FR2754199A1

FR2754199A1 - Procede de fabrication, par soudage par diffusion et deformation superplastique, d'une piece comportant une cavite et application a la creation de raidisseurs dans une structure constitutive d'aeronef

Info

Publication number: FR2754199A1
Application number: FR9612115A
Authority: FR
Inventors: Thierry Cabantous; Jean Pierre Jumel; Gerard Lucchi
Original assignee: Societe de Construction des Avions Hurel Dubois
Current assignee: Societe de Construction des Avions Hurel Dubois
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 1998-04-10
Anticipated expiration: 2016-10-04
Also published as: FR2754199B1

Abstract

Pour créer une cavité (9a,9b) dans une pièce formée de tôles (1,2) superplastiques (SP) soudables par diffusion (DB), on crée dans les tôles une poche étanche (ci-après PE) d'où l'on évacue l'air; on prévoit, dans les matrices d'une presse, des cuvettes de formage et délimitante et des moyens coopérants (ci-après CF, CD et MC), presse dont la fermeture entraîne, au droit des MC, l'isolation des cuvettes par fluage des tôles et la création, par DB, de zones d'étanchéité (ci-après ZE) intertôles internes (12a,a') et externes (12b,b') subdivisant la PE en zones intertôles (ci-après ZI) à déformer et délimitante(s); on crée, dans la CD, une pression pneumatique (P1) agissant sur 1a région (11a-11c) comprise entre les ZE et provoquant le DB des tôles dans la ZI délimitante et exerce une pression pneumatique (P2, <P1) dans la ZI à déformer superplastiquement, les tôles étant à leur température de SPF/DB.

Description

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce par soudage par diffusion et formage superplastique, en particulier applicable à la création de raidisseurs dans une structure appartenant à une partie constitutive d'aéronef, telle qu'une structure secondaire avant de mât réacteur.

Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce, comportant une cavité fermée, à partir de deux tôles dont l'une au moins est apte à un formage superplastique et dont les deux sont aptes à être soudées ensemble par diffusion, qui consiste
- à souder les deux tôles par diffusion selon au moins un tracé délimitant, ou délimitant ensemble, la périphérie de la cavité voulue, en ménageant au moins un passage de circulation de fluide et en évitant le soudage par diffusion desdites tôles dans la région ainsi délimitée, et
- à déformer superplastiquement ladite région délimitée de la ou desdites tôle(s) déformable(s) superplastiquement en appliquant une pression entre lesdites tôles, la déformation de la ou des tôles étant limitée par une paire de matrices dont l'une au moins présente au moins une cuvette dite "de formage", lesdites matrices étant montées entre les plateaux d'une presse de soudage par diffusion et de formage superplastique, et la ou les tôle(s) déformable(s) se conformant au relief interne de ladite ou desdites cuvette(s) de formage.

Le formage superplastique est une technique qui exploite la propriété qu'ont certains métaux, dans une gamme limitée de conditions de température, de pression et de durée, de se déformer considérablement avec une striction minimale.

Le soudage par diffusion est, de son côté, une technique qui exploite la propriété qu'ont des pièces en certains métaux de subir une liaison métallurgique lorsqu'elles sont soumises à des conditions données de pression et de température élevées, pendant un temps donné.

Certains matériaux, tels que les alliages de titane, sont à la fois déformables superplastiquement et soudables par diffusion. Les techniques de formage superplastique et de soudage par diffusion (en abrégé SPF/DB, d'après la nomenclature anglaise superplastic forming/diffusion bonding) sont utilisées notamment pour la fabrication de pièces de structure complexe à partir de deux tôles ou davantage, le problème étant d'éviter le soudage par diffusion desdites tôles dans ce que l'on a appelé plus haut la région délimitée.

Des procédés de SPF/DB sont connus, par exemple, d'après EP-A-0 502 620. Ce document prévoit, pour éviter un tel soudage, de revêtir les tôles, dans ladite région délimitée, à l'aide d'un matériau formant barrière de diffusion, communément appelé stop-off.

Le soudage par diffusion avec recours à un matériau formant barrière de diffusion, tel qu'il est mis en oeuvre aujourd'hui, présente de nombreux inconvénients
- le positionnement des régions des tôles qui ne doivent pas être soudées (lesquelles régions constitueront, par exemple, des raidisseurs) et leur ajustement par rapport aux cavités ou cuvettes de l'outillage sont conditionnés parla précision du positionnement du matériau formant barrière de diffusion entre les tôles. Cette précision est difficile à obtenir avec une bonne reproductibilité en conditions industrielles, avec les méthodes d'applications actuelles
- le soudage par diffusion du tracé délimitant est obtenu
soit par un soudage mécanique et hyperstatique des tôles, difficile à mettre en oeuvre de façon satisfaisante sur de grandes surfaces,
soit par pression pneumatique, auquel cas la limite entre la zone devant être soudée et la zone devant rester non soudée est difficile à maîtriser en raison du jeu existant entre les deux matrices de la presse. Ce jeu, qui permet l'application de la pression de soudage entre les matrices, peut provoquer des défauts de soudure ou de géométrie en bordure des raidisseurs (régions devant rester non soudées)
- le matériau formant barrière de diffusion, placé entre les tôles constitue une source de pollution interne de la pièce et peut entraîner des défauts de soudure liés au déplacement de particules dudit matériau entre les tôles avant et pendant le cycle SPF/DB.

La présente invention a pour but de proposer un procédé permettant de réaliser une structure par SPF/DB sans recours à un matériau formant barrière de diffusion, afin de s'affranchir des inconvénients énoncés ci-dessus et d'améliorer globalement le niveau de qualité de ce type de structure.

Ce but est atteint en ce sens que l'invention propose un procédé SPF/DB, du type précité, qui est caractérisé en ce que, pour éviter le soudage par diffusion desdites tôles dans ladite région délimitée
a) on crée, par soudage desdites tôles, préalablement à leur introduction entre les plateaux de la presse, une zone d'étanchéité, dite "périphérique", dans les limites de laquelle sera inscrit ledit tracé délimitant, obtenant ainsi une poche étanche,
b) on évacue l'air emprisonné dans ladite poche étanche,
c) on prévoit, dans l'une au moins desdites matrices, au moins une cuvette dite "délimitante" et, dans les matrices, des moyens coopérants adaptés simultanément à exercer une pression mécanique localisée sur lesdites tôles et à contribuer à isoler hermétiquement ladite cuvette délimitante et ladite cuvette de formage, aussi bien l'une de l'autre que du milieu extérieur, la fermeture de la presse exerçant une pression mécanique (P) qui entraîne, au droit desdits moyens coopérants, d'une part, ladite isolation hermétique des cuvettes par fluage des tôles et, d'autre part, la création, par soudage par diffusion, d'une zone d'étanchéité intertôles, dite "interne", en bordure de la future cavité, et d'une zone d'étanchéité intertôles, dite "externe", en limite de pièce, lesdites zones d'étanchéité intertôles subdivisant ladite poche étanche en une zone intertôles à déformer et une zone intertôles délimitante
d) on crée, dans ladite cuvette délimitante, une pression pneumatique (P1) qui s'exerce sur la région dite "intermédiaire", comprise entre lesdites zones d'étanchéité intertôles interne et externe, laquelle pression pneumatique provoque le soudage par diffusion desdites tôles dans ladite zone intertôles délimitante, et on exerce une pression pneumatique (P2) à l'intérieur de ladite zone intertôles à déformer, déformant ainsi la ou les tôle(s) superplastique(s) jusqu'au point où elle(s) épouse(nt) le relief interne de ladite ou desdites cuvette(s) de formage
étant entendu qu'à tout moment P1 > P2 et que les tôles se trouvent, ou sont portées progressivement, à leur température de formage superplastique/soudage par diffusion (en abrégé SPF/DB) pour que s'effectuent convenablement le formage superplastique et le soudage par diffusion.

On comprend ainsi que ce que l'on a appelé plus haut "tracé délimitant" se compose de la zone d'étanchéité intertôles délimitante et des deux zones d'étanchéité intertôles interne et externe qui la bornent.

Le soudage par diffusion des parties du tracé délimitant qui se fait par pression mécanique n'affecte ainsi que des surfaces restreintes dudit tracé, donnant une limite nette entre zone devant être soudée et zone ne devant pas l'être, tandis que le soudage par diffusion du reste des surfaces dudit tracé délimitant qui est effectué par pression pneumatique, assure une bonne qualité du soudage y compris pour des surfaces importantes et complexes.

La zone d'étanchéité périphérique prévue à l'étape a) du procédé selon l'invention et qui est créée avant le cycle
SPF/DB, peut l'être par soudage à la molette ou par soudage
TIG.

Pour évacuer l'air emprisonné dans la poche étanche, selon l'étape b) du procédé selon l'invention, on procède alternativement à des mises sous vide avec balayage intermédiaire à l'aide d'un gaz inerte, par exemple de 1 'argon.

Les pressions pneumatiques mises en oeuvre dans les différentes étapes du procédé selon 11 invention sont également créées par injection d'un gaz inerte, tel que 1 ' argon.

De préférence, le soudage par diffusion des tôles et le formage superplastique sont effectués dans le même cycle, au cours d'une seule opération de presse. A l'issue de l'étape d) du procédé selon l'invention, on procède à la décompression de la presse et à son ouverture, puis au démoulage de la pièce résultante avec ou sans refroidissement.

Selon la température à laquelle on désire porter les tôles avant de les charger dans la presse de soudage par diffusion, on a recours à deux modes de mise en oeuvre différents du procédé selon l'invention.

Dans un premier mode de mise en oeuvre de l'invention (chargement des tôles à chaud, c'est-à-dire à la température de SPF/DB), on crée avant l'étape c) une légère surpression p2 dans la poche étanche (étape b'), pour séparer les tôles l'une de l'autre et éviter qu'elles ne se soudent par diffusion de manière incontrôlée dès fermeture de la presse.

On comprend dès lors la nécessité de la zone d'étanchéité périphérique qui forme une poche étanche à partir desdites tôles et permet ainsi de faire varier la pression inter-tôles.

La légère surpression p2 ainsi créée peut être de l'ordre de 50 mb. L'ensemble, constitué par les tôles définissant la poche étanche dans laquelle a été créée la légère surpression p2, est ensuite chargé dans la presse de soudage par diffusion à une température sensiblement égale à la température optimale de SPF/DB du matériau constituant la ou les tôle(s) apte(s) à un formage superplastique, et l'étape d) est mise en oeuvre, étant entendu que Pl > p2.

La température à laquelle l'ensemble est ainsi chargé "à chaud" dans la presse dépend de la nature des tôles.

Ainsi, s'il s'agit de deux tôles en alliage de titane, l'ensemble est chargé dans la presse de soudage par diffusion à 9250C + 100C.

Ce mode de mise en oeuvre, s'il n'est pas convenablement maîtrisé, peut avoir l'inconvénient d'emprisonner des bulles de gaz dans la zone intertôles délimitante.

Dans un second mode de mise en oeuvre de l'invention (chargement des tôles à basse température, c'est-à-dire à une température de 150-2500C inférieure à la température optimale de SPF/DB), on crée (étape b"), avant l'étape c), une dépression dans ladite poche étanche, afin de ne pas emprisonner de gaz entre les tôles à la fermeture de la presse, d'où, là encore, la nécessité de la zone d'étanchéité périphérique qui crée ladite poche étanche à partir desdites tôles.

L'ensemble constitué par lesdites tôles définissant ladite poche étanche dans laquelle a été créée la dépression est chargé dans la presse de soudage par diffusion à une température de l'ordre de 150-2500C inférieure à la température optimale de SPF/DB du matériau constituant la ou les tôle(s) apte(s) à un formage superplastique/soudage par diffusion, après quoi on élève progressivement la température jusqu'à la température de SPF/DB, ce qui permet de mettre en oeuvre les étapes c) (créations des zones d'étanchéité intertôles interne et externe) et d) (formage superplastique).

Avantageusement,après avoir isolé lesdites cuvettes délimitante et de formage l'une de l'autre et du milieu extérieur et avoir appliqué une pression préliminaire de soudage de 25 bars dans ladite cuvette délimitante, on applique, pendant l'élévation progressive de température, une surpression (p2) de l'ordre de 0,5 bar dans la zone intertôles à déformer, avant d'appliquer les pressions pneumatiques finales de soudage par diffusion (P1) et de formage superplastique (P2).

Lorsque le procédé avec chargement à "basse température" est appliqué à la fabrication d'un élément à partir de deux tôles en alliage de titane, les étapes c) et d) du procédé sont avantageusement décomposées comme suit
(1) - on charge l'ensemble, à une température de l'ordre de 7250C, dans la presse de soudage par diffusion,
(2) - on procède à une montée en température jusqu'à environ 8000C, stade auquel, d'une part, la pression mécanique de la presse amorce le soudage par diffusion des zones d'étanchéité intertôles interne et externe et isole hermétiquement les cuvettes délimitante et de formage l'une de l'autre et du milieu extérieur par fluage desdites tôles au droit des moyens coopérants, et, d'autre part, une pression préliminaire de soudage par diffusion (pl) est appliquée dans ladite cuvette délimitante et s'exerce sur la zone intermédiaire entre lesdites zones d'étanchéité intertôles interne et externe, tandis qu'une légère surpression (p2) est appliquée dans la zone intertôles à déformer,
(3) - on poursuit la montée en température jusqu'à environ 9000C, température à laquelle ladite légère surpression (p2) suffit à amorcer la séparation des tôles,
(4) - après séparation desdites tôles, on poursuit la montée en température jusqu'à environ 9250C tout en appliquant la pression finale de soudage par diffusion (P1) sur ladite zone intermédiaire et en appliquant entre les tôles la pression de formage superplastique (P2),
étant entendu qu'à tout moment pl > p2 et P1oP2.

Dans l'étape (2) ci-dessus, la pression de soudage préliminaire (pl) est de l'ordre de 25 bars et la légère surpression (p2) est de l'ordre de 0,5 bar.

Dans l'étape (3) ci-dessus, la pression finale de soudage par diffusion (P1) est de l'ordre de 40 bars.

L'invention étend sa portée aux pièces issues de la mise en oeuvre du procédé, quel que soit son mode de mise en oeuvre, pièces qui peuvent être en particulier des structures munies de raidisseurs pour partie constitutive d'aéronef, telle qu'une structure secondaire avant de mât réacteur.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 représente en perspective deux tôles réunies par une zone d'étanchéité périphérique ménageant des passages de circulation de fluide [phase a) du procédé SPF/DB selon l'invention]
- la figure 2 représente les mêmes tôles qu'à la figure 1 après mise en oeuvre complète du procédé SPF/DB selon 1 ' invention,
- les figures 3 à 5 illustrent la phase "zéro" et les phases a) et b) du procédé, quel que soit le mode de mise en oeuvre choisi, la figure 3 montrant en coupe les tôles et un tube de circulation avant assemblage par soudure périphérique, et les figures 4 et 5 montrant les tôles et le tube, respectivement en coupe, selon la ligne IV-IV de la figure 5, et en plan
- les figures 6a-6c illustrent schématiquement la suite des phases du procédé selon une première variante de mise en oeuvre, en représentant en coupe les tôles et une partie des matrices de soudage par diffusion et de formage ; plus précisément, la coupe est prise selon un plan qui pourrait correspondre à celui de la ligne S-S de la figure 2, mais qui n'affecterait que la partie frontale de la pièce représentée à la figure 2 et qui ne respecterait pas les proportions de la figure 2, et
- les figures 7a-7c sont similaires aux figures 6a-6c, mais elles illustrent schématiquement la suite des phases du procédé selon une seconde variante de mise en oeuvre.

Si l'on se réfère à la figure 1, qui montre l'état du produit obtenu après mise en oeuvre de la première étape du procédé, commune aux deux variantes de mise en oeuvre, on voit deux tôles 1,2 appliquées l'une sur l'autre et qui présentent des encoches 3, 4 et 5 de positionnement dans l'outillage. Les tôles 1 et 2 sont soudées ensemble, par exemple à la molette, le long de leur périphérie, selon une zone d'étanchéité périphérique 6, formant ainsi, à partir des tôles, une poche étanche 15 (figure 6a, par exemple).

Préalablement à la création de la zone d'étanchéité périphérique 6, des tubes de circulation 7 et 8 ont été soudés dans des embrèvements préalablement effectués en bordure de tôles pour permettre le passage d'un fluide vers ou hors de la poche étanche.

La figure 2 montre le produit après mise en oeuvre complète du procédé. On voit qu'il comporte des régions "gonflées" 9a,9b, ou cavités fermées, qui résultent de la déformation superplastique de la tôle 2. Ces régions gonflées sont limitées par ce que l'on a appelé plus haut des tracés délimitants, dont chacun comprend une ligne d'étanchéité intertôles en boucle fermée 10a-10c et une plage d'étanchéité intertôles lla-llc inscrite dans ladite boucle, dite zone intermédiaire.

Chaque ligne en boucle fermée 10a-c est obtenue par fluage des tôles entre les matrices et par soudage par diffusion sous pression mécanique. La partie de la boucle fermée en limite de zone gonflée 9a,9b, ou cavité, est dite "zone d'étanchéité intertôles interne" telle que 12a' et la partie opposée de la boucle, en limite de pièce, est dite "zone d'étanchéité intertôles externe", telle que 12b'.

Chaque plage lla-c inscrite dans une boucle fermée 10a-c, dite zone intermédiaire du tracé délimitant, est obtenue par soudage par diffusion sous pression pneumatique.

A la figure 2, la zone gonflée 9a a une configuration sensiblement annulaire et l'on voit que la pièce comporte deux tracés délimitants définissant la périphérie extérieure de la zone gonflée et un tracé délimitant définissant la périphérie intérieure de ladite zone. Dans le cas du tracé délimitant intérieur, la zone d'étanchéité intertôles interne, par rapport à la longueur L de la zone 9a, est celle désignée par 12a et la zone d'étanchéité intertôles externe est celle désignée par 12b. On comprend donc que ce qui constitue la zone d'étanchéité intertôles externe pour la longueur L de la zone gonflée 9a constitue la zone d'étanchéité intertôles interne pour la longueur L' opposée de la zone gonflée, et vice versa, de sorte que la définition de la zone d'étanchéité intertôles externe créée "en limite de pièce" ne doit pas être prise littéralement.

Deux variantes de modes d'obtention d'une telle structure telle que représentée à la figure 2 sont décrites ci-après par référence aux figures très schématiques 3 à 7.

Quel que soit le mode d'obtention, on part de deux tôles 1, 2, dont l'une au moins, 2, est déformable superplastiquement et dont les deux sont susceptibles d'un soudage par diffusion, et d'au moins un tube de circulation de fluide 7 et 8.

En pratique, on part ici de deux tôles de même nature en alliage de titane TA6-V.

On soude selon 14 (figure 4) les tubes 7 et 8 aux tôles 1 et 2 de façon à permettre une injection de fluide et/ou une extraction de fluide d'entre les tôles 1 et 2
On crée ensuite [phase a) du procédé] une zone d'étanchéité périphérique 6 qui réalise, à partir des tôles 1 et 2, une poche étanche 15 dont les seules ouvertures sont constituées par les passages ménagés par les tubes 7 et 8 (Figures 4 et 5).

On évacue ensuite l'air emprisonné entre les tôles 1 et 2 en branchant les tubes de circulation 7 et 8 sur une source de vide, puis en injectant de l'argon par ces mêmes tubes, et en répétant cette opération aspiration/injection à plusieurs reprises.

La suite de la mise en oeuvre dépend de la température à laquelle on désire charger l'ensemble formé par les tôles 1,2 soudées des figures 4 et 5 dans la presse de soudage par diffusion.

Si on désire le charger sensiblement à la température de SPF/DB des tôles 1 et 2, soit 9250C, on procède comme illustré aux figures 6a-6c, où l'on voit ledit ensemble entre les matrices constituant l'outillage de soudage par diffusion et de formage superplastique.

On voit plus précisément que l'outillage comporte une matrice supérieure 16 et une matrice inférieure 17.

Des évents 18 de mise à l'air libre ou de raccordement au vide ou d'admission de fluide débouchent à la surface inférieure 19 de la matrice supérieure 16, qui est plate. Par contre, la surface supérieure 20 de la matrice inférieure 17, présente une cuvette, dite de formage, 21 dans le fond de laquelle débouchent des évents 22 de mise à l'air libre ou de raccordement au vide ou d'admission de fluide (balayage) et une cuvette, dite délimitante, 27 dans le fond de laquelle débouche au moins un passage d'admission de fluide 28.

La face supérieure 20 de la matrice inférieure 17 présente, d'une part, une saillie 25a à face supérieure plate en limite des cuvettes adjacentes 21 et 27, et d'autre part une saillie 25b à face supérieure plate en limite du bord de la matrice inférieure 17 opposé à la cuvette 21. Les saillies 25a et 25b ont leurs surfaces plates, inscrites dans le même plan, parallèles au plan de la surface 20.

On comprendra, en se référant à la figure 2, que les saillies 25a et 25b appartiennent, en fait, à une seule et même saillie en boucle fermée, qui permettra de créer un cordon de soudage par diffusion en boucle fermée, tel que celui illustré en 12a,12b à la figure 2 et que la cuvette 27 correspond, sans respect des proportions, à la plage îîa inscrite dans une telle boucle fermée.

Selon la phase b' du procédé, on crée, par injection d'argon selon la flèche portée sur la figure 6a, une légère surpression p2, par exemple de 50 mb, dans la poche étanche 15 de façon à séparer les tôles 1 et 2 et à éviter que se produise un soudage par diffusion affectant des zones non désirées des tôles 1 et 2 dès que l'on fermera les plateaux de la presse, ce qui pourrait se produire puisque les tôles sont à leur température de SPF/DB, et que l'on n'utilise pas de barrière de diffusion.

Ensuite, phase c, on ferme les mâchoires de la presse (figure 6b) et il s'ensuit que les tôles 1 et 2 se trouvent comprimées entre la surface inférieure 19 de la matrice supérieure 16 et les saillies 25a, 25b de la matrice inférieure 17, ce qui a pour effet, par fluage des tôles, d'isoler hermétiquement la cuvette délimitante 27 à la fois de la cuvette de formage 21 (moyens coopérants 25a,19) et du milieu extérieur (moyens coopérants 25b,19), en créant une double bande étroite de soudure par diffusion provoquée par pression mécanique. On réalise ainsi une zone d'étanchéité intertôles interne 12a, en limite de cavité, et une zone d'étanchéité intertôles externe 12b, en limite de pièce. En fait, le soudage par diffusion obtenu par pression mécanique crée une boucle fermée de faible largeur, telle que 10a (figure 2), dont deux zones opposées 12a, 12b constituent lesdites zones d'étanchéité intertôles interne et externe.

Les zones des tôles se trouvant en vis à vis de la cuvette de formage 21 et de la cuvette délimitante 27 ne sont pas affectées par le soudage par diffusion provoqué par la pression mécanique exercée par la presse du fait qu'elles restent écartées l'une de l'autre sous l'effet de la pression p2, d'où il résulte que la poche étanche 15 est subdivisée en une zone intertôles à déformer 15a et en une zone intertôles délimitante 15b.

On injecte ensuite de l'argon par le passage 28, créant ainsi une pression P1 (figure 6c) dans la cuvette délimitante 27 ce qui a pour effet de souder par diffusion, sous l'effet d'une pression pneumatique, la partie des tôles 1 et 2 délimitées par les zones 12a, 12b précédemment soudées par diffusion, par pression mécanique. On obtient ainsi la plage intertôles soudée llc.

Ensuite ou simultanément (phase d), on injecte par le tube 7 une pression d'argon P2, entre les tôles, ce qui aboutit à déformer superplastiquement la tôle 2 jusqu'à ce qu'elle épouse, selon 9a, les contours de la cuvette de formage 21 ménagée dans la matrice inférieure.

La création de la pression pneumatique de soudage par diffusion P1 et celle de la pression pneumatique de formage superplastique P2 peuvent être concomitantes pour autant qu'à tout moment P1 > P2, et que la cuvette délimitante 27 soit étanche vis à vis de l'extérieur et de la cuvette de formage 21.

On décomprime ensuite la presse, on l'ouvre et l'on extrait la pièce obtenue.

Si, à la différence du mode opératoire ci-dessus, on désire charger la presse alors que les tôles sont à une température relativement basse (7500C), on utilise le mode opératoire illustré aux figures 7a-7c que l'on va maintenant décrire.

Au lieu de créer une légère surpression entre les tôles 1 et 2, comme à la figure 6a, on crée une dépression entre lesdites tôles (phase b" du procédé) en raccordant le tube 7 à une aspiration selon la flèche portée aux figures 7a et 7b.

On peut ensuite fermer les matrices de l'outillage sans que l'application de la pression mécanique qui en résulte se traduise par un soudage par diffusion des tôles, la température des tôles étant insuffisante.

On monte l'outillage en température jusqu'à 8000C, tout en maintenant le vide entre les tôles et en balayant les cuvettes de l'outillage à l'argon.

Une température de 8000C est suffisante pour provoquer le fluage des tôles 1 et 2, au niveau où les tôles sont comprimées entre les saillies 25a et 25b de la matrice inférieure 17 et la surface inférieure 19 de la matrice supérieure 16 et pour amorcer la création des zones d'étanchéité intertôles interne et externe par soudage par diffusion, sous pression mécanique. A ce stade, le fluage des tôles est également suffisant pour isoler hermétiquement la cuvette délimitante 27 aussi bien de l'extérieur que de la cuvette de formage 21 en subdivisant la poche étanche 15 en une zone intertôles à déformer 15a et une zone intertôles délimitante 15b. A partir de cette température de 800"C, il devient possible d'appliquer, selon 28, une pression pneumatique préliminaire pl (25 bars) de soudage par diffusion des tôles sur la zone intermédiaire llc du tracé délimitant et de créer ainsi la zone d'étanchéité intertôles intermédiaire , afin d'empêcher toute infiltration de gaz entre les tôles depuis la zone intertôles à déformer 15a vers la zone intertôles délimitante 15b, puis d'exercer une légère surpression p2 (0,5 bar), selon 7, entre les tôles 1 et 2 pour éviter que celles-ci ne se soudent dans la région 15a en vis-à-vis de la cuvette de formage 21. Tout en maintenant la pression pneumatique pl de soudage à 25 bars dans la cuvette 27 délimitante et la légère surpression p2 à 0,5 bar dans la zone 15a intertôles, on porte la température de 8000C à 9000C.

Lorsque cette température de 9000C est atteinte, les tôles deviennent suffisamment superplastiques pour amorcer leur séparation sous 0,5 bar avant gonflage. Après séparation des tôles, on porte la pression, entre les tôles 1 et 2, à 35 bars (P2) par injection d'argon selon 7, tout en portant simultanément, selon 28, la pression pneumatique de soudage par diffusion à 40 bars (P1), en conservant à tout moment P1oP2. On maintient ensuite en palier les pressions de soudage par diffusion P1 et de gonflage P2 en portant la température à 9250C.

On décomprime ensuite la presse et l'ouvre, puis démoule la pièce à 9250C, ou après refroidissement.

Le procédé proposé par l'invention présente l'avantage d'aboutir à des pièces qui ne comportent aucune pollution interne, ce qui n'est pas le cas des procédés utilisant un matériau formant barrière de diffusion.

La purge préalable de l'espace inter-tôles (étape b) du procédé) réduit de façon significative l'oxydation interne de la pièce. Cet avantage est encore plus significatif et il affecte également l'oxydation externe de la pièce lorsque l'on charge les tôles dans la presse à "basse température".

Le soudage par diffusion obtenu est de meilleure qualité (en raison notamment de l'oxydation réduite inter-tôles et de l'absence de pollution liée au matériau formant barrière de diffusion).

La géométrie des zones soudées et des limites de cavité est bien reproductible, du fait qu'il n'y a aucun aléa de positionnement des cavités lié aux incertitudes de positionnement du matériau formant barrière de diffusion.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Procédé de fabrication d'une pièce, comportant une cavité fermée (9a,9b), à partir de deux tôles (1,2) dont l'une au moins est apte à un formage superplastique et dont les deux sont aptes à être soudées ensemble par diffusion, qui consiste

- à souder les deux tôles (1,2) par diffusion selon au moins un tracé délimitant, ou délimitant ensemble, la périphérie de la cavité (9a,9b) voulue, en ménageant au moins un passage (7,8) de circulation de fluide et en évitant le soudage par diffusion desdites tôles (1,2) dans la région ainsi délimitée, et

- à déformer superplastiquement ladite région délimitée de la ou desdites tôle(s) déformable(s) superplastiquement en appliquant une pression entre lesdites tôles, la déformation de la ou des tôles étant limitée par une paire de matrices (16, 17) dont l'une au moins (17) présente au moins une cuvette (21) dite "de formage", lesdites matrices étant montées entre les plateaux d'une presse de soudage par diffusion et de formage superplastique, et la ou les tôle(s) déformable(s) se conformant au relief interne de ladite ou desdites cuvette(s) de formage (21),

caractérise en ce que, pour éviter le soudage par diffusion desdites tôles dans ladite région délimitée

a) on crée, par soudage desdites tôles, préalablement à leur introduction entre les plateaux de la presse, une zone d'étanchéité (6), dite "périphérique", dans les limites de laquelle sera inscrit ledit tracé délimitant, obtenant ainsi une poche étanche (15),

b) on évacue l'air emprisonné dans ladite poche étanche (15),

c) on prévoit, dans l'une au moins (17) desdites matrices, au moins une cuvette dite "délimitante" (27) et, dans les matrices (17, 16), des moyens coopérants (25a,19 25b,19) adaptés simultanément à exercer une pression mécanique localisée sur lesdites tôles (1,2) et à contribuer à isoler hermétiquement ladite cuvette délimitante (27) et ladite cuvette de formage (21), aussi bien l'une de l'autre que du milieu extérieur, la fermeture de la presse exerçant une pression mécanique (P) qui entraîne, au droit desdits moyens coopérants (25a,19 ; 25b,19), d'une part, ladite isolation hermétique des cuvettes (21,27) par fluage des tôles (1,2) et, d'autre part, la création, par soudage par diffusion, d'une zone d'étanchéité intertôles (12a, 12a'), dite "interne", en bordure de la future cavité, et d'une zone d'étanchéité intertôles (12b, 12b'), dite "externe", en limite de pièce, lesdites zones d'étanchéité intertôles (12a, 12a '; 12b, 12b') subdivisant ladite poche étanche (15) en une zone intertôles à déformer (15a) et une zone intertôles délimitante (15b)

d) on crée, dans ladite cuvette délimitante (27), une pression pneumatique (P1) qui s'exerce sur la région (lla- llc) dite "intermédiaire", comprise entre lesdites zones d'étanchéité intertôles interne et externe (12a, 12a '; 12b, 12b'), laquelle pression pneumatique provoque le soudage par diffusion desdites tôles (1,2) dans ladite zone intertôles délimitante (15b), et on exerce une pression pneumatique (P2) à l'intérieur de ladite zone intertôles à déformer (15a), déformant ainsi la ou les tôle(s) superplastique(s) jusqu'au point où elle(s) épouse(nt) le relief interne (21) de ladite ou desdites cuvette(s) de formage (21);

étant entendu qu'à tout moment P1 > P2 et que les tôles (1,2) se trouvent, ou sont portées progressivement, à leur température de formage superplastique/soudage par diffusion (en abrégé SPF/DB) pour que s'effectuent convenablement le formage superplastique et le soudage par diffusion.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant l'étape c), on crée (étape b') une légère surpression (p2) dans ladite poche étanche (15).

3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la légère surpression (p2) est de l'ordre de 50 mb.

4 - Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'ensemble1 constitué par lesdites tôles (1,2) définissant la poche étanche (15) dans laquelle a été créée la légère surpression (p2), est chargé dans la presse de soudage par diffusion à une température sensiblement égale à la température optimale SPF/DB du matériau constituant la ou les tôle(s) apte(s) à un formage superplastique, étant entendu que Pl > p2.

5 - Procédé selon la revendication 4 appliqué à la fabrication d'une pièce à partir de deux tôles en alliage de titane, caractérisé en ce que l'ensemble est chargé dans la presse de soudage par diffusion à 9250C + 100C.

6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant l'étape c) on crée (étape b") une dépression dans ladite poche étanche (15).

7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par lesdites tôles (1,2) définissant ladite poche étanche (15) dans laquelle a été créée la dépression est chargé dans la presse de soudage par diffusion à une température de l'ordre de 150-2500C inférieure à la température optimale de SPF/DB du matériau constituant la ou les tôle(s) apte(s) à un formage superplastique/soudage par diffusion, après quoi on élève progressivement la température jusqu'à la température de SPF/DB, ce qui permet de mettre en oeuvre les étapes c) (créations des zones d'étanchéité intertôles interne et externe) et d) (formage superplastique).

8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, après avoir isolé lesdites cuvettes (21, 27) l'une de l'autre et du milieu extérieur et avoir appliqué une pression préliminaire de soudage de 25 bars dans ladite cuvette délimitante (27), on applique, pendant l'élévation progressive de température, une surpression (p2) de l'ordre de 0,5 bar dans ladite zone intertôles à déformer (15b), avant d'appliquer les pressions pneumatiques finales de soudage par diffusion (P1) et de formage superplastique (P2).

9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, appliqué à la fabrication d'un élément à partir de deux tôles (1,2) en alliage de titane, caractérisé en ce que les étapes c) et d) de la revendication 1, sont décomposées comme suit:

(1) - on charge l'ensemble, à une température de l'ordre de 7250C, dans la presse de soudage par diffusion,

(2) - on procède à une montée en température jusqu'à environ 8000C, stade auquel, d'une part, la pression mécanique de la presse amorce le soudage par diffusion des zones d'étanchéité intertôles interne (12a, 12a') et externe (12b, 12b') et isole hermétiquement lesdites cuvettes (21,27) l'une de l'autre et du milieu extérieur par fluage desdites tôles (1,2) au droit desdits moyens coopérants (25a,19 25b,19), et, d'autre part, une pression préliminaire de soudage par diffusion (pl) est appliquée dans ladite cuvette délimitante (27) et s'exerce sur ladite zone intermédiaire (lla-c), tandis qu'une légère surpression (p2) est appliquée dans la zone intertôles à déformer (15a),

(3) - on poursuit la montée en température jusqu'à environ 9000C, température à laquelle ladite légère surpression (p2) suffit à amorcer la séparation des tôles (1,2)

(4) - après séparation desdites tôles (1,2), on poursuit la montée en température jusqu'à environ 9250C tout en appliquant la pression finale de soudage par diffusion (P1) sur ladite zone intermédiaire (lîa-c) et en appliquant entre les tôles la pression de formage superplastique (P2),

étant entendu qu'à tout moment pl > p2 et P1 > P2.

10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans l'étape (2), la pression de soudage préliminaire (pl) est de l'ordre de 25 bars.

11 - Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que, dans l'étape (2), la légère surpression (p2) est de l'ordre de 0,5 bar.

12 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que, dans l'étape (3), la pression de soudage finale (P1) est de l'ordre de 40 bars.

13 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la zone d'étanchéité périphérique (6) est créée par soudage à la molette ou par soudage TIG.

14 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que, pour l'étape b) de la revendication 1, on procède alternativement à des mises sous vide avec balayage intermédiaire à l'aide d'un gaz inerte.

15 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la pression pneumatique est créée par injection d'un gaz inerte.

16 - Procédé selon lune quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le soudage par diffusion des tôles (1,2) et le formage superplastique sont effectués dans le même cycle, au cours d'une seule opération de presse.

17 - Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, à la création de raidisseurs dans une structure appartenant à une partie constitutive d'aéronef, telle qu'une structure secondaire avant de mât réacteur.