous pression du matériau et de la température qui est maintenue en dessous de la température de fusion des matériaux à souder. La machine selon rinvention peut aussi être utilisée avec des procédés connus de soudure diffusion sous pression constante ou sous pression variable, la pression étant alors déterminée par programmation, la pièce intermédiaire devenant facultative. L'invention sera à présent décrite en détail, en regard des dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une coupe schématique de face d'une machine selon l'invention la figure 2 montre un détail de la figure 1 la figure 3 est une coupe schématique de face d'une autre machine selon l'invention. La machine selon l'invention est essentiellement composée de deux chambres, l'une contenant un four de fusion désigné dans son ensemble par I et limitée par une cloche 23 et l'autre constituant l'enceinte de soudage désignée par 2 et limitée par une cloche 11 le tout est supporté par un socle 22. Le four est composé d'une lampe à xenon 3a, d'un ou plusieurs miroirs 3b, d'une alimentation électrique 4, d'un système de refroidissement facultatif 5, afin d'obtenir une augmentation de température limitée à la zone destinée à être en contact, avec une montée en température rapide. Un moyen connu permet de guider manuellement le positionnement des miroirs afin de positionner de façon précise le faisceau lumineux sur la zone à chauffer (dispositif lumineux non représenté). La chambre 1 est en relation avec un dispositif connu de contrôle du vide 8, un dispositif connu 7a permettant de contrôler la température et une minuterie 7b, l'ensemble est équipé de moyens connus d'asservissement électromagnétiques et électroniques permettant l'automatisation de l'opération de soudage. L'enceinte de soudage 2 est composée d'une pièce rigide 12 possédant au moins une base inférieure 12a, un mur postérieur 12 b et une paroi verticale 12c. Sur la base inférieure 12a sont fixés des rails (non représentés) chargés de maintenir et de permettre la mobilisation des supports 9a et 9b, ceux-ci, lorsqu'ils sont orientés comme sur les figures 1 et 3, sont donc mobiles de gauche à droite mais bloqués dans le sens vertical et dans le sens antéro-postérieur. Ils présentent une loge 18 destinée à recevoir un matériau 20 les unissant aux éléments métalliques à souder 24. Les supports 9a et 9b peuvent présenter, selon le domaine d'application de la machine, des câles supérieures 19 associées à un système connu de bloquage 21 pour maintenir en place les éléments à souder. Le support 9a est normalement fixe mais est mobilisable par des moyens connus non représentés, le support 9b est rattaché à la paroi verticale 12c par l'intermédiaire d'un ressort 10 et d'une pièce verticale 13. Sur le mur postérieur sont fixés deux dispositifs, un dispositif de type connu 16 permettant le support et le réglage vertical, horizontal et sagittal de la pièce intermédiaire 15 et un autre dispositif connu (non représenté) permettant d'enregistrer la largeur entre 9a et 9b et de bloquer 9b lorsque la largeur initiale est atteinte afin de souder les pièces dans la position souhaitée. Les pièces intermédiaires ou soudures 15 sont des pièces métalliques du métal à souder, elles sont de forme parallélipipédique et sont calibrées en fonction du type de pièces à souder, ce qui varie selon le domaine d'application de la machine. A titre d'exemple non limitatif, elles auront des dimensions de l'ordre de 0,2 à 3,2 mm (disponible tous les 0,2 mm) pour l'épaisseur, 1 à 3 mm pour la hauteur et la profondeur. Les soudures 15 peuvent présenter, selon le domaine d'application de la machine, une partie postérieure, par exemple de section carrée, permettant de les relier au bras horizontal du support 16. L'enceinte 2 peut être au contact direct ou à distance de I, si 2 est au contact de 1, comme représenté sur la figure 1, un hublot 6 est placé entre 23 et 11, de préférence en verre trempé pour supporter un vide élevé et laisser passer le faisceau lumineux permettant de chauffer la pièce métallique. Un système focalisateur (25), par exemple un anneau en matèriau réfractère, permet d'améliorer la convergence du rayon lumineux Si 2 est à distance de I, comme représenté sur la figure 3, le hublot 6 est facultatif. La cloche 11 est faite d'une matière capable de supporter un vide élevé, elle est munie d'une porte et de son joint d'étanchéité (non représentés), on peut l'ouvrir et la fermer à l'aide de moyens connus pour permettre l'accès aux supports 9a et 9b afin de positionner des éléments à souder, elle est munie d'un ou plusieurs hublots non représentés, afin de vérifier visuellement les opérations exécutées à l'intérieur de la chambre. Le volume intérieur de la chambre 2 est en communication avec une pompe 14 capable de produire un certain degré de vide à l'intérieur de la chambre, la cloche 11 de l'enceinte 2 est reliée à 14 par l'intermédiaire d'un raccord 17, d'un type connu. La machine selon l'invention peut être réalisée de telle façon que la cloche 11 soit amovible, par exemple en forme de tube comme représenté sur la figure 3, et composée uniquement d'un matériau transparent ou translucide, résistant à un vide élevé, par exemple en verre trempé. Le travail se produit de la façon suivante. Le report des pièces à souder dans la position souhaitée se fait par l'intermédiaire d'une clé mais il est prévu que le système permette un positionnement automatique à partir de moyens informatiques connus, les éléments sont placés et maintenus dans la position voulue dans les logettes 18 des supports 9a et 9b par l'interposition d'un matériau 19 suffisement rigide (résineux ou autre). Pour optimiser l'assemblage, il est préférable d'usiner de façon parallèle les parois des éléments à souder destinées à venir au contact de la soudure. Les cales 19 sont bloquées et le dispositif de blocage de 9b est réglé afin de limiter la pénétration de la soudure. La soudure est interposée entre les deux éléments, ce qui à pour effet de mettre le ressort en compression, il est possible de la maintenir en place et de l'ajuster (contre l'élément fixe) grâce au support réglable. On rend l'enceinte 2 étanche en fermant la porte d'accés, on met en action la pompe à vide 14, puis, une fois un vide satisfaisant réalisé, on met le four en fonction, celui-ci élève la température de la zone à assembler jusqu'à la valeur souhaitée, le support 9b progresse alors vers le 9a au fur et à mesure de l'écoulement du matériaux et de la diffusion qui se produit aux interfaces, il s'arrête lorsque son dispositif de blocage entre en fonction. La minuterie permet de continuer à chauffer la zone d'assemblage pendant un temps nécessaire à l'amélioration des propriétés de la pièce obtenue. Ces opérations sont normalement automatiques grâce aux différents dispositifs d'asservissement du controle du vide 8, du contrôle de température 7a et de la minuterie 7b. Néanmoins, ces moyens de commande automatiques de l'appareil peuvent être, soit absents, soit laissés inactifs lorsqu'on désire effectuer manuellement les différentes opérations. De même il est possible d'introduire une pression partielle de gaz inerte ou d'utiliser l'appareil sous atmosphère. Ces moyens de commande automatiques peuvent aussi êtres gérés par des moyens électroniques et informatiques connus afin de réaliser différents programmes de déroulement des opérations selon les propriétés des matériaux à souder et leur composition. Un choix de programme de soudage est alors proposé à l'utilisateur. Ces moyens informatiques lorsqu'ils sont présent peuvent êtres réalisés de façon à permettre d'utiliser des pressions variables calculés en considérant les différents paramètres influencant le soudage. Dans ce cas le ressort 10 est remplacé par un verrin hydrolique piloté par un moyen éléctronique et informatique connu. Le dispositif, selon l'invention, est plus particulièrement déstinée à la soudure de pièces prothétiques en titane pur ou allié dans le domaine de la prothèse dentaire car elle permet la réalisation d'un vide secondaire poussé indispensable pour assembler de telles pièces. a titre d'exemple, le soudage de pièces en titane pur sera obtenu sous un vide de l'ordre de 10-5 mBarr, à une température d'environ 8650 C, avec un maintien en température de l'ordre de 2mn, sous une pression d'environ 26 MPa. REVENDICATIONS 1-Machine pour l'assemblage de pièces de précision métalliques ou non, nécessitant un assemblage définitif particulier (propre à chaque cas), caractérisée en ce qu'elle comprend deux chambres (1, 2) et un socle (22) supportant le tout, caractérisée en ce que la chambre 1, limitée par une cloche (23), comprend un moyen connus de chauffage par rayonnement lumineux constitué d'une lampe à xenon (3a), d'un ou plusieurs miroirs (3b), d'une alimentation électrique (4), d'un système de refoidissement (5), d'un moyen connu de guidage du faisceau (non représenté), d'un système lumineux pour guider le faisceau (non représenté) qui permet d'élever les pièces à traiter à la température de soudage, des moyens connus (8) pemettant de controler l'atmosphère présente dans l'enceinte (2) et des moyens connus permettant le contrôle de la température (7a) et une minuterie (7b). 2-Machine pour l'assemblage de pièces de précision métalliques ou non, nécessitant un assemblage définitif particulier (propre à chaque cas), selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre (2) dite enceinte de soudage est limitée par une cloche (11) amovible ou munie d'une porte et d'un joint d'étanchéité pour permettre l'accés à l'intérieur de la chambre (2) tout en y conservant le degré de vide souhaité pendant l'opération d'assemblage, reliée par un moyen connu (17) à des moyens extérieurs (14) permettant d'établir un certain degré de vide et comprenant un hublot (6) permettant de conserver le vide tout en laissant passer le rayonnement lumineux nécessaire au traitement thermique des pièces à souder, et un système focalisateur (25) permettant d'améliorer la convergence du rayon lumineux. 3-Machine pour l'assemblage de pièces de précision métalliques ou non, nécessitant un assemblage définitif particulier (propre à chaque cas), selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre (2) comprend des moyens permettant l'assemblage de pièces de précision selon un procédé particulier et des moyens (9a, 9b, 11, 18, 19, 21) permettant la mise en place et le retrait des pièces à souder (24). 4-Machine selon la revendication 1, utilisant un procédé particulier de soudage par diffusion pour l'assemblage indissociable de pièces de précision, caractérisé par le fait que: (a) on interpose en force une pièce intermédiaire (15), appelée soudure, entre les pièces à souder (24) qui sont maintenues fermement dans une position choisie, la soudure (15) est de dimension variable et de composition analogue, proche ou identique à celle des pièces à souder (b) on chauffe uniquement la zone de soudage à une température maintenue en dessous de la température de fusion des matériaux à souder (c) le soudage est réalisé par l'écoulement du matériaux obtenu par l'effet conjugué de la température et de la contre pression réalisé par l'interposition de la pièce intermédiaire, l'une des pièces à souder est disposée sur un support mobile dans une direction et solidaire d'un système permettant d'obtenir une contre pression suffisante, par exemple un ressort. 5-Machine pour l'assemblage par soudage ou brasage sous vide de petites pièces métalliques de haute précision, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte de soudage (2) comprend une pièce rigide (12) ou sont disposés les rails et les supports (9a, 9 b) contentant des moyens (18,19,21) pour fixer les pièces à souder, un système de pression (10) en relation avec le support 9b par l'intermédiaire d'une pièce rigide facultative (13), un dispositif de blocage réglable du support 9b et un dispositif faculatif (16) permettant l'adaptation précise et le support des pièces intermédiaires (15). 6 -Machine selon la revendication 5 caractérisée en ce que des moyens électroniques et informatiques connus d'automatisation permettent d'asservir le système de pression (10) et d'utiliser un procédé de soudage par diffusion sous pression avec des pressions variables (calculées) afin d'optimiser le soudage en fonction des matériaux à souder (composition, propriétés) et de rendre la soudure (15) faculative.