Qu'est-ce que le soudage par friction-malaxage ? - Processus et application

Qu'est-ce que le soudage par friction-malaxage ?

Le soudage par friction-malaxage (FSW) est un processus d'assemblage à l'état solide qui utilise la chaleur de friction générée par un outil rotatif pour assembler deux pièces en vis-à-vis sans faire fondre le matériau de la pièce. La chaleur est générée par le frottement entre l'outil en rotation et le matériau de la pièce, ce qui conduit à une région ramollie près de l'outil FSW.

Pendant que l'outil est traversé le long de la ligne de joint, il mélange mécaniquement les deux pièces de métal et forge le métal chaud et ramolli par la pression mécanique, qui est appliquée par l'outil, un peu comme joindre de l'argile ou de la pâte.

Il est principalement utilisé sur l'aluminium corroyé ou extrudé et en particulier pour les structures qui nécessitent une résistance de soudure très élevée. FSW est capable d'assembler des alliages d'aluminium, des alliages de cuivre, des alliages de titane, de l'acier doux, de l'acier inoxydable et des alliages de magnésium.

Plus récemment, il a été utilisé avec succès dans le soudage des polymères. De plus, l'assemblage de métaux dissemblables, tels que l'aluminium et les alliages de magnésium, a été récemment réalisé par FSW. L'application de FSW peut être trouvée dans la construction navale moderne, les trains et les applications aérospatiales.

Principe de fonctionnement

La progression de l'outil à travers le joint, montrant également la zone de soudure et la région affectée par l'épaulement de l'outil

Le FSW est réalisé avec un outil cylindrique rotatif qui a une goupille profilée ayant un diamètre inférieur au diamètre de l'épaulement. Pendant le soudage, l'outil est introduit dans un joint bout à bout entre deux pièces serrées jusqu'à ce que la sonde pénètre dans la pièce et que l'épaulement touche la surface des pièces.

La sonde est légèrement plus courte que la profondeur de soudure requise, l'épaulement de l'outil reposant sur la surface de travail. Après un court temps d'arrêt, l'outil est déplacé vers l'avant le long de la ligne de joint à la vitesse de soudage prédéfinie.

La chaleur de friction est générée entre l'outil résistant à l'usure et les pièces. Cette chaleur, ainsi que celle générée par le processus de mélange mécanique et la chaleur adiabatique à l'intérieur du matériau, provoque le ramollissement des matériaux agités sans fondre.

Au fur et à mesure que l'outil avance, un profil spécial sur la sonde force le matériau plastifié de la face d'attaque vers l'arrière, où les forces élevées contribuent à une consolidation forgée de la soudure.

Ce processus de déplacement de l'outil le long de la ligne de soudure dans un arbre tubulaire plastifié en métal entraîne une grave déformation à l'état solide impliquant une recristallisation dynamique du matériau de base.

Le processus de soudage par friction malaxage

Le soudage par friction-malaxage utilise un outil spécialement conçu qui tourne à grande vitesse sur les coutures qui doivent être soudées ensemble. Lorsque l'outil tourne sur le métal, de la chaleur se génère entre eux. Cette chaleur fait que les métaux deviennent plastiques et fusionnent les uns avec les autres. Le soudage par friction-malaxage est capable de souder deux types de joints :

• Joints de recouvrement
• Joints bout à bout

L'outil utilisé pour le soudage par friction malaxage comporte deux parties. Une partie cylindrique appelée épaulement tourne sur la couture et une goupille profilée s'étend à partir de l'épaulement.

La goupille est d'abord percée dans la couture. Ensuite, l'épaulement tourne au-dessus de la pièce pendant un certain temps jusqu'à ce qu'une température optimale soit atteinte et absorbée par les matériaux.

Ensuite, l'outil se déplace sur le joint, ce qui crée une soudure continue. Ceci est possible grâce à l'échauffement volumétrique produit par l'outil et au mélange des particules métalliques par la goupille profilée. C'est à partir de la broche profilée qui va dans l'espace de travail où elle reçoit le nom "Remuer" car la broche remue littéralement les particules ramollies pour les fusionner.

Applications du soudage par friction malaxage

Le procédé FSW a été initialement breveté par TWI dans la plupart des pays industrialisés et concédé sous licence à plus de 183 utilisateurs. Le soudage par friction-malaxage et ses variantes, le soudage par friction-malaxage par points et le traitement par friction-malaxage sont utilisés pour les applications industrielles suivantes :construction navale et offshore, aérospatiale, automobile, matériel roulant pour les chemins de fer, fabrication générale, robotique et informatique.

Le soudage par friction-malaxage trouve une application dans une grande variété d'industries qui utilisent l'aluminium.

Construction navale : Le FSW a d'abord été utilisé pour souder des panneaux creux en aluminium pour les bateaux de pêche. Aujourd'hui, cette technique de soudage est courante dans le soudage des panneaux de congélation en aluminium utilisés dans le corps et la coque des navires. Étant donné que FSW crée une distorsion minimale, les panneaux en aluminium conserveront leur forme même avec de longues soudures.

Aéronautique : Les réservoirs de carburant en aluminium utilisés dans les engins spatiaux pour stocker l'oxygène cryogénique utilisent le FSW. La technique d'assemblage soude les dômes à la structure cylindrique qui constitue ces réservoirs de carburant. Boeing a utilisé FSW dans le module interétage d'une fusée Delta II qui a réussi son décollage en août 1999.

FSW est également utilisé pour assembler des cadres en aluminium légers vus dans le fuselage de l'avion. En effet, la technique offre une alternative beaucoup plus légère au boulonnage ou au rivetage.

Chemin de fer : Le soudage par friction-malaxage trouve son utilisation sur les profilés creux et les extrusions de raidisseurs en T pour la fabrication de trains à grande vitesse.

Industrie automobile : L'industrie automobile s'est tournée vers l'aluminium comme matériau optimal pour la préparation des châssis de voiture. Par conséquent, il est l'un des principaux adopteurs de la technologie FSW. Les méthodes de soudage conventionnelles ne peuvent pas reproduire des pièces à tolérance élevée comme celle du FSW. Les temps de soudage rapides du FSW le rendent également plus attrayant que d'autres formes de soudage pour l'aluminium.

Soudage par friction par rapport au soudage par friction :la différence

Plusieurs techniques de soudage utilisent le frottement pour générer de la chaleur, et parmi elles, la plus courante est le soudage par friction. Dans une méthode de soudage par friction typique, la chaleur est générée entre les deux pièces en déplaçant une pièce par rapport à une autre au niveau des coutures.

Le frottement entre les deux surfaces les fait fondre et fusionner.

Cependant, cela limite le soudage par friction en ce qui concerne la configuration de la pièce, car il doit être capable de déplacer une pièce à grande vitesse grâce à un mouvement de va-et-vient linéaire.

Le soudage par friction-malaxage surmonte cette limitation en fixant les pièces en place, puis en déplaçant l'outil le long du joint, créant ainsi la soudure.

Avantages du soudage par friction-malaxage

Les avantages du soudage par friction-malaxage proviennent de sa soudure unique où il n'y a pas d'utilisation de consommables ou de techniques d'éléments de blindage. Cela donne les caractéristiques suivantes à la soudure :

• La soudure finie est homogène et esthétique
• Il peut souder des alliages autrement difficiles à manier comme la gamme Aluminium 2xxx et 7xxx
• Processus entièrement automatisé
• Aucune forme de flux ou d'agent de protection requis
• Des températures de pointe basses empêchent le retrait et la porosité des fissures

Inconvénients du soudage par friction-malaxage

• Disposition de montage compliquée ou spéciale requise.
• Cela crée un trou visible dans les plaques de soudure.
• Coût initial ou de configuration élevé
• Il est moins flexible que le procédé de soudage à l'arc.
• FSW ne peut pas faire de joints de remplissage.
• Les matériaux non forgeables ne peuvent pas être soudés.