FR2938782A1

FR2938782A1 - DOUBLE-SHOULDER WELDING DEVICE

Info

Publication number: FR2938782A1
Application number: FR0858061A
Authority: FR
Inventors: Baptiste Guerin; Francois Marie; Gilles Foucher
Original assignee: European Aeronautic Defence and Space Company EADS France
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-05-28
Anticipated expiration: 2028-11-27
Also published as: FR2938782B1; WO2010061094A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de soudage de pièces par friction malaxage à double épaulement, comportant un pion de malaxage (1) monté fixe sur une tête de soudage dudit dispositif, un épaulement inférieur (2) et un épaulement supérieur (3) montés autour du pion de malaxage, caractérisé en ce qu'une partie travaillante (4) du pion de malaxage présente des sections transversales variables entre les deux épaulements. Notamment, le pion est muni de deux parties tronconiques (11, 12) disposées de manière à ce que la section transversale de plus petit diamètre (d) de l'une soit dirigée vers la section transversale de plus petit diamètre (d) de l'autre, et inversement.The invention relates to a double-shoulder friction stir welding device comprising a kneading pin (1) fixedly mounted on a welding head of said device, a lower shoulder (2) and an upper shoulder (3) mounted around it. kneading pin, characterized in that a working portion (4) of the kneading pin has variable cross sections between the two shoulders. In particular, the pin is provided with two frustoconical portions (11, 12) arranged so that the smaller diameter cross section (d) of one is directed towards the smaller diameter cross section (d) of the other, and vice versa.

Description

DISPOSITIF DE SOUDAGE A DOUBLE EPAULEMENT DOUBLE-SHOULDER WELDING DEVICE

L'invention concerne un dispositif de soudage à double épaulement pour le soudage de pièces par friction malaxage, également appelé Friction Stir Welding Bobbin-Tool . Plus précisément, l'invention concerne le pion de malaxage utilisé dans un tel dispositif de soudage. L'invention trouve des applications dans tout domaine nécessitant de souder au moins deux pièces bord à bord ou par transparence. L'invention est particulièrement adaptée au soudage bord à bord de pièces en alliage présentant une résistance mécanique élevée, tel qu'un alliage aluminium/zinc, et/ou ayant une épaisseur importante, c'est-à-dire supérieure à 10 mm. L'invention peut également être utilisée pour le soudage par transparence de pièces en différents matériaux, présentant des propriétés mécaniques différentes. Un tel dispositif de soudage est tout particulièrement adapté au soudage de panneaux épais tels que ceux utilisés au niveau de la voilure ou du caisson central de voilure d'un aéronef, ainsi qu'au soudage de tout élément de structure de véhicule spatial, de missile, de véhicule automobile etc. The invention relates to a double-shoulder welding device for friction stir welding, also known as Friction Stir Welding Bobbin-Tool. More specifically, the invention relates to the kneading pin used in such a welding device. The invention finds applications in any field requiring welding at least two pieces edge to edge or transparency. The invention is particularly suitable for edge-to-edge welding of alloy parts having a high mechanical strength, such as an aluminum / zinc alloy, and / or having a large thickness, that is to say greater than 10 mm. The invention can also be used for the transparent welding of parts made of different materials having different mechanical properties. Such a welding device is particularly suitable for welding thick panels such as those used at the level of the wing or the central wing box of an aircraft, as well as for welding any structural element of space vehicle, missile , motor vehicle etc.

Un tel dispositif de soudage par friction malaxage comporte un pion de malaxage destiné à traverser la matière à souder et à la malaxer au fur et à mesure de l'avancement du dispositif de soudage, ainsi qu'un épaulement inférieur et un épaulement supérieur. L'épaulement inférieur est monté fixe sur le pion de malaxage, lui-même monté en translation le long de l'épaulement supérieur. Il est ainsi possible d'avoir un écartement variable entre les deux épaulements entre lesquels les pièces à souder sont destinées à être logées. Le dispositif de soudage à double épaulement permet de créer un échauffement des deux côtés du joint soudé et donc d'avoir une meilleure répartition thermique. De plus, la force de pression appliquée par l'épaulement inférieur est reprise par l'épaulement supérieur ce qui permet de souder des pièces qu'il ne serait pas possible de souder à l'aide d'un outil conventionnel ou à pion rétractable pour lesquels l'effort de forgeage est repris par l'outillage. Cependant dans le cas du soudage de tôles de fortes épaisseurs, c'est-à- dire d'épaisseur cumulée supérieure à 10mm, le soudage par friction malaxage à double épaulement peut ne pas donner entière satisfaction. En effet, plus le diamètre du pion de malaxage est grand, meilleure est sa résistance mécanique. Par contre, l'énergie injectée dans le matériau est plus élevée. Les vitesses de déformation imposées peuvent alors générer des défauts de soudage dans le noyau, telles que des porosités locales dudit joint etc. Par ailleurs, la large surface projetée du pion de malaxage accroit les efforts transverses. A l'inverse, lorsque le diamètre du pion de malaxage est faible, l'énergie injectée, les vitesses de déformation et les efforts transverses sont réduits, permettant ainsi d'augmenter sensiblement les vitesses d'avancement. Cependant, le risque de rupture du pion de malaxage est élevé, particulièrement au niveau de la jonction entre l'épaulement supérieur et le pion de malaxage où l'effort tranchant est maximal. D'autre part, la réduction du diamètre du pion s'accompagne nécessairement d'une réduction du diamètre de l'épaulement (ratio 1.5 à 2) pouvant aboutir à des soudures sur-pénetrées. Aussi, les dispositifs de soudage par friction malaxage à double épaulement actuels ne donnent pas entière satisfaction pour le soudage de tôles de forte épaisseur, ou en matériaux présentant des caractéristiques mécaniques importantes, tels que les alliages aluminium/zinc. Such a friction stir welding device comprises a kneading pin for passing through the material to be welded and to knead as the progress of the welding device, and a lower shoulder and an upper shoulder. The lower shoulder is fixedly mounted on the kneading pin, itself mounted in translation along the upper shoulder. It is thus possible to have a variable spacing between the two shoulders between which the parts to be welded are intended to be housed. The double-shoulder welding device makes it possible to create a heating on both sides of the welded joint and thus to have a better thermal distribution. In addition, the pressure force applied by the lower shoulder is taken up by the upper shoulder which allows welding parts that it would not be possible to weld using a conventional tool or retractable pin for which the forging force is taken up by the tooling. However, in the case of welding sheets of high thickness, that is to say with a cumulative thickness greater than 10 mm, the friction stir welding with double shoulder may not give complete satisfaction. Indeed, the larger the diameter of the kneading pin, the better is its mechanical strength. On the other hand, the energy injected into the material is higher. The imposed strain rates can then generate weld defects in the core, such as local porosities of said seal etc. In addition, the large projected area of the kneading pin increases the transverse forces. Conversely, when the diameter of the kneading pin is small, the energy injected, the deformation rates and the transverse forces are reduced, thus making it possible to substantially increase the speeds of advancement. However, the risk of rupture of the kneading pin is high, particularly at the junction between the upper shoulder and the kneading pin where the shearing force is maximum. On the other hand, the reduction of the diameter of the pin is necessarily accompanied by a reduction in the diameter of the shoulder (ratio 1.5 to 2) that can lead to over-penetrated welds. Also, the current double-shoulder friction stir welding devices are not entirely satisfactory for welding thick sheets, or materials with important mechanical characteristics, such as aluminum / zinc alloys.

Dans l'invention, on cherche à fournir un dispositif de soudage par friction malaxage permettant de souder n'importe quel type de matériau, et/ou des éléments de forte épaisseur, en maintenant une qualité de joint soudé constante dans toute l'épaisseur des éléments ainsi soudés, correspondant à l'épaisseur du joint soudé, et sur toute la longueur du joint soudé. Par épaisseur des éléments à souder, on entend la dimension desdits éléments traversée de part en part par le pion de malaxage. Pour cela, dans l'invention, on propose de munir le dispositif de soudage par friction malaxage à double épaulement d'un pion dont la partie travaillante, c'est-à-dire la partie s'étendant entre l'épaulement supérieur et l'épaulement inférieur et traversant la matière à malaxer, présente un volume balayé inférieur au volume d'un pion cylindrique équivalent. Par volume balayé on entend le volume obtenu par la révolution de la surface du pion autour de l'axe du pion. Par pion cylindrique équivalent, on entend un pion cylindrique de l'état de la technique, dont la partie travaillante présente un diamètre nominal égal au plus grand diamètre du pion selon l'invention. Le pion de malaxage selon l'invention est au moins localement aminci entre les deux extrémités de sa partie travaillante situées respectivement au niveau de la jonction du pion de malaxage les épaulements supérieur et inférieur. Avantageusement, la zone de plus petit diamètre du pion de malaxage est située au niveau de la zone la moins malléable des pièces à souder. Par exemple, dans le cas du soudage de deux pièces bord à bord, la zone de plus petit diamètre du pion de malaxage coïncidera avantageusement avec la mi épaisseur des pièces à souder, correspondant à la zone la plus éloignée des épaulements et donc la moins soumises aux échauffements de la matière. Dans le cas où, par exemple, on soude par transparence deux matériaux d'épaisseur et/ou de nature différente, il est possible de décaler la zone de plus petit diamètre du pion selon l'invention, de manière à ce qu'elle coïncide avec la zone dans l'épaisseur des pièces à souder présentant la plus faible élévation de température. Ainsi, les vitesses de déformations dans la zone la moins malléable des pièces à souder sont réduites, permettant de diminuer les risques de défaut de soudage dans cette zone de joint soudé de malléabilité moins importante. Par ailleurs, on réduit la surface projetée du pion, autorisant ainsi une vitesse de soudage plus importante. Préférentiellement, la diminution du volume balayé de la partie travaillante du pion de malaxage est d'environ 20%, par rapport au volume balayé d'un pion cylindrique équivalent. L'invention a donc pour objet un dispositif de soudage de pièces par friction malaxage à double épaulement, comportant un pion de malaxage monté fixe sur une tête de soudage dudit dispositif, un épaulement inférieur et un épaulement supérieur montés autour du pion de malaxage, caractérisé en ce qu'une partie travaillante du pion de malaxage présente des sections transversales variables entre les deux épaulements. Par section transversale, on entend une surface obtenue en coupant le pion dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation dudit pion. Par variable, on entend que le diamètre du pion de malaxage entre l'épaulement supérieur et l'épaulement inférieur varie entre les deux épaulements, par opposition à un pion de section transversale continue, tel qu'un pion cylindrique. Le pion selon l'invention peut aussi bien être un pion conique qu'un pion tronconique, un pion à deux tronçons de cône, symétriques ou dissymétriques, un pion en partie tronconique et en partie cylindrique, etc. In the invention, it is sought to provide a friction stir welding device for welding any type of material, and / or thick elements, maintaining a constant welded joint quality throughout the thickness of the elements thus welded, corresponding to the thickness of the welded joint, and over the entire length of the welded joint. By thickness of the elements to be welded, is meant the dimension of said elements traversed from one side to the other by the kneading pin. For this, in the invention, it is proposed to provide the friction stir welding device with a double shoulder of a pin whose working part, that is to say the portion extending between the upper shoulder and the lower shoulder and through the material to be kneaded, has a swept volume less than the volume of an equivalent cylindrical pin. Swept volume means the volume obtained by the revolution of the surface of the pawn around the axis of the pawn. By equivalent cylindrical pin is meant a cylindrical pin of the state of the art, the working part has a nominal diameter equal to the largest diameter of the pin according to the invention. The kneading pin according to the invention is at least locally thinned between the two ends of its working portion located respectively at the junction of the kneading pin the upper and lower shoulders. Advantageously, the zone of smaller diameter of the kneading pin is situated at the level of the least malleable zone of the parts to be welded. For example, in the case of welding two pieces edge to edge, the zone of smaller diameter of the kneading pin will advantageously coincide with the mid thickness of the parts to be welded, corresponding to the zone furthest away from the shoulders and therefore the least subject to the heating of the material. In the case where, for example, two materials of thickness and / or of different nature are solder by transparency, it is possible to offset the zone of smaller diameter of the pin according to the invention, so that it coincides with with the area in the thickness of the parts to be welded with the lowest temperature rise. Thus, the deformation rates in the less malleable zone of the parts to be welded are reduced, making it possible to reduce the risk of welding defect in this zone of welded joint with less malleability. Furthermore, it reduces the projected area of the pin, thus allowing a higher welding speed. Preferably, the reduction in the swept volume of the working portion of the kneading pin is about 20%, relative to the swept volume of an equivalent cylindrical pin. The invention therefore relates to a double-shoulder friction stir welding device, comprising a kneading pin fixedly mounted on a welding head of said device, a lower shoulder and an upper shoulder mounted around the kneading pin, characterized in that a working part of the kneading pin has variable cross-sections between the two shoulders. By cross section is meant a surface obtained by cutting the pin in a plane perpendicular to the axis of rotation of said pin. By variable, it is meant that the diameter of the kneading pin between the upper shoulder and the lower shoulder varies between the two shoulders, as opposed to a pin of continuous cross section, such as a cylindrical pin. The pin according to the invention may as well be a conical pin as a frustoconical pin, a pion with two cone sections, symmetrical or asymmetrical, a part part frustoconical and part cylindrical, etc.

Préférentiellement, le pion selon l'invention présente une réduction de diamètre, c'est-à-dire une plus petite section transversale par rapport à la section transversale maximale possible du pion de malaxage, à mi-distance des deux épaulements, puisque la zone des pièces à souder où l'élévation de la température est la plus faible est le plus souvent à équidistance des deux épaulements. Dans un exemple de réalisation particulier de l'invention, le pion est muni de deux parties tronconiques, symétriques ou non, disposées de manière à ce que la section transversale de plus petit diamètre de l'une soit dirigée vers la section transversale de plus petit diamètre de l'autre, et inversement.. Dans ce cas, il est possible de munir le pion de malaxage d'une partie intermédiaire s'étendant entre les deux sections transversales de plus petits diamètres des deux parties tronconiques. Cela permet, par exemple, de maintenir une zone de plus petit diamètre dans une portion plus importante de l'épaisseur des pièces à souder. Ainsi, toute la portion des pièces à souder malaxée par la partie intermédiaire, préférentiellement de plus petit diamètre, se déplace lors du soudage dans la zone où la matière est la moins malléable. L'utilisation d'une telle partie intermédiaire peut se révéler particulièrement intéressante dans le cas du soudage de pièces de forte épaisseur où la zone de matière peu malléable dû fait de son éloignement des épaulements est très étendue. Dans un autre exemple de réalisation du dispositif de soudage selon l'invention, le pion de malaxage a une forme hyperboloïde à une nappe. Preferably, the pin according to the invention has a reduction in diameter, that is to say a smaller cross section relative to the maximum possible cross section of the kneading pin, midway between the two shoulders, since the zone parts to be welded where the rise in temperature is the lowest is most often equidistant from the two shoulders. In a particular embodiment of the invention, the pin is provided with two frustoconical parts, symmetrical or not, arranged so that the smaller diameter cross section of one is directed towards the smaller cross-section. In this case, it is possible to provide the kneading pin with an intermediate portion extending between the two smaller diameter cross sections of the two frustoconical portions. This allows, for example, to maintain an area of smaller diameter in a larger portion of the thickness of the parts to be welded. Thus, the entire portion of the workpieces kneaded by the intermediate portion, preferably of smaller diameter, moves during welding in the area where the material is the least malleable. The use of such an intermediate portion may be particularly advantageous in the case of welding thick parts where the area of little malleable material due to its distance from the shoulders is very extensive. In another embodiment of the welding device according to the invention, the kneading pin has a hyperboloid shape to a web.

Préférentiellement, le pion de malaxage présente entre les deux épaulements une réduction du volume balayé supérieure à 0% et inférieure à 30% par rapport au volume balayé d'un pion de malaxage cylindrique équivalent. Bien entendu, la surface du pion de malaxage, comme pour un pion classique, peut être filetée, le filetage pouvant être continu, avec pas droit, pas gauche, ou discontinu avec inversion de filetage, avec évanouissement progressif du filet, avec rainure inversées tous le 1/x tours... Il est également possible de munir de manière conventionnelle, la surface du pion de malaxage de plats usinés, de largeur constante ou variable. Preferably, the kneading pin has between the two shoulders a reduction of the swept volume greater than 0% and less than 30% compared to the swept volume of an equivalent cylindrical kneading pin. Of course, the surface of the kneading pin, as for a conventional pin, can be threaded, the threading can be continuous, with not right, not left, or discontinuous with thread reversal, with progressive fading of the thread, with groove reversed all the 1 / x turns ... It is also possible to provide in a conventional manner, the surface of the kneading pin machined flat, constant or variable width.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures représentent : - Figure 1 : une représentation schématique partielle d'un dispositif de soudage muni d'un pion de malaxage selon l'invention, au niveau des épaulements dudit dispositif de soudage ; - Figure 2A à 2E : représentations schématiques de différents exemples de réalisation de la partie travaillante d'un pion de malaxage selon l'invention. Sur la figure 1 est représenté, en coupe longitudinale, un pion de malaxage 1 traversant un épaulement inférieur 2 et un épaulement supérieur 3 d'un dispositif de soudage par friction malaxage à double épaulement (non représenté). The invention will be better understood on reading the description which follows and on examining the figures which accompany it. These are presented as an indication and in no way limitative of the invention. The figures represent: FIG. 1: a partial schematic representation of a welding device provided with a kneading pin according to the invention, at the shoulders of said welding device; - Figure 2A to 2E: schematic representations of different embodiments of the working part of a kneading pin according to the invention. In Figure 1 is shown, in longitudinal section, a kneading pin 1 passing through a lower shoulder 2 and an upper shoulder 3 of a dual-shoulder friction stir welding device (not shown).

Les pièces à souder (non représentées) sont destinées à être comprimées entre les épaulements inférieur 2 et supérieur 3, de manière à ce que la matière desdites pièces à souder, située le long du futur joint soudé, soit malaxée par le pion de malaxage 1 lors de l'avancement de l'ensemble pion de malaxage 1 et épaulements 2, 3 le long des pièces à souder. Comme cela est visible sur la figure 1, la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 s'étend entre une surface de frottement 5 du pion inférieur 2 et une surface de frottement 6 du pion supérieur 3, destinées chacune à être en contact avec des surfaces opposées des pièces à souder. Ainsi, la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 est la partie dudit pion de malaxage 1 destinée à traverser dans l'épaisseur les pièces à souder de manière à malaxer la matière déformable des pièces à souder, chauffées par friction par les épaulements 2, 3. La partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 présente une section transversale variable. Ainsi, dans l'exemple représenté, la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 présente un plus grand diamètre D au niveau de l'intersection entre le pion de malaxage 1 et la surface de frottement 5 de l'épaulement inférieur 2, ainsi qu'au niveau de l'intersection entre le pion de malaxage 1 et la surface de frottement 6 de l'épaulement supérieur 3 et un plus petit diamètre d à mi-hauteur. Par hauteur H de la section travaillante 4 du pion de malaxage 1, on entend la dimension dudit pion de malaxage s'étendant entre les deux surfaces de frottement 5, 6 des épaulements 2, 3. Ainsi, dans le cas par exemple d'un soudage bord à bord de deux pièces, la section de plus petit diamètre d de la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 se situe à mi-épaisseur desdites pièces à souder, et donc dans la zone desdites pièces à souder où l'élévation de la température est la plus faible puisque la plus éloignée des deux surfaces de frottement 5, 6 des épaulements 2, 3 où la matière est donc la moins malléable. Les pointillés sur la figure 1 délimitent la section droite du pion cylindrique 10 équivalent au pion 1 de l'invention, c'est-à-dire dont le diamètre nominal est égal au plus grand diamètre D de la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1. Ainsi, on peut constater qu'il y a bien une réduction de volume entre les deux pions 1, 10, la plus forte réduction du volume étant située à mi-hauteur de la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1. The parts to be welded (not shown) are intended to be compressed between the lower and upper shoulders 2, so that the material of said parts to be welded, located along the future welded joint, is kneaded by the kneading pin 1 during the advancement of the mixing pin assembly 1 and shoulders 2, 3 along the parts to be welded. As can be seen in FIG. 1, the working portion 4 of the kneading pin 1 extends between a friction surface 5 of the lower pin 2 and a friction surface 6 of the upper pin 3, each intended to be in contact with opposite surfaces of the parts to be welded. Thus, the working portion 4 of the kneading pin 1 is the portion of said kneading pin 1 intended to pass through the thickness of the parts to be welded so as to knead the deformable material of the parts to be welded, heated by friction by the shoulders 2, 3. The working portion 4 of the kneading pin 1 has a variable cross section. Thus, in the example shown, the working portion 4 of the kneading pin 1 has a larger diameter D at the intersection between the kneading pin 1 and the friction surface 5 of the lower shoulder 2, as well as at the intersection between the kneading pin 1 and the friction surface 6 of the upper shoulder 3 and a smaller diameter d at half height. By height H of the working section 4 of the kneading pin 1 is meant the dimension of said kneading pin extending between the two friction surfaces 5, 6 of the shoulders 2, 3. Thus, in the case for example of a two-piece edge-to-edge welding, the smaller-diameter section d of the working portion 4 of the mixing pin 1 is located at the mid-thickness of said parts to be welded, and therefore in the zone of said parts to be welded, where the elevation of the temperature is the lowest since the farthest of the two friction surfaces 5, 6 of the shoulders 2, 3 where the material is the least malleable. The dashed lines in FIG. 1 delimit the cross-section of the cylindrical pin 10 equivalent to the pin 1 of the invention, that is to say the nominal diameter of which is equal to the largest diameter D of the working portion 4 of the kneading pin. 1. Thus, it can be seen that there is a reduction in volume between the two pins 1, 10, the largest volume reduction being located at mid-height of the working portion 4 of the kneading pin 1.

Préférentiellement, la réduction du volume de la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 est d'environ 20% par rapport au volume du pion cylindrique 10 équivalent, étant bien entendu que la réduction du volume dès lors qu'elle est supérieure à 0% permet déjà d'obtenir un effet bénéfique sur la qualité du joint soudé. Préférentiellement, la diminution du volume de la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 ne dépasse pas 30% par rapport au volume du pion cylindrique équivalent, de manière à ne pas affaiblir mécaniquement de manière trop importante le pion de malaxage 1 au risque sinon que celui-ci se casse au cours du procédé de soudage. D'une manière générale, l'utilisation d'un pion de malaxage 1 selon l'invention permet de réduire l'énergie injectée dans le matériau à malaxer, sans altérer la résistance mécanique du pion en flexion, de réduire les risques de défauts dans le joint soudé obtenu, notamment dans la zone des pièces à souder où la matière est la moins malléable, mais également d'accroître les vitesses de soudage et de réduire les efforts transverses. Preferably, the reduction of the volume of the working portion 4 of the kneading pin 1 is about 20% relative to the volume of the equivalent cylindrical pin, it being understood that the reduction of the volume when it is greater than 0% already makes it possible to obtain a beneficial effect on the quality of the welded joint. Preferably, the reduction in the volume of the working portion 4 of the mixing pin 1 does not exceed 30% relative to the volume of the equivalent cylindrical pin, so as not to mechanically weaken the kneading pin 1 too much at the risk otherwise that it breaks during the welding process. In general, the use of a kneading pin 1 according to the invention makes it possible to reduce the energy injected into the material to be kneaded, without altering the mechanical strength of the pin in bending, to reduce the risk of defects in the welded joint obtained, especially in the area of the parts to be welded where the material is the least malleable, but also to increase the welding speeds and reduce transverse forces.

Sur les figures 2A à 2E sont représentés en perspective différents exemples de réalisation de la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 de l'invention, en transparence par rapport à un pion cylindrique équivalent. Dans tous les exemples représentés aux figures 2A à 2E, la diminution du volume balayé est d'environ 20%, Sur la figure 2A, la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 est formée, comme sur la figure 1, de deux cônes tronqués identiques 11, 12, en opposition de manière à ce que le plus petit diamètre d de la partie travaillante 4 se situe à demi-hauteur H de ladite partie travaillante 4. Le plus grand diamètre D, situé au niveau de l'intersection de la partie travaillante 4 avec les épaulements (non représentés) correspond au diamètre nominal du pion cylindrique 10 équivalent. Sur la figure 2B, les cônes 11 et 12 ne sont pas symétriques, de sorte que le plus petit diamètre d de la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 ne se trouve pas à mi-hauteur, mais décalé plutôt vers le tiers inférieur de la hauteur H. Une telle solution peut s'avérer intéressante lorsque l'effort tranchant est trop important à mi-hauteur, par exemple dans le cas d'un soudage par transparence de deux pièces d'épaisseurs différentes et/ou en matériau différents. Ainsi, même si l'épaisseur et/ou le matériau utilisé est différent, la partie de plus petit diamètre d de la section travaillante 4 du pion de malaxage 1 se situera au niveau de la zone des pièces à souder présentant l'élévation de température la plus faible. L'inconvénient des exemples de réalisation des figures 2A et 2B est qu'ils présentent une arête au niveau de la jonction 15 entre les deux cônes tronqués 11, 12, où il peut y avoir concentration des contraintes et donc risque de fragilisation important. Sur la figure 2C est représenté un autre exemple de réalisation d'une partie travaillante 4 d'un pion de malaxage 1 de l'invention, dans lequel les 2 parties coniques tronquées 11, 12 sont liées par une partie intermédiaire 13, cylindrique ou hyperboloïde, permettant une progressivité dans les variations de section transversale entre les deux extrémités de plus grand diamètre D. Par ailleurs, l'utilisation d'une partie intermédiaire 13 destinée à être située dans la zone des pièces à souder où la matière est la moins malléable, permet d'augmenter la portion de plus petit diamètre d où ce plus petit diamètre d est utile. Cela est notamment le cas lors du soudage de pièces de fortes épaisseur, où la zone des pièces à souder où la matière est la moins malléable est très étendue, les deux épaulements étant très éloignés de la mi-épaisseur desdites pièces à souder. De la même manière, sur la figure 2D, la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 selon l'invention a une forme générale hyperboloïde à une nappe, ce qui permet d'avoir une progressivité maximum, le pion de malaxage ne présentant aucune arête susceptible de concentrer les contraintes. Là encore la section de plus petit diamètre d se situe à mi-hauteur de la partie travaillante 4 du pion de malaxage, étant bien entendu que la section de plus petit diamètre d peut se trouver n'importe où dans la hauteur H de la partie travaillante du pion de malaxage selon les besoins de l'utilisateur. La figure 2E représente la partie travaillante 4 d'un pion de malaxage 1 selon l'invention muni de deux cônes tronqués 11, 12, sur lesquels des plats 14 de différentes dimensions ont été usinés de manière à améliorer le malaxage autour du pion en créant une série de pressions et dépressions. La diminution du diamètre de la partie travaillante 4 du pion de malaxage 1 selon l'invention permet une diminution de l'énergie de soudage au niveau de cette partie de plus petit diamètre, et ainsi de répondre de manière plus adaptée selon les zones de la pièce à souder au besoin en énergie de soudage. Exemples On a voulu montrer ci-après un comparatif entre le soudage utilisant un dispositif de soudage par friction malaxage à double épaulement utilisant un pion cylindrique classique et celui utilisant un pion biconique. Pour cela, le soudage bord à bord de deux tôles en aluminium d'épaisseur 23mm a été réalisé en parallèle avec un pion cylindrique de diamètre nominal 15mm d'une part, et d'autre part avec un pion bi tronconique où les troncs de cônes sont symétriques (figure 2A) présentant un plus grand diamètre de 15mm et un plus petit diamètre de 12mm, le plus petit diamètre étant situé à mi-hauteur dudit pion de malaxage, coïncidant avec la mi-épaisseur des pièces à souder. Les résultats obtenus sont répertoriés dans le tableau I ci-dessous. 30 35 Tableau I : Comparaison entre le soudage avec un pion cylindrique classique et un pion biconique de l'invention Vr Va Pion Couple Effort Effort s'opposant Résultante (tr/min) (mm/min) (Nm) latéral à l'avancement (kN) (kN) (kN) 300 50 Cylindrique 205 14 13.5 19.4 300 50 Biconique 195 12 13.5 18.1 260 40 Cylindrique 230 12 10.3 15.8 260 40 Biconique 225 11 8 13.6 300 66 Cylindrique 200 16.2 20.2 25.9 300 66 Biconique 195 13.5 15.5 20.6 Vr : vitesse de rotation Va : vitesse d'avancement In Figures 2A to 2E are shown in perspective various embodiments of the working portion 4 of the kneading pin 1 of the invention, in transparency with respect to an equivalent cylindrical pin. In all the examples shown in FIGS. 2A to 2E, the reduction in the swept volume is approximately 20%. In FIG. 2A, the working part 4 of the kneading peg 1 is formed, as in FIG. 1, of two truncated cones. 11, 12 opposite, so that the smallest diameter d of the working portion 4 is half-height H of said working portion 4. The largest diameter D, located at the intersection of the working part 4 with the shoulders (not shown) corresponds to the nominal diameter of the cylindrical pin 10 equivalent. In FIG. 2B, the cones 11 and 12 are not symmetrical, so that the smallest diameter d of the working part 4 of the mixing pin 1 is not at half height, but shifted rather towards the lower third of the height H. Such a solution can be interesting when the shearing force is too high at mid-height, for example in the case of a welding by transparency of two pieces of different thicknesses and / or different material. Thus, even if the thickness and / or the material used is different, the smaller diameter part d of the working section 4 of the mixing pin 1 will be located at the region of the parts to be welded with the temperature rise. the weakest. The disadvantage of the embodiments of Figures 2A and 2B is that they have an edge at the junction 15 between the two truncated cones 11, 12, where there may be stress concentration and therefore risk of significant embrittlement. FIG. 2C shows another embodiment of a working portion 4 of a kneading pin 1 of the invention, in which the two truncated conical portions 11, 12 are connected by an intermediate portion 13, cylindrical or hyperboloid , allowing a progressivity in the cross-sectional variations between the two ends of larger diameter D. Moreover, the use of an intermediate portion 13 intended to be located in the area of the workpieces where the material is the least malleable , makes it possible to increase the portion of smaller diameter from which this smaller diameter d is useful. This is particularly the case when welding thick parts, where the area of the parts to be welded where the material is the least malleable is very extensive, the two shoulders being very far from the mid-thickness of said parts to be welded. In the same way, in FIG. 2D, the working portion 4 of the kneading pin 1 according to the invention has a general hyperboloid shape to a web, which makes it possible to have maximum progressivity, the kneading pin having no edge likely to concentrate the constraints. Again the smaller diameter section d is halfway up the working portion 4 of the kneading pin, it being understood that the smaller diameter section d can be anywhere in the height H of the part working of the kneading pion according to the needs of the user. FIG. 2E shows the working part 4 of a kneading pin 1 according to the invention provided with two truncated cones 11, 12, on which plates 14 of different dimensions have been machined so as to improve kneading around the peg by creating a series of pressures and depressions. The reduction in the diameter of the working portion 4 of the mixing pin 1 according to the invention allows a reduction of the welding energy at this portion of smaller diameter, and thus to respond more appropriately according to the zones of the piece to be welded as needed in welding energy. EXAMPLES A comparison was made hereinafter between welding using a double-shoulder friction stir welding device using a conventional cylindrical pin and that using a biconical pin. For this, the edge-to-edge welding of two aluminum sheets with a thickness of 23 mm was carried out in parallel with a cylindrical pin of nominal diameter 15 mm on the one hand, and on the other hand with a bi-frustoconical pin where the truncated cones are symmetrical (Figure 2A) having a larger diameter of 15mm and a smaller diameter of 12mm, the smallest diameter being located at mid-height of said kneading pin, coinciding with the mid-thickness of the parts to be welded. The results obtained are listed in Table I below. Table I: Comparison Between Conventional Cylindrical Pion Welding and a Biconical Pion of the Invention Vr Va Pion Torque Effort Opposing Effort Result (rpm) (mm / min) (Nm) Lateral to Advancement (kN) (kN) (kN) 300 50 Cylindrical 205 14 13.5 19.4 300 50 Biconical 195 12 13.5 18.1 260 40 Cylindrical 230 12 10.3 15.8 260 40 Biconic 225 11 8 13.6 300 66 Cylindrical 200 16.2 20.2 25.9 300 66 Biconic 195 13.5 15.5 20.6 Vr: speed of rotation Va: speed of advancement

Comme on peut le constater, il y a une réduction des efforts latéraux lorsque on utilise un pion selon l'invention plutôt que le pion cylindrique de l'état de la technique, respectivement de 14%, 8% et 17% On constate également entre un soudage utilisant le pion cylindrique classique et un soudage utilisant le pion de malaxage de l'invention une diminution des efforts s'opposant à l'avancement jusqu'à 23%, cela s'expliquant par la présence d'une portion de plus petit diamètre au niveau de la zone à souder la moins malléable. As can be seen, there is a reduction in lateral forces when using a pin according to the invention rather than the cylindrical pin of the state of the art, respectively 14%, 8% and 17%. a welding using the conventional cylindrical pin and a welding using the kneading pin of the invention a reduction of the forces opposing the advancement up to 23%, this being explained by the presence of a portion of smaller diameter at the level of the zone to be welded the least malleable.

Dans le joint soudé obtenu avec le pion biconique de l'invention, les déformations au centre du joint sont quasiment absentes. A l'inverse, on constate des déformations dans le noyau soudé du joint obtenu avec le pion cylindrique, ainsi que les défauts tels que des zones de plus grande porosité dans le joint. In the welded joint obtained with the biconical pin of the invention, the deformations in the center of the joint are almost absent. Conversely, there are deformations in the welded core of the seal obtained with the cylindrical pin, as well as defects such as areas of greater porosity in the joint.

Ainsi, lorsque l'on souhaite procéder à un soudage de pièces par friction malaxage au moyen d'un dispositif de soudage à double épaulement utilisant un pion de malaxage selon l'invention, on utilise un pion dont le plus grand diamètre est avantageusement compris entre 0.5 et 2 fois l'épaisseur des pièces à souder, la section de plus petit diamètre de la partie travaillante du pion de malaxage étant alors ménagée de manière à être située dans la zone des pièces à souder qui sera la moins malléable lors du procédé de soudage, du fait de son plus grand éloignement des épaulements inférieur et supérieur et/ou de la nature des matériaux. Thus, when it is desired to proceed to a friction stir welding piece by means of a double-shoulder welding device using a kneading pin according to the invention, a pin is used, the largest diameter of which is advantageously between 0.5 and 2 times the thickness of the parts to be welded, the smaller diameter section of the working portion of the kneading pin being then arranged so as to be located in the region of the parts to be welded which will be the least malleable during the process of welding, because of its greater distance from the lower and upper shoulders and / or the nature of the materials.

Claims

CLAIMS1- friction stir welding piece device with double shoulder, comprising a kneading pin (1) fixedly mounted on a welding head of said device, a lower shoulder (2) and an upper shoulder (3) mounted around the pin of kneading, characterized in that a working part (4) of the kneading pin has variable cross sections between the two shoulders.

2- welding device according to claim 1, characterized in that the kneading pin has, at a distance from the two shoulders, a diameter reduction (D, d).

3- welding device according to one of claims 1 to 2, characterized in that the pin is provided with two frustoconical portions (11, 12) arranged so that the smaller diameter cross section (d) of the one is directed to the smaller diameter cross-section (d) of the other, and vice versa.

4- Welding device according to claim 3, characterized in that the pin has an intermediate portion (13) extending between the two frustoconical portions.

5. Welding device according to one of claims 1 to 2, characterized in that the pin has a hyperboloid shape to a sheet.

6. Welding device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the kneading pin has between the two shoulders a reduction of the swept volume greater than 0% and less than 30% compared to the swept volume of a cylindrical kneading pin of diameter equal to the largest diameter (D) of the kneading pin with variable cross sections.

7. Welding device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a surface of the pin is threaded.

8- welding device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a surface of the kneading pin is provided with plates (14) .35