EP4608595A1 - Procédé de soudage par friction malaxage et ensemble de soudage associé - Google Patents

Procédé de soudage par friction malaxage et ensemble de soudage associé

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Publication number
EP4608595A1
EP4608595A1 EP23817185.4A EP23817185A EP4608595A1 EP 4608595 A1 EP4608595 A1 EP 4608595A1 EP 23817185 A EP23817185 A EP 23817185A EP 4608595 A1 EP4608595 A1 EP 4608595A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
welding
positioning
machined
groove
friction stir
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23817185.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Xavier Holay
Eve-Anne OTERO
Virginie Emmanuelle Anne-Marie Digeos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Nacelles SAS
Original Assignee
Safran Nacelles SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Nacelles SAS filed Critical Safran Nacelles SAS
Publication of EP4608595A1 publication Critical patent/EP4608595A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1265—Non-butt welded joints, e.g. overlap-joints, T-joints or spot welds
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    • B23K20/128—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding making use of additional material
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    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
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    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding

Definitions

  • the present invention relates to friction stir assembly devices and processes, also called “friction stir welding” in English terms.
  • the invention relates to a process for welding two parts by friction stir and an associated welding assembly.
  • the invention applies to any type of field requiring assembly by friction kneading of two elements to be assembled.
  • friction stir welding is an assembly process allowing, using welding tools comprising a rotating tip of less than five millimeters in diameter, to mix together the materials of the elements to be assembled and thus create a weld. Friction stir welding is particularly suitable for aluminum alloys.
  • a welding assembly 1 comprises a first part 2 and a second part 3. Pre-drillings are made in the parts 2 and 3, into which pins 4 are introduced. Thanks to the pins 4, the first piece 2 is positioned and held on the second part 3, allowing friction stir welding to be carried out using welding tools 5. In Figure 1, welding is in progress, and a weld bead 6 is produced where the ' tooling 5 has already passed.
  • the pre-drillings present and aligned on the two parts 2 and 3 may end up offset, which causes tightening and blocking of the pins 4 in the pre-drilled holes.
  • the present invention therefore aims to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the subject of the present invention is therefore a process for friction stir welding of a first part onto a second part, the first part being placed on the second part, comprising the following steps:
  • the machined positioning and holding means comprising at least one projecting part and at least one groove intended to receive the at at least one projecting part for positioning and holding the first part on the second part, the at least one projecting part being machined on the first part and the at least one groove being machined in the second part,
  • Friction stir welding of a first welding zone of the first part and a second welding zone of the second part Activation of the positioning and holding means, Friction stir welding of a first welding zone of the first part and a second welding zone of the second part.
  • the step of activating the positioning means comprises assembling the at least one protruding part with the at least one groove intended to receive the at least one protruding part.
  • the at least one protruding part is machined on a lower surface of the first part, and the at least one groove is machined in an upper surface of the second part.
  • the at least one protruding part is machined from an aluminum alloy.
  • the at least one protruding part is machined in the material of the first welding zone.
  • the at least one protruding part is machined on the first welding zone of the first part and the at least one groove is machined in a portion of the second welding zone intended to be in contact with the at least one protruding part.
  • the at least one groove is machined in a portion of the second welding zone intended to be in contact with the first welding zone.
  • At least a portion of the positioning and holding means is welded by friction stir to the first and second welding zones.
  • the method comprises a step of applying an insulating element in the at least one groove, prior to the step of activating the positioning and holding means.
  • the insulating element is putty.
  • the invention also relates to a weld obtained from the implementation of a friction stir welding process such as as defined previously on a welding assembly comprising a first part arranged on a second part.
  • FIG l illustrates an example of implementation of a friction stir welding process known from the state of the art on a welding assembly.
  • FIG2 illustrates an initial welding assembly in cross section before implementation of the method according to the invention
  • FIG3 illustrates an example of a friction stir welding process in accordance with the present disclosure
  • FIG4 illustrates a first example of implementation of the method of Figure 3 in accordance with the present disclosure on the welding assembly of Figure 2, illustrated in longitudinal section;
  • FIG5 illustrates the example of Figure 4 in cross section
  • FIG6 illustrates the example of Figure 4 in top view
  • FIG7 illustrates a second example of implementation of the method of Figure 3 in accordance with the present disclosure on the welding assembly of Figure 2, illustrated in cross section;
  • FIG8 illustrates the example of Figure 7 in top view
  • FIG9 illustrates a third example of implementation of the method of Figure 3 in accordance with the present disclosure on the welding assembly of Figure 2, illustrated in cross section.
  • FIG. 2 Schematically shown in Figure 2 is an initial welding assembly 7 before the application of a friction stir welding process according to the invention shown in Figure 3.
  • the welding assembly 7 comprises a first part 8 and a second part 9, shown schematically in cross section.
  • the X axis designates the direction longitudinal of the welding assembly 7
  • the Y axis designates the direction along the width of the welding assembly 7
  • the Z axis designates the vertical direction, oriented upwards.
  • Figure 2 therefore illustrates a cross section along a plane parallel to the Y axis of the welding assembly 7.
  • the first part 8 is a stiffener and the second part 9 is an aircraft structure panel.
  • the first part 8 and the second part 9 are intended to be welded together by friction kneading in transparency, that is to say one on top of the other.
  • the first part 8 comprises a lower surface 8a preferably resting entirely on an upper surface 9a of the second part 9.
  • first part 8 comprises a first welding zone 10 and the second part 9 comprises a second welding zone 1 1, which define respective parts of the parts 8 and 9 intended to be mixed together during friction stir welding.
  • the first welding zone 10 thus comprises at least a portion of the lower surface 8a and the second welding zone 11 comprises at least a portion of the upper surface 9a which is intended to be in contact with the first welding zone 10.
  • the first welding zone 10 and the second welding zone 11 are in fact positioned in contact with each other.
  • the first part 8 illustrated in Figure 2 is an L-shaped stiffener, comprising a base 12a and a shoulder 12b.
  • the first part 8 and the second part 9 are made of materials suitable for friction stir welding.
  • the first part 8 and the second part 9 are made from aluminum alloys, possibly different from each other.
  • Figure 3 illustrates a friction stir welding process of the first part 8 on the second part 9 capable of being implemented on the welding assembly 7.
  • a positioning and holding means is machined on the first and second parts 8 and 9, the positioning and holding means comprising at least one projecting part and at least one groove intended to receive the projecting part, the at least one projecting part being machined on the lower surface 8a of the first part 8 and the at least one groove being machined in the upper surface 9a of the second part 9.
  • a step E2 includes the installation of the first part 8 on the second part 9, and the activation of the positioning and holding means to guarantee the correct positioning and holding of the first piece 8 on the second piece 9.
  • Activation of the positioning and holding means consists of inserting the at least one projecting part into the at least one corresponding groove. In this way, the first part 8 is correctly positioned and held on the second part 9, allowing in a third step E3 to carry out friction stir welding of the first welding zone 10 and the second welding zone 11.
  • the method comprises a step E4 between the first and second steps El and E2, in which an insulating element is applied in the at least one groove.
  • Figures 4, 5 and 6 illustrate a first example of implementation of the method of Figure 3
  • Figures 7 and 8 illustrate a second example
  • Figure 9 illustrates a third example.
  • Only the third example includes optional step E4.
  • Figure 4 illustrates a longitudinal section along a plane parallel to the axis
  • Figure 5 illustrates a section along a plane parallel to the Y axis of the welding assembly 7 of Figure 4
  • Figure 6 illustrates a top view along a plane perpendicular to the Z axis of the welding assembly 7 at the end of step E2 of the first example of implementation of the welding process of Figure 3.
  • a positioning and holding means 13 is machined on the first and second parts 8 and 9. More precisely, the means of positioning and holding 13 comprises at least one projecting part 13a machined on the first part 8 and at least one corresponding groove 13b made on the second part 9 and intended to receive and cooperate with the projecting part 13a.
  • the projecting part 13a can thus be described as the male portion of the first part 8 cooperating with the groove 13b of the second part 9 which can be described as the female portion.
  • the projecting part 13a is machined on the lower surface 8a of the first part 8, and more particularly on the portion of the lower surface 8a included in the first welding zone 10 of the first part 8. The projecting part therefore extends towards the bottom when the lower surface 8a is placed on the upper surface 9a.
  • the groove 13b corresponding to said projecting part 13a is machined in the upper surface 9a of the second part 9, and more particularly in the portion of the upper surface 9a included in the second welding zone 11 and which is intended to be in contact with the first welding zone 10.
  • This portion of the upper surface 9a on which the groove 13b is machined is also intended so as to be in contact with the projecting part 13a.
  • the projecting part 13a and the groove 13b are well configured to cooperate so that the groove is able to receive the projecting part 13a when the lower surface 8a of the first part 8 is correctly arranged on the upper surface 9a of the second piece 9.
  • the holding and positioning means 13 is machined from an aluminum alloy, possibly identical to the alloy used to manufacture one of the welding zones 10 and 11.
  • the projecting part 13a is machined from the same material as the first welding zone 10.
  • the holding and positioning means 13 is dimensioned to be included in the first and second welding zones 10 and 11.
  • the holding and positioning means 13 is configured to be welded by friction stir at least partially to the first and second parts 9 and 10, and therefore to the first and second welding zones 10 and 11.
  • step E2 the first part 8 is positioned on the part 9 and the positioning and holding means 13 is activated. More precisely, the activation of the positioning and holding means 13 comprises a phase of assembling the projecting part 13a with the corresponding groove 13b. The projecting part 13a is thus inserted into the corresponding groove 13b. In this way, the first part 8 is correctly positioned and held on the second part 9.
  • the welding step E3 is carried out using friction stir welding tools 14, and consists of a first phase of setting up the friction stir welding tool for welding the first part 8 on the second part 9.
  • the installation consists of positioning the assembly 7 of the two parts 8 and 9 assembled and secured by the positioning and holding means 13 on a welding frame of the welding tool intended to support the lower surface 9b of the second part 9.
  • the friction stir welding tool 14 comprises a rotating tip 14a for friction stir welding and a shoulder 14b carrying the tip 14a at one of its ends.
  • the thickness of the tip 14a conditions the size of the welding zones 10 and 11, and therefore the dimensions of the projecting part 13a perpendicular to the surface 8a.
  • step E3 the welding tool 14 is inserted into the first part 8 up to the welding zones 10 and 11, as illustrated in Figure 4.
  • the welding tool 14 is inserted so as to be in contact with the positioning means 13 and the welding zones 10 and 11.
  • step E3 which is welding, then begins, and a weld bead 15 is formed in the welding zones 10 and 11 as the tooling 14 advances and the local heating of the welding zones 10 and 11 due to the action of the rotating tip 14a.
  • the direction of advancement of the welding tool 14 in Figure 4 is from right to left.
  • the positioning and holding means 13 is thus welded at least partially to the first and second parts 8 and 9.
  • the welding path followed by the welding tool 14 then follows the positioning means 13, as illustrated in Figure 2, and is not limited by a pin.
  • the positioning and welding means 13 is completely welded to the first and second welding zones 10 and 11 of the parts 8 and 9 at the end of step E3.
  • the holding and positioning means 13 has the function of holding the first and second parts 8 and 9 together, which makes it possible to dispense with the use of pins, and consequently, to limit pre-drilling and the subsequent use of rivets or other solutions for plugging these drillings.
  • the holding and positioning means 13 thus eliminates the obstacles to obtaining a continuous weld bead 15. More generally, it is thus possible to use the welding tool 14 in all the required areas between the two parts without accessibility and bulk problems. It is thus not necessary to adapt the trajectory of the weld beads nor to have to stop the bead before the pin areas. In addition, no element needs to be removed after welding, and no element such as riveting needs to be added.
  • Figure 7 illustrates a longitudinal section along a plane parallel to the axis implementation of the welding process of Figure 3.
  • Figure 8 illustrates a top view along a plane perpendicular to the Z axis of the welding assembly 7 at the 'from step E2 of the second example of implementation of the welding process of Figure 3.
  • a positioning and holding means 16 is machined during step E l on the first and second parts 8 and 9.
  • the positioning means 16 also differs from the first example in that the corresponding projecting parts 16a and grooves 16b do not have the same dimension along the axis a dimension according to the X axis between 5% and 15% of the dimension along the
  • one of the two groove parts 16b has a dimension along the axis The axis In the example illustrated in Figures 7 and 8, the groove 16b allowing an additional degree of freedom is the right groove.
  • Steps E2 and E3 are carried out in the same way as for the first implementation example.
  • Figure 9 illustrates a section along a plane parallel to the axis Y of the welding assembly 7 at the end of step E3 of the third example of implementation of the welding process of Figure 3.
  • a positioning and holding means 17 is machined during step E l on the first and second parts 8 and 9.
  • the positioning means 17 comprises two projecting parts 17a and two grooves 17b configured to receive and grip the protruding parts 17a.
  • the two projecting parts 17a are machined parallel on the lower surface 8a of the first part 8, outside and on either side of the first welding zone 10.
  • the two grooves 17b are machined parallel on the upper surface 9a of the second part 9, outside and on either side of the second welding zone 1 1.
  • the positioning and holding means 17 is thus not not intended to be welded during step E3, unlike the first two examples.
  • the third example is the only example described in which the optional step E4 is carried out.
  • an insulating element 18 is applied in the grooves 17b.
  • the insulating element is for example putty.
  • step E2 of activating the positioning and holding means 17 the insertion of the protruding parts 17a into the grooves 17b causes the insulating element 18 to flow back into a free space 19 between the walls of the grooves 17b and the walls of the protruding parts 17a, this free space resulting from the difference in dimension of a few millimeters between the grooves 17b and the protruding parts 17a.
  • the insulating element 18 makes it possible to seal the positioning and holding means 17 by filling the free space.
  • the first welding zone 10 is welded to the second welding zone 11 by friction stirring, so that the welding path is traced between the two protruding parts 17a inserted in the grooves 17b.
  • the positioning and holding means 17 is not welded to the first and second part, unlike the first two examples described.
  • a welding bead 20 is therefore formed between the two protruding parts 17a inserted in the grooves 17b during step E3.
  • Step E4 is optional and makes it possible to overcome cases, as illustrated in the first two examples described, where the welding trajectory does not allow the entire positioning and holding means machined in step El to be welded to the zones welding
  • step El when the positioning and holding means machined in step El is completely welded with the welding zones 10 and
  • step E3 mixing the materials welded by friction Mixing fills the initial free space and seals the welded assembly.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Ce procédé de soudage par friction malaxage d'une première pièce (8) sur une deuxième pièce (9), la première pièce (8) étant disposée sur la deuxième pièce (9), comprend les étapes suivantes : - Usinage (E1) d'un moyen de positionnement et de maintien de la première pièce sur la deuxième pièce (13, 16, 17) sur les première et deuxième pièces (8 et 9), le moyen (13, 16, 17) de positionnement et de maintien usiné comprenant au moins une partie saillante (13a, 16a, 17a) et au moins une rainure (13b, 16b, 17b) destinée à recevoir l 'au moins une partie saillante (13a, 16a, 17a) pour le positionnement et le maintien de la première pièce (8) sur la deuxième pièce (9), l 'au moins une partie saillante (13a, 16a, 17a) étant usinée sur la première pièce (8) et l'au moins une rainure (13b, 16b, 17b) étant usinée dans la deuxième pièce (9), - Activation (E2) du moyen de positionnement et de maintien (13, 16, 17), - Soudage (E3) par friction malaxage d'une première zone de soudage (10) de la première pièce (8) et d'une deuxième zone de soudage (11) de la deuxième pièce (9).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de soudage par friction malaxage et ensemble de soudage associé
Domaine technique
La présente invention concerne les dispositifs et procédés d’ assemblage par friction malaxage, également appelé « friction stir welding » en termes anglo-saxons.
En particulier, l’invention concerne un procédé de soudage de deux pièces par friction malaxage et un ensemble de soudage associé.
De manière générale, l’ invention s’ applique à tout type de domaine nécessitant un assemblage par friction malaxage de deux éléments à assembler.
Techniques antérieures
Dans l’ industrie, et notamment dans l’ industrie aéronautique, il est courant de devoir assembler plusieurs éléments entre eux. Il peut s’ agir par exemple de l’ assemblage d’un raidisseur sur un panneau de structure d’un aéronef afin de rigidifier ledit panneau de structure.
Parmi les différents procédés d’ assemblage, le soudage par friction malaxage est un procédé d’ assemblage permettant, à l’ aide d’un outillage de soudage comprenant une pointe en rotation de moins de cinq millimètres de diamètre, de malaxer ensemble les matières des éléments à assembler et ainsi de créer une soudure. Le soudage par friction malaxage convient particulièrement pour des alliages d’ aluminium.
Pour souder deux pièces ensemble, les pièces doivent être positionnées l’une par rapport à l’ autre et maintenues en position durant le soudage. Pour cela, une des solutions existantes est illustrée sur la figure 1 , et consiste à positionner et maintenir les pièces par un système d’ épingles.
Plus particulièrement, en référence à la figure 1 , un ensemble de soudage 1 comprend une première pièce 2 et une deuxième pièce 3. Des pré-perçages sont pratiqués dans les pièces 2 et 3, dans lesquels sont introduits des épingles 4. Grâces aux épingles 4, la première pièce 2 est positionnée et maintenue sur la deuxième pièce 3, permettant la réalisation du soudage par friction malaxage à l’ aide d’un outillage de soudage 5. Sur la figure 1 , le soudage est en cours, et un cordon de soudure 6 est réalisé où l’ outillage 5 est déjà passé.
Néanmoins, cette solution présente de nombreux inconvénients. Tout d’ abord, le système d’ épingle et de pré-perçages est encombrant, et nuit aux trajectoires de soudage et à l’ environnement machine. De plus, cette solution bloque le passage de l’ outillage de soudage 5, qui ne peut être utilisé trop près des épingles 4. Il en résulte une limitation du cordon de soudure 6 aux abords des épingles 4. D’une manière générale, il n’ est pas possible, par le procédé classique de soudage par friction malaxage, d’ obtenir une trajectoire continue du cordon de soudure 6 entre les deux pièces à souder. Aussi, les épingles doivent être retirées une fois la soudure réalisée, et laissent alors les préperçages libres, qui doivent être rebouchés par un rivetage standard afin d’ assurer l’ étanchéité et l’ aérodynamisme. Enfin, du fait d’un léger déplacement des deux pièces 2 et 3 l’une par rapport à l’ autre durant le soudage, les pré-perçages présents et alignés sur les deux pièces 2 et 3 peuvent se retrouver en décalage, ce qui provoque un serrage et blocage des épingles 4 dans les pré-perçages.
Exposé de l’invention
La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités.
La présente invention a donc pour objet un procédé de soudage par friction malaxage d’une première sur une deuxième pièce, la première pièce étant disposée sur la deuxième pièce, comprenant les étapes suivantes :
Usinage d’un moyen de positionnement et de maintien de la première pièce sur la deuxième pièce sur les première et deuxième pièces, le moyen de positionnement et de maintien usiné comprenant au moins une partie saillante et au moins une rainure destinée à recevoir l'au moins une partie saillante pour le positionnement et le maintien de la première pièce sur la deuxième pièce, l’ au moins une partie saillante étant usinée sur la première pièce et l’ au moins une rainure étant usinée dans la deuxième pièce,
Activation du moyen de positionnement et de maintien, Soudage par friction malaxage d’une première zone de soudage de la première pièce et d’une deuxième zone de soudage de la deuxième pièce.
De manière préférentielle, l’étape d’ activation du moyen de positionnement comprend l’ assemblage de l’ au moins une partie saillante avec l’ au moins une rainure destinée à recevoir l’ au moins une partie saillante.
Avantageusement, l’ au moins une partie saillante est usinée sur une surface inférieure de la première pièce, et l’ au moins une rainure est usinée dans une surface supérieure de la deuxième pièce.
De manière préférentielle, l’ au moins une partie saillante est usinée dans un alliage d’ aluminium.
Avantageusement, l’ au moins une partie saillante est usinée dans le matériau de la première zone de soudage.
Avantageusement, l’ au moins une partie saillante est usinée sur la première zone de soudage de la première pièce et l’ au moins une rainure est usinée dans une portion de la deuxième zone de soudage destinée à être au contact de l’ au moins une partie saillante.
Dans un mode de réalisation, l’ au moins une rainure est usinée dans une portion de la deuxième zone de soudage destinée à être au contact de la première zone de soudage.
Dans ce mode de réalisation, lors de l’étape de soudage, au moins une portion du moyen de positionnement et de maintien est soudée par friction malaxage aux première et deuxième zones de soudage.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une étape d’ application d’un élément isolant dans l’ au moins une rainure, préalablement à l’ étape d’ activation du moyen de positionnement et de maintien.
De manière préférentielle, l’ élément isolant est du mastic.
L’ invention a également pour objet une soudure obtenue à partir de la mise-en-œuvre d’un procédé de soudure par friction malaxage tel que défini précédemment sur un ensemble de soudage comprenant une première pièce disposée sur une deuxième pièce.
Brève description des dessins
D’ autres buts, caractéristiques et avantages 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 :
[Fig l ] illustre un exemple de mise-en-œuvre d’un procédé de soudage par friction malaxage connu de l’ état de la technique sur un ensemble de soudage. ;
[Fig2] illustre un ensemble de soudage initial en coupe transversale avant mise-en-œuvre du procédé selon l’ invention ;
[Fig3] illustre un exemple d’un procédé de soudage par friction malaxage conforme à la présente divulgation ;
[Fig4] illustre un premier exemple de mise-en-œuvre du procédé de la figure 3 conforme à la présente divulgation sur l’ ensemble de soudage de la figure 2, illustré en coupe longitudinale ;
[Fig5] illustre l’ exemple de la figure 4 en coupe transversale ;
[Fig6] illustre l’ exemple de la figure 4 en vue du dessus ;
[Fig7] illustre un deuxième exemple de mise-en-œuvre du procédé de la figure 3 conforme à la présente divulgation sur l’ ensemble de soudage de la figure 2, illustré en coupe transversale ;
[Fig8] illustre l’ exemple de la figure 7 en vue du dessus ;
[Fig9] illustre un troisième exemple de mise-en-œuvre du procédé de la figure 3 conforme à la présente divulgation sur l’ ensemble de soudage de la figure 2, illustré en coupe transversale.
Description détaillée
On a représenté schématiquement sur la figure 2 un ensemble de soudage 7 initial avant l’ application d’un procédé de soudage par friction malaxage selon l’ invention représenté en figure 3. L’ ensemble de soudage 7 comprend une première pièce 8 et une deuxième pièce 9, illustré schématiquement en coupe transversale.
Pour les besoins de la description, on se réfère à un repère orthonormé direct, dans lequel l’ axe X désigne la direction longitudinale de l’ ensemble de soudage 7, l’ axe Y désigne la direction selon la largeur de l’ensemble de soudage 7, et l’ axe Z désigne la direction verticale, orienté vers le haut.
La figure 2 illustre donc une coupe transversale selon un plan parallèle à l’ axe Y de l’ ensemble de soudage 7.
Par exemple, la première pièce 8 est un raidisseur et la deuxième pièce 9 est un panneau de structure d’ aéronef.
La première pièce 8 et la deuxième pièce 9 sont destinées à être soudées ensemble par friction malaxage en transparence, c’ est-à-dire l’une sur l’ autre. Ainsi, le première pièce 8 comprend une surface inférieure 8a reposant de préférence entièrement sur une surface supérieure 9a de la deuxième pièce 9.
Plus précisément, la première pièce 8 comprend une première zone de soudage 10 et la deuxième pièce 9 comprend une deuxième zone de soudage 1 1 , qui définissent des parties respectives des pièces 8 et 9 destinées à être mélangées ensemble lors du soudage par friction malaxage.
La première zone de soudage 10 comprend ainsi au moins une portion de la surface inférieure 8a et la deuxième zone de soudage 11 comprend au moins une portion de la surface supérieure 9a qui est destinée à être au contact de la première zone de soudage 10. Ainsi, la première zone de soudage 10 et la deuxième zone de soudage 1 1 sont de fait positionnées au contact l’une de l’ autre.
A titre d’ exemple non limitatif dans le cadre de la présente divulgation, la première pièce 8 illustrée sur la figure 2 est un raidisseur en forme de L, comprenant une base 12a et un épaulement 12b.
La première pièce 8 et la deuxième pièce 9 sont réalisées dans des matériaux adaptés pour le soudage par friction malaxage. En particulier, le première pièce 8 et la deuxième pièce 9 sont réalisées à partir d’ alliages d’ aluminium, possiblement différents l’un de l’ autre.
La figure 3 illustre un procédé de soudage par friction malaxage de la première pièce 8 sur la deuxième pièce 9 apte à être mis-en-œuvre sur l’ ensemble de soudage 7. Les étapes du procédé sont décrites ci- dessous. Dans une première étape El , un moyen de positionnement et de maintien est usiné sur les première et deuxième pièces 8 et 9, le moyen de positionnement et de maintien comprenant au moins une partie saillante et au moins une rainure destinée à recevoir la partie saillante, l’ au moins une partie saillante étant usinée sur la surface inférieure 8a de la première pièce 8 et l’ au moins une rainure étant usinée dans la surface supérieure 9a de la deuxième pièce 9.
Une fois le moyen de maintien et de positionnement usiné, une étape E2 comprend l’ installation de la première pièce 8 sur la deuxième pièce 9, et l’ activation du moyen de positionnement et de maintien pour garantir le bon positionnement et maintien de la première pièce 8 sur la deuxième pièce 9. L’ activation du moyen de positionnement et de maintien consiste en l’ insertion de l’ au moins une partie saillante dans l’ au moins une rainure correspondante. De cette façon, la première pièce 8 est correctement positionnée et maintenue sur la deuxième pièce 9, permettant dans une troisième étape E3 de réaliser le soudage par friction malaxage de la première zone de soudage 10 et de la deuxième zone de soudage 1 1.
Optionnellement, le procédé comprend une étape E4 entre les première et deuxième étapes El et E2, dans laquelle un élément isolant est appliqué dans l’ au moins une rainure.
Différents exemples de mise-en-œuvre de ce procédé de la figure 3 sur l’ensemble de soudure initial 7 de la figure 2 vont être décrites dans ce qui suit. En particulier, les figures 4, 5 et 6 illustrent un premier exemple de mise-en-œuvre du procédé de la figure 3, les figures 7 et 8 illustrent un deuxième exemple et la figure 9 illustre un troisième exemple.
Seul le troisième exemple comprend l’ étape optionnelle E4.
Le premier exemple de mise-en-œuvre du procédé de la figure 3 sur l’ ensemble de soudure 7 de la figure 2 est illustré sur les figures 4, 5 et 6.
En particulier, la figure 4 illustre une coupe longitudinale selon un plan parallèle à l’ axe X de l’ ensemble de soudage 7 durant l’étape E3 du premier exemple de mise-en-œuvre du procédé de soudage de la figure 3, la figure 5 illustre une coupe selon un plan parallèle à l’ axe Y de l’ ensemble de soudage 7 de la figure 4, et la figure 6 illustre une vue du dessus selon un plan perpendiculaire à l’ axe Z de l’ ensemble de soudage 7 à l’issue de l’ étape E2 du premier exemple de mise en œuvre du procédé de soudage de la figure 3.
Lors de la première étape E l de ce premier exemple de mise-en- œuvre du procédé de la figure 3 , un moyen de positionnement et de maintien 13 est usiné sur les première et deuxième pièces 8 et 9. Plus précisément, le moyen de positionnement et de maintien 13 comprend au moins une partie saillante 13a usinée sur la première pièce 8 et au moins une rainure correspondante 13b pratiquée sur la deuxième pièce 9 et destinée à recevoir et coopérer avec la partie saillante 13a. La partie saillante 13a peut ainsi être qualifiée de portion mâle de la première pièce 8 coopérant avec la rainure 13b de la deuxième pièce 9 pouvant être qualifiée de portion femelle.
La partie saillante 13a est usinée sur la surface inférieure 8a de la première pièce 8 , et plus particulièrement sur la portion de la surface inférieure 8a comprise dans la première zone de soudage 10 de la première pièce 8. La partie saillante s’ étend donc vers le bas lorsque la surface inférieure 8a est disposée sur la surface supérieure 9a.
De façon correspondante, la rainure 13b correspondante à ladite partie saillante 13a est usinée dans la surface supérieure 9a de la deuxième pièce 9, et plus particulièrement dans la portion de la surface supérieure 9a comprise dans la deuxième zone de soudage 1 1 et qui est destinée à être au contact de la première zone de soudage 10. Cette portion de la surface supérieure 9a sur laquelle est usinée la rainure 13b est également destinée de façon à être au contact de la partie saillante 13a.
Sur la figure 6 illustrant une vue du dessus de l’ ensemble de soudage 7, la base 12a est représentée en transparence de manière à laisser apparaitre la partie saillante 13a et la rainure 13b .
Sur ce premier exemple représenté sur les figures 4,5 et 6, la partie saillante 13a s’ étend sur toute la longueur selon l’ axe X de la surface inférieure 8a de la première pièce 8. De même, la rainure 13b est usinée de façon correspondante sur toute la longueur selon l’ axe X de la surface supérieure 9a de la deuxième pièce 9 au contact de la surface inférieure 8a. La dimension de la partie saillante 13a selon l’ axe Y est inférieure à 30% de la dimension selon l’ axe Y de la première pièce 8. La rainure 13b de même s’ étend selon l’ axe Y sur une distance inférieure à 30% de la dimension selon l’ axe Y de la première pièce 8 , cette distant étant néanmoins supérieure de quelques millimètres à la dimension selon l’ axe Y de la partie saillante 13a, de sorte que la rainure 13b est configurée pour recevoir et enserrer la partie saillante 13a.
Ainsi, la partie saillante 13a et la rainure 13b sont bien configurées pour coopérer de façon à ce que la rainure soit apte à recevoir la partie saillante 13a lorsque la surface inférieure 8a de la première pièce 8 est correctement disposée sur la surface supérieure 9a de la deuxième pièce 9.
Le moyen de maintien et de positionnement 13 est usiné dans un alliage d’ aluminium, possiblement identique à l’ alliage utilisé pour fabriquer l’une des zones de soudage 10 et 1 1. Par exemple, la partie saillante 13a est usinée dans le même matériau que la première zone de soudage 10.
Le moyen de maintien et de positionnement 13 est dimensionné pour être compris dans les premières et deuxième zones de soudage 10 et 1 1 . Ainsi, le moyen de maintien et de positionnement 13 est configuré pour être soudé par friction malaxage au moins partiellement aux première et deuxième pièces 9 et 10, et donc aux première et deuxième zones de soudage 10 et 1 1.
Lors de l’ étape E2, la première pièce 8 est positionnée sur la pièce 9 et le moyen de positionnement et de maintien 13 est activé. Plus précisément, l’ activation du moyen de positionnement et de maintien 13 comprend une phase d’ assemblage de la partie saillante 13a avec la rainure correspondante 13b. La partie saillante 13a est ainsi insérée dans la rainure correspondante 13b. De cette façon, la première pièce 8 est correctement positionnée et maintenue sur la deuxième pièce 9.
Lors de la troisième étape E3, le soudage par friction malaxage de la première zone de soudage 10 et de la deuxième zone de soudage 11 est réalisé.
En particulier, l’ étape E3 de soudage est réalisée à l’ aide d’un outillage de soudage par friction malaxage 14, et consiste en une première phase de mise en place de l’ outillage de soudage par friction malaxage pour le soudage de la première pièce 8 sur la deuxième pièce 9. La mise en place consiste à positionner l’ ensemble 7 des deux pièces 8 et 9 assemblées et solidarisées par le moyen de positionnement et de maintien 13 sur un bâti de soudage de l’ outillage de soudage destiné à supporter la surface inférieure 9b de la deuxième pièce 9.
L’ outillage de soudage par friction malaxage 14 comprend une pointe rotative 14a pour le soudage par friction malaxage et un épaulement 14b portant la pointe 14a en une de ses extrémités. L’ épaisseur de la pointe 14a conditionne la taille des zones de soudages 10 et 1 1 , et donc les dimensions de la partie saillante 13a perpendiculairement à la surface 8a.
Dans le cadre d’une deuxième phase de l’ étape E3, l’ outillage de soudage 14 est inséré dans la première pièce 8 jusqu’ aux zones de soudages 10 et 1 1 , comme illustré sur la figure 4. L’ outillage de soudage 14 est inséré de façon à être au contact du moyen de positionnement 13 et des zones de soudages 10 et 1 1. La troisième phase de l’ étape E3 , qui est le soudage, commence alors, et un cordon de soudure 15 est formé dans les zones de soudage 10 et 1 1 au fur et à mesure de l’ avancement de l’ outillage 14 et du chauffage local des zones de soudages 10 et 1 1 du fait de l’ action de la pointe rotative 14a. Le sens d’ avancement de l’ outillage de soudage 14 sur la figure4 est de la droite vers la gauche. Dans le premier exemple de mise-en-œuvre, le moyen de positionnement et de maintien 13 est ainsi soudé au moins partiellement aux première et deuxième pièces 8 et 9.
La trajectoire de soudage suivie par l’ outillage de soudage 14 suit alors le moyen de positionnement 13, comme illustré sur la figure 2, et n’ est pas limitée par une épingle. Le moyen de positionnement et de soudage 13 est totalement soudé aux première et deuxième zones de soudage 10 et 1 1 des pièces 8 et 9 à l’ issue de l’ étape E3.
On comprend donc que le moyen de maintien et de positionnement 13 a pour fonction de tenir les première et deuxième pièce 8 et 9 ensemble, ce qui permet de s’ affranchir de l’utilisation d’ épingles, et par voie de conséquence, de limiter les pré-perçages et l’utilisation ultérieure de rivets ou autres solutions de bouchage de ces perçages. Le moyen de maintien et de positionnement 13 élimine ainsi les obstacles à l’ obtention d’un cordon de soudure continu 15. Plus généralement, il est ainsi possible d’utiliser l’ outillage de soudage 14 dans toutes les zones requises entre les deux pièces sans problème d’ accessibilité et d’encombrement. Il n’ est ainsi pas nécessaire d’ adapter la trajectoire des cordons de soudure ni de devoir arrêter le cordon avant les zones d’ épingles. De plus, aucun élément ne nécessite d’ être enlevé à l’ issue du soudage, et aucun élément tel qu’un rivetage ne nécessite d’ être aj outé.
Le deuxième exemple de mise-en-œuvre du procédé de la figure 3 sur l’ ensemble de soudure 7 de la figure 2 est illustré sur les figures
7 et 8. Plus précisément, à l’ instar de la figure 4, la figure 7 illustre une coupe longitudinale selon un plan parallèle à l’ axe X de l’ensemble de soudage 7 durant l’ étape E3 du deuxième exemple de mise-en-œuvre du procédé de soudage de la figure 3. De même, à l’ instar de la figure 6, la figure 8 illustre une vue du dessus selon un plan perpendiculaire à l’ axe Z de l’ ensemble de soudage 7 à l’issue de l’ étape E2 du deuxième exemple de mise en œuvre du procédé de soudage de la figure 3.
Comme pour le premier exemple, un moyen de positionnement et de maintien 16 est usiné lors de l’étape E l sur les première et deuxième pièce 8 et 9.
Le moyen de positionnement 16 diffère du premier exemple en ce qu’il comprend plusieurs parties saillantes 16a et plusieurs rainures correspondantes 16b destinées à recevoir chacune l’une des parties saillantes 16a pour le positionnement et le maintien de la première pièce
8 sur la deuxième pièce 9. Sur l’ exemple illustré sur les figures 7 et 8, deux parties saillantes 16a sont usinées sur la portion de la surface inférieure 8a comprise dans la première zone de soudage 10, et deux rainures 16b sont pratiquées dans la portion de la surface supérieure 9a comprise dans la deuxième zone de soudage 1 1 destinée à être en contact des parties saillantes 16a.
Le moyen de positionnement 16 diffère aussi du premier exemple en ce les parties saillantes 16a et rainures 16b correspondantes n’ ont pas la même dimension selon l’ axe X. En effet, les deux parties saillantes 16a, ainsi que les deux rainures 16b, ont une dimension selon l’ axe X comprise entre 5 % et 15% de la dimension selon l’ axe X de la première pièce 9. Les dimensions selon l’ axe Y des parties saillantes 16a des rainures 16b sont les mêmes que dans le premier exemple.
De plus, l’une des deux parties rainures 16b a une dimension selon l’ axe X supérieure d’ au moins 50% à la dimension selon l’ axe X de l’ autre rainure, de sorte que la rainure la plus longue selon l’ axe X est configurée pour permettre un degré de liberté de mouvement supplémentaire de la partie saillante 16a qu’ elle reçoit durant l’ étape E2, afin d’ éviter que les deux pièces 8 et 9 soient hyperstatiques. Sur l’ exemple illustré sur les figures 7 et 8, la rainure 16b permettant un degré de liberté supplémentaire est la rainure de droite.
Les étapes E2 et E3 sont réalisées de la même façon que pour le premier exemple de mise-en-œuvre.
Le troisième exemple de mise-en-œuvre du procédé de la figure 3 sur l’ensemble de soudure 7 de la figure 2 est illustré sur la figure 9. Plus précisément, à l’instar de la figure 5, la figure 9 illustre une coupe selon un plan parallèle à l’ axe Y de l’ ensemble de soudage 7 à l’ issue de l’ étape E3 du troisième exemple de mise en œuvre du procédé de soudage de la figure 3.
Comme pour les deux premiers exemples, un moyen de positionnement et de maintien 17 est usiné lors de l’étape E l sur les première et deuxième pièce 8 et 9. Le moyen de positionnement 17 comprends deux parties saillantes 17a et deux rainures 17b configurées pour recevoir et enserrer les parties saillantes 17a.
Les dimensions selon l’ axe X et selon l’ axe Y des parties saillantes 17a et des rainures 17b sont identiques aux dimensions selon ces mêmes axes de la partie saillante 13a et de la rainure 13b du premier exemple de mise-en-œuvre.
Les deux parties saillantes 17a sont usinées parallèlement sur la surface inférieure 8a de la première pièce 8, en dehors et de part et d’ autre de la première zone de soudage 10. De même, les deux rainures 17b sont usinées parallèlement sur la surface supérieure 9a de la deuxième pièce 9, en dehors et de part et d’ autre de la deuxième zone de soudage 1 1 . Le moyen de positionnement et de maintien 17 n’est ainsi pas destiné à être soudé lors de l’ étape E3, à la différence des deux premiers exemples.
Le troisième exemple est le seul exemple décrit dans lequel l’ étape E4 optionnelle est réalisée. Ainsi, à l’issue de l’ étape E l , un élément isolant 18 est appliqué dans les rainures 17b. L’ élément isolant est par exemple du mastic.
Lors de l’ étape E2 d’ activation du moyen de positionnement et de maintien 17, l’ insertion des parties saillantes 17a dans les rainures 17b provoque le reflux de l’ élément isolant 18 dans un espace libre 19 entre les parois des rainures 17b et les parois des parties saillantes 17a, cet espace libre résultant de la différence de dimension de quelques millimètres entre les rainures 17b et les parties saillantes 17a. De cette manière, l’ élément isolant 18 permet d’ étanchéifier le moyen de positionnement et de maintien 17 en remplissant l’ espace libre.
Lors de la dernière étape E3, la première zone de soudage 10 est soudée à la deuxième zone de soudage 1 1 par friction malaxage, de sorte que la trajectoire de soudage soit tracée entre les deux parties saillantes 17a insérées dans les rainures 17b. De cette manière, le moyen de positionnement et de maintien 17 n’ est pas soudé aux première et deuxième pièce, à l’ inverse des deux premiers exemples décrits. Un cordon de soudage 20 est donc formé entre les les deux parties saillantes 17a insérées dans les rainures 17b lors de l’ étape E3.
L’ étape E4 est optionnelle et permet de pallier les cas, comme illustré dans les deux premiers exemples décrits, où la trajectoire de soudage ne permet pas de souder l’intégralité du moyen de positionnement et de maintien usiné à l’ étape El aux zones de soudage
10 et 1 1. En effet, lorsque le moyen de positionnement et de maintien n’ est pas totalement soudé aux zones de soudage 10 et 1 1 , la différence entre les dimensions des parties saillantes et des rainures provoque la présence d’ espaces libres entre les parois des parties saillantes et des rainures, résultant en un manque d’ étanchéité de l’ ensemble soudé.
A l’ inverse, lorsque le moyen de positionnement et de maintien usiné à l’ étape El est totalement soudé avec les zones de soudage 10 et
11 lors de l’ étape E3, le mélange des matières soudées par friction malaxage permet de remplir l’espace libre initial et d’étanchéifier l’ensemble soudé.
5

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de soudage par friction malaxage d’une première pièce (8) sur une deuxième pièce (9), la première pièce (8) étant disposée sur la deuxième pièce (9), comprenant les étapes suivantes :
Usinage (El ) d’un moyen de positionnement et de maintien de la première pièce sur la deuxième pièce ( 13, 16, 17) sur les première et deuxième pièces (8 et 9), le moyen ( 13 , 16, 17) de positionnement et de maintien usiné comprenant au moins une partie saillante ( 13a, 16a, 17a) et au moins une rainure ( 13b, 16b, 17b) destinée à recevoir l'au moins une partie saillante ( 13a, 16a, 17a) pour le positionnement et le maintien de la première pièce (8) sur la deuxième pièce (9), l’ au moins une partie saillante ( 13a, 16a, 17a) étant usinée sur la première pièce (8) et l’ au moins une rainure ( 13b, 16b, 17b) étant usinée dans la deuxième pièce (9),
Activation (E2) du moyen de positionnement et de maintien ( 13 , 16, 17),
Soudage (E3) par friction malaxage d’une première zone de soudage ( 10) de la première pièce (8) et d’une deuxième zone de soudage ( 1 1 ) de la deuxième pièce (9).
2. Procédé de soudage selon la revendication 1 , dans lequel l’ étape d’ activation (E2) du moyen ( 13, 16, 17) de positionnement et de maintien comprend l’ assemblage de l’ au moins une partie saillante ( 13a, 16a, 17a) avec l’ au moins une rainure ( 13b, 16b, 17b) destinée à recevoir l’ au moins une partie saillante ( 13a, 16b, 17b) .
3. Procédé de soudage selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel l’ au moins une partie saillante ( 13a, 16a, 17a) est usinée sur une surface inférieure (8a) de la première pièce (8), et l’ au moins une rainure ( 13b, 16b, 17b) est usinée dans une surface supérieure (9a) de la deuxième pièce (9).
4. Procédé de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 , dans lequel l’ au moins une partie saillante ( 13a, 16a, 17a) est usinée dans un alliage d’ aluminium.
5. Procédé de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’au moins une partie saillante (13a, 16a, 17a) est usinée dans le matériau de la première zone de soudage (10).
6. Procédé de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel dans lequel l’au moins une partie saillante (13a, 16a, 17a) est usinée sur la première zone de soudage (10) de la première pièce (8) et l’au moins une rainure (13b, 16b, 17b) est usinée dans une portion de la deuxième zone de soudage (11) destinée à être au contact de l’au moins une partie saillante (13a , 16a, 17a).
7. Procédé de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’au moins une rainure (13b, 16b) est usinée dans une portion de la deuxième zone de soudage (11) destinée à être au contact de la première zone de soudage (10).
8. Procédé de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel lors de l’étape (E3) de soudage, au moins une portion du moyen de positionnement et de maintien (13, 16) est soudée par friction malaxage aux première et deuxième zones de soudage (10 et 11).
9. Procédé de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant une étape (E4) d’application d’un élément isolant (18) dans l’au moins une rainure (17b), préalablement à l’étape (E2) d’activation du moyen de positionnement et de maintien (17).
10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l’élément isolant (18) est du mastic.
11. Soudure obtenue à partir de la mise-en-œuvre d’un procédé de soudure par friction malaxage selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 sur un ensemble de soudage (7) comprenant une première pièce (8) disposée sur une deuxième pièce (9).
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