Soudage par fusion vs soudage à l'état solide : différences clés expliquées

La nécessité d'assembler deux ou plusieurs composants est inhérente à la fabrication. Il existe diverses techniques d'assemblage pour joindre une grande variété de matériaux de multiples façons. Certains de ces procédés fournissent des joints permanents, d'autres des joints temporaires. Comme le rivetage, l'assemblage par couplage et le collage adhésif, le soudage est également un procédé d'assemblage permanent. Par définition, le soudage est l'un des procédés d'assemblage par lequel deux ou plusieurs composants solides peuvent être joints de manière permanente par formation de coalescence, avec ou sans application de pression externe, de chaleur et de métal d'apport. Ainsi, la chaleur et la pression ne sont pas toutes deux obligatoires pour l'assemblage par soudage ; en fait, elles sont appliquées alternativement. Dans certains procédés de soudage, de la chaleur externe est appliquée ; dans d'autres, c'est de la pression externe. Sur cette base, les procédés de soudage peuvent être classés en deux grands groupes : le soudage par fusion et le soudage à l'état solide.

Soudage par fusion

Dans tous les procédés de soudage où une chaleur suffisante est appliquée depuis une source externe pour faire fondre les surfaces de jointure des composants de base afin de former un cordon de soudure, on parle de procédés de soudage par fusion. Aucune pression n'est généralement souhaitée dans ces procédés. Tous les soudages à l'arc, au gaz et par résistance relèvent du soudage par fusion. Il convient de noter que la fusion des surfaces de jointure de la pièce de base se produit en raison de l'application directe de chaleur et non comme conséquence de la pression, du frottement, etc.

Soudage à l'état solide

Dans les procédés de soudage à l'état solide, aucune chaleur n'est appliquée directement ; au contraire, une pression suffisante est appliquée dans la plupart des cas. En conséquence de la pression, de la chaleur peut se générer dans la zone de contact ; toutefois, cette température reste généralement bien en dessous du point de fusion des composants de base. Le soudage par diffusion, le soudage à la forge, le soudage par explosion, le soudage sous pression, le soudage par friction, etc., sont des exemples de cette catégorie.

Tableau : Différences entre soudage par fusion et soudage à l'état solide

Soudage par fusion	Soudage à l'état solide
Dans les procédés de soudage par fusion, les surfaces de jointure des composants de base fondent pour former le cordon de soudure.	Aucune fusion ne se produit ; la température des surfaces de jointure reste toujours inférieure au point de fusion du métal de base.
La chaleur est appliquée directement par un moyen externe. La pression n'est pas nécessaire.	Aucune chaleur n'est appliquée directement pour assister l'assemblage ; au contraire, une pression suffisante est appliquée dans la plupart des cas.
Un métal d'apport externe, si requis, peut être appliqué facilement.	Les procédés de soudage à l'état solide sontmostly autogènes et le métal d'apport ne peut pas être appliqué facilement.
Une zone affectée thermiquement (ZAT) plus large existe autour du cordon de soudure en raison de l'apport de chaleur élevé.	La ZAT est étroite car il n'y a pas de fusion. Dans la plupart des cas, la ZAT est négligeable et ne pose pas de problème sur la structure soudée.
En raison du chauffage intense et de la fusion subséquente, diverses propriétés mécaniques et métallurgiques sont affectées.	Les propriétés mécaniques et métallurgiques ne sont pas affectées de manière sévère.
L'assemblage de métaux dissemblables par soudage par fusion est plus facile.	L'assemblage de métaux dissemblables par soudage à l'état solide est très difficile.
Une distorsion élevée se produit en raison de l'apport de chaleur excessif. Un outillage approprié doit être utilisé pour l'éviter.	Le niveau de distorsion est faible et ne nécessite généralement pas de précautions pour l'éviter.
Tous les soudages à l'arc, au gaz, par résistance et à énergie intense sont des soudages par fusion.	Soudage par diffusion, sous pression, par laminage, à froid, par friction, à la forge, etc., sont des exemples de soudage à l'état solide.

Fusion des surfaces de jointure

Comme son nom l'indique, en soudage par fusion, les surfaces de jointure du composant parent sont laissées à fusionner afin de créer le cordon de soudure ou la coalescence. Le métal d'apport, s'il est utilisé, fond également et se mélange au métal parent fondu. Contrairement à cela, aucune fusion ne se produit en soudage à l'état solide et l'assemblage a lieu alors que les composants sont à l'état solide. Bien que, en raison de l'application simultanée de pression et de frottement, la température des composants parents puisse augmenter, elle reste toujours inférieure au point de fusion du métal de base et aucune fusion ne se produit. En fait, c'est la principale différence entre les deux types de soudage.

Application de la chaleur et de la pression

Il est évident que la chaleur doit être appliquée depuis une source externe en soudage par fusion. Cette source de chaleur peut être de différents types : arc électrique pour le soudage à l'arc, combustion de gaz oxy-combustible pour le soudage au gaz, chauffage par résistance électrique pour le soudage par résistance, et même un faisceau d'énergie intense comme le plasma, le laser ou le faisceau d'électrons pour le PAW, LBW ou EBW. D'autre part, les procédés de soudage à l'état solide nécessitent généralement l'application de pression. Aucune application directe de chaleur n'est souhaitée ; cependant, de la chaleur peut être produite comme conséquence de la pression, du frottement, etc.

Application du métal d'apport

Le métal d'apport est souhaité pour combler l'espace racinaire qui existe entre les composants parents. Selon l'application du métal d'apport et sa composition, le soudage peut être classé en trois catégories : autogène, homogène et hétérogène. Lorsque l'espace racinaire est très petit, le métal d'apport n'est pas requis et un tel procédé est qualifié d'autogène. Le soudage à l'état solide est généralement effectué en mode autogène. D'autre part, lorsque du métal d'apport est appliqué et que sa composition métallurgique est similaire à celle du métal de base, on parle de soudage homogène ; si la composition est différente, on parle de soudage hétérogène. Le soudage par fusion peut être avantageusement réalisé dans les trois modes ; cependant, des précautions supplémentaires et des paramètres optimaux doivent être utilisés pour l'assemblage en mode hétérogène.

Présence de la ZAT

La Zone Affectée Thermiquement (ZAT) est la couche étroite dans les composants soudés entourant le cordon de soudure où le matériau n'a pas été fondu mais où diverses propriétés physiques et mécaniques ont été affectées en raison du chauffage et du refroidissement subséquent. Cette ZAT est considérée comme une région faible car elle est hautement susceptible aux défaillances mécaniques et chimiques. En raison du chauffage extrême à une température supérieure au point de fusion du matériau concerné, une ZAT plus large existe autour du cordon de soudure lorsque les composants sont joints par des procédés de soudage par fusion ; alors qu'une ZAT étroite (parfois négligeable) peut être observée lorsque les composants sont joints par des procédés de soudage à l'état solide car moins de chaleur est générée pendant le soudage.

Modifications des propriétés mécaniques et métallurgiques

Diverses propriétés métallurgiques comme l'orientation des grains, la structure des grains, les défauts atomiques, etc., sont généralement affectées pendant le soudage. De nombreuses propriétés mécaniques comme la résistance, la dureté, la ténacité, etc., sont également affectées en conséquence des changements métallurgiques. Habituellement, de tels changements sont associés au niveau de chauffage et de refroidissement subséquent des composants. Dans les procédés de soudage par fusion, une chaleur élevée est appliquée et les matériaux sont fondus, donc ces procédés peuvent altérer diverses propriétés à un niveau extrême. Contrairement à cela, de tels changements sont minimes et restent principalement dans des limites acceptables lorsque l'assemblage est effectué en utilisant des procédés de soudage à l'état solide.

Capacité d'assemblage de métaux dissemblables

L'un des plus grands avantages du soudage parmi tous les procédés d'assemblage est l'assemblage étanche et fiable de matériaux dissemblables. Cependant, chaque procédé de soudage n'est pas adapté à cet effet. Puisque l'assemblage de métaux dissemblables est essentiellement un soudage hétérogène, seuls quelques procédés de soudage par fusion peuvent répondre à cette exigence. Cela nécessite cependant un soin extrême et des paramètres de procédé optimaux pour obtenir un joint sain. Le soudage à l'état solide n'est pas du tout adapté à l'assemblage de métaux dissemblables.

Niveau de distorsion dans les structures soudées

En raison de l'expansion et de la contraction inégales pendant le chauffage et le refroidissement en soudage, les structures assemblées se déforment vers un plan différent, entraînant un défaut de soudage. Une telle distorsion dans les structures jointes cause une inexactitude dimensionnelle et des pièces rebutées. La tendance à la distorsion dans les structures soudées augmente avec l'augmentation de l'apport de chaleur. Si un outillage approprié n'est pas utilisé ou si une technique de minimisation de la distorsion (comme le soudage par sauts, le pré-positionnement des pièces dans le sens inverse, etc.) n'est pas adoptée, les pièces soudées par fusion montrent une distorsion plus élevée que l'autre car l'apport de chaleur est plus élevé dans le premier cas.

Exemples de procédés

Tous les procédés de soudage à l'arc (MMAW, GMAW, TIG, SAW, FCAW, ESW, etc.), les procédés de soudage au gaz (OAW, OHW, AAW, PGW, etc.), les procédés de soudage par résistance (RSW, RSEW, PW, PEW, FW, etc.) et les procédés de soudage par faisceau d'énergie intense (PAW, LBM et EBW) sont des exemples de soudage par fusion. Le soudage par diffusion (DFW), le soudage sous pression (PW), le soudage par laminage (ROW), le soudage à froid (CW), le soudage par friction (FRW), le soudage à la forge (FOW), etc., sont des exemples de soudage à l'état solide.

Une comparaison scientifique entre le soudage par fusion et le soudage à l'état solide est présentée dans cet article. L'auteur vous suggère également de consulter les références suivantes pour une meilleure compréhension du sujet.

1. Différence entre soudage par fusion et soudage à l'état solide par difference.minaprem.com.
2. Défauts de soudage par M. Preto (1^re édition, Aracne).
3. Chimie physique du soudage par fusion par G. F. Deyev et D. G. Deyev (1^re édition, DGD Press).