Brevet FR3075675A1 — publié le 20190628

OUTIL POUR REALISER UNE SOUDURE PAR FRICTION MALAXAGE DOMAINE TECHNIQUE Le domaine technique de l'invention est la soudure par friction malaxage. L'invention concerne particulièrement la soudure de pièces épaisses selon une grande longueur. Elle peut s'appliquer à la fabrication de composants, notamment de composants en alliages d'aluminium, en particulier pour l'industrie aéronautique. ART ANTERIEUR Le soudage par friction-malaxage, usuellement désigné par l'acronyme FSW (Friction Stir Welding) a été développé au cours des années 90. Il fait par exemple l'objet des documents W093/10935 et W095/26254. Cette technique consiste à assembler deux pièces métalliques, disposées l'une contre l'autre, à l'aide d'un outil de soudure mis en rotation par rapport à ces dernières. La figure 1A représente un outil de soudure 1A selon l'art antérieur. Il est composé d'un corps principal cylindrique 10, définissant un épaulement 11, et d'un pion 12A. L'outil 1A est mobile en rotation, la vitesse de rotation R étant comprise entre 100 et 1500 tours par minute. La figure 1B est une coupe représentant deux pièces 21 et 22 maintenues l'une contre l'autre, et reposant sur une enclume 25. Les pièces sont bridées l'une contre l'autre, sans jeu. L'outil de soudure 1A est porté par un support 2 permettant sa mise en rotation et sa translation le long des pièces. Il est amené au contact des pièces à souder, au niveau d'une interface 23 s'étendant entre les deux pièces. Dans la phase de démarrage, le frottement du pion 12A sur les pièces génère un échauffement local, entraînant un ramollissement de la matière constituant ces dernières. Le pion 12A pénètre alors progressivement dans les pièces, en extrudant la matière malaxée, jusqu'à ce que l'épaulement 11 de l'outil vienne en appui contre lesdites pièces. L'épaulement 11 exerce alors une pression sur les pièces 21 et 22, le long de leur interface 23. La rotation de l'épaulement, contre la surface des pièces, génère une friction induisant un échauffement local de la matière, autour de l'outil. Sous l'effet de l'élévation de la température, la matière métallique composant chaque pièce subit une déformation plastique, au voisinage du pion 12A. La cinématique du pion entraîne un malaxage de la matière ramollie au voisinage de l'interface. L'outil rotatif est alors translaté le long de l'interface 23, la vitesse de translation ou vitesse d'avance V étant généralement comprise entre 30mm/min et 500mm/min. La figure 1C 2 représente une vue de dessus de la figure 1B et montre le déplacement de l'outil de soudure le long de l'interface 23, le mouvement de l'outil combinant une rotation à la vitesse de rotation R et une translation à la vitesse d'avance V. Le sens de rotation est indiqué sur les figures 1B et 1C, l'outil tournant du côté avance AS (« advancing side ») vers le côté retrait RS (« retreating side »). 5 Le côté avance AS est le côté où le sens local de la surface de l'outil dû à la rotation de l'outil et le sens de soudage sont identiques, la pièce (21) est située côté avance. Le côté retrait est le côté où le sens local de la surface de l'outil dû à la rotation de l'outil et le sens de soudage sont opposés, la pièce (22) est située côté retrait. Le refroidissement de la matière malaxée forme un joint 24, ou cordon de soudure, le long de 10 l'interface 23. Ainsi, une soudure est réalisée de proche en proche, sans fusion, par une liaison métal/métal. Le joint de soudure 24 se forme suivant l'avancement progressif de l'outil le long de l'interface. Lorsque l'opération de soudage est achevée, une phase de retrait permet de retirer l'outil des pièces assemblées. La figure 1D est une photographie d'un poste de soudure. On a représenté un support 2 maintenant un outil de soudure 1A dont le pion 12A est introduit 15 entre les deux plaques 21 et 22. L'outil de soudure 1A tourne et se translate, l'axe de translation étant l'axe X représenté sur cette figure. On réalise ainsi une soudure sans métal d'apport, le joint 24 entre les pièces étant constitué uniquement de la matière formant les pièces assemblées. Un autre avantage lié à la soudure FSW réside dans le fait que la température est plus faible relativement aux procédés de soudure 20 usuels ; cela améliore les propriétés mécaniques du composant résultant du soudage, et cela réduit les déformations. Le procédé est également aisément automatisable, présente peu de risque, et peut permettre d'effectuer des soudures de fortes épaisseurs, selon de grandes longueurs, en une seule passe. Lorsque les paramètres de soudage ont été établis, la répétabilité de la qualité de la soudure constitue un autre avantage du procédé. 25 Le soudage par friction malaxage est une technologie prometteuse pour l'assemblage de pièces d'aluminium. Appliquée à l'aluminium, la soudure par friction malaxage fait l'objet de la norme ISO EN 25239. Elle permet d'assembler des alliages d'aluminium à haute résistance, par exemple des alliages d'aluminium des séries 2000, 6000 et 7000. Dans le domaine de l'aéronautique, ce procédé constitue une alternative aux moyens de 30 fixations traditionnels, tels le rivetage ou le boulonnage, pour fabriquer des composants tels que des panneaux de voilure, des nervures ou des panneaux de fuselage. La soudure par FSW s'accompagne d'une réduction de la masse du composant assemblé, ainsi qu'un gain de temps 3 pour réaliser l'assemblage. En dehors de l'aéronautique, le procédé par FSW peut trouver des applications dans l'industrie du transport, notamment le transport naval ou ferroviaire ainsi que l'automobile. La soudure par FSW peut concerner d'autres matériaux que l'aluminium, par exemple le cuivre 5 pour la fabrication d'emballages destinés à confiner du combustible nucléaire irradié. De nombreuses études ont été menées dans le but d'optimiser les performances de la soudure par FSW. Ces études peuvent adresser la forme de l'outil et en particulier celle du pion. En effet, le pion conditionne le malaxage de la matière et la circulation de la matière échauffée. Il est généralement de forme conique. Les optimisations du pion pour améliorer la qualité de soudure 10 concernent essentiellement la modification des rainures et/ou des méplats qui peuvent être ménagés en surface dudit pion. Les rainures forment un filet à la surface du pion de façon à engendrer des courants de matière ramollie au voisinage du pion. Les méplats s'étendant le long du pion permettent principalement d'améliorer le malaxage. Les inventeurs ont conçu une forme spécifique d'outil rotatif de soudure par friction malaxage, 15 permettant d'effectuer une soudure aux performances améliorées tout en réduisant les efforts de soudage et en améliorant la durée de vie de l'outil. Plus précisément, un des objectifs recherché est d'effectuer une soudure de deux pièces épaisses, typiquement d'épaisseur supérieure à 20 ou 25 mm, selon une longueur de plusieurs mètres, en particulier supérieure à 10 mètres, voire supérieure à 15 mètres en une seule passe, c'est-à-dire sans casse ou sans 20 changement d'outil sur toute la longueur de la soudure. C'est l'objet de l'invention décrite ci- après. EXPOSE DE L'INVENTION Un premier objet de l'invention est un outil, destiné à un poste de soudure par friction malaxage, 25 l'outil étant apte à être mobile en rotation et comportant : - un corps, de préférence cylindrique, définissant une surface transversale, formant un épaulement ; - un pion, s'étendant, depuis l'épaulement, selon un axe longitudinal, de préférence perpendiculaire à l'épaulement, vers une extrémité, le pion s'affinant entre 30 l'épaulement et l'extrémité, la distance entre l'extrémité et l'épaulement correspondant à une hauteur du pion. Le pion peut comporter : 4 - une partie proximale, adjacente de l'épaulement, et s'étendant, à partir de l'épaulement vers l'extrémité, selon au moins 10% ou 20% de la hauteur du pion; - une partie distale, adjacente de l'extrémité et s'étendant, à partir de l'extrémité, vers l'épaulement, selon au moins 1% ou 2% de la hauteur du pion, la partie distale étant 5 inscrite dans un tronc conique, le tronc conique définissant une surface conique, dite surface de prolongement, prolongeant le tronc conique jusqu'à l'épaulement, la surface de prolongement délimitant un volume tronconique. Le pion s'étend alors à l'extérieur du volume tronconique délimité par la surface de prolongement. 10 Par être inscrit dans un tronc conique, on entend être tangent au tronc conique en différents points répartis selon au moins 1% ou 2% de la hauteur du pion. La partie distale n'est pas nécessairement située à l'extrémité du pion. Elle peut être distante au moins 1% ou 2% ou même 4% ou plus de l'extrémité mais est nécessairement située entre l'extrémité et la partie proximale. Le tronc conique, dans lequel est inscrite la partie distale, forme une enveloppe 15 s'étendant autour de la partie distale. La surface transversale, formant l'épaulement, peut être plane, ou incurvée par rapport à un plan transversal, en formant un angle, par rapport au plan, inférieur à 10°, voire à 5°. De préférence, dans la partie proximale: - la surface conique définit, dans un plan de coupe radial, perpendiculaire à l'axe 20 longitudinal, un contour, notamment circulaire, avantageusement centré autour de l'axe longitudinal ; - le pion présente, dans le plan de coupe, un périmètre de telle sorte que le périmètre s'étend autour du contour circulaire. Dans la partie proximale, la surface de prolongement peut décrire une équation de type x2 + 25 y2 = z2 (tan cr)2, le pion présentant une surface périphérique dont les points sont tels que x2 + y2 = k2 (x, y, z) , avec k(x,y,z)2 > z2(tan a)2où x, y sont des coordonnées radiales, dans un plan radial perpendiculaire à l'axe longitudinal, z est une coordonnée selon l'axe longitudinal, k(x, y, z) est une fonction scalaire décrivant la surface périphérique, et a représente le demi-angle au sommet défini par le tronc conique. 30 Dans la partie proximale, le pion peut décrire, dans un plan parallèle à l'axe longitudinal, et passant par ce dernier, une surface externe s'étendant selon une partie d'une courbe, telle une ellipse ou une hyperbole ou une parabole. L'ellipse, l'hyperbole ou la parabole peut alors être 5 tangente d'une part au tronc conique dans lequel est inscrite la partie distale, d'autre part à l'épaulement. La partie proximale peut s'étendre, à partir de l'épaulement, jusqu'à 25% de la hauteur du pion, ou jusqu'à 33% de la hauteur du pion, ou jusqu'à 50% de la hauteur du pion. La partie distale 5 peut s'étendre, à partir de l'extrémité, jusqu'à 2% de la hauteur du pion, ou jusqu'à 5% de la hauteur du pion, ou jusqu'à 10% de la hauteur du pion voire même jusqu'à 20 ou 25%. La hauteur du pion est avantageusement au moins 15 mm, préférentiellement d'au moins 20 mm et plus préférentiellement encore au moins 30 mm voire égale ou supérieure à 35 mm. Dans un mode de réalisation, des rainures sont ménagées en surface du pion pour former un 10 filet formant tout ou partie d'une hélice ou d'une spirale s'étendant entre l'extrémité et l'épaulement. Le filet peut notamment être agencé pour déplacer, lors de la soudure, une matière ramollie vers l'extrémité du pion. Un ou plusieurs méplats peuvent ménagés dans le pion, le méplat s'étendant entre l'extrémité et l'épaulement. L'outil de soudure peut notamment être configuré pour être disposé sur un support de manière 15 à être mobile en rotation par rapport à ce dernier, le support et l'outil formant une tête de soudage. Le pion et/ou le corps peuvent notamment être constitués d'un matériau compatible avec une utilisation à haute température et, de préférence, un matériau choisi parmi : - un acier trempé, de type acier à outil, présentant de préférence des éléments d'alliage 20 de type nickel, chrome, molybdène ou vanadium ; - un alliage de tungstène ; - un alliage de nickel et de cobalt. Un deuxième objet de l'invention est un procédé de soudage de deux pièces par friction malaxage, à l'aide d'un outil selon le premier objet de l'invention, le procédé comportant les 25 étapes suivantes : - maintien des pièces l'une contre l'autre, de façon à définir une interface entre les pièces; - mise en rotation de l'outil et application de l'outil au niveau de l'interface, de telle sorte que le pion pénètre dans les pièces, jusqu'à ce que l'épaulement de l'outil s'applique contre les pièces, en exerçant une pression sur ces dernières; 30 - translation de l'outil rotatif ainsi disposé, le long de l'interface, de manière à obtenir une soudure entre les pièces par friction malaxage. 6 Les pièces sont préférentiellement fabriquées à partir d'un alliage d'aluminium qui peut être identique ou différent entre les deux pièces à assembler. L'outil peut être translaté selon une distance supérieure à 10 m, voire supérieure à 15 mètres ou 20 mètres, le long de l'interface entre les pièces. L'épaisseur des pièces est de préférence 5 supérieure à 20 mm ou 25 mm ou même 30 ou 35 ou 40mm, l'épaisseur s'entendant selon l'axe longitudinal. La soudure est préférentiellement effectuée en une seule passe sur toute la longueur de l'interface entre les deux pièces et peut être réalisée, lorsque les pièces à assembler sont particulièrement épaisses, par exemple d'une épaisseur supérieure à 70 mm, sur les deux faces principales des pièces. Dans ce dernier cas, la soudure est alors préférentiellement 10 réalisée en une seule passe le long de l'interface sur chacune des faces principales des pièces à assembler. La soudure peut également être réalisée selon un mode avantageux de l'invention compatible avec les modes précédents à vitesse d'avance V constante ou à vitesse d'avance V pulsée comme décrit en particulier dans le document W02010/004109. Un troisième objet de l'invention est un produit soudé réalisé selon un procédé selon le 15 deuxième objet de l'invention, pour souder deux pièces. Chacune des deux pièces peut notamment être constituée d'un alliage d'aluminium, les alliages de chacune des pièces étant identiques ou différents. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et 20 représentés sur les figures listées ci-dessous. FIGURES Les figures 1A à 1F illustrent une configuration de l'art antérieur. La figure 1A est un schéma d'un outil de soudure. Les figures 1B et 1C illustrent un outil de soudure agissant à l'interface entre deux pièces à souder, sur l'une de leurs faces principales. La figure 1D est une photographie d'un 25 poste de soudure. Les figures 1E et 1F montrent des vues d'un outil de soudure. Les figures 2A à 2C montrent des photographies d'un outil de l'art antérieur durant un essai expérimental. Les figures 2D et 2E sont des graphes représentant des évolutions temporelles des efforts s'appliquant sur un outil de l'art antérieur, durant un essai expérimental. La figure 3A schématise respectivement les géométries de la forme d'un outil de soudure selon 30 l'art antérieur, ainsi que selon une première configuration, dite configuration élargie, et selon une deuxième configuration, dite configuration elliptique, cette dernière étant un exemple d'application de l'invention. 7 La figure 3B est un plan de la forme d'un outil de soudure selon la première configuration. Cet outil de soudure est dit "élargi". La figure 3C est un plan de la forme d'un outil de soudure selon la deuxième configuration. Cet outil de soudure est dit "elliptique". 5 La figure 3D schématise une coupe de la forme d'un pion selon l'invention, dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal selon lequel s'étend le pion. La figure 3E montre une coupe de la forme d'un pion selon l'invention, dans un plan parallèle à l'axe longitudinal selon lequel s'étend le pion, et passant par l'axe longitudinal. Les figures 3F et 3G sont deux représentations d'un pion respectivement selon l'art antérieur et 10 selon l'invention. Les figures 4A, 4B et 4C sont des graphes représentant des évolutions temporelles des efforts, mesurées expérimentalement, et s'appliquant respectivement : - à l'outil de soudure élargi, suivant l'insertion du pion dans l'interface entre des pièces à souder ; 15 - à l'outil de soudure elliptique, suivant l'insertion du pion dans l'interface entre les pièces à souder ; - à l'outil de soudure elliptique, après avoir parcouru une distance de soudure de 9 mètres. Les figures 5A, 5B et 5C montrent un joint de soudure obtenu en mettant en oeuvre l'outil de 20 soudure élargi. La figure 5A est une photographie du joint, tandis que les figures 5B et 5C sont des images résultant d'un contrôle par ultrasons (respectivement C-scan, B-scan). Les figures 6A, 6B et 6C montrent un joint de soudure obtenu en mettant en oeuvre l'outil de soudure elliptique. La figure 6A est une photographie du joint, tandis que les figures 6B et 6C sont des images résultant d'un contrôle par ultrasons (respectivement C-scan et B-scan). Les 25 figures 6D et 6E sont des photographies de l'outil de soudure elliptique avant et après la réalisation d'une soudure sur une longueur de 19 mètres. La figure 7A schématise une division de la matière en quatre zones, résultant de l'application d'un soudage par FSW. Les figures 7B et 7C sont des micrographies de coupes d'un composant soudé respectivement avec un outil de l'art antérieur et avec l'outil elliptique. 30 EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS Par "un" ou "une", il est entendu "au moins un" ou "au moins une". 8 Les inventeurs ont souhaité appliquer un soudage par friction malaxage (FSW) pour réaliser des composants d'alliage(s) d'aluminium de grande longueur et/ou de forte épaisseur. Pour cela, ils ont utilisé un poste de soudure de l'art antérieur, tel que représenté sur les figures 1A à 1F. Deux pièces en alliage d'aluminium 21 et 22 en forme de plaque ont été bridées l'une contre l'autre, 5 de manière à définir une interface 23 s'étendant selon une longueur de 16 mètres. La première pièce 21 est réalisée selon un alliage AA2050 et la deuxième pièce 22 est réalisée selon un alliage AA7140. Les alliages AA2050 et AA7140 sont notamment décrits dans le document Registration Record Series - Teal Sheets - international Alloy Designations and chemical Compoistion Limits for Wrought Aluminium and Wrought Aluminium Alloys édité par The Aluminum Accosiation, en 10 particulier la version révisée en janvier 2015. L'épaisseur de chaque pièce est de 68 mm. L'épaisseur s'entend selon un axe longitudinal Z, confondu avec l'axe longitudinal Z selon lequel s'étend l'outil de soudure et, plus précisément, le pion de l'outil de soudure. Les figures 1A, 1B, 1E et 1F montrent la géométrie de l'outil de soudure utilisé, ce dernier comportant un corps cylindrique 10 définissant un épaulement 11, ainsi qu'un pion 12A, comme 15 décrit en lien avec l'art antérieur. Le pion 12A est inscrit dans un tronc conique 14, représentée sur la figure 1E, et s'étendant entre l'épaulement 11 et l'extrémité 13 du pion. La hauteur h du pion correspond à la distance, selon l'axe longitudinal Z, entre l'épaulement 11 et l'extrémité 13. Dans cet exemple, elle s'élève à 35 mm. Elle est généralement comprise entre 20 mm et 50 mm. Les pièces 21 et 22 s'étendent respectivement entre une face principale supérieure plane 21s, 20 22s et une face principale inférieure plane 21i et 22i. Pour réaliser une soudure selon l'épaisseur des pièces, l'outil de soudure est successivement appliqué sur les faces principales supérieures 21s et 22s, comme représenté sur la figure 1B, pour réaliser une première soudure. Il est ensuite appliqué sur les faces principales inférieures 21i et 22i pour réaliser une deuxième soudure. Les faces principales supérieures et inférieures s'étendent perpendiculairement à l'axe longitudinal 25 Z. Au cours du soudage, les pièces 21 et 22 reposent sur une enclume 25. Le matériau du corps cylindrique 10 est un acier à outil de type H13 selon la classification AISI (American Iron and Steel Institute). Le matériau du pion est un alliage de cobalt et de nickel de type MP159 (marque déposée). La composition nominale de cet alliage est : Co : 35,7% (fraction massique) ;Ni : 25,5 %; Cr : 19 %; Mo : 7 %; Ti : 3 %; Cb : 0.6 %; AI: 0,2 %. Le pion 12A est 30 structuré par une rainure, formant un filet 18, ménagé le long de sa surface externe, un tel filet étant représenté sur la figure 1E. Le filet permet d'améliorer le déplacement de la matière ramollie, au voisinage du pion, vers l'extrémité 13 de ce dernier. Un méplat 19 peut également être ménagé le long de la surface externe. Dans l'exemple représenté, le pion comporte trois 9 méplats 19 décalés angulairement de 1200. En général, la profondeur du filet ou du méplat est inférieure à 5 mm, en étant par exemple comprise entre 1 mm et 2 mm. Sur la figure 1E, l'épaulement 11 s'étend selon un plan P, perpendiculaire à l'axe longitudinal Z selon lequel s'étend le pion 12A. On a représenté, sur la figure 1F, une variante selon laquelle 5 l'épaulement 11 s'étend sensiblement selon le plan P, le terme sensiblement désignant le fait que l'épaulement peut être incurvé par rapport au plan P, selon une plage angulaire de + 100 ou + 5°. Des essais expérimentaux ont été menés en utilisant le poste de soudure tel que représenté sur la figure 1D, les vitesses de rotation R et d'avance V de l'outil de soudure 10 étant 10 respectivement entre 180 et 220 tours par minute et 40 et 60 mm/min (vitesse d'avance moyenne). L'outil utilisé est photographié sur la figure 2A. On a identifié, sur cette figure, le filet 18 et un méplat 19 décrits en lien avec la figure 1E. Les inventeurs ont constaté que l'outil de soudure de l'art antérieur n'est pas adapté à la réalisation d'une soudure selon une grande longueur. En effet, après avoir effectué une soudure 15 selon une longueur de 12 mètres, l'outil de soudure s'est cassé, au niveau d'une base du pion 12A, correspondant à la jonction entre le pion 12A et l'épaulement 11. L'outil de soudure est représenté, après la soudure, sur la figure 2B. La figure 2C représente un outil de soudure de même type, après avoir effectué une soudure, dans des conditions analogues, selon une longueur de 5 mètres. Des fissures apparaissent au niveau de la base du pion, à proximité de 20 l'épaulement. Ces observations montrent que l'outil de soudure de l'art antérieur ne convient pas à la réalisation d'une soudure dès lors que la longueur des pièces à souder dépasse 10 mètres. Durant la réalisation de la soudure, l'outil de soudure est soumis à des contraintes mécaniques importantes selon l'axe de translation, ou axe d'avance X, ainsi que selon l'axe Y perpendiculaire 25 à l'axe de translation. Des capteurs de force ont été disposés sur le support 2 maintenant l'outil de soudure, de façon à mesurer les efforts s'exerçant sur ce dernier selon l'axe -X, opposé à l'axe translation X, selon l'axe Y, ainsi que la résistance à la rotation. Les figures 2D et 2E montrent une évolution temporelle des forces Fx et Fy, respectivement mesurées selon les axes -X et Y, ainsi que le couple en rotation. Sur chacune de ces figures, l'axe des abscisses représente 30 le temps, exprimé en secondes, tandis que l'axe des ordonnées représente l'intensité des forces Fx et Fy (échelle de droite, exprimée en N) et le couple en rotation (exprimée en Nm, échelle de gauche). La figure 2D représente les mesures entre l'insertion du pion, correspondant à 10 l'abscisse t=250, jusqu'à l'abscisse t=700, ce qui correspond à un intervalle temporel de 450 secondes. Les efforts s'exerçant selon l'axe X, s'opposant au sens d'avance X, sont plus importants que ceux s'exerçant selon l'axe Y, perpendiculairement à la direction d'avance. La figure 2E représente les mesures entre les abscisses t = 2250s et t = 2700s, c'est-à-dire après une 5 distance d'environ 9 mètres parcourue par le pion. On observe que les signaux correspondant à la force Fx, s'exerçant à l'opposé de la direction de translation X, présentent des fluctuations importantes, témoignant d'une dégradation de l'outil de soudure. On observe également d'importantes fluctuations affectant les forces s'exerçant selon l'axe Y. Les inventeurs attribuent la rupture de l'outil de soudure à la fatigue résultant de la rotation. 10 Afin de rendre l'outil de soudure compatible avec une utilisation sur des distances importantes, typiquement supérieures à 15m, les inventeurs ont modifié la forme du pion, deux options ayant été envisagées. La figure 3A représente la forme du pion 12A selon l'art antérieur, ainsi qu'une première configuration, dite configuration élargie, selon laquelle le pion 12 est plus large que dans l'art antérieur (courbe l). On entend par forme d'un outil de soudure l'enveloppe dudit 15 outil qui ne tient pas compte des éventuels méplats et/ou filetages. Selon la configuration élargie, le diamètre du pion est augmenté de 2 mm, de façon uniforme, de façon à renforcer sa tenue mécanique. Selon cette configuration, la géométrie du pion est conique, dans la mesure où le pion est inscrit dans une surface conique entre l'épaulement 11 et l'extrémité 13. La figure 3A représente également une deuxième configuration (courbe II), dite configuration 20 elliptique. Selon cette configuration, le diamètre du pion 12 est augmenté, par rapport à la configuration de l'art antérieur, uniquement dans une partie, dite partie proximale 12p, du pion. La partie proximale du pion correspond à la partie du pion s'étendant entre l'épaulement 11 et une limite située à au moins 10%, et avantageusement 20% de la hauteur h du pion, et de préférence à au moins 25% de la hauteur h du pion ou à au moins 33% de la hauteur h du pion. 25 La partie proximale 12p peut s'étendre jusqu'à 50% de la hauteur h du pion, voire jusqu'à 75% de la hauteur h du pion ou plus. De préférence, la partie proximale 12p s'étend entre 25% et 50% de la hauteur h du pion. Le pion comporte une partie distale 12d, s'étendant à partir de l'extrémité 13, vers l'épaulement 11. La partie distale s'étend selon au moins 1%, de la hauteur h du pion Avantageusement, la partie distale 12d s'étend jusqu'à 2% de la hauteur du pion (h), 30 ou jusqu'à 5% de la hauteur du pion, ou jusqu'à 10% de la hauteur du pion. Selon la deuxième configuration, le pion 12 s'étend, dans la partie distale 12d, en étant inscrit dans un tronc conique 14, de façon similaire à l'art antérieur. Le tronc conique 14 définit une surface tronconique 15, dite surface de prolongement, prolongeant le tronc conique 14 jusqu'à 11 l'épaulement 11, c'est-à-dire jusqu'au corps 10. Dans la partie proximale 12p, la surface de prolongement 15 délimite un volume tronconique 16. Dans la partie proximale 12p, le volume du pion s'étend au-delà du volume tronconique 16. Ainsi, dans la partie proximale 12p, le pion s'élargit, de préférence progressivement, de telle sorte que sa surface externe 12s est située à 5 l'extérieur du volume tronconique 16. Le volume tronconique 16 est représenté en grisé sur les figures 3E et 3G. La figure 3B est un plan du pion de la première configuration testée (outil de soudure dit "élargi"). Le pion prend une forme inscrite dans une enveloppe conique, et s'élargit au voisinage de l'épaulement 11, selon un arc de cercle de rayon de courbure 1,5 mm. Ainsi, hormis dans les 10 premiers 1,5 mm à partir de l'épaulement 11, le pion est inscrit dans une surface conique. Dans cet exemple, la surface conique s'étend en formant un demi-angle au sommet de 8°. Le diamètre du pion, à son extrémité 13, est de 11 mm, ce dernier étant de 9 mm dans la configuration de l'art antérieur. La figure 3C est un plan du pion selon la deuxième configuration testée, cette configuration 15 correspondant à un exemple de mise en oeuvre de l'invention (outil de soudure dit "elliptique"). Le diamètre du pion, dans la partie distale 12d, correspond au diamètre du pion de l'art antérieur. Au niveau de l'extrémité 13, le diamètre du pion atteint 9 mm. Selon cette configuration, le pion est plus large que le pion de l'art antérieur uniquement dans la partie proximale 12p. Dans la partie proximale 12p, selon un plan médian, parallèle à l'axe longitudinal 20 Z et passant par l'axe longitudinal, la surface externe 12s est inscrite dans un profil elliptique. Ce profil décrit une partie d'une ellipse E dont le grand axe est égal à 15 mm et dont le petit axe est de 2,4 mm. L'ellipse E est représentée sur la figure 3C, en pointillés. Dans cet exemple, la partie proximale 12p s'étend selon une distance de 15 mm, à partir de l'épaulement 11, tandis que la hauteur du pion s'élève à 35 mm. La partie proximale s'étend ainsi selon environ 40% de 25 la hauteur h du pion. Ainsi, dans la partie distale 12d, la surface externe 12s du pion est inscrite dans un tronc conique 14, d'équation x2 + y2 = z2 (tan a)2, où x, y et z sont des coordonnées respectivement selon les axes X, Y et Z et a est le demi-angle au sommet du tronc conique 14, en l'occurrence 8°. Dans la partie proximale 12p, la surface externe 12s décrit une équation de type x2 +y2 = k(x, y, z)2 , avec k(x, y, z) 2 > z2(tan a)2. k(x, y, z) est une fonction scalaire, 30 décrivant l'évolution de la surface externe 125 dans la partie proximale 12p. Dans les deux configurations respectivement représentées sur les figures 3B et 3C, le diamètre du pion, au niveau de l'épaulement 11, est de 24 mm. 12 Si l'on se place dans un plan de coupe perpendiculaire à l'axe longitudinal Z, la surface de prolongement 15 décrit, dans la partie proximale 12p, un contour circulaire c. La surface externe 12s du pion 12 décrit, dans le plan de coupe, un périmètre p contenant le contour circulaire c. Autrement dit, selon un plan de coupe perpendiculaire à l'axe transversal Z, dans la partie 5 proximale 12p, le contour circulaire c de la surface de prolongement 15 est inclus dans le périmètre p du pion 12. C'est ce qui est représenté sur la figure 3D. Comme on peut le voir sur les figures 3E et 3G, dans la partie proximale 12p, le pion est plus large que le volume tronconique 16 défini par la surface de prolongement 15. D'une façon générale, dans la partie proximale 12p, la surface externe 12s du pion 12 est de plus grand 10 diamètre que la surface de prolongement 15. Comme représenté sur la figure 3E, la surface externe 12s est inscrite dans une enveloppe décrivant, dans un plan parallèle à l'axe longitudinal Z, et passant par ce dernier : - dans la partie proximale 12p, un profil suivant une partie d'une ellipse ou d'une hyperbole ou d'une parabole ; 15 - dans la partie distale 12d, un profil suivant un tronc conique 14. Sur la figure 3E, on a également représenté la surface de prolongement 15, prolongeant le tronc conique 14 dans lequel est inscrit le pion dans la partie distale 12d. On a également représenté le volume tronconique 16, délimité par la surface de prolongement 15. Dans la partie proximale 12p, le pion 12 englobe le volume tronconique 16 et s'étend au-delà de ce dernier. 20 De préférence, le pion 12 est symétrique par rapport à l'axe longitudinal Z. L'élargissement progressif du pion, entre la partie distale 12d et l'épaulement 11, permet de maintenir une partie distale 12d relativement fine, tout en renforçant le pion 12 au niveau de la partie proximale 12p. Les figures 3F et 3G illustrent un pion respectivement selon l'art antérieur et selon l'invention. Sur la figure 3F, la surface externe du pion 12A est inscrite dans un tronc 25 conique 14, représenté en pointillés. Sur la figure 3G, dans la partie distale 12d, la surface externe 12s du pion est inscrite dans un tronc conique. Le tronc conique 14 se prolonge, dans la partie proximale 12p, par la surface de prolongement 15. On a représenté un volume tronconique 16, délimité par la surface de prolongement 15. Dans la partie proximale 12p, le pion 12 s'étend au-delà du volume tronconique 16. 30 Quelle que soit la configuration, un filet 18 et/ou un méplat 19 peut être ménagé dans la surface externe du pion, de façon à guider la matière malaxée vers l'extrémité 13, comme précédemment décrit en lien avec le pion de l'art antérieur 12A. 13 Les deux configurations représentées sur les figures 3B et 3C ont été testées, selon des conditions expérimentales analogues à celles précédemment décrites, en lien avec le soudage de deux pièces d'aluminium 21 et 22 en forme de plaque d'épaisseur 68 mm. La figure 4A représente l'évolution temporelle des forces mesurées selon l'axe de translation X, selon l'axe Y 5 ainsi que l'effort en rotation, en utilisant l'outil selon la première configuration, dite configuration "élargie". Les axes et unités sont analogues à ceux décrits en lien avec les figures 2D et 2E. Sur la figure 4A, l'insertion du pion correspond à l'abscisse t = 300 s. Les figures 4B et 4C sont similaires à la figure 4A et ont été obtenues en mettant en oeuvre la deuxième configuration "elliptique". La figure 4B correspond à un intervalle temporel compris entre 10 l'insertion du pion (abscisse t = 250 s) et l'abscisse t = 700 s. La figure 4C correspond à un intervalle temporel compris entre l'abscisse t = 2300 s et l'abscisse x = 2700 s, la distance parcourue par l'outil de soudure étant alors d'environ 9 mètres. La comparaison entre les figures 4A et 4B montre qu'en mettant en oeuvre la première configuration, les efforts et les fluctuations sont plus importants qu'en mettant en oeuvre la 15 deuxième configuration et cela quelle que soit la composante d'effort examinée. Par ailleurs, la figure 4C, montre qu'après avoir effectué une soudure selon une distance importante, en l'occurrence 9 m, le comportement de l'outil de soudure, selon la deuxième configuration, est stable : les fluctuations des signaux mesurées sont comparables à celles observées sur mesures réalisées lorsque la distance parcourue est faible, cf. figure 4B. La comparaison de la figure 4C 20 avec la figure 2E montre qu'avec la deuxième configuration, les signaux mesurés, représentatifs des forces exercées sur l'outil de soudure, sont plus stables. Ainsi, les paramètres de soudure sont stables, selon une grande longueur. La deuxième configuration a été mise en oeuvre pour réaliser une soudure de plaques 21 et 22, telles que précédemment décrites, selon une longueur de 16 mètres, sans casser le pion 12 de 25 l'outil de soudure. Durant un autre essai, la longueur de soudure a atteint 19 mètres. Les figures 5A et 6A montrent l'aspect du joint de soudure 24 obtenu en mettant respectivement en oeuvre la première configuration et la deuxième configuration, la longueur de la soudure s'élevant ici à 350 mm. Le joint de soudure obtenu en mettant en oeuvre la première configuration présente des défauts, apparaissant sous la forme de traces noires, repérées par 30 des flèches blanches sur la figure 5A. Sur la figure 6A, on observe que le joint de soudure résultant de la deuxième configuration est plus net et ne présente pas de défauts de surface. 14 Les figures 5B et 5C sont des résultats d'un contrôle structurel non destructif par ultrasons, mis en oeuvre respectivement selon un plan transversal XY, en dessus du joint de soudure 24 formé lors de la mise en oeuvre de la première configuration, et selon une coupe XZ, passant par l'axe d'insertion du pion. Les figures 5B et 5C font apparaître des hétérogénéités, témoignant de la 5 présence de porosités dans la matière soudée, notamment dans une plage d'épaisseur e d'environ 1 cm à partir de la surface des pièces soudées. Une telle porosité n'est pas acceptable notamment dans les pièces soudées utilisées dans l'industrie aéronautique. Les figures 6B et 6C sont analogues aux figures 5B et 5C respectivement et correspondent à des contrôles par ultrasons sur le joint de soudure 24 résultant d'une mise en oeuvre de la deuxième configuration 10 et représenté sur la figure 6A. Les porosités observées sur les figures 5B et 5C ne sont pas présentes, ou de façon nettement moins importante, sur les figures 6B et 6C. En mettant en oeuvre un pion selon la deuxième configuration, la soudure est plus homogène et présente nettement moins de porosités que selon première configuration du pion. Les figures 6D et 6E montrent respectivement le pion 12 d'un outil de soudure selon la deuxième 15 configuration, après une soudure réalisée selon une longueur de 16 m. Bien que des traces d'usure apparaissent sur le filet 18 ménagé dans la surface externe 12s du pion, l'intégrité de ce dernier est préservée. La figure 7A illustre une division de la matière soudée en quatre zones distinctes. Au niveau de l'interface 23, une zone centrale 26, dite noyau, correspond notamment à la zone occupée par 20 le pion 12 lors de la soudure, ainsi que la zone immédiatement adjacente du pion. C'est dans cette partie que les déformations plastiques sont les plus importantes et que la température est la plus élevée. Le noyau 26 est entouré d'une zone 27, dite zone affectée thermomécaniquement, dans laquelle la déformation plastique est modérée. Au voisinage de la zone affectée thermo-mécaniquement s'étend une zone, dite zone affectée thermiquement 28, dans 25 laquelle les propriétés de la matière ne sont affectées que par l'élévation de température. Cette zone est délimitée par une zone 29 comportant la matière de base, non déformée et non modifiée par l'élévation de température. La figure 7A correspond à une coupe selon le plan YZ, la translation du pion étant réalisée selon l'axe X. Selon le plan XY, deux côtés distincts sont définis en fonction du sens de rotation du pion. Le côté avance AS est le côté où le sens local de 30 la surface de l'outil dû à la rotation de l'outil et le sens de soudage sont identiques, la pièce 21 est située côté avance. Le côté retrait est le côté où le sens local de la surface de l'outil dû à la rotation de l'outil et le sens de soudage sont opposés, la pièce 22 est située côté retrait. Les figures 7B et 7C sont des micrographies réalisées sur des coupes de composants soudés 15 respectivement en utilisant un outil de l'art antérieur et un outil disposant d'un pion selon la deuxième configuration testée. On remarque que l'outil de soudure selon l'invention (cf. figure 7C) permet d'obtenir une répartition plus homogène de la matière. Ces figures mettent en évidence un écoulement de la matière plus homogène le long de l'outil, plus particulièrement 5 dans la zone proche de l'épaulement du côté avance AS. Les propriétés mécaniques du joint de soudure 24 sont donc améliorées. Les performances du pion selon la deuxième configuration sont améliorées par rapport au pion de l'art antérieur : - à effort de soudage équivalent, la robustesse de l'outil est accrue, ce qui permet 10 d'effectuer une soudure selon une grande longueur, typiquement supérieure à 10 m,15 m ou même 20 m, l'épaisseur étant supérieure à 20 mm,25 mm ou même 30, 35 ou encore 40 mm. - l'élargissement progressif, au niveau de la partie proximale, permet d'améliorer l'écoulement du métal le long de l'outil, conduisant à l'obtention d'un joint de soudure 15 plus homogène. Le matériau formant l'outil de soudure est compatible avec une utilisation à haute température. On pourra se reporter à la publication Rai R "Review : friction stir welding tools", Science and Technology of Welding and joining, 2011, vol.16 N° 4 325-342 pour sélectionner les matériaux potentiellement utilisables. Il peut notamment s'agir : 20 - d'acier trempé, de type acier à outil, présentant de préférence des éléments d'alliage de type nickel ou chrome ou molybdène ou vanadium ; - d'alliages de tungstène ; - d'alliages de nickel et de cobalt. L'invention s'appliquera à la fabrication de composants de grande longueur, par exemple des 25 composants en alliages d'aluminium destinés à l'industrie aéronautique, et notamment des composants pour la fabrication d'ailes REVENDICATIONS1. Outil (1), destiné à un poste de soudure par friction malaxage, l'outil étant apte à être mobile en rotation et comportant : - un corps (10), définissant une surface transversale, formant un épaulement (11); - un pion (12), s'étendant, depuis l'épaulement (11), selon un axe longitudinal (Z), vers une extrémité (13), le pion (12) s'affinant entre l'épaulement (11) et l'extrémité, la distance entre l'extrémité (13) et l'épaulement (11) correspondant à une hauteur du pion (h); le pion (12) comportant : - une partie proximale (12p), adjacente de l'épaulement (11) et s'étendant, à partir de l'épaulement (11), vers l'extrémité (13), selon au moins 20% de la hauteur du pion (h); - une partie distale (12d), adjacente de l'extrémité (13) et s'étendant, à partir de l'extrémité (13), vers l'épaulement (11), selon au moins 1% de la hauteur du pion (h), la partie distale étant inscrite dans un tronc conique (14), le tronc conique (14) définissant une surface, dite surface de prolongement (15), prolongeant le tronc conique (14) jusqu'à l'épaulement (11), la surface de prolongement délimitant un volume tronconique (16); l'outil (1) étant caractérisé en ce que dans la partie proximale (12p), le pion s'étend à l'extérieur 20 du volume tronconique (16) délimité par la surface de prolongement (15). 2. Outil selon la revendication 1, dans lequel, dans la partie proximale (12p): - la surface de prolongement (15) définit, dans un plan de coupe perpendiculaire à l'axe longitudinal (Z), un contour circulaire (c); - le pion (12) présente, dans le plan de coupe, un périmètre (p), de telle sorte que le 25 périmètre s'étend autour du contour circulaire. 3. Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans la partie proximale (12p), la surface de prolongement (15) décrit une équation de type x2 + y2 = z2 (tan a)2, le pion présentant une surface externe (12s) décrivant une équation de type x2 + y2 = k2 (x, y, f , ) avec k2(x, y, z) > z2 (tan a)2où 30 - x, y sont des coordonnées radiales, dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal (Z); - z est une coordonnée selon l'axe longitudinal (Z) ; - k(x, y, z) est une fonction scalaire décrivant la surface externe (12s) du pion; - a représente le demi-angle défini par le tronc conique (14). 17 4. Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, dans la partie proximale (12p), le pion décrit une surface externe (12s) s'étendant, dans un plan parallèle à l'axe longitudinal (Z), et passant par ce dernier, selon une partie d'une ellipse (E) ou d'une hyperbole ou d'une parabole. 5 5. Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie proximale (12p) s'étend jusqu'à 25% de la hauteur du pion (h), ou jusqu'à 33% de la hauteur du pion, ou jusqu'à 50% de la hauteur du pion. 6. Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie distale (12d) s'étend jusqu'à 2% de la hauteur du pion (h), ou jusqu'à 5% de la hauteur du pion, ou 10 jusqu'à 10% de la hauteur du pion. 7. Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la hauteur du pion h est d'au moins 20 mm, préférentiellement d'au moins 30 mm. 8. Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des rainures (18) sont ménagées sur le pion pour former un filet formant tout ou partie d'une hélice ou d'une 15 spirale s'étendant entre l'extrémité (13) et l'épaulement (11). 9. Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un méplat (19) est ménagé sur le pion, le méplat s'étendant entre l'extrémité (13) et l'épaulement (11). 10. Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, configuré pour être disposé sur un support (2) de manière à être mobile en rotation par rapport à ce dernier, le support et l'outil formant une tête de soudage. 11. Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pion (12) et/ou le corps (10) sont constitués d'un matériau compatible avec une utilisation à haute température, et de préférence un matériau choisi parmi : - un acier trempé, de type acier à outil, présentant de préférence des éléments d'alliage de type nickel ou chrome ou molybdène ou vanadium ; - et/ou un alliage de tungstène ; - et/ou un alliage de nickel et de cobalt. 12. Procédé de soudage de deux pièces (21, 22) par friction malaxage, à l'aide d'un outil (1) objet de l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé comportant les étapes suivantes : 18 - maintien des pièces l'une contre l'autre, de façon à définir une interface (23) entre les pièces; - mise en rotation de l'outil et application de l'outil au niveau de l'interface, de telle sorte que le pion (12) pénètre dans les pièces (21, 22), jusqu'à ce que l'épaulement (11) de 5 l'outil s'applique contre les pièces, en exerçant une pression sur ces dernières; - translation de l'outil rotatif ainsi disposé, le long de l'interface (23), de manière à obtenir une soudure entre les pièces par friction malaxage. 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel chacune des pièces est formée d'un alliage d'aluminium. 10 14. Procédé selon la revendication 12 ou la revendication 13, dans lequel l'outil est translaté selon une distance supérieure à 10 m, voire supérieure à 12 mètres ou 15 mètres, le long de l'interface (23) entre les pièces. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, l'épaisseur des pièces étant supérieure à 25 mm, préférentiellement 30 mm, plus préférentiellement encore 40 mm, 15 l'épaisseur s'entendant selon l'axe longitudinal (Z). 16. Produit soudé à l'aide d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15.