Soudage par Friction Expliqué : Fonctionnement et Applications Clés

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.

Parce qu'aucune fusion ne se produit, le soudage par friction n'est pas un processus de soudage par fusion, mais une technique de soudage à l'état solide plus comme le 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. Quand une surface se déplace par rapport à une autre, ces aspérités interagissent, générant la friction, la force résistant 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, causant le ramollissement des matériaux à joindre et leur devenir visqueux. Dans 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 matériau se produisent dépend beaucoup du processus de soudage par friction utilisé, dont il existe quatre processus 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 de friction cause le chauffage et le ramollissement du matériau.

L'outil rotatif mélange alors 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 un soudage « 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 joindre sont utilisées pour générer la chaleur de friction 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, causant le ramollissement et le mélange mécanique du matériau d'interface. Le RFW est similaire au LFW sauf que les pièces sont souvent rondes et sont rotatives l'une par rapport à l'autre. Pendant le LFW et le RFW, les pièces se raccourcissent généralement (« burn-off ») dans la direction de la force compressive, formant la bavure.

Pendant le burn-off, les contaminants d'interface, tels que les oxydes et les particules étrangères, sont expulsés dans la bavure. Une fois libérés des contaminants, le mélange pur métal-sur-métal se produit, résultant en une liaison intégrale. Bien que les températures générées pendant le soudage par friction soient très chaudes, le matériau reste dans une condition d'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 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, tubes d'essieu, lignes d'entraînement, soupapes, tiges de piston hydraulique, bagues de rouleau de camion, arbres de pompe, forets, bielles, etc.

Avantages du Soudage par Friction

• Permet l'assemblage de matériaux dissemblables normalement incompatibles pour le soudage par d'autres méthodes de jonction.
• Crée une zone affectée par la chaleur étroite
• Processus cohérent et répétitif de fusion complète du métal
• Préparation de joint minimale – surface sciée utilisée le plus couramment
• Délais d'exécution plus rapides – comparé au long délai des forgés, qui sont actuellement de 6 mois ou plus.
• Augmente considérablement la flexibilité de conception – choisissez le matériau approprié pour chaque zone d'une bille
• Adapté à des quantités diverses – des prototypes uniques à la production de grande série
• Aucun flux, matériau d'apport ou gaz requis
• Processus respectueux de l'environnement – pas de fumées, gaz ou fumée générés
• Processus à l'état solide – aucune possibilité de porosité ou d'inclusions de scories
• Crée des billettes 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 consommable tout en augmentant la capacité
• Soudage de surface complète donne 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 la bille.

Inconvénients du Soudage par Friction

• Ce processus est utilisé uniquement pour des barres rondes de même section transversale.
• Limité aux joints bout à bout angulaires et plats.
• Le coût de mise en place est très élevé.
• La préparation de la pièce est difficile.
• Les matériaux non forgables ne peuvent pas être soudés.
• Il ne peut être utilisé que pour des pièces plus petites de machines ; les grandes pièces ne sont pas compatibles avec lui.

Vidéo de Soudage par Friction