Brevet FR2951973A1 — publié le 20110506

La pT le invention apporte à un appareil de soud e par -iction avec agz 1tion pour us joints à recou, et plus spécialement, se z à un appareil de soudage par friction avec agitation utilisé lors de la jonction à recouvrement de deux éléments en métal devant être reliés. Par le passé, différents appareils de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement ont été proposés comme appareils pour le recouvrement et la jonction de deux éléments devant être reliés (voir par exemple les publications de demandes de brevet japonais soumises à l'inspection publique 2002-35962 et 2002-35964). La figure 8 montre un exemple d'un appareil de soudage par friction avec agitation conventionnel pour un joint à recouvrement. Comme représenté sur la figure 8, l'appareil de soudage par friction avec agitation 21 pour des joints à recouvrement relie une paire d'éléments devant être reliés 22, 23 qui sont amenés à se chevaucher. L'appareil 21 comporte un rotor 24 qui a un épaulement 25, et une touche cylindrique 26 prévue de façon à dépasser de l'épaulement 25. La touche 26 est formée avec un diamètre qui est plus petit que celui du rotor 24, et est disposée de manière concentrique à l'axe central C du rotor 24. Quand la paire d'éléments 22, 23 est reliée avec chevauchement, l'appareil de soudage par friction avec agitation 21 pour des joints à recouvrement est pressé contre la surface de l'élément supérieur devant être relié 22 des éléments à recouvrement 22, 23 et amené à se déplacer le long d'une ligne de jonction prescrite (non illustrée), le rotor 24 tournant dans le sens de la flèche R autour de l'axe principal C du rotor 24. Quand ceci est fait, les éléments devant être reliés 22, 23 dans la zone entourant touche se ramollissent, et les éléments 22, 23 agités et ecoulent de .iàre pl stique. Le résul t est 'on d'un jo~ .t 27 suivant la jonction: ï figures 9(a) à 9(d) sont des photomicrc d'un joint formé en utilisant un appareil adage par friction avec agitation conventionnel pour des joints à recouvrement. Comme cela est représenté sur les figures 9(b) à 9(d), dans un appareil conventionnel de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement 21, il est difficile pour les éléments ramollis devant être reliés 22, 23 dans la zone entourant la touche 26 de s'écouler vers le haut et vers le bas, ce qui facilite l'apparition de défauts tels que des vides dans la zone entourant l'extrémité 26a de la touche 26. Dans l'art antérieur, un appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement a été proposé afin de résoudre ce problème lié aux défauts du type vides. La figure 10 montre un autre exemple d'un appareil conventionnel de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement. Dans l'appareil de soudage par friction avec agitation 31 pour des joints à recouvrement tel que représenté sur la figure 10, une rainure hélicoïdale 37 est formée dans la surface périphérique de la touche 36, depuis l'extrémité 36a de la touche 36 jusqu'à l'épaulement 35 du rotor 34. Dans un appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement de ce type, comme cela est repr senté sur la figure 10, élém..cts ramollis devant étr s 32, 33 dans la zo J la touche 36 s'écoulent vers le haut et vers le Cas d fait de la rainure hélicoïdale 37, empêchant ainsi des défauts tels que des vides dans la zone en l'ex Je la touche 36. Avec la configuration déc ci- cep fiant, l'écoulement vers le haut et vis le bas des éléq _3 devant être reliés 32, 33 dans la zone près de la fac de limite 38 entre les éléments devant être reliés 32, 33 augmente, de telle sorte que les éléments ramollis devant être reliés s'écoulent de façon à être recourbés vers le haut après s'être écoulés vers le bas, comme cela est représenté sur la figure 10. Il en résulte que, comme cela est représenté sur les figures 11(a) à 11(b), un film d'oxyde au niveau de la face de limite 38 entre les éléments devant être reliés 32, 33 reste dans un état recourbé vers le haut. Quand un film d'oxyde, qui est une zone ayant une force de cohésion faible, reste dans un état recourbé vers le haut, comme cela est représenté sur la figure 12, l'épaisseur de plaque réelle t1 des éléments supérieurs 32 devient plus mince que l'épaisseur de plaque d'origine to, avec ainsi pour résultat une réduction de la résistance de la jonction dans les éléments devant être reliés 32, 33. Par exemple, dans un cas tel que représenté sur la figure 12, dans lequel des forces mutuellement opposées qui sont parallèles à la face de limite 38 agissent entre les éléments 32, 33 (dans la direction de cisaillement de tension), il y a comme problème une tendance à l'apparition d'une crique dans le film d'oxyde résiduel 39. lLa présente invention a été faite en considérant a i'Alation décrite ci-dessus et a pour but de procurer un ap de sou( joints à recou résistance de la être reliés, en film h' je par friction avec agitation pour des f qui peut empêcher une réduction de la _3tion entre une paire d'éléments devant -amant le recourbement vers le haut du f in de résoud le 1)n d de l'art antérieur àtrs, la p ? invention est un. ereil de s adage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement, pourvu d'un rotor ayant un épaulement et une touche qui est prévue de façon à dépasser de l'épaulement du rotor et également de façon à être disposée de manière concentrique à l'axe central du rotor, une rainure hélicoïdale étant formée dans la surface périphérique de la touche, depuis l'extrémité de la touche vers l'épaulement, la profondeur de la rainure étant formée de façon à diminuer progressivement depuis l'extrémité de la touche vers l'épaulement. Selon la présente invention, la rainure hélicoïdale s'étend depuis l'extrémité de la touche jusqu'à une position située au-delà du plan de recouvrement de la paire d'éléments devant être reliés quand la touche est insérée dans la paire d'éléments à recouvrement devant être reliés. Selon la présente invention, une rainure en forme de canal est prévue dans la surface périphérique de la touche qui s'étend depuis l'extrémité de la touche le long de la direction de l'axe central de la touche. De même, selon la présente invention, la rainure en forme de canal s'étend depuis l'extrémité de la touche jusqu'à une position située au-delà du plan de recouvrement de la paire d'éléments devant être reliés quand la touche est insérée dans la paire d'éléments à recouvrement devant être reliés. Puisque la présente invention est un appareil de s u je par friction avec -i Lion pour dei joints à recou7rement, , 'un rot u:. et une touche qui est ut (e de faeon à dépasser de du rotor et de à être disp( i êre concentrique à central du or, une rainure h icoïdale étant dans la su f dériphérique a, depuis l' de la b' ers l'épauL l- profondeur de rainure étant formée de fac u à diminuer progressivement depuis l'extrémité de la touche vers l'épaulement, l'écoulement vers le haut et vers le bas des éléments devant être reliés apparaissant du fait de la rainure hélicoïdale est réduit de plus en plus vers l'épaulement. Par conséquent, du fait que l'écoulement vers le haut et vers le bas de la jonction dans la zone près de la face de limite entre les éléments devant être reliés est faible comparé à l'art antérieur de la figure 10 dans lequel une rainure hélicoïdale est prévue, il est possible d'empêcher le film d'oxyde au niveau de la face de limite entre les éléments devant être reliés de rester dans l'état recourbé vers le haut. Par conséquent, il n'y a pas de réduction de la résistance de la jonction dans la paire d'éléments devant être reliés. Puisque, selon l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement de la présente invention, la rainure hélicoïdale s'étend depuis l'extrémité de la touche jusqu'à une position située au-delà du plan de recouvrement de la paire d'éléments devant être reliés quand la touche est insérée dans la paire d'éléments à recouvrement devant être reliés, l'écoulement vers le haut et vers le bas des éléments devant être reliés dans la zone près de la face de limite des éléments devant être reliés est supprimé dans la mesure où le film d'oxyde au niveau de face limite entre les éléments devant être reliés n'est pas rbé vers le haut. Par conséquent, il e: pos Die 2her l'apo rition e défauts tels que ans zone si_ l' extrémitde la telhe, provoqués par un écoul le haut et vers le bas des éléments devant être reliés. Il est égalE t possible d' r le f' d'o q niveau de la fa» 1' ite ente être reliés rbé vers le haut. De même, puisque, selon l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement, une rainure en forme de canal est prévue dans la surface périphérique de la touche qui s'étend depuis l'extrémité de la touche le long de la direction de l'axe central de la touche, quand le rotor est amené à tourner, il est possible, grâce à la concavité et à la convexité dans la surface périphérique de la touche, de provoquer un écoulement des éléments devant être reliés dans la zone entourant la touche dans la direction horizontale (direction perpendiculaire à l'axe central de la touche). Quand ceci se produit, Cu fait que l'écoulement vers le haut et vers le bas des éléments devant être reliés apparaissant du fait de la rainure hélicoïdale est supprimé, il est possible d'empêcher efficacement le film d'oxyde au niveau de la face de limite entre les éléments devant être reliés d'être recourbé vers le haut. De plus, puisque, selon un appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement de la présente invention, la rainure en forme de canal s'étend depuis l'extrémité de la touche jusqu'à une position située au-delà du plan de recouvrement de la paire d'éléments devant être reliés quand la touche est insérée dans la paire d'éléments à recouvrement devant être reliés, l'écoulement dans la direction horizontale dans la zone près de la face de limite entre les éléments devant être reliés devient important, et il est possible de supprimer pl. .s efficacement l'écoulement vers le haut et vers 1? bas la zone près de la face de limite entre les lts être reliés. Le résultat est qu'il est possible d':° her efficacement le film d'oxyde au ni de la de limite entre les ts devant être re2H 'être rbé vers le haut. La. figure 1 est une vue en élévation de côté d'un. appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement selon une première forme de réalisation de la présente invention. La figure 2 est une vue en élévation de côté agrandie de la touche de l'appareil de soudage par friction 10 avec agitation pour des joints à recouvrement selon la première forme de réalisation de la présente invention. La figure 3 est une représentation de l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement de la figure 1, vu de dessous. 15 La figure 4 est une vue en élévation de côté d'un appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement selon une deuxième forme de réalisation de la présente invention. La figure 5 est une vue en élévation de côté 20 agrandie de la touche de l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement selon la deuxième forme de réalisation de la présente invention. La figure 6 est une représentation de l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à 25 recouvrement de la figure 4, vu de dessous. La figure 7 est une photomicrographie d'un joint formé en utilisant un appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement selon la deuxième forme de réalisation de la présente invention 30 (grandissement : 5 x). La figure 8 est une vue en élévation de côté d'un ail cc._ onnel de soudas par friction avec agitation pour des joints à recouùr figures 9(a) à 9(d) sont photomic hies de joints fcr l'aide de l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement de la figure 8, la figure 9(a) étant une photomicrographie montrant le joint global (grandissement 6 x) et les figures 9(b) à 9(d) étant des photomicrographies agrandies (grandissement : 400 x) montrant des défauts du type vides apparaissant dans la zone près de l'extrémité de la touche. 1.0 La figure 10 est une vue en élévation de côté d'un appareil conventionnel différent de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement. Les figures 11(a) à 11(c) sont des photomicrographies des joints formés en utilisant 15 l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement de la figure 10, la figure 11(a) montrant le joint global (grandissement : 6 x), la figure 11(b) étant une photomicrographie (grandissement : 25 x) montrant le recourbement vers le haut du film d'oxyde sur 20 le côté d'avance, et la figure 11(c) étant une photomicrographie (grandissement 25 x) montrant le recourbement vers le haut du film d'oxyde du côté de retrait. La figure 12 est une vue en coupe du joint formé 25 en utilisant l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement de la figure 10. Première forme de réalisation Un appareil de soudage par friction avec 30 agitation pour des joints à recouvrement selon la première forme de réalisation de la présente invention est décrit ci-dessous, en référence aux dessins annexés. La figure 1 une vue en élévation de côté d'un appareil de soudage par fri ion avec agitation pour des joints à recouvrement selon une première invention, la figure agrandie de la touche avec agitation pour de 9 isatior _a vue er __il de par fric8ien nts à recoaàrement selon une première forme de réalisation de la présente invention, et la figure 3 est une repr ( ation de l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement de la figure 1, vu de dessous. Comme représenté sur la figure 1, l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement 1 de la première forme de réalisation recouvre et relie une paire d'éléments devant être reliés 2, 3, et est pourvu d'un rotor cylindrique 4 et d'une touche cylindrique 5 prévue de façon à dépasser du rotor 4. Comme représenté sur la figure 1, le rotor 4 est pourvu d'un épaulement 6 qui entre en contact avec la surface de l'élément supérieur 2 de la paire d'éléments devant être reliés 2, 3, et est constitué de façon à tourner dans le sens de la flèche R autour de l'axe central C. La touche 5 est formée avec un diamètre qui est plus petit que celui du rotor 4, et est disposée de manière concentrique à l'axe central C du rotor 4. Comme représenté sur la figure 2 et la figure 3, une rainure hélicoïdale 7 est formée dans la surface périphérique de la touche 5, depuis l'extrémité 5a de la touche 5 vers l'épaulement 6. Comme cela est représenté sur la figure 2, la rainure hélicoïdale 7 est configurée de telle sorte à avoir une section transversale qui est un filetage à gauche en forme de V. De plus, la rainure hélicoïdale 7 s'étend depuis l'ext émité 5a de la touche 5 jusqu'à une pos ion située a - d'un pi de limite (face de recori] t) 8 entre paire d' (nt être liés 2, u'à l'épau ement 6 quand est `e dans la paire d'el( 3 )t 2, 3. Dans la pre 1 forme de sur la igu.n 2, la p. 7 t formée de p : J l'épaule réalisation, l'écoulement vers le haut et vers le bas des éléments devant être reliés 2, 3 se produisant en raison de la rainure hélicoïdale 7 diminue progressivement vers l'épaulement 6. La procédure de raccordement de la paire d'éléments devant être reliés 2, 3 en utilisant l'appareil de soudage par friction avec agitation 1 de la première forme de réalisation va être décrite dans la suite. Comme cela est représenté sur la figure 1, les éléments devant être reliés 2, 3 sont tout d'abord amenés en chevauchement et l'appareil de soudage par friction avec agitation 1 est pressé contre la surface de l'élément supérieur devant être relié 2 tandis que le rotor 4 est amené à tourner. Quand ceci est fait, dans cette forme de réalisation, le rotor est amené à tourner dans le sens de la flèche R. Ensuite, le rotor 4 est pressé vers l'intérieur jusqu'au point où l'épaulement 6 du rotor 4 entre en contact avec la surface de l'élément supérieur, et dans cette condition, le rotor 4 est déplacé le long d'une ligne de jonction prescrite (non illustrée). En procédant ainsi, les éléments ramollis devant être reliés 2, 3 dans la zone entourant la touche 5 sont agités et s'écoulent de manière plastique, le résulte: étant la formation d'un joint 9. Selon il de Dudage par friction avec agitation 1 d ivre fo c réalisation, du fait que, dans un 11 de par friction avec agitation pour oints Deuxième forme de réalisation Un appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement selon une deuxième forme de réalisation de la présente invention est décrit ci-dessous, en référence aux dessins annexés. La figure 4 est une vue en élévation de côté d'un appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement selon la deuxième forme de réalisation de la présente invention. La figure 5 est une vue en élévation de côté agrandie de la touche de l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement selon la deuxième forme de réalisation de la prése invention, et la figure 6 est une représentation de l' il c: soudage par friction avec agitation pour des joint_ a _azrement de la figure 4, vu de dessous. Les éléments dans cette sation qui sont que dans la d =ali :ion d pré portent les mces et la ion n't 3t pas répétée. Dans la nieme forme de réalisation, comme cela est représenté sur la figure 4 et sur la figure 5, trois rainures en forme de canal 10 sont prévues dans la surface périphérique de la touche 5 de façon à s'étendre le long de la direction de l'axe central C de la touche 5 depuis l'extrémité 5a de la touche 5 vers l'épaulement 6. Comme cela est représenté sur la figure 5, les parties d'extrémité des trois rainures en forme de canal 10 sur le côté d'épaulement sont formées afin d'être en forme d'arc lorsqu'elles sont vues de côté. De même, comme cela est représenté sur la figure 6, la section transversale des trois rainures en forme de canal 10 est formée afin d'avoir la forme d'un arc, et chacune est positionnée dans la direction périphérique de la touche 5 avec un espacement uniforme. Comme cela est représenté sur la figure 4, les rainures en forme de canal 10 s'étendent depuis l'extrémité 5a de la touche 5 jusqu'à une position située au-delà du plan de limite 8 de la paire d'éléments devant être reliés 2, 3 quand la touche 5 est insérée dans la paire en chevauchement d'éléments 2, 3. En outre, comme cela est représenté sur la figure 5, les rainures en forme de canal 10 sont formées de telle sorte que leurs extrémités d'épaulement 10a sont espacées de l'épaulement 6 d'une distance prescrite h (par exemple, 0,2 mm). Grâce à la constitution notée ci-dessus, dans la deuxième forme de réalisation telle que représentée sur la figure 4, quand le rotor 4 est amené à tourner, il est possible grâce à cavité à c vexité dans la surface périphéi la touche 5, provoquer un écoulement des e n devant être reliés 2, 3 dans la direction horizontal (direction perpendiculaire à l'axe central C de la dans la zone entourant la touche 5. Quand ceci ,roduit, il est possible grâce à cet écoulement horizontal des éléments devant être reliés 2, 3, de supprimer l'écoulement vers le haut et vers le bas des éléments devant être reliés apparaissant du fait de la rainure hélicoïdale 7. La figure 7 montre une photomicrographie du joint 9 formé en utilisant l'appareil de soudage par friction avec agitation 1 selon la deuxième forme de réalisation. Comme cela est représenté sur la figure 7, dans la deuxième forme de réalisation, du fait que l'écoulement vers le haut et vers le bas apparaissant du fait de la rainure hélicoïdale 7 est supprimé par l'écoulement horizontal, un joint est formé sans recourbement vers le haut du film d'oxyde au niveau du plan de limite entre les éléments devant être reliés. Selon l'appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement 1 de la deuxième forme de réalisation, du fait que des rainures en forme de canal IO sont formées dans la surface périphérique de la touche 5 le long de la direction de l'axe central de la touche S et s'étendent depuis l'extrémité 5a de la touche 5, quand le rotor 4 est amené à tourner, il est possible de provoquer un écoulement horizontal des éléments devant être reliés 2, 3 dans la zone entourant la touche 5 grâce à la concavité et à la convexité dans la surface périphérique de la touche 5. Quand ceci se produit, du fait que l'écoulement vers le haut et vers le bas des éléments devant être reliés 2, 3 apparaissant du fait de la rainure hélicoïdale 7 est supprimé grâce cet écoulement horizontal des éléments - 3, l est possible d'empêcf efficacement le recour vers le lu Su film d'c au niveau du plan de limite 8 entre les éléments L être reliés 2, De selon 1' il de par friction avec agitation 1 de la de forme de réalisation, du fait que les rainures en forme de canal 10 s'étendent depuis l'extrémité 5a de la touche 5 jusqu'à une position au-delà du plan de limite 8 entre les éléments devant être reliés 2, 3 quand la touche 5 est insérée dans la paire d'éléments en recouvrement devant être reliés 2, 3, l'écoulement horizontal dans la zone près des éléments devant être reliés 2, 3 devient plus grand, en permettant une suppression plus efficace d'un écoulement vers le haut et vers le bas dans la zone près du plan de limite 8 entre les éléments devant être reliés 2, 3. Il en résulte qu'il est possible d'empêcher plus efficacement le recourbement vers le haut du film d'oxyde. Bien que la présente invention ait été décrite ci-dessus en rapport avec des formes de réalisation, elle n'est pas limitée à cette description des formes de réalisation, et peut prendre une variété de formes et de variantes basées sur le concept technique de la présente invention. Bien que, dans les première et deuxième formes de réalisation décrites ci-dessus, la rainure hélicoïdale 7 soit formée afin d'avoir une section transversale en forme de V, la section transversale peut avoir une autre forme, telle qu'une forme d'arc ou une forme rectangulaire. De plus, bien que, dans la deuxième forme de réalisation décrite ci-dessus, trois rainures en forme de canal 10 soient formées dans la surface périphérique de la touche 5, le nombre de rainures en forme de canal IO n'est pas. limit à trois, et qa suffirait si au moins une était prévus la surfac phérique de la touche 5. Par ailleurs, que, dans réalisation décrite ci s, la sept tran: ?rsal de Laure en forme de ca: soit en fo (l'arc, elle peut citer une autre forme, telle qu'une forme de V ou une forme rectangulaire. REVENDICATIONS1. Appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement, pourvu d'un rotor (4) ayant un épaulement (6) et une touche (5) qui est prévue de façon à dépasser de l'épaulement (6) du rotor (4) et également de façon à être disposée de manière concentrique à l'axe central (C) du rotor (4), caractérisé en ce qu'une rainure hélicoïdale (7) est formée dans la surface périphérique de la touche 5), depuis l'extrémité (5a) de la touche (5) vers l'épaulement (6), la profondeur de la rainure (7) étant formée de façon à diminuer progressivement depuis l'extrémité (5a) de la touche (5) vers l'épaulement (6). 2. Appareil de soudage par friction avec agitation pour des joints à recouvrement selon la revendication 1, dans lequel la rainure hélicoïdale (7) s'étend depuis l'extrémité (5a) de la touche (5) jusqu'à une position située au-delà du plan de recouvrement de la paire d'éléments devant être reliés (2, 3) quand la touche (5) est insérée dans la paire d'éléments à recouvrement devant être reliés (2, 3). 3. Appareil de soudage par friction avec agitation pour joints à reco rement selon la revendication 1 ou la -tion (, lequel une rainure en forme de 15) 3 la sur: 3e périphérique de la (5) q 3puis l' e_ i_é (5a) de la touche (5) le long de la direction de l'axe central (C) de la touche Es 4. du friction tation pou' j uuts à selon la revu... i :ion 3, dans luquni la rainure eu forme de canal (IO) s'étend s 1' . ité (5a) de la touche fà une ..ion iulue au-delà du plan de recouvrement la paire d'éléments devant être reliés (2, 3) quand la touche (5) est insérée dans la paire d'éléments à recouvrement devant être reliés (2, 3).