Brevet FR3142368A1 — publié le 20240531

Procédé de soudage d’une première pièce et d’une deuxième pièce toutes deux en matériau métallique, comprenant les étapes de : positionner sur une enclume un premier bord de la première pièce et un deuxième bord de la deuxième pièce de telle manière que le deuxième bord jouxte le premier bord en définissant une ligne de jonction ; appliquer sur les bords un outil en rotation pour former une soudure par friction malaxage le long de la ligne de jonction. L’enclume est pourvue le long de la ligne de jonction d’une pièce martyre fixée à l’enclume de manière amovible. Outillage pour la mise en œuvre de ce procédé. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1 Procédé et outillage de fabrication d’une pièce par soudage La présente invention concerne le domaine du soudage, et plus particulièrement du soudage par friction malaxage. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Il est connu de fabriquer des pièces par soudage de parties de pièces. Un procédé de soudage actuellement utilisé est le soudage par friction malaxage. Le soudage par friction ou soudage par friction malaxage ou FSW (de l’anglais friction stir welding ) consiste à échauffer deux parties de pièce par friction pour les amener localement à un état pâteux permettant la réalisation d’une soudure entre ces deux parties de pièce. Le soudage par friction malaxage est le plus couramment utilisé pour des opérations de soudage bord à bord. On entend par soudage bord à bord, la réalisation d’une soudure entre un premier bord d’une première partie de pièce et un deuxième bord d’une deuxième partie de pièce ; le premier bord s’étendant parallèlement au premier bord et en regard du deuxième bord. La soudure peut être une soudure sur bords droits, une soudure en V (les bords sont chanfreinés sur toute leur hauteur), une soudure en Y (les bords sont chanfreinés sur une partie de leur hauteur), une soudure en U (les bords sont creusés pour former une gorge une fois accolés l’un à l’autre)… Un outil de soudage comportant un épaulement en saillie duquel s’étend un pion profilé est mis en rotation et appliqué sur la zone à souder (l’épaulement est en appui contre la surface des parties de pièce à l’aplomb des deux bords et le pion pénètre entre les deux bords) pour échauffer par friction les deux bords jusqu’à les amener dans un état pâteux malaxé par l’outil pour réaliser la soudure à une température inférieure à la température de fusion du matériau. L’une des difficultés de mise en œuvre du soudage par friction malaxage réside dans la maîtrise de l’état de surface à l’arrière de la soudure, en particulier pour les pièces creuses. Une autre de ces difficultés est de reprendre l’effort de pénétration exercé sur les parties de pièces par l’outil parallèlement à son axe de rotation. OBJET DE L’INVENTION L’invention a notamment pour but de faciliter le soudage par friction malaxage. A cet effet, on prévoit, selon l’invention un procédé de soudage d’une première pièce et d’une deuxième pièce toutes deux en matériau métallique, comprenant les étapes de : positionner sur une enclume un premier bord de la première pièce et un deuxième bord de la deuxième pièce de telle manière que le deuxième bord jouxte le premier bord en définissant une ligne de jonction ; appliquer sur les bords un outil de soudage (103) en rotation pour former une soudure par friction malaxage le long de la ligne de jonction. L’enclume est pourvue le long de la ligne de jonction d’au moins une pièce martyre fixée à l’enclume de manière amovible. Ainsi, l’utilisation d’une pièce martyre fixée de manière amovible à l’enclume présente plusieurs avantages. Elle permet la reprise des efforts de soudage sans gêner le retrait ultérieur de la pièce soudée vis-à-vis de l’enclume puisque, en cas d’adhérence de la pièce martyre à la soudure, la pièce martyre peut être ôtée de l’enclume en même temps que la pièce soudée avant d’être décollée de la soudure. En cas d’altération de la pièce martyre, il est facile de la remplacer alors qu’en l’absence de pièce martyre, une altération de l’enclume nécessite un usinage de l’enclume. Enfin elle permet une maîtrise de l’état de surface à l’arrière de la soudure. L’invention concerne également un outillage pour la mise en œuvre de ce procédé. L’outillage de soudage par friction malaxage, comprend une enclume pourvue d’une pièce martyre, et un outil monté en regard de la pièce martyre pour être mobile en rotation et en translation par rapport à la pièce martyre. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : la est une vue schématique partielle, en élévation, illustrant le procédé de soudage selon l’invention ; la est une vue partielle de dessus illustrant ce procédé ; la est une vue en coupe d’une pièce soudée installée dans l’outillage avant une opération de soudage. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION L’invention concerne la fabrication d’une pièce soudée généralement désignée en P, comme une pièce de véhicule (pièce de structure ou d’atterrisseur d’aéronef par exemple), en mettant en œuvre un procédé de soudage par friction malaxage. Selon un premier mode de mise en œuvre, la pièce soudée P est réalisée à partir d’une première partie de pièce (ou pièce) généralement désignée en 1.1 et d’une deuxième partie de pièce (ou pièce) généralement désignée en 1.2. Les parties de pièce 1.1 et 1.2, ici un aluminium, comportent, toutes deux, deux surfaces principales opposées 2.1, 2.2 et 3.1, 3.2 réunies par un côté ou bord 4.1, 4.2. Les parties de pièce 1.1 et 1.2 sont ici en deux nuances d’aluminium différentes. Pour réaliser la pièce P, la première partie de pièce 1.1 et la deuxième partie de pièce 1.2 doivent être soudées bord à bord le long des bords 4.1, 4.2 formant une ligne de jonction LJ des deux parties de pièce 1.1, 1.2. Pour réaliser le soudage bord à bord, les parties de pièce 1.1, 1.2 sont placées dans un outillage, généralement désigné en 100. L’outillage 100 comprend un bâti 101 portant une tête de soudage 102 qui est entraînée en translation horizontale et verticale par rapport au bâti 101. Un outil de soudage 103 est monté sur la tête de soudage 102 pour pivoter autour d’un axe de révolution de l’outil de soudage 103 et est entrainé en rotation autour de cet axe. L’outil de soudage 103 comprend un épaulement 104 en saillie duquel s’étend un pion 105. L’outil de soudage 103 est entraîné en translation parallèlement à lui-même selon un mouvement dit d’avance pour permettre la réalisation d’un cordon de soudure. L’outil de soudage 103 s’étend à l’aplomb d’une enclume 106 reposant sur le bâti 101. L’enclume 106 est pourvue d’une pièce martyre 107, sous forme d’une languette, fixée de manière amovible dans une rainure ménagée dans une surface supérieure 108 de l’enclume 106 de telle manière que la pièce martyre 107 affleure la surface supérieure 108. Au sens de l’invention, le simple engagement de la pièce martyre 107 dans la rainure constitue une fixation amovible. Néanmoins, il est possible de prévoir des moyens complémentaires de fixation comme des butées axiales ou des pions immobilisant la pièce martyre le long de la rainure ; un adhésif tel qu’une colle ou un ruban adhésif double-face… La pièce martyre 107 a une largeur l 107 supérieure ou proche du diamètre d 104 de l’épaulement 104 de l’outil 103. La pièce martyre 107 a une longueur L 107 supérieure à une longueur L 1 de la ligne de jonction LJ des pièces 1.1 et 1.2 et ici aussi de l’enclume 106 de telle manière que la pièce martyre 107 ait au moins une de ces portions d’extrémité 107.1, 107.2, ici les deux, s’étendant en saillie des pièces 1.1, 1.2 et de l’enclume 106. Ces portions d’extrémité en saillie facilitent le retrait de la pièce martyre 107 de l’enclume 106 pour son remplacement mais aussi le décollement de la pièce martyre 107 de la pièce soudée P si la pièce martyre 107 a adhéré à la soudure réalisée comme on le verra plus tard. Les parties de pièce 1.1, 1.2 sont bridées sur l’enclume 106 : les parties de pièce 1.1, 1.2 reposent par leurs surfaces 3.1, 3.2 sur la surface 108 de l’enclume 106 et les bords 4.1, 4.2 sont disposés en regard l’un de l’autre à l’aplomb de la pièce martyre 107. Le bridage de parties de pièce sur une enclume est connu en lui-même et ne sera pas détaillé ici. Le soudage par friction malaxage commence en mettant en rotation l’outil de soudage 103 puis en l’appliquant sur les parties de pièces 1.1, 1.2 de telle manière que l’épaulement 104 soit en appui contre la surface 2.1, 2.2 des parties de pièce 1.1, 1.2 à proximité des deux bords 4.1, 4.2 et le pion 105 pénètre entre les deux bords 4.1, 4.2 pour échauffer par friction les deux bords 4.1, 4.2 jusqu’à les amener dans un état pâteux malaxé par l’outil de soudage 103 en rotation. La soudure est ainsi réalisée à une température inférieure à la température de fusion du matériau. L’outil de soudage 103 est ensuite déplacé d’une extrémité à l’autre de la ligne de jonction LJ. L’outil de soudage 103 et la commande de ses mouvements pour opérer le soudage par friction malaxage sont connus en eux-mêmes et ne seront pas plus détaillés ici. Une fois la soudure réalisée, la pièce soudée P est débridée, ôtée de l’enclume 106 et extraite de l’outillage 100. La pièce martyre 107 peut être en différents matériaux. Selon un premier mode de réalisation, la pièce martyre 107 comprend au moins en surface un matériau limitant l’adhérence de la soudure à la pièce martyre 107. Plus précisément, la pièce martyre 107 a une surface supérieure en un matériau résistant à la chaleur dégagée par le soudage et présentant des propriétés d’anti-adhérence vis-à-vis du matériau des parties de pièces en cours de soudage. Ce matériau est ici un matériau composite comprenant des charges de renfort en céramique noyées dans une matrice métallique (matériau appelé CERMET). La matrice est ici en cobalt et les charges de renfort sont en carbure de tungstène. Le matériau prend la forme d’un revêtement recouvrant la languette par exemple réalisée en acier. Le dépôt du revêtement est ici réalisé par le procédé de projection à haute vitesse par carburant oxygène ou HVOF ( High Velocity Oxygen Fuel ). D’autres modes de dépôt sont envisageables. D’autres matériaux composites de ce type sont utilisables ou des matériaux non composites. La pièce martyre 107 peut également comprendre une couche superficielle de talc ou d’une cire. En outre, la pièce martyre 107 peut être toute entière faite du matériau présentant les propriétés d’anti-adhérence vis-à-vis du matériau des parties de pièces en cours de soudage. Ainsi, dans ce mode de réalisation, la pièce P peut être sortie de l’outillage sans adhérer à la pièce martyre 107 ni à l’enclume 106. Au pire, si la pièce martyre 107 était détériorée et adhérait à la pièce soudée P, il suffirait d’exercer sur la pièce martyre 107 un effort de décollement en tirant sur au moins l’une des extrémités 107.1, 107.2 de la pièce martyre 107 selon une direction normale à la pièce soudée P. Selon un deuxième mode de réalisation, la pièce martyre 107 est réalisée en un matériau tel qu’un transfert dudit matériau vers la soudure n’occasionne pas d’altération significative de propriété de la soudure. La pièce martyre 107 est réalisée ici dans le même matériau que les parties de pièce 1.1, 1.2, à savoir ici de l’aluminium. De préférence, l’aluminium utilisé pour la pièce martyre 7 est traité pour présenter une oxydation anodique chromique : une telle oxydation améliore la résistance à la corrosion. Alternativement, l’aluminium utilisé pour la pièce martyre 7 est traité pour présenter une oxydation anodique sulfurique : une telle oxydation améliore la résistance à la corrosion mais aussi la résistance à l’usure. Alternativement, l’aluminium utilisé pour la pièce martyre 7 est traité par chromatation pour améliorer la résistance à la corrosion. Ainsi, non seulement la pièce martyre 107 est réalisée en un matériau tel qu’un transfert dudit matériau vers la soudure n’occasionne pas d’altération significative de propriété de la soudure mais, en plus, le matériau de la pièce martyre 107 est apte à engendrer une amélioration d’au moins une propriété de la soudure en cas de transfert, par exemple ici la résistance à la corrosion ou l’adhérence d’un revêtement ultérieur sur la soudure. On note que la pièce martyre 107 peut être remplacée par une autre si elle est altérée après une opération de soudage. Ce mode de réalisation couvre également une pièce martyre sous la forme d’une fine languette en aluminium pur qui est soudée par diffusion aux parties de pièce 1.1, 1.2. La pièce martyre forme ainsi localement un revêtement interne de la zone de soudure de la pièce soudée. Il est ainsi réalisé un cladage superficiel de toute la zone de soudure. Après l’opération de soudage, on peut prévoir une phase de finition comprenant tout ou partie des étapes suivantes (ici toutes) : réaliser un traitement thermique pour obtenir un état métallurgique approprié pour l’utilisation ultérieure de la pièce soudée P et pour relâcher les contraintes liées à la soudure ; abraser la surface de la pièce soudée P au moins au voisinage de la soudure ; brosser la soudure pour atténuer les vaguelettes présentes à la surface extérieure de celui-ci et améliorer la tenue en fatigue de la soudure ; effectuer un contrôle non destructif de la pièce soudée P (par exemple par ultrasons, courant de Foucault, ressuage ou rayon X) ; réaliser des usinages de finition de la pièce soudée P (incluant les zones de départ et de fin de soudure) ; déposer un revêtement sur la soudure ou la totalité de la pièce soudée P. Le traitement thermique est connu en lui-même et vise à obtenir un état métallurgique correspondant aux standards actuels pour l’application envisagée. L’abrasion est réalisée par fraisage et vise à enlever des excès de matière localisés pour obtenir une surface lisse ayant un état de surface correspondant aux standards actuels pour l’application envisagée. L’abrasion peut être réalisée en plusieurs phases, par exemple une phase d’ébavurage ou de surfaçage grossier, et une phase de surfaçage fin. Un autre exemple de pièce soudée au moyen du procédé de l’invention va être ici décrit. Selon un deuxième mode de mise en œuvre du procédé de l’invention, la pièce soudée P’ est une pièce creuse de section rectangulaire qui comprend deux premières parties de pièces 11.1, ici des corps de bielle, entretoisées par deux parties de pièce 11.2, ici des plaques. Chaque partie de pièce 11.2 est donc une plaque qui comprend deux faces principales 12.2, 13.2 et a une forme sensiblement trapézoïdale allongée avec deux bords longitudinaux 14.2 convergeant depuis une première extrémité de la plaque vers une deuxième extrémité de la plaque, la première extrémité étant plus large que la deuxième extrémité. Chaque partie de pièce 11.1 est donc un corps de bielle ayant une forme sensiblement parallélépipédique et comprenant une face principale en saillie de laquelle s’étendent deux languettes longitudinales qui sont parallèles l’une à l’autre et qui ont chacune un bord libre 14.1, une surface externe 12.1 et une surface interne 13.1. Chaque languette a ici une épaisseur égale à l’épaisseur des plaques. Chaque corps de bielle a deux tronçons d’extrémité parallèle l’un à l’autre et pourvus chacun d’un perçage d’axe perpendiculaire aux tronçons d’extrémité ; et les deux tronçons d’extrémité sont légèrement décalés l’un par rapport l’autre dans une direction parallèle aux axes des perçages de sorte que, lorsque les deux corps de bielle sont placés face à face avec leurs languettes en regard les unes des autres, les corps de bielle convergent l’un vers l’autre conformément à la convergence des bords longitudinaux 14.2. Pour former la pièce soudée P’, les bords libres 14.1 vont être soudés aux bords 14.2 de manière à former la section transversale rectangulaire creuse de la pièce soudée P’. On utilise comme précédemment une enclume 106 dont la hauteur h 106 (mesurée perpendiculairement à la surface 108) est égale à l’espacement entre les deuxièmes parties de pièce 11.2 dans la pièce soudée P’ finie. L’enclume 106 est ici pourvue de deux pièces martyres 107 affleurant la même surface 108 de l’enclume pour réaliser le soudage des deux bords 14.2 de la parie de pièce 11.2 chacun à un des bords 12.1 d’une des parties de pièce 11.1 et à un des bords 12.1 de l’autre des parties de pièce 11.1. On commence par souder, comme précédemment décrit, les deux premières pièces 11.1 à l’une des deuxièmes pièces 11.2. On peut surélever l’enclume 106 pour s’assurer que les surfaces 13.1, 13.2 sont en appui sur l’enclume 106 et la pièce martyre 107. L’ensemble ainsi formé est retiré de l’outillage, de même que l’enclume 106, puis est retourné et placé à nouveau dans l’outillage. L’enclume 106 est alors placée entre les deux premières parties de pièce 11.1, sur la deuxième partie de pièce 11.2 déjà soudée, de telle manière que chaque pièce martyre 107 s’étende pour partie sous la surface 13.1 et le bord 14.1 de l’une des premières parties de pièce 11.1. La deuxième partie de pièce 11.2 restante est alors placée sur l’enclume 106 avec chaque bord 14.2 sur une des pièces martyres 107 et le soudage est réalisé. A la fin du soudage, l’enclume 106 est retirée en la faisant glisser le long de la pièce soudée P’. Si une des pièces martyres 107 adhère à la soudure, la pièce martyre 107 va se détacher de l’enclume 106 du fait de l’effort de traction exercé sur l’enclume 106 et sera retirée ensuite de la pièce soudée P’. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications. En particulier, le procédé de l’invention est utilisable pour fabriquer toute sorte de pièce et par exemple une pièce d’atterrisseur d’aéronef et par exemple : un bras de contre-fiche, une bielle de stabilisation, un panneau de contreventement, une barre de frein, un caisson principal…. L’invention est applicable à des pièces à base d’autres matériaux que l’aluminium et par exemple à base d’acier ou de titane. Les pièces peuvent avoir d’autres formes que celles représentées. Une ou plusieurs des étapes de finition peuvent être omises. Les parties de pièces peuvent être obtenues par une ou plusieurs opérations de laminage, forgeage, matriçage, ou toute autre opération de fabrication, éventuellement suivie(s) par une autre opération comme une opération d’usinage ou de reprise d’usinage. L’outillage peut avoir une structure différente de celle décrite. La tête de soudage peut être positionnée à l’extrémité d’un bras de robot. L’enclume peut être pourvue de plusieurs pièces martyres. La pièce martyre peut avoir une longueur telle qu’elle déborde des parties de pièces à au moins à une extrémité de la ligne de jonction. La pièce martyre peut avoir un état de surface Ra d’au plus 1,6. Procédé de soudage d’une première pièce (1.1) et d’une deuxième pièce (1.2) toutes deux en matériau métallique, comprenant les étapes de : positionner sur une enclume (106) un premier bord (4.1) de la première pièce et un deuxième bord (4.2) de la deuxième pièce de telle manière que le deuxième bord jouxte le premier bord en définissant une ligne de jonction (LJ) ; appliquer sur les bords un outil de soudage (103) en rotation pour former une soudure par friction malaxage le long de la ligne de jonction ; caractérisé en ce que l’enclume est pourvue le long de la ligne de jonction d’au moins une pièce martyre (107) fixée à l’enclume (106) de manière amovible. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pièce martyre (107) comprend au moins en surface un matériau limitant l’adhérence de la soudure à la pièce martyre. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le matériau comprend une cire ou un matériau composite comportant une matrice métallique et des charges de renfort en céramique noyées dans la matrice. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1, dans lequel la pièce martyre (107) est en un matériau tel qu’un transfert dudit matériau vers la soudure n’occasionne pas d’altération significative de propriété de la soudure. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le matériau de la pièce martyre (107) est apte à engendrer une amélioration d’au moins une propriété de la soudure en cas de transfert. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le matériau de la pièce martyre (107) est sensiblement identique à un matériau des parties de pièce (1.1, 1.2). Procédé selon la revendication 6, dans lequel les parties de pièce sont en aluminium et la pièce martyre est en aluminium protégé de type OAC, OAS ou Surtec. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la pièce martyre (107) a la forme d’une fine languette est soudée aux parties de pièce (1.1, 1.2) lors du soudage par friction malaxage de telle manière que la pièce martyre forme un revêtement de la zone de soudure. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce martyre est remplacée après une ou plusieurs opérations de soudage. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le soudage est réalisé au moyen d’un outil comportant un épaulement en saillie duquel s’étend un pion, l’épaulement étant appliqué contre les parties de pièce pendant le soudage et le pion pénétrant entre les parties de pièce, la pièce martyre ayant une forme de languette de largeur sensiblement égale à un diamètre de l’épaulement. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce martyre a une longueur telle qu’elle déborde des parties de pièces à au moins à une extrémité de la ligne de jonction. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce martyre a un état de surface Ra d’au plus 1,6. Outillage de soudage par friction malaxage, comprenant une enclume pourvue d’une pièce martyre, et un outil monté en regard de la pièce martyre pour être mobile en rotation et en translation par rapport à la pièce martyre.