Brevet FR3126634A1 — publié le 20230310

Ce système de soudage (1) par friction d’un premier élément (2) et d’un second élément (3) de turbomachine créant un cordon de soudure (11) entre le premier élément (2) et le second élément (3) comprend un premier outillage de maintien (5) du premier élément (2), un second outillage de maintien (6) du second élément (3), et un dispositif (15) de suppression à chaud du cordon de soudure (11), le premier outillage de maintien (5) étant apte à entrer en rotation autour d’un axe de rotation (13). Figure pour l’abrégé : Fig 1 Système et procédé de soudage par friction inertielle avec usinage à chaud du cordon de soudure La présente invention concerne le soudage par friction de deux éléments à souder. La présente invention concerne plus particulièrement le soudage par friction inertielle de deux éléments et l’usinage à chaud du cordon de soudure créé par le soudage par friction. Techniques antérieures Le soudage par friction consiste à assembler deux éléments en mettant ces deux éléments en pression l’un contre l’autre et en les mettant en mouvement l’un par rapport à l’autre de telle sorte qu’une surface de contact du premier élément frotte sur une surface de contact du second élément. Le mouvement est par exemple un mouvement de rotation. Le frottement génère alors de la chaleur, suffisamment pour amener à l’état malléable la matière constitutive des éléments dans leur région adjacente aux surfaces de contact. Ces régions sont ainsi aptes à se déformer et à se souder ensemble après l’arrêt du mouvement d’un élément par rapport à l’autre et après le refroidissement des deux éléments, ces derniers étant alors soudés. Durant le soudage, les régions adjacentes aux surfaces de contact se déforment en expulsant de la matière aux extrémités des surfaces de contact des premier et second éléments. Cette matière expulsée forme un cordon de soudure. Dans certains cas, il est nécessaire de supprimer ultérieurement le cordon de soudure à fin d’aplanir la zone à souder entre le premier élément et le second élément. Cependant, l’opération de soudage et l’opération de suppression du cordon de soudure nécessitent le démontage du premier et du second élément entre les deux opérations, menant un temps de fabrication allongé. En effet, il est nécessaire de recaler géométriquement le premier et le second éléments afin d’usiner proprement le cordon de soudure. Enfin, l’usinage du cordon de soudure sur une matière à froid et donc rigide, est fastidieuse et abîme facilement les outils utilisés durant l’usinage. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités et de simplifier la suppression de l’excédent de matière lorsqu’il est encore chaud. La présente invention a pour objet un s ystème de soudage par friction d’un premier élément et d’un second élément de turbomachine créant un cordon de soudure entre le premier élément et le second élément, le système de soudage comprenant un premier outillage de maintien du premier élément, un second outillage de maintien du second élément, et un dispositif de suppression à chaud du cordon de soudure, le premier outillage de maintien étant apte à entrer en rotation autour d’un axe de rotation. Ainsi, le cordon de soudure est supprimé rapidement et facilement, sans nécessité de réusiner les éléments soudés en sortie du système de soudage. Avantageusement, le dispositif de suppression à chaud du cordon de soudure comprend un bras externe déplaçable parallèlement et perpendiculairement à l’axe de rotation du premier outillage de maintien, le bras comprenant au moins une plaquette d’usinage comprenant au moins une face destinée à racler le cordon de soudure. Dans un mode de réalisation, les premier et second éléments sont creux, et dans lequel le dispositif de suppression à chaud du cordon de soudure comprend un bras interne apte à être introduit dans les premier et second éléments, le bras interne étant déplaçable parallèlement et perpendiculairement à l’axe de rotation du premier outillage de maintien, le bras interne comprenant au moins une plaquette d’usinage comprenant au moins une face destinée à racler le cordon de soudure. Avantageusement, l’au moins une plaquette d’usinage est réalisée en matériau résistant à la forte chaleur régnant dans le cordon de soudure. Dans un mode de réalisation particulier, l’au moins une face de la plaquette destinée à racler le cordon de soudure est parallèle à un plan comprenant l’axe de rotation du premier outillage de maintien ou est sensiblement perpendiculaire à un plan comprenant l’axe de rotation du premier outillage de maintien. Dans un mode de réalisation, le second outillage de maintien est apte à entrer en rotation autour de l’axe de rotation du premier outillage de maintien. L’invention a également pour objet un procédé de soudage d’un premier élément et d’un second élément par friction, le procédé comprenant les étapes suivantes : Mise en position et alignement des premier et second éléments respectivement sur un premier outillage de maintien et sur un second outillage de maintien d’un système de soudage tel que défini précédemment ; Mise en rotation du premier élément par le premier outillage de maintien ; Mise en contact et maintien en pression des premier et second éléments pour leur soudage par friction, ledit soudage créant un cordon de soudure ; Suppression du cordon de soudure à chaud ; et Arrêt de la mise en rotation du premier élément contre le second élément. Dans un mode de mise en œuvre, l’étape de suppression du cordon de soudure est réalisée avant l’étape d’arrêt de la mise en rotation du premier élément contre le second élément, le second élément étant mis en rotation par le second outillage de maintien à une vitesse différente de la rotation du premier outillage de maintien, la suppression du cordon de soudure étant effectuée par raclage d’au moins une face d’une plaquette parallèle à un plan comprenant l’axe de rotation du premier outillage de maintien. Dans un autre mode de mise en œuvre, l’étape de suppression du cordon de soudure est réalisée après l’étape d’arrêt de la mise en rotation du premier élément contre le second élément, la suppression du cordon de soudure étant effectuée par raclage d’au moins une face d’une plaquette parallèle à un plan comprenant l’axe de rotation du premier outillage de maintien. Dans un autre mode de mise en œuvre, l’étape de suppression du cordon de soudure est réalisée après l’étape d’arrêt de la mise en rotation du premier élément contre le second élément, la suppression du cordon de soudure étant effectuée par raclage longitudinal d’au moins une face d’une plaquette sensiblement perpendiculaire à un plan comprenant l’axe de rotation du premier outillage de maintien. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : est une vue schématique d’un système de soudage selon l’invention et dans un premier mode de réalisation ; est une vue schématique d’un mode de réalisation d’une extrémité externe d’un bras externe d’un système de soudage selon l’invention ; est une vue schématique d’un second mode de réalisation d’une extrémité externe d’un bras externe d’un système de soudage selon l’invention ; est une vue schématique d’une variante du mode de réalisation de la d’une extrémité externe d’un bras externe d’un système de soudage selon l’invention ; est une vue schématique d’un système de soudage selon l’invention et dans un autre mode de réalisation ; illustre les différentes étapes du procédé de soudage selon l’invention dans un mode de mise en œuvre ; et illustre les différentes étapes du procédé de soudage selon l’invention dans un autre mode de mise en œuvre. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté sur la un système de soudage 1 d’un premier élément 2 et d’un second élément 3 par friction. Le système de soudage 1 comprend un premier outillage de maintien 5 du premier élément 2 ainsi qu’un second outillage de maintien 6 du second élément 3 destinés à éviter tout mouvement parasite des premier et second éléments 2 et 3 lors du soudage. En particulier, le premier élément 2 et le second élément 3 sont ici représentés par des tubes creux à souder à leur extrémité au niveau de leur surface de contact 7 pour former une canalisation. En outre, le premier et le second éléments 2 et 3 sont destinés à être soudés au niveau d’une zone de soudure 8 dans laquelle sont situées les régions adjacentes 10 aux surfaces de contact 7, ces régions adjacentes 10 étant destinées à devenir malléables avec la chaleur de la friction et desquelles sort le cordon de soudure 11 à supprimer. Le premier et le second outillage de maintien 5 et 6 comprennent des mâchoires 12 aptes à maintenir le premier élément 2 et le second élément 3 alignés l’un face à l’autre. Le premier outillage de maintien 5 comprend un axe de rotation 13 et est apte à entrer en rotation autour de cet axe de rotation 13. Le premier outillage de maintien 5 comprend par exemple un moteur afin de pouvoir entrer en rotation. Optionnellement, le second outillage de maintien 6 est également apte à entrer en rotation autour de l’axe de rotation 13. Dans le mode de réalisation illustré à la , l’axe de rotation 13 correspond à l’axe longitudinal du premier élément 2 et du second élément 3, aligné dans une direction Z. Le système de soudage 1 comprend en outre un dispositif 15 de suppression à chaud du cordon de soudure 11. Ainsi, le cordon de soudure 11 n’a pas le temps de refroidir et est supprimé alors que sa matière est encore malléable. Le dispositif de suppression à chaud du cordon de soudure comprend une base 16. La base 16 est par exemple située à une extrémité du premier élément 2 contre le premier outillage de maintien 5. En variante, la base est située à une extrémité du second élément 3 contre le second outillage de maintien 6. Le dispositif 15 de suppression à chaud du cordon de soudure 11 comprend un bras externe 17 au premier élément 2 et au second élément 3. Le bras externe 17 est déplaçable parallèlement à l’axe de rotation 13, selon une direction Z. Le bras externe 17 est également déplaçable perpendiculairement à l’axe de rotation 13 selon la direction Y. Le bras externe 17 comprend une extrémité externe 18 apte à être positionnée face à la zone de soudure 8. L’extrémité externe 18 comprend par exemple une ou plusieurs plaquettes 20 d’usinage. Optionnellement, le dispositif 15 de suppression à chaud du cordon de soudure comprend un bras 21 également appelé bras interne 21. Le bras 21 est un bras déployable et apte à être introduit à l’intérieur du premier élément 2 et du second élément 3. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté lors du soudage d’éléments creux comme illustrés à la , où les premier et second éléments 2 et 3 sont des tubes dans lesquels peut être introduit le bras interne 21 afin de supprimer le cordon de soudure 11 de l’intérieur. Le bras interne 21 est déplaçable parallèlement à l’axe de rotation 13, selon une direction Z. Le bras interne 21 est également déplaçable perpendiculairement à l’axe de rotation 13 selon la direction Y. Le bras interne 21 comprend une extrémité interne 22 apte à être positionnée face à la zone de soudure. L’extrémité interne 22 comprend par exemple une ou plusieurs plaquettes 20 d’usinage. Le déplacement parallèle à l’axe de rotation 13 du bras externe 17 permet d’ajuster la position longitudinale de l’extrémité interne 22 au niveau de la zone de soudure 8. De plus, lors du soudage, le premier ou le second élément 2 ou 3 peut être rendu plus malléable que l’autre élément sur une région adjacente 10 aux surfaces de contact 7 et la zone de soudure 8 peut alors se translater légèrement selon la direction Z. Il en est de même pour le bras interne 21, le cas échéant. Le déplacement perpendiculaire à l’axe de rotation 13 du bras externe 17 permet de rapprocher ou d’écarter l’extrémité externe 18 du cordon de soudure 11. Il en est de même pour le bras interne 21 et l’extrémité interne 22, le cas échéant. On a représenté sur la un mode de réalisation d’une extrémité externe 18 d’un bras externe 17, l’extrémité comprenant une plaquette 20. De manière équivalente, la peut se rapporter à une extrémité interne 22. La plaquette 20 est par exemple de section triangulaire. La plaquette 20 comprend deux faces 23 destinées à racler le cordon de soudure 11 lorsque la plaquette 20 est placée au niveau du cordon de soudure 11. Les faces 23 sont chacune parallèles à un plan comprenant l’axe de rotation 13. Les deux faces 23 permettent de racler et de supprimer le cordon de soudure 11 quel que soit le sens de rotation des premier et second éléments 2 et 3. La plaquette 20 ou chaque face 23 de la plaquette 20 est réalisée en matériau résistant à la forte chaleur présente dans et à proximité du cordon de soudure 11 au moment du soudage. Un matériau résistant est par exemple la céramique. La plaquette 20 est sensiblement de la longueur du cordon de soudure 11. Selon un mode de réalisation alternatif d’une extrémité externe 18 d’un bras externe 17, représenté à la , l’extrémité externe 18 comprend deux plaquettes 20 parallèles l’une à côté de l’autre. De manière équivalente, la peut se rapporter à une extrémité interne 22. Les plaquettes 20 sont par exemple de section triangulaire. Chaque plaquette 20 comprend une face 23 destinée à racler le cordon de soudure 11 lorsque les plaquettes 20 sont placées au niveau du cordon de soudure 11, les deux faces 23 étant sensiblement opposées. Les faces 23 sont chacune parallèles à un plan comprenant l’axe de rotation 13. Les deux faces 23 permettent de racler et de supprimer le cordon de soudure 11 peu importe le sens de rotation des premier et second éléments 2 et 3. Les plaquettes 20 ou chaque face 23 des plaquettes 20 sont réalisées en matériau résistant à la forte chaleur présente dans et à proximité du cordon de soudure 11 au moment du soudage. Un matériau résistant est par exemple la céramique. Les plaquettes 20 sont sensiblement de la longueur du cordon de soudure 11. Dans une variante du mode de réalisation de la , illustrée à la , les plaquettes 20 sont parallèles et décalées de sorte à chacune couvrir une partie du cordon de soudure 11 dans un mode de mise en œuvre où le premier et le second outillage de maintien 5 et 6 tournent dans des sens opposés. Les plaquettes 20 sont alors sensiblement de la longueur de la moitié du cordon de soudure 11. Dans un autre mode de réalisation du système de soudage illustré à la , les extrémités externes 18 et/ou interne 22 du bras externe 17 et/ou du bras interne 21 comprennent chacune une plaquette 20 dont la face 23 destinée à racler le cordon de soudure 11 est sensiblement perpendiculaire à un plan comprenant l’axe de rotation 13. Dans ce mode de réalisation, un mouvement de translation selon la direction Z des bras externe 17 et interne 21 est nécessaire afin de racler le cordon de soudure 11. On a représenté sur la les étapes d’un mode de mise en œuvre d’un procédé de soudage du premier élément 2 avec le second élément 3. Dans un mode de mise en œuvre, on utilise le système de soudage représenté à la . On effectue dans un premier temps une étape 31 de mise en position et d’alignement des premier et second éléments 2 et 3 respectivement sur le premier et le second outillage de maintien 5 et 6 à l’aide des mâchoires 12. Puis, on effectue une étape 32 de mise en rotation du premier élément 2 à l’aide du premier outillage de maintien 5 mis en rotation par un moteur (non représenté). En variante, par effet de symétrie, c’est le second élément 3 qui peut être mis en rotation. Ensuite, on effectue une étape 33 de mise en contact et de maintien en pression des premier et second éléments l’un contre l’autre pour le soudage par friction. Dans cette étape 33, les surfaces de contact 7 frottent l’une contre l’autre et chauffent les régions adjacentes 10 de sorte que la matière devient malléable et permet le soudage des premier et second éléments 2 et 3. La matière malléable crée cependant le cordon de soudure 11 qu’il est nécessaire de supprimer pour raisons esthétiques et pratiques. Durant l’étape 34 suivante, on supprime le cordon de soudure 11 à chaud. En particulier, on supprime le cordon de soudure 11 parallèlement à l’étape 33 de soudage. Pour cela, on met en rotation le premier et le second outillages de maintien 5 et 6 et l’on approche la ou les plaquettes 20 d’usinage du cordon de soudure 11 en formation afin de racler ledit cordon de soudure 11 tout au long du soudage. Les premier et second outillages de maintien 5 et 6 sont mis en rotation, tandis que la ou les plaquettes 20 restent fixes, afin de faire défiler le cordon de soudure 11 et de le racler sur toute sa longueur. En particulier, les premier et second outillages de maintien 5 et 6 sont mis en rotation à des vitesses différentes de sorte que le soudage par friction est effectif, tout en permettant à la ou aux plaquettes 20 de racler le cordon de soudure 11. Dans le mode de réalisation de la , les premier et second outillages de maintien 5 et 6 sont par exemple mis en rotation dans des sens contraires. Dans ce mode de mise en œuvre, la ou les plaquettes 20 comprennent une ou des faces 23 destinées à racler le cordon de soudure 11, la ou les faces étant parallèles à un plan comprenant l’axe de rotation 13. Enfin, on effectue une étape 35 d’arrêt de la mise en rotation du premier élément 2 contre le second élément 3. La matière refroidit et le soudage solidarise le premier élément 2 avec le second élément 3. Dans un autre mode de mise en œuvre illustré à la et utilisant le système de soudage de la , l’étape 34 de suppression du cordon de soudure 11 est réalisée après l’étape d’arrêt de la mise en rotation du premier élément 2. En particulier, la suppression du cordon de soudure 11 s’effectue une fois que la soudure a solidarisé le premier élément 2 et le second élément 3, le cordon de soudure 11 restant chaud et facilement usinable pour sa suppression. Dans ce mode de mise en œuvre, la ou les plaquettes 20 comprennent une ou des faces 23 destinées à racler le cordon de soudure 11, la ou les faces 23 étant parallèles à un plan comprenant l’axe de rotation 13. De plus, le premier et le second éléments 2 et 3 étant solidarisés, il n’est pas utile que le second outillage de maintien 6 soit moteur de la rotation du premier et du second éléments 2 et 3. Le premier outillage de maintien 5 assure la rotation du premier et du second éléments 2 et 3 pendant la suppression du cordon de soudure 11. Dans une variante du mode de mise en œuvre illustré à la , on utilise le système de soudage selon le mode de réalisation représenté à la . Dans ce mode de mise en œuvre, l’étape 34 de suppression du cordon de soudure 11 est réalisée après l’étape d’arrêt de la mise en rotation du premier élément 2. En particulier, la suppression du cordon de soudure 11 s’effectue une fois que la soudure a solidarisé le premier élément 2 et le second élément 3, le cordon de soudure 11 restant chaud et facilement usinable pour sa suppression. Dans ce mode de mise en œuvre, la ou les plaquettes 20 comprennent une ou des faces 23 destinées à racler le cordon de soudure 11, la ou les faces 23 étant sensiblement perpendiculaires à un plan comprenant l’axe de rotation 13. En particulier, ce mode de mise en œuvre comprend des aller-retours selon la direction Z des plaquettes 20 à l’aide du dispositif 15 de suppression afin de racler le cordon de soudure 11. Après chaque aller-retour, le premier outillage de maintien 5 effectue une légère rotation pour positionner la ou les plaquettes 20 en face d’une nouvelle portion de cordon de soudure 11 à supprimer. De plus, le premier et le second éléments 2 et 3 étant solidarisés, il n’est pas utile que le second outillage de maintien 6 soit moteur de la rotation du premier et du second éléments 2 et 3. Le premier outillage de maintien 5 assure la rotation du premier et du second éléments 2 et 3 pendant la suppression du cordon de soudure 11. Système de soudage par friction (1) d’un premier élément (2) et d’un second élément (3) de turbomachine, créant un cordon de soudure (11) entre le premier élément (2) et le second élément (3), caractérisé en ce qu’il comprend un premier outillage de maintien (5) du premier élément (2), un second outillage de maintien (6) du second élément (3), et un dispositif (15) de suppression à chaud du cordon de soudure (11), le premier outillage de maintien (5) étant apte à entrer en rotation autour d’un axe de rotation (13). Système selon la revendication 1, dans lequel le dispositif (15) de suppression à chaud du cordon de soudure (11) comprend un bras externe (17) déplaçable parallèlement et perpendiculairement à l’axe de rotation (13) du premier outillage de maintien (5), le bras externe (17) comprenant au moins une plaquette (20) d’usinage comprenant au moins une face (23) destinée à racler le cordon de soudure (11). Système selon l’une des revendications 1 et 2 dans lequel les premier et second éléments (2 ; 3) sont creux, et dans lequel le dispositif (15) de suppression à chaud du cordon de soudure (11) comprend un bras interne (21) apte à être introduit dans les premier et second éléments (2 ; 3), le bras interne (21) étant déplaçable parallèlement et perpendiculairement à l’axe de rotation (13) du premier outillage de maintien (5), le bras interne (21) comprenant au moins une plaquette (20) d’usinage comprenant au moins une face (23) destinée à racler le cordon de soudure (11). Système selon l’une des revendications 2 et 3, dans lequel l’au moins une plaquette (20) d’usinage est réalisée en matériau résistant à la forte chaleur régnant dans le cordon de soudure (11). Système selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l’au moins une face (23) de la plaquette (20) destinée à racler le cordon de soudure (11) est parallèle à un plan comprenant l’axe de rotation (13) du premier outillage de maintien (5) ou est sensiblement perpendiculaire à un plan comprenant l’axe de rotation (13) du premier outillage de maintien (5). Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le second outillage de maintien (6) est apte à entrer en rotation autour de l’axe de rotation (13) du premier outillage de maintien. Procédé de soudage d’un premier élément (2) et d’un second élément (3) par friction, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : Mise en position et alignement (étape 31) des premier et second éléments (2 ; 3) respectivement sur un premier outillage de maintien (5) et sur un second outillage de maintien (6) d’un système de soudage (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 ; Mise en rotation (étape 32) du premier élément (2) par le premier outillage de maintien (5) ; Mise en contact et maintien en pression (étape 33) des premier et second éléments (2 ; 3) pour leur soudage par friction, ledit soudage créant un cordon de soudure (11) ; Suppression (étape 34) du cordon de soudure (11) à chaud ; et Arrêt de la mise en rotation (étape 35) du premier élément (2) contre le second élément (3). Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’étape (34) de suppression du cordon de soudure (11) est réalisée avant l’étape (35) d’arrêt de la mise en rotation du premier élément (2) contre le second élément (3), le second élément (3) étant mis en rotation par le second outillage de maintien (6) à une vitesse différente de la rotation du premier outillage de maintien (5), la suppression du cordon de soudure (11) étant effectuée par raclage d’au moins une face (23) d’une plaquette (20) parallèle à un plan comprenant l’axe de rotation (13) du premier outillage de maintien (5). Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’étape (34) de suppression du cordon de soudure (11) est réalisée après l’étape (35) d’arrêt de la mise en rotation du premier élément (2) contre le second élément (3), la suppression du cordon de soudure (11) étant effectuée par raclage d’au moins une face (23) d’une plaquette (20) parallèle à un plan comprenant l’axe de rotation (13) du premier outillage de maintien. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’étape (34) de suppression du cordon de soudure (11) est réalisée après l’étape (35) d’arrêt de la mise en rotation du premier élément (2) contre le second élément (3), la suppression du cordon de soudure (11) étant effectuée par raclage longitudinal d’au moins une face (23) d’une plaquette (20) sensiblement perpendiculaire à un plan comprenant l’axe de rotation (13) du premier outillage de maintien.