FR2498103A1 - PROCESS FOR WELDING REVOLUTION PIECES OF METALS OF VERY DIFFERENT HARDNESS AND MACHINE FOR PERFORMING SAID METHOD - Google Patents

PROCESS FOR WELDING REVOLUTION PIECES OF METALS OF VERY DIFFERENT HARDNESS AND MACHINE FOR PERFORMING SAID METHOD Download PDF

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FR2498103A1
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Manfred Menzinger
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KUKA Systems GmbH
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KUKA Schweissanlagen und Roboter GmbH
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/129Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding specially adapted for particular articles or work

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Abstract

PROCEDE DE SOUDAGE PAR FROTTEMENT. IL CONSISTE A FAIRE TOURNER UNE PIECE ET A PRESSER UNE AUTRE PIECE CONTRE CELLE QUI TOURNE ET, APRES AVOIR ENGENDRE LA CHALEUR DE FROTTEMENT SOUHAITEE, A ARRETER LA PIECE QUI TOURNE ET A LUI APPLIQUER UNE FORCE AXIALE DE REFOULEMENT. AVANT LE SOUDAGE PAR FROTTEMENT, LA SURFACE FRONTALE DE LA PIECE TOURNANTE QUI PRESENTE LA PLUS GRANDE RESISTANCE A LA CHALEUR EST DRESSEE. INDUSTRIES DU SOUDAGE.FRICTION WELDING PROCESS. IT CONSISTS OF TURNING A PART AND PRESSING ANOTHER PART AGAINST THE ONE WHICH IS TURNING AND, AFTER GENERATING THE DESIRED FRICTION HEAT, STOPPING THE SPINNING PART AND APPLYING A DISCHARGE AXIAL FORCE. BEFORE FRICTION WELDING, THE FRONT SURFACE OF THE ROTATING PART WHICH PRESENTS THE GREATEST HEAT RESISTANCE IS RAISED. WELDING INDUSTRIES.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de soudage par friction deThe present invention relates to a friction welding method of

deux pièces ayant des résistances à la chaleur différentes et réalisées par exemple en acier et en aluminium ou en alliages légers, qui consiste à mettre en rotation l'une des deux pièces qui sont serrées, et à presser suivant l'axe de rotation l'autre pièce contre celle qui tourne et, après avoir engendré la chaleur de frottement souhaitée, à arrêter la pièce qui tourne et à lui appliquer une force  two parts having different heat resistance and made for example of steel and aluminum or light alloys, which consists of rotating one of the two parts which are tight, and pressing along the axis of rotation the another piece against the rotating one and, after having generated the desired heat of friction, to stop the rotating part and to apply to it a force

axiale de refoulement.axial discharge.

On a déjà recherché souvent, sur une base scientifi-  It has often been sought on a scientific basis

que, dans quelles conditions on peut souder entre elles des  that under what conditions one can weld together

pièces, par exemple en acier et en aluminium ou ses alliages.  parts, for example steel and aluminum or its alloys.

A cet égard, on a établi, pour autant que l'on puisse parve-  In this respect, it has been established, as far as

nir à un soudage, que les soudures,par suite de fragilité, ne présentent pas une résistance mécanique suffisante. Cette fragilité est attribuée à la formation,dans la zone de soudure,de phases intermétalliques qui se forment,à des températures de soudage déterminées, par le ramollissement et par le fluage du métal résistant le moins bien à la  to weld, that the welds, due to fragility, do not have sufficient mechanical strength. This fragility is attributed to the formation, in the weld zone, of intermetallic phases which are formed, at determined welding temperatures, by the softening and creep of the least resistant metal at the same time.

chaleur.heat.

En conséquence, on a entrepris des essais par le  As a result, testing was undertaken by the

procédé de soudage par friction qui ont semblé, certes, pro-  friction welding process which seemed, of course, to be

metteurs en raison de la température de soudage basse, mais qui n'ont conduit à aucun résultat pouvant convenir à une utilisation pratique. On a cru en trouver la cause dans la  because of the low welding temperature, but did not lead to any result that would be suitable for practical use. It was thought to find the cause in the

formation de couches intermédiaires néfastes, dont la compo-  formation of harmful intermediate layers, the composition of which

sition chimique et dont l'action physique n'ont d'ailleurs pas été élucidées (the welding institute, juin 1979  their physical action have not been elucidated (the welding institute, June 1979

"Joining Aluminium To Steel")."Joining Aluminum To Steel").

En pratique, on s'est tourné vers une autre voie en partant du principe d'interposer entre l'acier et l'aluminium une couche intermédiaire favorisant le soudage  In practice, we turned to another way, starting from the principle of interposing between steel and aluminum an intermediate layer favoring welding

par friction. La demande de brevet mise à l'Inspection pu-  by friction. The patent application submitted to the Inspectorate

blique en République Fédérale d'Allemagne sous le numéro  in the Federal Republic of Germany under the number

2.606.628 décrit le dépôt d'une couche d'accrochage conte-  2,606,628 describes the deposition of a tie layer containing

nant de l'argent sur la pièce qui n'est pas en aluminium, cette couche étant soumise à un traitement par la chaleur de 1 à 2 heures sous atmosphère gazeuse de protection pour éliminer les pores, les bulles et les occlusions gazeuses  silver on the non-aluminum part, this layer being subjected to a 1 to 2 hour heat treatment under gaseous protection to remove pores, bubbles and gaseous occlusions

ou autres. Après la recristallisation de la couche d'accro-  or others. After the recrystallization of the

chage contenant de l'argent, on soude les deux pièces par  chage containing silver, we weld the two pieces by

le procédé connu de soudage par friction.  the known method of friction welding.

A la demande de brevet mise à l'Inspection publique en République Fédérale d'Allemagne sous le No. 2.752.584, on propose un procédé pour réaliser une armature qui est  In the patent application published in the Federal Republic of Germany under No. 2,752,584, a method is proposed for producing a reinforcement which is

exécuté en deux processus de soudage distincts. Dans un pre-  executed in two separate welding processes. In a field-

mier processus de soudage, on obtient par soudage par explo-  first welding process, we obtain by welding by explo-

sion sur la pièce qui n'est pas en aluminium une couche d'aluminium,qui est utilisée,dans un second processus de  on the part that is not aluminum an aluminum layer, which is used, in a second process of

soudage comme couche intermédiaire, pour réaliser la liai-  welding as an intermediate layer, to achieve the binding

son des deux pièces.its two parts.

Les deux documents antérieurs montrent, tout coEme des  The two previous documents show, all

essais des instituts de recherche, qu'il n'était pas possi-  research institutes, that it was not possible to

ble, suivant l'état actuel de la technique, de réaliser di-  according to the current state of the art, to achieve

rectement, donc sans faire appel à une couche intermédiaire, une liaison solide,pouvant être utiliséeentre des métaux  therefore, without using an intermediate layer, a solid bond, which can be used between metals

ayant des résistances à la chaleur différentes.  having different heat resistance.

L'invention a pour but de permettre un soudage  The object of the invention is to enable welding

direct par friction de pièces en métaux ayant des résis-  direct friction of metal parts with resistance

tances à la chaleur différentes,qui satisfait aux exigences actuelles pour ce qui concerne la résistance mécanique,  different heat currents, which meets the current requirements for mechanical strength,

tout en évitant la formation de couches intermédiaires.  while avoiding the formation of intermediate layers.

D'une manière surprenante, la solution de ce pro-  Surprisingly, the solution of this

blème consiste à dresser la surface frontale,destinée au soudage,de la pièce tournante, qui présente la plus grande résistance à la chaleur, après son serrage et immédiatement  bleme is to set the front surface, intended for welding, of the rotating part, which has the greatest resistance to heat, after its tightening and immediately

avant le soudage par friction.before friction welding.

Par l'utilisation du procédé de soudage par friction dans lequel il ne se produit aucun mélange des matériaux,  By the use of the friction welding process in which no mixing of materials occurs,

mais au contraire dans lequel une séparation nette des mé-  on the contrary, in which a clear separation of the

taux est maintenue et qui nécessite pour le soudage une tem-  the rate is maintained and which requires for welding a time

pérature plus basse que les autres procédés de soudage, on  lower than other welding processes,

ralentit ou on empêche la formation de phases intermétalli-  slows or prevents the formation of intermetallic phases

ques. Mais ce n'est que si la face frontale de la pièce ayant la plus grande résistance à la chaleur est dressée immédiatement avant le soudage par friction que l'on peut atteindre la résistance mécanique de la soudure qui est souhaitée en pratique. A ce sujet, le fait que la pièce ayant la résistance à la chaleur la plus grande subisse,  c. But only if the front face of the part having the greatest heat resistance is erected immediately before friction welding can the mechanical strength of the weld be achieved which is desired in practice. In this regard, the fact that the part having the greatest heat resistance undergoes

lors du dressage, un réchauffement qui favorise le proces-  during training, a warming that favors the

sus de soudage par friction venant immédiatement ensuite, joue vraisemblablement aussi un rôle. On assure ainsi, en outre, d'une part que la surface à souder est exactement perpendiculaire à l'axe de rotation de la machine à souder par friction, ce qui entraîne une usure uniforme de la  friction welding coming immediately thereafter, is also likely to play a role. This ensures, furthermore, on the one hand that the surface to be welded is exactly perpendicular to the axis of rotation of the friction welding machine, which causes uniform wear of the

surface à souder sur la pièce ayant la plus faible résis-  surface to be welded on the part with the lowest resistance

tance à la chaleur, accompagné d'un échauffement uni-  heat, accompanied by a warm-up

forme, ce qui ne serait pas assuré si la surface frontale de la pièce concernée était dressée avant le serrage, car il se créerait ainsi, lors du serrage de la pièce, un écart angulaire entre la surface à souder et l'axe de rotation  shape, which would not be ensured if the front surface of the part concerned was erected before tightening, because it would be created, when clamping the part, an angular gap between the surface to be welded and the axis of rotation

qui rendrait pratiquement impossible le soudage par fric-  that would make it virtually impossible to

tion. D'autre part, la peau d'oxyde empêchant un soudage impeccable est enlevée au tour. Il se crée, certes, pendant une période très brève une nouvelle peau d'oxyde, mais celle-ci présente une épaisseur nettement plus faible et n'exerce donc qu'une influence négligeable sur la qualité  tion. On the other hand, the oxide skin preventing impeccable welding is removed in turn. A new oxide skin is created for a very short time, but it has a much smaller thickness and therefore has only a negligible influence on the quality

de la soudure.welding.

Pendant le soudage, alors que la pièce ayant la plus grande résistance à la chaleur tourne, l'extrémité de la pièce ayant la résistance la plus faible à la chaleur est plastifiée en raison de la chaleur de frottement et est ainsi refoulée vers l'extérieur, la couche d'oxyde très mince formée après le dressage de l'autre pièce étantainsi  During welding, while the part with the greatest heat resistance rotates, the end of the part having the lowest resistance to heat is plasticized due to the heat of friction and is thus pushed outwardly. , the very thin oxide layer formed after the dressing of the other piece being thus

chassée du plan de la soudure.driven out of the weld plane.

On arrête alors la pièce tournante, à la manière classique, à l'aide d'un frein. En même temps, on refoule vers l'extérieur le matériau réchauffé et plastique à l'aide d'une force de refoulement axiale plus grande. Les deux  The rotating part is then stopped, in the conventional manner, with the aid of a brake. At the same time, the heated and plastic material is forced outward by means of a larger axial displacement force. Both

pièces se trouvent ainsi soudées.parts are welded together.

Les bourrelets qui se forment lors du soudage par friction peuvent être éliminés  The beads that form during friction welding can be eliminated

ensuite avec enlèvement de copeaux, par la techni-  then with chip removal, by the technique

que connue, à l'aide d'un tour monté sur la  known, using a tower mounted on the

machine à souder par friction.friction welding machine.

L'invention procure ainsi l'avantage de pouvoir sou-  The invention thus provides the advantage of being able to

der mutuellement,d'une manière correcte en pratiquetoutes  mutually, in a correct manner in

les pièces en métaux différents, notamment en acier et alu-  parts made of different metals, in particular steel and aluminum

minium ou alliages légersdont la forme convient au souda-  or light alloys whose shape is suitable for weld-

ge par friction.friction.

L'invention vise en outre une machine à souder par  The invention furthermore aims at a machine for welding by

friction pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'inven-  friction for carrying out the process according to the invention

tion, dans laquelle le tour présente un outil de dressage guidé dans un plan radial le long de la surface frontale  in which the lathe has a dressing tool guided in a radial plane along the frontal surface

de la pièce entraînée en rotation.  of the part driven in rotation.

Les machines à souder par friction de type connu présentent certes parfois des tours. Mais ceux-ci sont destinés à l'enlèvement au tour du bourrelet de soudure après que le soudage par friction soit achevé et ont ainsi  Friction welding machines of known type sometimes have turns. But these are intended for the lap removal of the weld bead after friction welding is completed and thus have

un autre but.another goal.

Toutes les formes de pièces auxquelles le procédé de soudage par friction peut s'appliquer conviennent au  All forms of parts to which the friction welding process can be applied are suitable for

procédé suivant l'invention. L'invention n'exclut pas d'uti-  process according to the invention. The invention does not exclude the use of

liser aussi des pièces pouvant être soudées par friction,  also read parts that can be welded by friction,

dont le contour extérieur peut ne pas être considéré absolu-  whose outer contour may not be considered absolute

ment comme de révolution, mais qui présentent une surface de soudage de révolution. De même, l'invention s'applique non seulement à des soudures acier-aluminium, mais aussi à  as revolution, but have a welding surface of revolution. Similarly, the invention applies not only to steel-aluminum welds, but also to

celles en d'autres métaux et leurs alliages ayant des résis-  those of other metals and their alloys having resistance

tances à la chaleur différentes.different heat levels.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage par friction de deux pièces ayant des résistances à la chaleur différentes et réalisées par exemple en acier et en aluminium ou en alliages légers, qui consiste à mettre en rotation l'une des deux pièces qui sont serrées, et à presser suivant l'axe de rotation l'autre pièce  1. A method of friction welding two pieces having different heat resistance and made for example of steel and aluminum or light alloys, which consists of rotating one of the two pieces that are tight, and to press along the axis of rotation the other piece contre celle qui tourne et, après avoir engendré la cha-  against the one that turns and, having generated the cha- leur de frottement souhaitée, à arrêter la pièce qui tourne  their desired friction, to stop the rotating piece et à lui appliquer une force axiale de refoulement, carac-  and to apply to it an axial force of repression, térisé en ce qu'il consiste à dresser la surface frontale destinée au soudage de la pièce tournante, qui présente la plus grande résistance à la chaleur, après son serrage et  characterized in that it consists in setting the front surface for welding the rotating part, which has the greatest resistance to heat, after its tightening and immédiatement avant le soudage par friction.  immediately before friction welding. 2. Machine à souder par friction comprenant un tour  2. Friction welding machine comprising a lathe pour exécuter le procédé suivant la revendication 1, carac-  to carry out the process according to claim 1, térisé en ce que le tour présente un outil de dressage guidé dans un plan radial le long de la surface frontale de  characterized in that the lathe has a dressing tool guided in a radial plane along the frontal surface of la pièce entraînée en rotation.the part driven in rotation.
FR8200582A 1981-01-16 1982-01-15 PROCESS FOR WELDING REVOLUTION PIECES OF METALS OF VERY DIFFERENT HARDNESS AND MACHINE FOR PERFORMING SAID METHOD Withdrawn FR2498103A1 (en)

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