Soudage par Friction : Procédé, Avantages et Applications

Qu'est-ce que le Soudage par Friction ?

Le soudage par friction est une technique de soudage à l'état solide qui soude les pièces en générant de la chaleur par friction mécanique entre les pièces en mouvement relatif l'une par rapport à l'autre, avec l'ajout d'une force latérale appelée « upset » pour déplacer plastiquement et fusionner les matériaux.

Comme aucune fusion ne se produit, le soudage par friction n'est pas un procédé de soudage par fusion, mais une technique de soudage à l'état solide plus proche du soudage par forgeage. Le soudage par friction est utilisé avec les métaux et les thermoplastiques dans une grande variété d'applications aéronautiques et automobiles.

En réalité, une surface apparemment lisse consiste en de nombreuses projections microscopiques, appelées aspérités. Lorsque une surface se déplace par rapport à une autre, ces aspérités interagissent, générant la friction, la force résistante au mouvement entre deux ou plusieurs surfaces en interaction.

L'interaction de ces aspérités par déformation élastique et plastique génère de la chaleur. Le soudage par friction utilise ce phénomène pour les applications d'assemblage. Le mouvement mécanique induit du soudage par friction génère de la chaleur, amollissant les matériaux à assembler et les rendant visqueux. Dans cet état ramolli, le mouvement mécanique du processus mélange les matériaux pour créer une liaison.

La manière dont la chaleur frictionnelle et le mélange des matériaux se produisent dépend fortement du procédé de soudage par friction utilisé, dont il existe quatre procédés principaux : soudage par friction-malaxage (FSW), soudage par friction-malaxage par points (FSSW), soudage par friction linéaire (LFW) et soudage par friction rotatif (RFW).

Comment fonctionne le soudage par friction ?

Le FSW fonctionne en utilisant un outil non consommable, qui est rotatif et plongé dans l'interface de deux pièces. L'outil est ensuite déplacé à travers l'interface et la chaleur frictionnelle amène le matériau à chauffer et ramollir.

L'outil rotatif mélange ensuite mécaniquement le matériau ramolli pour produire une liaison. Le FSSW est une variante du FSW et fonctionne en rotatif, plongeant et rétractant un outil non consommable dans deux pièces en configuration de joint à recouvrement pour faire une soudure « par points ». Pendant le FSSW, il n'y a pas de déplacement de l'outil à travers les pièces.

Le LFW et le RFW ne nécessitent pas d'outil non consommable, c'est-à-dire que les pièces individuelles à assembler sont utilisées pour générer la chaleur frictionnelle et le mélange mécanique. Le LFW fonctionne en oscillant linéairement une pièce par rapport à une autre sous une force compressive.

La friction entre les surfaces oscillantes produit de la chaleur, amollissant le matériau d'interface et le mélangeant mécaniquement. Le RFW est similaire au LFW sauf que les pièces sont souvent rondes et tournent l'une par rapport à l'autre. Pendant le LFW et le RFW, les pièces raccourcissent généralement (« burn-off ») dans la direction de la force compressive, formant le bavurage.

Pendant le burn-off, les contaminants d'interface, tels que les oxydes et les particules étrangères, sont expulsés dans le bavurage. Une fois libérés des contaminants, un mélange pur métal-métal se produit, résultant en une liaison intégrale. Bien que les températures générées pendant le soudage par friction soient très élevées, le matériau reste à l'état solide (c'est-à-dire qu'aucune fusion ne se produit).

Applications

Le soudage par friction peut être utilisé pour construire de meilleurs rouleaux industriels, tubes et arbres. Le procédé est souvent utilisé pour fabriquer ces sous-ensembles pour les imprimantes industrielles, les équipements de manutention, ainsi que les applications automobiles, aérospatiales, marines et pétrolières.

D'autres exemples de composants incluent les engrenages, tubes d'essieu, lignes d'entraînement, soupapes, tiges de piston hydraulique, bagues de rouleau de camion, arbres de pompe, mèches de forage, bielles, etc.

Avantages du Soudage par Friction

• Permet l'assemblage de matériaux dissemblables normalement incompatibles pour le soudage par d'autres méthodes d'assemblage
• Crée une zone affectée par la chaleur étroite
• Procédé constant et répétitif de fusion complète du métal
• Préparation du joint minimale - surface sciée utilisée le plus couramment
• Délais d'exécution plus rapides - comparés aux longs délais des forgeages, actuellement de 6 mois ou plus
• Augmente considérablement la flexibilité de conception - choisir le matériau approprié pour chaque zone d'un demi-produit
• Adapté à diverses quantités - des prototypes uniques à la production de grande série
• Aucun flux, matériau d'apport ou gaz requis
• Procédé respectueux de l'environnement - pas de fumées, gaz ou fumée générés
• Procédé à l'état solide - aucune possibilité de porosité ou d'inclusions de scories
• Crée des demi-produits de type fondu ou forgé - sans outillage coûteux ni exigences de quantité minimale
• Réduit la main-d'œuvre d'usinage, réduisant ainsi les coûts d'outillage périssable tout en augmentant la capacité
• Soudure en surface complète donnant une résistance supérieure dans les zones critiques
• Réduit les coûts de matière première dans les applications bi-métalliques. Les matériaux coûteux ne sont utilisés que là où nécessaire dans le demi-produit

Inconvénients du soudage par friction

• Ce procédé est utilisé uniquement pour des barres rondes de même section transversale
• Limité aux joints bout à bout angulaires et plats
• Coût de mise en place très élevé
• Préparation de la pièce difficile
• Les matériaux non forgeables ne peuvent pas être soudés
• Il ne peut être utilisé que pour des pièces plus petites de machines ; les grosses pièces ne sont pas compatibles

Vidéo sur le Soudage par Friction