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

Qu'est-ce que le soudage par friction ?

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

Parce qu'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 est constituée de nombreuses projections microscopiques, appelées aspérités. Lorsqu'une surface se déplace par rapport à une autre, ces aspérités interagissent, générant un frottement, la force résistant au mouvement entre deux ou plusieurs surfaces en interaction.

L'interaction de ces aspérités par plastification 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, provoquant le ramollissement et la viscosité des matériaux à assembler. À l'état ramolli, le mouvement mécanique du processus mélange les matériaux pour créer une liaison.

La manière dont la chaleur de friction et le mélange de 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 rotative (RFW).

Comment fonctionne le soudage par friction ?

FSW fonctionne en utilisant un outil non consommable, qui est tourné et plongé dans l'interface de deux pièces. L'outil est ensuite déplacé à travers l'interface et la chaleur de friction provoque le réchauffement et le ramollissement du matériau.

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

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

Le frottement entre les surfaces oscillantes produit de la chaleur, provoquant le ramollissement et le mélange mécanique du matériau d'interface. RFW est similaire à LFW sauf que les pièces sont souvent rondes et sont tournées les unes par rapport aux autres. Pendant LFW et RFW, les pièces raccourcissent généralement ("burn-off") dans la direction de la force de compression, formant le flash.

Pendant l'interface de combustion, les contaminants, tels que les oxydes et les particules étrangères, sont expulsés dans le flash. Une fois exempt de contaminants, un mélange métal pur sur métal se produit, résultant en une liaison intégrale. Bien que les températures générées lors du 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, tubes et arbres industriels. Le processus 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, les tubes d'essieu, les transmissions, les soupapes, les tiges de piston hydrauliques, les coussinets de roulement de camion, les arbres de pompe, les forets, les bielles, etc.

Avantages du soudage par friction

• Permet l'assemblage de matériaux différents normalement non compatibles pour le soudage par d'autres méthodes d'assemblage.
• Crée une zone étroite affectée par la chaleur
• Processus cohérent et répétitif de fusion complète du métal
• La préparation des joints est minimale ; la surface de coupe à la scie est la plus couramment utilisée
• Des délais d'exécution plus rapides – par rapport aux longs délais d'exécution des pièces forgées, qui sont actuellement de 6 mois ou plus.
• Augmente considérablement la flexibilité de conception :choisissez le matériau approprié pour chaque zone d'un flan
• Convient à diverses quantités, des prototypes uniques à la production à grand volume
• Aucun flux, matériau de remplissage ou gaz requis
• Processus respectueux de l'environnement :pas de vapeurs, de gaz ou de fumée générés
• Procédé à l'état solide - aucune possibilité de porosité ou d'inclusions de laitier
• Crée des ébauches coulées ou forgées - sans outillage coûteux ni exigences de quantité minimale
• Réduit le travail d'usinage, réduisant ainsi les coûts d'outillage périssables tout en augmentant la capacité
• La soudure sur toute la surface offre une résistance supérieure dans les zones critiques
• Réduit les coûts des matières premières dans les applications bimétalliques. Les matériaux coûteux ne sont utilisés que si nécessaire dans le blanc.

Inconvénients du soudage par friction

• Ce processus n'est utilisé que pour les barres rondes de même section.
• Limité aux joints bout à bout angulaires et plats.
• Le coût d'installation est très élevé.
• La préparation de la pièce est difficile.
• Les matériaux infalsifiables ne peuvent pas être soudés.
• Il ne peut être utilisé que pour les petites pièces de machines ; les grosses pièces ne sont pas compatibles avec elle.

Vidéo de soudage par friction