EP3122500A1 - Procede de fabrication d'une boucle fermee de fil de decoupe - Google Patents

Procede de fabrication d'une boucle fermee de fil de decoupe

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Publication number
EP3122500A1
EP3122500A1 EP15714873.5A EP15714873A EP3122500A1 EP 3122500 A1 EP3122500 A1 EP 3122500A1 EP 15714873 A EP15714873 A EP 15714873A EP 3122500 A1 EP3122500 A1 EP 3122500A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
central core
welding
cutting wire
core
closed loop
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15714873.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gérald Sanchez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thermocompact SA
Original Assignee
Thermocompact SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thermocompact SA filed Critical Thermocompact SA
Publication of EP3122500A1 publication Critical patent/EP3122500A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D61/00—Tools for sawing machines or sawing devices; Clamping devices for these tools
    • B23D61/18—Sawing tools of special type, e.g. wire saw strands, saw blades or saw wire equipped with diamonds or other abrasive particles in selected individual positions
    • B23D61/185—Saw wires; Saw cables; Twisted saw strips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D57/00—Sawing machines or sawing devices not covered by one of the preceding groups B23D45/00 - B23D55/00
    • B23D57/0007—Sawing machines or sawing devices not covered by one of the preceding groups B23D45/00 - B23D55/00 using saw wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D65/00—Making tools for sawing machines or sawing devices for use in cutting any kind of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/12—Saw-blades or saw-discs specially adapted for working stone
    • B28D1/121—Circular saw blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/12—Saw-blades or saw-discs specially adapted for working stone
    • B28D1/124—Saw chains; rod-like saw blades; saw cables

Definitions

  • the invention relates to a method of manufacturing a closed loop of cutting wire and a closed loop of cutting wire manufactured by this method.
  • Closed loops of cutting wire are used in machines for cutting hard material ingots such as silicon ingots or other semiconductor materials.
  • the wire cuts the ingot by friction or abrasion.
  • the machine drives the closed loop in rotation.
  • the speed of movement of the wire in its longitudinal direction is typically between 5 m / s and 15 m / s.
  • the yarn is also stretched with a large force, typically between 10 N and 50 N and preferably between 30 N and 40 N.
  • a cutting wire comprising a central core extending continuously between two free ends, this central core having a tensile strength greater than 1400 MPa, and
  • the welding to form the loop is performed by heating, for example with the aid of a laser beam or an electric current, the ends of the cutting wire beyond the temperature of fusion of the central soul. Then, the two heated ends are joined together. The molten metal of the central core present on each of these ends mixes and forms the weld after cooling.
  • a method is for example described in US 6311684B1.
  • the invention aims to overcome this disadvantage by providing a method of manufacturing a closed loop of cutting wire simpler.
  • the weld is a solid state weld made without heating above the melting temperature of the central core.
  • solid state welding there is no change in the mechanical properties of the central core and, in particular, there is no reduction in the tensile strength of the central core. close to the weld. It is thus not necessary to implement additional heat treatments to restore the mechanical properties of the wire at the weld and, in particular, to make the wire harder and / or less fragile at the weld.
  • solid state welding is only known to be applicable to soft materials, such as copper, that is, materials which, when in the form of form of a central core with a diameter of between 0.4 mm and 0.6 mm, have a tensile strength of less than 500 MPa.
  • solid state welding is known to apply only to non-ferrous material (see for example the teaching of the following website: http: //coldpressurewelding.eom/cms/index.php/en/ faq # Q5).
  • this teaching dissuades to try this technique of solid state welding in the field of cutting son.
  • the central core is made of a material as hard as possible and therefore normally in a material a priori incompatible with this solid state welding technique.
  • these solid state welding techniques gave satisfactory results even with cores made in hard materials from the moment when the central core is made of a material capable of to be soldered in the solid state.
  • Embodiments of this method may include one or more of the features of the process dependent claims.
  • the invention also relates to a closed loop of cutting wire made using the manufacturing method above.
  • Embodiments of this closed loop may include one or more of the features of the dependent closed loop cut wire claims.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of a closed loop of cutting wire
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional illustration of the cutting wire of the loop of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a diagrammatic cross-sectional illustration of an abrasive particle of the cutting wire of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a flowchart of a method of manufacturing the closed loop of FIG. 1.
  • Figure 1 shows a closed loop 2 of a wire 3 of cutting.
  • a cutting wire is intended to cut a hard material by friction or abrasion.
  • a material is considered hard if its microhardness on the Vickers scale is greater than 400 Hv50 or greater than or equal to 4 on the Mohs scale.
  • the Vickers micro-impurities are expressed for a 50 gram force load, i.e. for a force of 0.49N.
  • this cutting wire is intended to cut monocrystalline silicon or polycrystalline or sapphire or silicon carbide.
  • the wire 3 extends continuously from one end 4A to an opposite end 4B.
  • the length of the wire 3 between its two ends 4A, 4B is generally greater than 20 cm or 1 m and, typically, greater than or equal to 2 m or 3 m. Generally, the length of the wire 3 is less than 10 m or 5 m.
  • the ends 4A and 4B are mechanically connected to each other without any degree of freedom by a weld 5.
  • FIG. 2 shows in more detail a cross section of the wire 3.
  • the wire 3 comprises a central core 4 on the periphery of which abrasive particles 6 are fixed, held on the central core by a binder 8.
  • the central core 4 is in the form of a single wire having a tensile strength greater than 1200 MPa or 1400 MPa and, of preferably greater than 2,000 or 3,000 MPa. Generally, the tensile strength of the core 4 is less than 5000 MPa.
  • the elongation at break of the core 4 is greater than 1% and preferably greater than 2%. Conversely, the elongation at break of the core 4 must not be too great and, for example, must remain below 10% or 5%. The elongation at break here represents the increase in the length of the core 4 before it breaks.
  • the core 4 has a circular cross section.
  • the diameter of the core 4 is between 70 ⁇ and 1 mm.
  • the diameter of the core 4 often depends on the material that is to be cut.
  • the diameter of the core 4 is between 200 ⁇ and 450 ⁇ or 200 ⁇ and 1 mm to cut silicon ingots while it is between 70 ⁇ and 100 ⁇ or between 70 ⁇ and 200 ⁇ for to cut slices of silicon known as "wafer".
  • the core 4 is made of an electrically conductive material. It is considered that a material is electrically conductive if its resistivity is less than 10 -5 ⁇ . ⁇ at 20 ° C.
  • the core 4 is also made of a weldable material in the solid state ("Solid-State welding" in English). Solid state welding is well known. This groups welding techniques where the core temperature 4 remains below the melting temperature of the material of this core. Typically, the welding temperature is less than 0.9 T f, and preferably less than 0.5T f or 0.25T f or 0.15T f , where T f is the melting temperature of the material of this central core . For example, in the case of cold welding, the welding temperature is less than 0.25T f or 0.15T f , i.e., typically less than 50 ° C or 100 ° C.
  • Solid state welding is typically by violent crushing of one of the free ends 4A on the other free end 4B.
  • the crushing is carried out with sufficient pressure so that at the point of impact, the materials of the two ends 4A and 4B interpenetrate to form a single block of uniform material.
  • - S1 is the cross section of the core 4, at the weld 5, after the solid state welding.
  • Hv is the microhardness of the material of the core 4 expressed on the Vickers scale for a load of 50 gram force.
  • the pressure at the point of impact is greater than 1000 MPa and preferably greater than 4000 MPa.
  • Pressure welding machine This machine is well known and will not be described here in more detail. This is for example the machine sold under the reference BM30 of PWM (Pressure Welding Machines). It has through a compartmentalized die two clamps which each grasp a respective end of the central core. It also has a mechanism of jacks which allows to bring the clamps from one another until contact with a large force. This force is sufficient to crush on one another the ends of the core 4 gripped and held by these clamps. The excess metal is expelled laterally, this action is repeated as many times as necessary to reach the appropriate pressure level to create the atomic bond between the two ends 4A, 4B.
  • PWM Pressure Welding Machines
  • solid-state weldable materials are often, but not always, carbon-free or very low carbon materials, i.e., less than 0.2% or 0.4%, and typically, less than 0.04% or 0.02% by mass of carbon.
  • the core 4 is also made of a magnetic material whose relative permeability is greater than 50 and preferably greater than 100 or 200.
  • the material used to make the core 4 is an austenitic stainless steel.
  • stainless steels are an alloy of iron and carbon containing in addition at least 10% by weight of chromium and, typically, more than 30% or 50% by weight of iron. Indeed, it is the chrome that protects the steel from oxidation. It forms a protective Cr 2 O 3 oxide on the surface of the steel. They also generally comprise less than 1% or 0.5% by weight of ceramic particles such as Fe 3 C or Cr 2 3C 6 .
  • the austenitic stainless steel is in its face-centered cubic crystal structure or ⁇ (gamma) form of iron. Suitable austenitic stainless steels are typically selected from alloys containing iron and nickel in the proportions indicated above as well as less than 26% by weight of chromium and less than 0.2% by weight of carbon.
  • the "gamma" structure is obtained by adding at least 6% by weight and often at least 10% by weight. mass of nickel to steel.
  • stainless steel here is 316L steel.
  • Other materials than Stainless steel are also possible such as Nickel-Chrome alloys.
  • it may be the Inconel® X750.
  • Inconel X750 is a Nickel-Chrome alloy containing:
  • the alpha homogeneous phase is the alpha phase of the phase diagram of this material.
  • These materials can be alloys and, in particular, nickel-chromium alloys in homogeneous alpha phase.
  • the linear mass m of the core 4 is, for example, between 10mg / m and 500mg / m and, preferably, between 50mg / m and 200mg / m.
  • the abrasive particles 6 form teeth on the surface of the core 4 which will come to erode the material to be cut. These abrasive particles must be harder than the material to be cut.
  • the diameter of these particles 6 is between 1 ⁇ and 500 ⁇ and less than one third of the diameter of the core 4.
  • the diameter of the particles 6 is between 10 and 22 m for a soul of diameter 0,12mm.
  • the diameter corresponds to the largest hydraulic diameter of these particles.
  • the binder 8 serves to maintain the abrasive particles 6 fixed without any degree of freedom on the core 4.
  • the binder 8 is a metal binder because these binders are harder than resins and thus allow to more effectively maintain the abrasive particles on the core 4.
  • the binder is nickel or an alloy of nickel.
  • the binder 8 is deposited in two successive layers 10 and 12.
  • the thickness of the layer 10 is low. For example, it is less than a quarter of the average diameter of the abrasive particles. This layer 10 just makes it possible to weakly fix the abrasive particles 6 on the central core.
  • the layer 12 has a greater thickness.
  • the thickness of the layer 12, in the radial direction is between 0.25 and 0.5 times the average diameter of the abrasive particles.
  • the thickness of the layer 12 is generally less than or equal to 0.5 times the average diameter of the abrasive particles 6.
  • the thickness of the layer 12, however, remains classically less than or equal to the average diameter of the abrasive particles.
  • FIG. 1 shows in more detail an abrasive particle 6.
  • Each abrasive particle 6 has an abrasive grain 16 made of a material harder than the material to be sawn.
  • the hardness of the abrasive grain 16 is greater than 430 Hv50 on the Vickers scale and preferably greater than or equal to 1000 Hv50.
  • the hardness of the grains 16 is greater than 7 or 8.
  • the grains 16 are diamond grains.
  • each grain 16 is covered with a coating 18 of magnetic material whose relative permeability is greater than or equal to 50 and, preferably, greater than or equal to 100.
  • the magnetic material used is for example a ferromagnetic or ferrimagnetic material.
  • the material is also an electrically conductive material to facilitate the fixing of the particles 6 by the binder 8 on the core 4.
  • the material used is preferably a ferromagnetic material comprising one of the following elements: iron , cobalt, nickel or a samarium-cobalt alloy or neodymium.
  • the thickness of the coating 18 is sufficient for the volume of magnetic material in the abrasive particle 6 to lift this particle when placed in a magnetic induction gradient of 30T / m and, preferably, 10T / m.
  • the volume of the magnetic material represents more than 1% or 5% of the volume of the abrasive particle 6.
  • its thickness is between 0.5 and 100% of the diameter of the grain 16 of the abrasive particle 6 and, preferably, between 2 and 50% of the diameter of the grain 16 of the abrasive particle 6.
  • the thickness is generally greater than 0.05 ⁇ and, preferably, greater than 1 ⁇ to obtain a coating 18 covering more than 90% of the outer surface of the grain 16.
  • the coating 18 is here nickel.
  • the thickness of the coating 18 is chosen such that it represents more than 10% by weight and, preferably, less than 56% by weight of the particle 6.
  • the process begins with a phase 30 of manufacturing the wire 3 of cutting.
  • This phase 30 begins with a step 32 of producing the core 4 in a weldable material in the solid state such as one of those described above.
  • step 32 consists in providing, during an operation 34, the core 4 made in this material, with an initial diameter ⁇ , ⁇ ⁇ .
  • the diameter ⁇ , ⁇ ⁇ is greater than or equal to 1, or 1 time 1 2 times the final diameter ⁇ > fi nai desired for the core 4.
  • the diameter ⁇ > The desired amount is 0.5 mm.
  • the diameter ⁇ , ⁇ ⁇ of the core 4 is chosen greater than or equal to 0.6 mm.
  • the diameter ⁇ , ⁇ is equal to 0.7 mm.
  • the tensile strength of the core 4 is preferably greater than 500 MPa and, preferably, greater than 700 MPa or 800 MPa.
  • the tensile strength is also generally lower than the desired tensile strength for loop 2, i.e., less than 1200 MPa or 1400 MPa.
  • the elongation of the rupture of the core 4 is generally much greater than 10% or 5%.
  • the elongation at break of the core 4 is at this stage greater than 20% or 30%.
  • the core 4 is drawn to reduce its diameter to the desired diameter.
  • the core 4 is for example stretched to reduce its diameter. This operation causes the work hardening of the core 4 and thus the hardening of the material of the core 4.
  • the diameter of the core 4 is equal to the diameter. Because of the work hardening, the tensile strength of the core 4 now exceeds 1400 MPa or 1500 MPa. At this stage, the elongation at break of the core 4 has become less than 10% or 5%.
  • step 32 there is proceeded to a fixing step 40, without any degree of freedom, abrasive particles 6 on the core 4 previously made.
  • the abrasive particles 6 are deposited by electrolysis on the core 4.
  • One uses for this purpose one of the techniques described in the patent application FR 2 988 628. Here, these techniques are implemented no not on a carbon steel but on a core made of a weldable material in the solid state.
  • the production of such a hook layer is well known to those skilled in the art and is therefore not described here in detail.
  • step 40 there is obtained the cutting wire 3 having the core 4 on which are fixed the abrasive particles 6.
  • the ends 4A, 4B are free. If at this point the wire 3 is too long, it is then cut to the desired length for the loop 2.
  • a step 42 at each free end 4A and 4B, the binder 8 and the abrasive particles 6 are removed to expose the core 4.
  • the ends 4A and 4B are stripped on a length from 2 to 5 mm starting from the free end.
  • the manufacture of the cutting wire ends and then proceeds to a welding step 50 of the free ends 4A and 4B together to form the loop 2.
  • a pressure welding machine is used. More specifically, the clamps of the pressure welding machine bear directly on the stripped portions of the core 4. Then, the machine is actuated to move the clamps one from the other. The ends 4A and 4B then come crashing on each other with a pressure high enough that the materials of these two ends interpenetrate with each other and form a single block of uniform material.
  • the oxide layer Cr 2 O 3 is expelled out of the weld zone. This favors solid state welding because the Cr 2 O 3 oxide is an oxide that is more like a non-cold sealable ceramic than a cold weldable metal.
  • the outward expulsion of a portion of the material of the core 4 during step 50 also has the collateral effect, to work hard, and thus to harden by deformation, the area affected by the welding. This area becomes more hardened and therefore harder than the rest of the soul 4 without there being need for it to apply additional treatment.
  • this hardening is obtained by hardening, and not by hardening, the weld 5 obtained is both harder than the rest of the core 4 while remaining ductile, that is to say non-brittle.
  • the weld remains substantially as ductile as the remainder of the core 4.
  • the weld 5 is at least as ductile as the remainder of the core 4.
  • the weld 5 can be recognized by compared to other types of welds, in that it is both harder than the rest of the soul 4 and, at the same time, not fragile.
  • a heat seal that is to say a weld obtained by fusion of the ends 4A and 4B, is either more fragile than the rest of the core which has not been heated, or less hard than the rest of the soul.
  • the core 4 is made of a material whose hardness increases in response to a heat treatment, such as lnconel @ during a step 60.
  • This thermal treatment also makes it possible to equalize the hardness of the weld 5 with the rest of the wire 3.
  • the loop 2 is heated. However, this heating remains below the melting temperature T f of the core 4.
  • the loop 2 is heated at 850 ° C for 4 h.
  • abrasive particles 6 again on the stripped portions of the core 4 located at the weld 5.
  • the procedure is the same as in step 40 except that the deposition of abrasive particles is only performed locally on the stripped portions of the core 4.
  • the abrasive particles are directly attached to the central core without using a binder for this purpose.
  • the abrasive particles are embedded in the central core.
  • the abrasive particles 6 and the binder 8 are omitted.
  • the abrasive particles are free and it is the friction of the central core 4 with the particles transported directly on the ingot to be cut that allows to cut the ingot.
  • This last process is classically called “cutting three bodies” a contrario of previous processes called “cutting two bodies”.
  • wire 3 Other methods of manufacturing the wire 3 are possible. For example, another method is described in EP 2 428 317. To manufacture wire 3, it is also possible to use techniques that do not use a magnetic field to attract abrasive particles to the core core. When such a method is implemented, it is then not necessary that the central core and / or the abrasive particles 6 are made using magnetic or magnetizable material. The abrasive particles can be attached to the central core by other means not implementing electrolysis. If no electrolysis is implemented, then it is not necessary that the central core is made of an electrically conductive material.
  • the coating 18 of the abrasive particles is replaced by a simply metallic coating and which is not necessarily a magnetic material. Indeed, such a metal coating increases the bond strength between the particles and the binder.
  • the coating is made of Titanium.
  • Step 42 which consists in stripping the ends of the cutting wire may be omitted.
  • the clamps of the pressure welding machine bear directly on the abrasive particles 6 and the binder 8.
  • the binder 8 and the abrasive particles 6 are ejected towards the outside of the weld outside the zone where the ends of the core 4 interpenetrate. Therefore, the fact of not removing the binder 8 or the abrasive particles 6 does not interfere with the completion of the weld 5.
  • no abrasive particles and no piece of the binder 8 are trapped between the two ends 4A and 4B after solid state welding.
  • the welding step 50 can also be performed at other times.
  • the welding 50 may be performed after the drawing operation 36 and before the step 40 of fixing the abrasive particles.
  • the welding step 50 can also be performed before the drawing operation 36, that is to say at a stage where the hardness of the core 4 has not yet been increased.
  • the drawing operation 36 and the operation of fixing the abrasive particles must then be performed on a closed loop instead of a rectilinear segment of wire.

Landscapes

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Abstract

Ce procédé de fabrication d'une boucle fermée de fil de découpe comporte : - la fabrication (30) d'un fil de découpe comportant une âme centrale s'étendant continûment entre deux extrémités libres, cette âme centrale présentant une résistance à la traction supérieure à 1400 MPa, - le soudage (50) ensemble des deux extrémités libres pour former la boucle fermée de fil de découpe, dans lequel: - la fabrication du fil de découpe comporte la réalisation (32) de l'âme centrale dans un matériau soudable à l'état solide, et - le soudage (50) est une opération de soudage à l'état solide comportant l'écrasement, à une température inférieure à la température de fusion du matériau de l'âme centrale, de l'une des extrémités libres sur l'autre de ses extrémités libres jusqu'à ce que les deux extrémités s'interpénètrent et ne forment plus qu'un seul bloc de matière uniforme.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE BOUCLE FERMEE DE FIL DE DECOUPE
[ooi ] L'invention concerne un procédé de fabrication d'une boucle fermée de fil de découpe ainsi qu'une boucle fermée de fil de découpe fabriquée par ce procédé.
[002] Les boucles fermées de fil de découpe sont utilisées dans des machines à découper des lingots de matériaux durs comme des lingots en silicium ou autres matériaux semi-conducteurs. Le fil découpe le lingot par frottement ou abrasion. Pour cela, la machine entraîne la boucle fermée en rotation. La vitesse de déplacement du fil dans sa direction longitudinale est typiquement comprise entre 5 m/s et 15 m/s. Le fil est également tendu avec une force importante comprise, typiquement, entre 10 N et 50 N et, de préférence, entre 30 N et 40 N.
[003] L'avantage d'utiliser une boucle fermée de fil de découpe est que le fil se déplace toujours dans le même sens et qu'il n'est pas nécessaire de prévoir périodiquement un changement de sens de déplacement de ce fil. Des procédés connus de fabrication d'une telle boucle fermée de fil de découpe comportent :
- la fabrication d'un fil de découpe comportant une âme centrale s'étendant continûment entre deux extrémités libres, cette âme centrale présentant une résistance à la traction supérieure à 1400 MPa, et
- le soudage ensemble des deux extrémités libres pour former la boucle fermée de fil de découpe.
[004] Jusqu'à présent, la soudure pour former la boucle est réalisée en chauffant, par exemple à l'aide d'un faisceau laser ou d'un courant électrique, les extrémités du fil de découpe au-delà de la température de fusion de l'âme centrale. Ensuite, les deux extrémités chauffées sont raboutées. Le métal fondu de l'âme centrale présent sur chacune de ces extrémités se mélange et forme la soudure après avoir refroidi. Un tel procédé est par exemple décrit dans le brevet US6311684B1 .
[005] Il a été constaté que lors de l'utilisation sur des machines à découper de telles boucles fermées, les boucles ainsi réalisées ont tendance à se rompre à proximité de la soudure dans la zone affectée thermiquement. Pour remédier à ce problème, le brevet US6311684B1 ou la demande WO99/28075 propose d'appliquer sur la soudure des traitements thermiques supplémentaires à des températures bien précises. Ces traitements thermiques supplémentaires complexifient la fabrication de la boucle fermée.
[006] De l'état de la technique est également connu de GB892874A et FR88121 E.
[007] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de fabrication d'une boucle fermée de fil de découpe plus simple.
[008] Elle a donc pour objet un tel procédé conforme à la revendication 1 .
[009] La soudure conventionnelle chauffe au-delà de sa température de fusion les extrémités de l'âme centrale en acier. Cet échauffement modifie localement les propriétés mécaniques de l'âme centrale. Plus précisément, cela diminue sa résistance à la traction et sa résistance en fatigue. C'est donc pour cela que la boucle casse généralement à proximité de la soudure et que US6311684B1 enseigne de réaliser des traitements thermiques supplémentaires pour restaurer les propriétés mécaniques initiales du fil de découpe même dans la zone affectée thermiquement par le soudage.
[ooio] Au contraire, dans le procédé revendiqué, la soudure est une soudure à l'état solide réalisée sans échauffement au-delà de la température de fusion de l'âme centrale. Ainsi, lors du soudage à l'état solide, il n'y a pas de modification des propriétés mécaniques de l'âme centrale et, notamment, il n'y a pas de diminution de la résistance à la traction de l'âme centrale à proximité de la soudure. Il n'est ainsi pas nécessaire de mettre en œuvre des traitements thermiques supplémentaires pour restaurer les propriétés mécaniques du fil au niveau de la soudure et, notamment, pour rendre le fil plus dure et/ou moins fragile au niveau de la soudure.
[ooii] Les déposants font également remarquer que le soudage à l'état solide est uniquement connu pour être applicable à des matériaux mous, tel que le cuivre, c'est- à-dire des matériaux qui, lorsqu'ils se présentent sous la forme d'une âme centrale d'un diamètre compris entre 0,4 mm et 0,6 mm, présentent une résistance à la traction inférieure à 500 MPa. De plus, le soudage à l'état solide est connu pour s'appliquer uniquement au matériau non-ferreux (voir par exemple l'enseignement du site internet suivant : http://coldpressurewelding.eom/cms/index.php/en/faq#Q5). Ainsi, cet enseignement dissuade d'essayer cette technique de soudage à l'état solide dans le domaine des fils de découpe. En effet, l'âme centrale est réalisée dans un matériau aussi dur que possible et donc normalement dans un matériau a priori incompatible avec cette technique de soudure à l'état solide. Toutefois, les déposants ont également découvert que, de façon surprenante, ces techniques de soudage à l'état solide donnaient des résultats satisfaisants même avec des âmes réalisées dans des matériaux durs à partir du moment où l'âme centrale est réalisée dans un matériau susceptible d'être soudé à l'état solide.
[0012] Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques des revendications dépendantes de procédé.
[0013] Ces modes de réalisation du procédé de fabrication présentent en outre les avantages suivants :
- la réalisation du soudage après le tréfilage de l'âme centrale simplifie la fabrication de la boucle fermée car il est alors possible de fabriquer le fil de découpe à partir d'une âme centrale s'étendant continûment entre ses deux extrémités libres ;
- le chauffage sur l'ensemble de la boucle fermée après le soudage permet l'accroître encore plus la dureté du fil de découpe sur toute la longueur de la boucle fermée.
[0014] L'invention a également pour objet une boucle fermée de fil de découpe réalisée à l'aide du procédé de fabrication ci-dessus. [0015] Les modes de réalisation de cette boucle fermée peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques des revendications dépendantes de boucle fermée de fil de découpe.
[0016] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une illustration schématique d'une boucle fermée de fil de découpe ;
- la figure 2 est une illustration schématique, en coupe transversale, du fil de découpe de la boucle de la figure 1 ;
- la figure 3 est une illustration schématique, en coupe transversale, d'une particule abrasive du fil de découpe de la figure 2 ;
- la figure 4 est un organigramme d'un procédé de fabrication de la boucle fermée de la figure 1 .
[0017] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
[0018] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail.
[0019] Dans cette description, lorsque des valeurs de perméabilité relative d'un matériau magnétique sont données, elles le sont pour une fréquence nulle.
[0020] La figure 1 représente une boucle fermée 2 d'un fil 3 de découpe. Un fil de découpe est destiné à découper un matériau dur par frottement ou abrasion. Ici, on considère qu'un matériau est dur si sa microdureté sur l'échelle de Vickers est supérieure à 400 Hv50 ou supérieur ou égale à 4 sur l'échelle de Mohs. Dans cette description, les microduretés Vickers sont exprimées pour une charge de 50 gramme force, c'est-à-dire pour une force de 0,49N. Toutefois, l'homme du métier sait qu'il faut ajuster la charge en fonction de l'épaisseur du matériau sur lequel les mesures sont réalisées pour que la taille de l'empreinte Vickers soit inférieure à l'épaisseur du matériau. Ici, ce fil de découpe est destiné à découper du silicium monocristallin ou polycristallin ou encore du saphir ou du carbure de silicium.
[0021] Le fil 3 s'étend continûment d'une extrémité 4A jusqu'à une extrémité opposée 4B. La longueur du fil 3 entre ses deux extrémités 4A, 4B est généralement supérieure à 20 cm ou 1 m et, typiquement, supérieure ou égale à 2 m ou 3m. Généralement, la longueur du fil 3 est inférieure à 10 m ou 5 m.
[0022] Pour former la boucle 2, les extrémités 4A et 4B sont raccordées mécaniquement l'une à l'autre sans aucun degré de liberté par une soudure 5.
[0023] La figure 2 représente plus en détail une section transversale du fil 3. Le fil 3 comporte une âme centrale 4 sur la périphérie de laquelle sont fixées des particules abrasives 6 maintenues sur l'âme centrale par un liant 8.
[0024] Typiquement, l'âme centrale 4 se présente sous la forme d'un fil simple présentant une résistance à la traction supérieure à 1200 MPa ou 1400 MPa et, de préférence, supérieure à 2 000 ou 3 000 MPa. Généralement, la résistance à la traction de l'âme 4 est inférieure à 5 000 MPa.
[0025] L'allongement à la rupture de l'âme 4 est supérieur à 1 % et, de préférence, supérieur à 2 %. A l'inverse, l'allongement à la rupture de l'âme 4 ne doit pas être trop important et, par exemple, doit rester en dessous de 10 % ou 5 %. L'allongement à la rupture représente ici l'augmentation de la longueur de l'âme 4 avant que celle-ci ne se rompe.
[0026] Dans ce mode de réalisation, l'âme 4 a une section transversale circulaire. Par exemple, le diamètre de l'âme 4 est compris entre 70 μιτι et 1 mm. Le diamètre de l'âme 4 dépend souvent du matériau que l'on souhaite découper. Par exemple, le diamètre de l'âme 4 est compris entre 200 μιτι et 450 μιτι ou 200 μιτι et 1 mm pour découper des lingots de silicium tandis qu'il est compris entre 70 μιτι et 100 μιτι ou entre 70 μιτι et 200 μιτι pour découper des tranches de silicium connues sous le terme anglais de « wafer ». Dans ce mode de réalisation, l'âme 4 est réalisée dans un matériau électriquement conducteur. On considère qu'un matériau est électriquement conducteur si sa résistivité est inférieure à 10"5 Ω.ιτι à 20°C.
[0027] L'âme 4 est aussi réalisée dans un matériau soudable à l'état solide (« Solid- State welding » en anglais). Le soudage à l'état solide est bien connu. Cela regroupe les techniques de soudage où la température de l'âme 4 reste inférieure à la température de fusion du matériau de cette âme. Typiquement, la température de soudage est inférieure à 0,9 Tf et, de préférence, inférieure à 0,5Tf ou 0,25Tf ou 0,15Tf, où Tf est la température de fusion du matériau de cette âme centrale. Par exemple, dans le cas du soudage à froid, la température de soudage est inférieure à 0,25Tfou 0,15Tf, c'est-à-dire typiquement inférieure à 50°C ou 100°C.
[0028] Lors du soudage à l'état solide, la soudure est réalisée sans apport de matière extérieure sur les extrémités à souder. Le soudage à l'état solide se fait typiquement en écrasant violemment l'une des extrémités libres 4A sur l'autre extrémité libre 4B. L'écrasement est réalisé avec une pression suffisante pour qu'au niveau du point d'impact, les matériaux des deux extrémités 4A et 4B s'interpénétrent pour former un seul bloc de matière uniforme. Typiquement, on considère que la pression est suffisante si le paramètre Y=(S1 -So)/S1 est supérieur à 0,5 et, de préférence, à 0,7, où
- So est la section transversale de l'âme 4 avant le soudage à l'état solide, et
- S1 est la section transversale de l'âme 4, au niveau de la soudure 5, après le soudage à l'état solide.
[0029] Cela correspond généralement à une pression en MPa supérieure à Hv*5 et, de préférence, à Hv*10, où Hv est la microdureté du matériau de l'âme 4 exprimée sur l'échelle de Vickers pour une charge de 50 gramme-force. Pour une grande partie des matériaux soudables à l'état solide, la pression au niveau du point d'impact est supérieure à à 1000 MPa et, de préférence, supérieure à 4000 MPa. [0030] Après le soudage à l'état solide, il n'est pas possible de discerner, même dans une coupe longitudinale de la soudure observée au microscope, une interface qui sépare d'un côté la matière qui, avant le soudage, appartenait à l'extrémité 4A et, de l'autre côté, la matière qui, avant le soudage, appartenait à l'autre extrémité 4B. Ici, la soudure est réalisée par soudage à froid. Le soudage à froid est réalisé à l'aide d'une machine de soudage par pression (« pressure welding machine » en anglais). Cette machine est bien connue et elle ne sera pas décrite ici plus en détail. Il s'agit par exemple de la machine commercialisée sous la référence BM30 de la société P.W.M. (Pressure Welding Machines). Elle possède au travers d'une filière compartimentée deux pinces qui saisissent chacune une extrémité respective de l'âme centrale. Elle possède également un mécanisme de vérins qui permet de rapprocher les pinces l'une de l'autre jusqu'au contact avec une force importante. Cette force est suffisante pour écraser l'une sur l'autre les extrémités de l'âme 4 saisie et maintenue par ces pinces. L'excédent de métal est expulsé latéralement, on réitère cette action autant de fois que nécessaire pour atteindre le niveau de pression adéquat pour créer la liaison atomique entre les deux extrémités 4A, 4B.
[0031] Tous les matériaux ne sont pas soudables à l'état solide. Par exemple, les matériaux soudables à l'état solide sont souvent, mais pas toujours, des matériaux sans carbone ou avec très peu de carbone, c'est-à-dire avec moins de 0,2 % ou 0,4 % et, typiquement, moins de 0,04 % ou 0,02 % en masse de carbone.
[0032] Enfin, dans ce mode de réalisation particulier, l'âme 4 est également réalisée dans un matériau magnétique dont la perméabilité relative est supérieure à 50 et, de préférence, supérieure à 100 ou 200.
[0033] Par exemple, ici, le matériau utilisé pour réaliser l'âme 4 est un acier inoxydable austénitiques. Typiquement, les aciers inoxydables sont un alliage de fer et de carbone contenant en plus au moins 10 % en masse de chrome et, typiquement, plus de 30 % ou 50 % en masse de fer. En effet, c'est le chrome qui protège l'acier de l'oxydation. Il forme un oxyde Cr2O3 protecteur à la surface de l'acier. Ils comporte également, généralement, moins de 1 % ou 0,5 % en masse de particules céramiques telles que Fe3C ou Cr23C6. De préférence, l'acier inoxydable austénitique est dans sa structure cristalline cubique à face centrée ou forme γ (gamma) du fer. Les aciers inoxydables austénitiques qui conviennent sont typiquement choisis parmi les alliages contenant du fer et du nickel dans les proportions indiquées ci-dessus ainsi que moins de 26 % en masse de Chrome et moins de 0,2 % en masse de Carbone.
[0034] Dans le cas des aciers inoxydables les plus courants, tels que les aciers inoxydables 304, 316, 316L, et 321 , la structure « gamma » est obtenue en ajoutant au moins 6 % en masse et, souvent, au moins 10% en masse de nickel à l'acier. D'où la désignation grand public de ces aciers « 18-10 » (18% de chrome et 10% de nickel). Par exemple, l'acier inoxydable est ici l'acier 316L. D'autres matériaux qu'un acier inoxydable sont aussi possibles tels que les alliages Nickel-Chrome. Par exemple, il peut s'agir de l'Inconel® X750. L'Inconel X750 est un alliage Nickel- Chrome contenant :
- 70 % en masse de Nickel et de Cobalt,
- 14 % en masse de Chrome,
- 5 à 9 % en masse de Fer, et
- 2 à 2,5 % en masse de Titane.
[0035] D'autres matériaux possibles sont les matériaux en phase homogène alpha. La phase homogène alpha est la phase alpha du diagramme de phase de ce matériau. Ces matériaux peuvent être des alliages et, en particulier, des alliages Nickel-Chrome en phase homogène alpha .
[0036] La masse linéique m de l'âme 4 est, par exemple, comprise entre 10mg/m et 500mg/m et, de préférence, entre 50mg/m et 200mg/m.
[0037] Les particules abrasives 6 forment des dents à la surface de l'âme 4 qui vont venir éroder le matériau à découper. Ces particules abrasives doivent donc être plus dures que le matériau à découper.
[0038] Le diamètre de ces particules 6 est compris ente 1 μιτι et 500 μιτι et inférieur au tiers du diamètre de l'âme 4. Ici, dans ce mode de réalisation, le diamètre des particules 6 est compris entre 10 et 22 m pour une âme de diamètre 0,12mm. Lorsque ces particules 6 ne sont pas des sphères, le diamètre correspond au plus grand diamètre hydraulique de ces particules.
[0039] Le liant 8 a pour fonction de maintenir les particules abrasives 6 fixées sans aucun degré de liberté sur l'âme 4.
[0040] De préférence, le liant 8 est un liant métallique car ces liants sont plus durs que des résines et permettent donc de maintenir de façon plus efficace les particules abrasives sur l'âme 4. Ici, le liant est du nickel ou un alliage de nickel.
[0041] Dans ce mode de réalisation, le liant 8 est déposé en deux couches successives 10 et 12. L'épaisseur de la couche 10 est faible. Par exemple, elle est inférieure au quart du diamètre moyen des particules abrasives. Cette couche 10 permet juste de fixer faiblement les particules abrasives 6 sur l'âme centrale.
[0042] La couche 12 a une épaisseur plus importante. Par exemple, l'épaisseur de la couche 12, dans la direction radiale, est comprise entre 0,25 et 0,5 fois le diamètre moyen des particules abrasives. L'épaisseur de la couche 12 est généralement inférieure ou égale à 0,5 fois le diamètre moyen des particules abrasives 6. L'épaisseur de la couche 12 reste cependant classiquement inférieure ou égale au diamètre moyen des particules abrasives.
[0043] Cette couche 12 permet d'empêcher l'arrachement des particules abrasives 6 lorsque le fil 3 est utilisé pour découper une pièce. La somme des épaisseurs des couches 10 et 12 est généralement inférieure à 0,7 fois le diamètre moyen des particules abrasives 6. [0044] La figure 3 représente plus en détail une particule 6 abrasive. Chaque particule abrasive 6 comporte un grain abrasif 16 réalisé dans un matériau plus dur que le matériau à scier. Par exemple, la dureté du grain abrasif 16 est supérieure à 430 Hv50 sur l'échelle de Vickers et, de préférence, supérieure ou égale à 1 000 Hv50. Sur l'échelle de Mohs, la dureté des grains 16 est supérieure à 7 ou 8. Par exemple, les grains 16 sont des grains de diamant.
[0045] Dans ce mode de réalisation particulier, chaque grain 16 est recouvert d'un revêtement 18 en matériau magnétique dont la perméabilité relative est supérieure ou égale à 50 et, de préférence, supérieure ou égale à 100. Le matériau magnétique utilisé est par exemple un matériau ferromagnétique ou ferrimagnétique. De préférence, le matériau est également un matériau électriquement conducteur pour faciliter la fixation des particules 6 par le liant 8 sur l'âme 4. Par exemple, le matériau utilisé est de préférence un matériau ferromagnétique comportant l'un des éléments suivants : du fer, du cobalt, du nickel ou un alliage de samarium-cobalt ou du Néodyme.
[0046] L'épaisseur du revêtement 18 est suffisante pour que le volume de matériau magnétique dans la particule abrasive 6 permette de soulever cette particule lorsqu'elle est placée dans un gradient d'induction magnétique de 30T/m et, de préférence, de 10T/m. Typiquement, pour cela, le volume du matériau magnétique représente plus de 1 % ou 5 % du volume de la particule abrasive 6. Par exemple, son épaisseur est comprise entre 0,5 et 100 % du diamètre du grain 16 de la particule abrasive 6 et, de préférence, entre 2 et 50 % du diamètre du grain 16 de la particule abrasive 6.
[0047] L'épaisseur est généralement supérieure à 0,05 μιτι et, de préférence, supérieure à 1 μιτι pour obtenir un revêtement 18 recouvrant plus de 90 % de la surface extérieure du grain 16.
[0048] A titre d'exemple, le revêtement 18 est ici du nickel. L'épaisseur du revêtement 18 est choisie de telle sorte qu'il représente plus de 10 % en masse et, de préférence, moins de 56 % en masse de la particule 6.
[0049] La fabrication de la boucle 2 va maintenant être décrite en référence au procédé de la figure 4.
[0050] Le procédé débute par une phase 30 de fabrication du fil 3 de découpe. Cette phase 30 débute par une étape 32 de réalisation de l'âme 4 dans un matériau soudable à l'état solide tel que l'un de ceux décrits précédemment.
[0051 ] Ici, l'étape 32 consiste à fournir, lors d'une opération 34, l'âme 4 réalisée dans ce matériau, avec un diamètre initial Φ,ηί . Typiquement, le diamètre Φ,ηί est supérieur ou égal à 1 ,1 fois ou 1 ,2 fois le diamètre final <ï>finai souhaité pour l'âme 4. Par exemple, ici, on suppose que le diamètre <ï>finai souhaité est égal à 0,5 mm. Dans ces conditions, le diamètre Φ,ηί de l'âme 4 est choisi supérieur ou égal à 0,6 mm. Ici, le diamètre Φ,ηί est égal à 0,7 mm. [0052] A ce stade, la résistance à la traction de l'âme 4 est, de préférence, supérieure à 500 MPa et, avantageusement, supérieure à 700 MPa ou 800 MPa. Toutefois, la résistance à la traction est aussi généralement inférieure à la résistance à la traction souhaitée pour la boucle 2, c'est-à-dire inférieure 1200 MPa ou à 1400 MPa. De plus, lors de l'opération 34, l'allongement de la rupture de l'âme 4 est généralement très supérieur à 10 % ou 5 %. Par exemple, l'allongement à la rupture de l'âme 4 est à ce stade supérieur à 20 % ou 30 %.
[0053] Ensuite, lors d'une opération 36, l'âme 4 est tréfilée pour diminuer son diamètre jusqu'au diamètre souhaité <ï Lors de l'opération 36, l'âme 4 est par exemple étiré pour faire diminuer son diamètre. Cette opération provoque l'écrouissage de l'âme 4 et donc le durcissement du matériau de l'âme 4. Ainsi, à l'issue de l'opération 36, le diamètre de l'âme 4 est égal au diamètre <ï De plus, à cause de l'écrouissage, la résistance à la traction de l'âme 4 dépasse maintenant les 1400 MPa ou les 1500 MPa. A ce stade, l'allongement à la rupture de l'âme 4 est devenu inférieur à 10 % ou 5 %.
[0054] Après l'étape 32, on procède à une étape 40 de fixation, sans aucun degré de liberté, des particules abrasives 6 sur l'âme 4 précédemment réalisée.
[0055] Ici, les particules abrasives 6 sont déposées par électrolyse sur l'âme 4. On utilise à cet effet, l'une des techniques décrites dans la demande de brevet FR 2 988 628. Ici, ces techniques sont mises en œuvre non pas sur un acier carboné mais sur une âme réalisée dans un matériau soudable à l'état solide. Ainsi, selon la nature du matériau de l'âme 4, il peut être nécessaire de prévoir le dépôt d'une couche d'accroché sur l'âme 4 avant de procéder au dépôt du liant 8 pour garantir une bonne tenue mécanique de liant 8 sur l'âme 4. La réalisation d'une telle couche d'accroché est bien connue de l'homme du métier et n'est donc pas décrite ici en détail.
[0056] A l'issue de l'étape 40, on obtient le fil 3 de découpe comportant l'âme 4 sur laquelle sont fixées les particules abrasives 6. Les extrémités 4A, 4B sont libres. Si à ce stade le fil 3 est trop long, il est ensuite coupé à la longueur souhaitée pour la boucle 2.
[0057] Lors d'une étape 42, au niveau de chaque extrémité libre 4A et 4B, le liant 8 et les particules abrasives 6 sont retirées pour mettre à nu l'âme 4. Ici, les extrémités 4A et 4B sont dénudées sur une longueur de 2 à 5 mm en partant de l'extrémité libre.
[0058] La fabrication du fil de découpe se termine et l'on procède alors à une étape 50 de soudage ensemble des extrémités libres 4A et 4B pour former la boucle 2. A cet effet, on utilise une machine de soudage par pression. Plus précisément, les pinces de la machine de soudage par pression prennent directement appui sur les parties dénudées de l'âme 4. Ensuite, la machine est actionnée pour rapprocher les pinces l'une de l'autre. Les extrémités 4A et 4B viennent alors s'écraser l'une sur l'autre avec une pression suffisamment élevée pour que les matériaux de ces deux extrémités s'interpénétrent l'un avec l'autre et ne forment plus qu'un seul bloc de matière uniforme.
[0059] Lors de l'écrasement des extrémités 4A et 4B l'une sur l'autre, une partie du matériau de ces extrémités flue radialement vers l'extérieur de la soudure et forme des bavures. Dans le cas où le matériau de l'âme 4 est un acier inoxydable austénitique, la couche d'oxyde Cr2O3 est expulsée vers l'extérieur hors de la zone de soudure. Ceci favorise le soudage à l'état solide car l'oxyde Cr2O3 est un oxyde qui ressemble plus à une céramique non soudable à froid qu'à un métal soudable à froid.
[0060] L'expulsion vers l'extérieur d'une partie de la matière de l'âme 4 lors de l'étape 50 a aussi pour effet collatéral, d'écrouir, et donc de durcir par déformation, la zone affectée par la soudure. Cette zone devient plus écrouie et donc plus dure que le reste de l'âme 4 sans qu'il y ait besoin pour cela d'appliquer un traitement supplémentaire. De plus, comme ce durcissement est obtenu par écrouissage, et non par trempe, la soudure 5 obtenue est à la fois plus dure que le reste de l'âme 4 tout en restant ductile, c'est-à-dire non-fragile. En particulier, on peut plier l'âme 4 au niveau de la soudure 5 sans la casser. Typiquement, la soudure reste sensiblement aussi ductile que le reste de l'âme 4. Par exemple, la soudure 5 est au moins aussi ductile que le reste de l'âme 4. Ainsi, à ce stade, on peut reconnaître la soudure 5 par rapport à d'autres types de soudures, en ce qu'elle est à la fois plus dure que le reste de l'âme 4 et, en même temps, non fragile. Par comparaison, une soudure à chaud, c'est-à-dire une soudure obtenue par fusion des extrémités 4A et 4B, est soit plus fragile que le reste de l'âme qui n'a pas été chauffé, soit moins dure que le reste de l'âme.
[0061] Ainsi, une fois le soudage réalisé, lors d'une étape 52, on procède à l'ébavurage de la soudure 5 pour éliminer ces bavures qui se sont formées. On ramène ainsi le diamètre de l'âme 4, au niveau de la soudure 5, au diamètre souhaité ίίηβΙ-
[0062] Ensuite, dans le cas où l'âme 4 est réalisée dans un matériau dont la dureté augmente en réponse à un traitement thermique, comme par exemple l'lnconel@ lors d'une étape 60 on procède, éventuellement, à ce traitement thermique sur la totalité de la boucle 2. Ce traitement thermique permet aussi d'égaliser la dureté de la soudure 5 avec le reste du fil 3. Lors de ce traitement thermique, la boucle 2 est chauffée. Toutefois, cet échauffement reste inférieur à la température Tf de fusion de l'âme 4. Par exemple, dans le cas où l'âme 4 est réalisée en Inconel X750, la boucle 2 est chauffée à 850°C pendant 4 h.
[0063] Ensuite, toujours éventuellement, lors d'une étape 62, on peut aussi fixer à nouveau des particules abrasives 6 sur les parties dénudées de l'âme 4 situées au niveau de la soudure 5. Par exemple, lors de l'étape 62, on procède de la même façon que lors de l'étape 40 sauf que le dépôt de particules abrasives est uniquement réalisé localement sur les parties dénudées de l'âme 4. [0064] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, en variante, les particules abrasives sont directement fixées sur l'âme centrale sans utiliser pour cela un liant. A cet effet, par exemple, les particules abrasives sont encastrées dans l'âme centrale. Dans une autre variante, les particules abrasives 6 et le liant 8 sont omis. Dans ce cas, les particules abrasives sont libres et c'est la friction de l'âme centrale 4 avec les particules transportées directement sur le lingot à découper qui permet de découper ce lingot. Ce dernier processus est classiquement appelé « découpe trois corps » a contrario des processus précédents appelés « découpe deux corps ».
[0065] D'autres procédés de fabrication du fil 3 sont possibles. Par exemple, un autre procédé est décrit dans la demande EP 2 428 317. Pour fabriquer le fil 3, il est également possible d'utiliser des techniques qui n'utilisent pas de champ magnétique pour attirer les particules abrasives sur l'âme centrale. Lorsqu'un tel procédé est mis en œuvre, il n'est alors pas nécessaire que l'âme centrale et/ou les particules abrasives 6 soient réalisées à l'aide de matériau aimanté ou aimantable. Les particules abrasives peuvent être fixées sur l'âme centrale par d'autres moyens ne mettant pas en œuvre une électrolyse. Si aucune électrolyse n'est mise en œuvre, alors il n'est pas nécessaire que l'âme centrale soit réalisée dans un matériau électriquement conducteur.
[0066] Dans un autre mode de réalisation, le revêtement 18 des particules abrasives est remplacé par un revêtement simplement métallique et qui n'est pas nécessairement un matériau magnétique. En effet, un tel revêtement métallique augmente la force de liaison entre les particules et le liant. Par exemple, le revêtement est en Titane.
[0067] L'étape 42 qui consiste à dénuder les extrémités du fil de découpe peut être omise. Dans ce cas, les pinces de la machine de soudage par pression prennent appui directement sur les particules abrasives 6 et le liant 8. Ensuite, lors de l'écrasement des extrémités 4A et 4B l'une sur l'autre, le liant 8 et les particules abrasives 6 sont éjectées vers l'extérieur de la soudure en dehors de la zone où les extrémités de l'âme 4 s'interpénétrent. Par conséquent, le fait de ne pas retirer le liant 8 ou les particules abrasives 6 ne gêne en rien la réalisation de la soudure 5. En particulier, aucune particule abrasive et aucun morceau du liant 8 ne se retrouvent coincés entre les deux extrémités 4A et 4B après le soudage à l'état solide.
[0068] D'autres techniques de soudage à l'état solide que la soudure à froid peuvent être utilisées. Par exemple, il est possible d'utiliser la technique du soudage par impulsion électromagnétique (« magnetic puise welding ») où la technique du soudage par explosion (« explosion welding »). Dans ces procédés, l'écrasement des deux extrémités l'une sur l'autre est obtenu en projetant avec violence l'une de ces extrémités sur l'autre extrémité. Dans le cas du soudage par impulsion électromagnétique, ce sont des impulsions électromagnétiques qui sont utilisées pour accélérer avec violence l'une des extrémités vers l'autre extrémité. Typiquement, au moment de l'impact des extrémités entre elles, l'une de ces extrémités peut se déplacer avec une vitesse supérieure à 300 m/s. Dans la technique de soudage par explosion, c'est l'explosion d'une charge explosive qui provoque l'accélération d'une des extrémités vers l'autre.
[0069] L'étape 50 de soudage peut également être réalisée à d'autres moments. Par exemple, le soudage 50 peut être réalisé après l'opération 36 de tréfilage et avant l'étape 40 de fixation des particules abrasives. L'étape 50 de soudage peut aussi être réalisée avant l'opération 36 de tréfilage, c'est-à-dire à un stade où la dureté de l'âme 4 n'a pas encore été accrue. Par contre, l'opération 36 de tréfilage et l'opération de fixation des particules abrasives doivent alors être réalisées sur une boucle fermée au lieu d'un segment rectiligne de fil.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'une boucle fermée de fil de découpe, ce procédé comportant :
- la fabrication (30) d'un fil de découpe comportant une âme centrale s'étendant continûment entre deux extrémités libres, cette âme centrale présentant une résistance à la traction supérieure à 1400 MPa,
- le soudage (50) ensemble des deux extrémités libres pour former la boucle fermée de fil de découpe,
caractérisé en ce que :
- la fabrication du fil de découpe comporte la réalisation (32) de l'âme centrale dans un matériau soudable à l'état solide, et
- le soudage (50) est une opération de soudage à l'état solide comportant l'écrasement, à une température inférieure à la température de fusion du matériau de l'âme centrale, de l'une des extrémités libres sur l'autre de ses extrémités libres jusqu'à ce que les deux extrémités s'interpénétrent et ne forment plus qu'un seul bloc de matière uniforme.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la fabrication (30) du fil de découpe comporte :
- le tréfilage (36) de l'âme centrale pour diminuer son diamètre et accroître sa dureté par écrouissage de manière à atteindre une résistance à la traction supérieure à 1400 MPa, puis
- le soudage (50) ensemble des deux extrémités libres de l'âme centrale tréfilée pour former la boucle fermée.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, après l'étape de soudage (50), le procédé comporte le chauffage (60) de l'ensemble de la boucle fermée à une température inférieure à la température de fusion du matériau de l'âme centrale.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé comporte l'ébavurage (52) des bavures produites lors du soudage à l'état solide.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fabrication du fil comporte la fixation (40) de particules abrasives sur l'âme centrale.
6. Boucle fermée de fil de découpe obtenue à l'aide d'un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, cette boucle fermée comportant :
- un fil (3) de découpe comprenant une âme centrale (4) s'étendant continûment entre deux extrémités (4A, 4B) et présentant une résistance à la traction supérieure à 1400 MPa, et
- une soudure (5) reliant ensemble les deux extrémités ;
caractérisé en ce que l'âme centrale (4) est réalisée dans un matériau soudable à l'état solide, et la soudure est une soudure à l'état solide ne formant qu'un seul bloc de matière uniforme avec l'âme central, cette soudure à l'état solide étant obtenue par l'interpénétration des deux extrémités l'une dans l'autre.
7. Boucle selon la revendication 6, dans laquelle l'âme centrale (4) est réalisée dans un matériau à structure cristalline cubique à face centrée ou en phase homogène gamma du fer.
8. Boucle selon la revendication 7, dans laquelle l'âme centrale est réalisée en acier inoxydable austénitique.
9. Boucle selon la revendication 8, dans laquelle l'âme centrale est réalisée dans un alliage de fer et de nickel comportant moins de 26 % en masse de Chrome et moins de 0,2 % en masse de carbone.
10. Boucle selon la revendication 6, dans laquelle l'âme centrale (4) est réalisée dans un alliage de Nickel et de Chrome contenant au moins 6 % en masse de Nickel.
11. Boucle selon la revendication 10, dans laquelle l'âme centrale (4) est réalisée dans un alliage contenant :
- 70 % en masse de Nickel et de Cobalt,
- 14 % en masse de Chrome,
- 5 à 9 % en masse de Fer, et
- 2 à 2,5 % en masse de Titane.
12. Boucle selon l'une quelconque des revendications 6 à 11 , dans laquelle l'âme centrale est réalisée dans un matériau dont la résistance à la traction est supérieure à 1400 MPa lorsqu'il se présente sous la forme d'un fil de 0,2 à 1 mm de diamètre.
13. Boucle selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, dans laquelle le fil de découpe comporte des particules abrasives (6) fixées sans aucun degré de liberté sur l'âme centrale (4).
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