La soudure par friction malaxage (FSW en anglais) est une technique de soudage à l’état solide qui permet d’assembler des matériaux sans fusion de ceux-ci. Cette méthode, inventée en 1991 par the welding institute, utilise un outil en rotation pour générer de la chaleur par friction. Elle consiste à ramollir les matériaux jusqu’à un état pâteux pour leur assemblage. Cette technologie s’applique principalement aux alliages d’aluminium mais s’étend également à d’autres métaux comme le titane, le cuivre, et même certains thermoplastiques.
Principes du soudage par friction malaxage
Mécanisme de base
Le FSW fonctionne grâce à un outil cylindrique comportant un épaulement et un pion. Ce dernier, en rotation constante, est pressé contre les pièces à joindre, générant par friction une chaleur suffisante pour ramollir les matériaux sans atteindre leur point de fusion. Le pion pénètre dans les pièces et les mélange intimement, une action semblable à celle de l’extrusion ou du forgeage. Il peut être monté sur des Machines d’usinage déjà existant à condition que le châssis soit robuste car les forces exercées peuvent être très importantes.
Conception de l’outil
La réussite de ce processus dépend fortement de la conception de l’outil.L’épaulement de l’outil aide à maintenir la chaleur et à empêcher le matériau de remonter. Tandis que le pion, souvent cylindrique ou tronconique, peut inclure des collets hélicoïdaux pour améliorer le mélange des matériaux. Les propriétés mécaniques et thermiques de l’outil sont cruciales pour supporter les forces générées durant le soudage.
Applications et avantages de la soudure par friction malaxage
Secteurs d’application
Le FSW est largement utilisé dans des industries exigeantes telles que l’aéronautique, la construction navale, l’automobile et l’industrie spatiale. Il est particulièrement efficace pour assembler des alliages d’aluminium difficiles à souder par des méthodes traditionnelles.
Application de la soudure par Friction Malaxage dans le milieu spatial : vidéo en Anglais
Avantages de la soudure par friction malaxage
Les avantages de cette méthode incluent une faible déformation des matériaux, contrairement au technique qui nécessite plus de chaleur. Cette technique fiabilise la répétabilité, et limite la dispersion dimensionnelle mais aussi la dispersion d’éclat de soudure, et donc est plus propre. Elle permet également une absence d’émission de fumées, une réduction de la consommation énergétique. De plus, le FSW permet l’assemblage de matériaux hétérogènes, tels que l’aluminium et l’acier, sans nécessiter de pré-traitement spécifique.
Défis techniques et solutions
Gestion des contraintes
Les forces importantes générées nécessitent des machines robustes, souvent de type portique. A oublier pour les pièces de faible épaisseur ( -2mm ?) ! Des robots industriels ou des machines à commande numérique peuvent alors être utilisés, et cela est souvent utilisé sur des supports plats ou cylindriques. Mais pour des formes plus complexes il faudra utiliser des bras robotisés (moins répandu).
Tracé visible de la soudure par FSW Crédit Photo Stirweld
Extension aux autres matériaux
Bien que principalement utilisé pour l’aluminium, la soudure par friction malaxage peut s’appliquer aux alliages léger, ainsi qu’aux aciers et aciers inoxydables. Mais cela représente un défi majeur en raison des propriétés différentes de ces matériaux. Les recherches continuent pour adapter le processus et les outils afin de surmonter ces obstacles.
Coupe de 2 pieces en aluminium soudé en FSW – Crédit Photo Stirweld
Conclusion
La soudure par friction malaxage est une technologie de soudage révolutionnaire qui continue d’évoluer et de trouver de nouvelles applications grâce à sa faible dispersion dimensionnelle et ses avantages environnementaux. Elle représente une alternative précieuse aux méthodes de soudage traditionnelles, en particulier pour les matériaux difficiles à assembler par fusion. En continuant à développer et à innover dans ce domaine, nous pouvons espérer à l’avenir une intégration encore plus large de cette technologie dans divers secteurs industriels.