Procédé de soudage par friction.
Cette invention concerne un perfectionnement au procédé de soudage par friction, qui présente une
utilité particulière pour fixer coaxialement une bride ou un
élément du genre roue à une tige ronde ou à un cylindre, à
l'une des extrémités ou à mi-longueur de celui-ci ou pour
dresser un montant, un poteau ou un autre élément du même
genre sur une plaque plane ou incurvée.
<EMI ID=1.1> recours, pour ce genre de travail, à des précédée d'ajusta-
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forgeage. Toutefois, on n'a jamais pu obtenir de liaison résistante par l'ajustage par rétreinte quand l'épaisseur de la bride ou élément analogue était relativement faible et les procédés de soudage étaient non seulement difficiles et exigeaient: beaucoup de temps, ce qui les rendait impropres à la production en masse, mais ils donnaient parfois lieu
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soudé, qui se trouvait ainsi affaibli.
On a récemment mis au point une technique
de soudage par friction pour remplacer l'ajustage par rétreinte et les procédés de soudage. Par le procédé de soudage par friction, on maintient la bride fixe et on fait - tourner la tige ronde à grande vitesse, par exemple
à 1.500 tours/minute, ou vice versa, et on met les deux éléments en contact par pression pour produire la chaleur par friction. Quand les parties en contact ont été chauffées au rouge, on fait cesser la rotation et on élève la pression de contact pour obtenir un joint soudé. Bien que ce procédé soit d'un rendement supérieur et ne permette pas l'introduction de substances étrangères dans le joint, il a pour inconvénient qu'une très forte pression de liaison, par exemple de 600 kg/cm , est nécessaire et que, de plus, le joint obtenu résiste relativement peu aux chocs.
C'est pourquoi la présente invention vise à procurer un procédé de soudage par friction perfectionné
qui soit tout à fait semblable au procédé connu au point
de vue du rendement et d'autres avantages, mais qui donne des joints beacuoup plus résistant, aux chocs et à d'autres
moindre efforts, tout en nécessitant une pression de liaison plutôt/ que le procédé connu.
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coaxialement à la tige ronde, trou circulaire ayant un diamètre sensiblement inférieur au diamètre de la tige ronde et on presse la tige contre ce trou circulaire en la faisant tourner.
On décrira ci-après, de façon détaillée, d'autres buts et caractéristiques de l'invention, en se
<EMI ID=5.1> La figure 1 est une vue d'introduction, partiellement en coupe, illustrant un procédé de soudage par friction de type connu ; la figure 2 est une vue d'introduction, partiellement en coupe, représentant une forme d'exécution type du procédé de soudage par friction faisant l'objet de l'invention la figure 3 est une vue, partiellement en coupe, d'un joint obtenu par le procédé illustré par la figure 2 la figure 4 est une vue, partiellement en coupe, illustrant un essai du joint que représente la figure 3 la figure 5 est une vue, partiellement en coupe, illustrant une variante d'exécution du procédé faisant l'objet de l'invention la figure 6 est une vue, partiellement en coupe, illustrant une autre variante d'exécution du procédé faisant l'objet de l'invention la figure 7 est un diagramme schématisant:
des variions de charge et de déplacement en fonction du temps se présentant au cours de l'application du procédé faisant l'objet de l'invention ; la figure 8 comporte une série de vues, <EMI ID=6.1>
opérations de formation du joint par le procédé faisant
<EMI ID=7.1> la figure 9 est un diagramme représentant des variations réelles de charge et de déplacement en fonction du temps pour une forme d'exécution du procédé faisant l'objet de l'invention y la figure 10 comporte une série de vues, <EMI ID=8.1>
mation réelles du joint suivant la forme d'exécution illustrée par la figure 9 ; la figure 11 comporte une série de vues, <EMI ID=9.1>
invention, et
les figures 12 à 17 sont des vues schématiques illustrant quelques variantes du procédé faisant l'objet de l'invention.
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référence identiques désignent des éléments identiques
ou correspondants.
Comme l'indique la figure 1, qui illustre un procédé de soudage par friction de type connu appliqué
à la fixation d'une bride 1 à une extrémité d'une tige ronde 2, la bride 1 est maintenue fixe et on fait tourner la tige sur son axe à environ 1.500 tours/minute par rapport à la bride 1. On presse ensuite la tige 2 contre la bride
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chaleur par friction. Quand les parties en contact des deux éléments 1 et 2 ont ét6 chauffée au rouge, on fait cesser la rotation et on élève la pression P à environ 600 kg/cm<2> pour obtenir un joint soudé. Il est évidemment possible d'obtenir le même résultat en maintenant la tige 2 fixe et en faisant tourner et en déplaçant la bride 1.
D'autre part, suivant l'invention, comme l'indique la figure 2, un trou circulaire 3 est formé dans la bride 1, coaxialement à la tige ronde 2 et, dans ce cas,
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de la tige 2. La différence entra les deux diamètres est beaucoup plus importante que celle qui est adoptée dans le cas de l'ajustage par rétreinte, et elle est de plus d'un pour cent du diamètre D de la tige, alors qu'elle est de
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treinte. Comme dans le cas du procédé connu, on fait
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pression P propre à produire la chaleur par friction. Dans le cas de l'invention, toutefois, l'extrémité de friction de la tige 2 et le trou 3 subissent une déformation plastique sous l'effet de la chaleur, et la tige s'engage
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pour former un joint tel que celui qui est représenté en coupe sur la figure 3.
La pression P qui est nécessaire dans le cas du procédé faisant l'objet de l'invention est de loin inférieure à celle qui est nécessaire dans le cas du procédé
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l'épaisseur de la bride 1 est de 20 millimètres, les diamètres D et d sont respectivement de 48 et 46 millimètres et la vitesse de rotation est de 1.500 tours/minute. Bien que la pression P augmente à mesure qu'augmente la différence entre les diamètres D et d, le procédé faisant l'objet <EMI ID=17.1>
différence. L'expérience montre que les avantages de cette invention sont maintenus pour un diamètre d égal à
20 à 99 pour cent du diamètre D.
Comme l'indique la figure 3, le joint obtenu suivant l'invention comporte une bavure annulaire 4 à l'entrée du trou 3, comme dans le cas du procédé connu, et de plus, il comporte une bavure annulaire 5, voisine d'une encoche annulaire 6 à lasortie du trou 3. Une observation au microscope indique que les textures de la bride 1 et de la tige 2 sont harmonieusement mélangées à la limite... des deux éléments, et un essai de poinçonnage fait, comme l'indique la figure 4, au moyen d'un poinçon 7 et d'une matrice 8 indique que la résistance au cisaillement du joint est sensiblement la même que celle de la matière
das deux éléments. Ces conditions sont celles que l'on peut observer dans le cas d'un joint soudé par forgeage.
Bien que l'on puisse faire disparaître les bavures 4 et 5 et l'encoche 6 par usinage quand cela s'impose, on peut, si c'est nécessaire, supprimer l'encoche 6 en recourant à une variante du procédé telle que celle qui est illustrée par la figure 5. Suivant ce procédé, le
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partie de sortie 9. La différence entre les diamètres d
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on obtient par exemple un bon résultat.si les diamètres D,
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On peut également faire disparaître l'encoche 6 en utilisant un outil auxiliaire, comme l'indique la figure 6. L'outil est une tige de poussée 10, que l'on place en face de la sortie du trou 3 de la bride 1. Dans ce cas, on fait passer l'extrémité de la tige 2, qui a été chauffée <EMI ID=21.1>
se. Le prolongement vers l'extérieur sert également de moyen de verrouillage et-augmente ainsi la résistance à
un effort de retrait par traction.
Si la pression P est appliquée de façon continue dans le cas du procédé conforme à l'invention, la tige chauffée et ramollie 2 est poussée sans fin,-- dans le
trou 3. Un point important est donc de déterminer le "ornent le plus favorable où il convient de faire cesser la pression P. Cette question peut être résolue suivant la deuxième caractéristique de cette invention, que l'on décrira ciaprès en se référant aux figures 7 et 8.
Quand la tige 2 est poussée par un plongeur de presse hydraulique (non représentée) à une vitesse uniforme, comme l'indique la ligne en traits interrompus
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d'autres termes, est une charge appliquée à la tige 2, a tendance à varier suivant la ligne 13, de A à F. Les <EMI ID=23.1> tion et la déformation de la bride 1 et de la tige 2 aux points A, B, ... G de la figure 7.
Dans la gamme de A à B, la charge est supprimée par un dispositif de sécurité de la presse hydraulique et elle augmente plutôt lentement bien que la bride 1 et la tige 2 soient séparées l'une de l'autre. Après que les deux éléments 1 et 2, sont entrés en contact en B, la charge est
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ties en contact de s deux éléments 1 et 2 approchent de leur point de fusion et où la tige 2 entaille légèrement la bride 1 pour former une surface limite 14. Après le point C, la <EMI ID=25.1>
cet intervalle, la surface limite se développe en cône. Après cela, la charge est à nouveau fixe, avec une légère variation du point D au point E et au cours de cet inter- valle, la tige 2 avance dans le trou 3 tandis que la surface limite conique 14 s'accentue. Au point E, l'extrémité antérieure de la tige 2 atteint une position telle qu'elle se trouva légèrement en arriéra de la sortie du trou 3, mais la partie périphérique 15 de la sortie n'est pas encore déformée. Toutefois, après le point E, la partie périphéri-
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facilement de façon qu'elle réduise l'avancement de la tige
2. - Par conséquent, la charge a tendance à diminuer après le point E.
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E est une caractéristique particulière du procédé faisant l'objet de l'invention et elle n'a jamais été observée dans le cas du procédé connu. Comme on l'a dit plus haut, cet effet signifie que les deux éléments 1 et 2 atteignent dans une mesure suffisante leur température de forgeage,
du moins sur toute la surface limite, et ceci représente le point optimum pour l'achèvement du processus de liaison. C'est pourquoi, suivant l'invention, immédiatement après que la réduction de la charge a été observée, par exemple au point F, on fait cesser la rotation et on fait en même temps avancer davantage la tige 2, d'une distance préalablement déterminée, en élevant la pression hydraulique au point G. Ceci sera appelé ci-après "réglage vers le haut-
(up-set). Pour connaître le point optimum de réglage vers le haut (optimum up-set point) F, il est nécessaire d'obtenir le point de coude précis E. Si l'épaisseur de la bride 1, le diamètre de la tige 2 et les matières des deux élément ont été déterminés, ce point est obtenu par le choix judi- <EMI ID=28.1>
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Dans la pratique, les pointa de coude D et
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de coude B et C le sont relativement. De plus, la surface limite conique 14 est aussi vague et est sensiblement déformée par rapport à celle d'un cône idéal. foie. figure 9 indique les courbes de charge et de déplacement qui sont obtenues dans la pratiqua suivant l'une des formes de réalisation.
Suivant la forme de réalisation qu'illustre la figure 9, on utilise me bride 1 ayant une épaisseur de
20 millimètres et présentant un trou 3 de 20 millimètres de diamètre, et une tige ronde d'un diamètre de 48 millimètres, comme l'indique la figure 10(a), les deux éléments étant en acier. Comme on peut le voir sur la figure 9, les points de coude B et C sont relativement précis, mais les points de coude D et E ne le sont pas. Les figures
10(a), 10(b).... 10(e) indiquent respectivement l'état <EMI ID=31.1>
de la figure 9. Bien que, sur la figure 10, la limite entre la bride 1 et la tige 2 soit indiquée par une ligne nette, il convient de souligner que ce n'est que dans un but explicatif et que l'on n'observe pas de limite aussi nette dans la pratique. Dans les dessins, les lignes en traits mixtes indiquent les positions que prendrait:.. probablement la partie supérieure de la tige 2 si elle n'était pas déformée. Comme l'indiquent également les dessins, diverses bavures se forment au cours du procédé. La bavure 16 est formée dans une partie en fusion de la bride 1 qui est repoussée.vers l'extérieur vers l'avant de la tige 2
les bavures 17 et 18 sont formées dans une partie ramollie de la bride 1 qui est déformée lors de l'introduction de la tige 2, et les bavures 19 et 20 sont formées dans une partie en fusion de la tige 2 qui est repoussée vers l'extérieur, vers l'avant et vers l'arrière respectivement.
La figure 11 représente des vues en coupe qui sont semblables et correspondent à celles de la figure <EMI ID=32.1>
trou 3 est de 40 millimètres. Dans ce cas également, la charge varie quasi de la manière indiquée par la courbe 13 de la figure 9. Les lignes en traits mixtes indiquent également les positions que prendrait probablement la partie supérieure de la tige 2.
En s'appuyant sur le principe de l'invention énoncé plus haut, on peut, dans le cadre de l'invention, apporter diverses modifications à celle-ci. On peut réduire au minimum les bavures indésirables se formant au cours du procédé en donnant une forme convenable à l'extrémité de la tige 2 et au trou 3. Ainsi, le trou 3, peut avoir la forme conique représentée sur la figure 12 et l'extrémité de la tige 2 peut avoir la forme conique représentée sur la figure
13. Dans les deux cas, on obtient les surfaces limite
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Dans le cas illustré par la figure 14, on choisit les diamètres de la tige 2 et du trou 3 de telle façon que la tige 2 puisse être introduite librement dans
le trou 3 et une partie de section plus importante 21 est formée à l'extrémité opposée de la tige 2, comme l'indique la figure 14(a). Selon cette forme de réalis ation, on introduit tout d'abord la tige 2 dans le trou 3, comme l'indique la figure 14(b), puis on applique le procédé faisant l'objet de l'invention à la partie élargie 21. Le point obtenu présentant une surface Limite conique 14 résiste particulièrement à un effort exercé dans le sens indiqué par la flèche <EMI ID=34.1>
une partie élargie 21 est formée à mi-longueur de la tige 2.
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la partie élargie 21, la bridé 1 est fixée à mi-longueur de
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pliquant le procédé faisant l'objet de l'invention à la bride 1 et à la tige ronde 2 et en tirant en même temps
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Bien que dans les formes de réalisation qui ont été décrites plus haut, on fixe une bride circulaire 1 à l'une des extrémités ou à mi-longueur d'une tige rende
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lement par un autre élément circulaire, telle qu'une roue, un volant ou une roue dentée, mais également par un élément non circulaire. La figure 17, illustre un procédé de fabrication de manivelles (figure 17(c) ), selon lequel on introduit à force des manetons 2 dans deux trous 3 de bras de manivelle 1 suivant le procédé faisant l'objet de l'in-
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aux deux extrémités 25 et est conformé en barre élargie par des têtes arrondies, comme l'indique la figure 17(c), la
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et le diamètre des manetons 2, relativement important.
Le procédé conforme à l'invention présente de nombreux avantages, comme il est indiqué ci-dessous.
(1) En plus du grand rendement que ce procédé permet d'obtenir, comme le procédé de soudage par friction connus, la pression de, contact est beaucoup plus