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Soudage par friction-agitation: principe, avantages et applications

Soudage par friction-agitation: principe, avantages et applications

Friction Stir Welding ou FSW est un procédé de soudage par contact qui utilise la chaleur générée par le frottement pour fusionner deux matériaux différents. Cette technique d'assemblage n'utilise aucun consommable dans le processus.

L'un des principaux avantages de l'utilisation du soudage par friction-malaxage est l'esthétique améliorée des pièces finies par rapport aux autres méthodes de soudage.

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Le soudage par friction-malaxage a été développé et breveté par TWI (The Welding Institute) en 1991. Depuis lors, d'innombrables industries utilisent cette technique de soudage en raison de ses caractéristiques uniques.

Cela résulte de la façon dont le soudage par friction-malaxage est appliqué sur deux pièces.

Le processus de soudage par friction-malaxage

Le soudage par friction-malaxage utilise un outil spécialement conçu qui tourne à grande vitesse sur les joints qui doivent être soudés ensemble. Lorsque l'outil tourne sur le métal, de la chaleur se produit entre eux.

Cette chaleur fait que les métaux deviennent plastiques et fusionnent les uns dans les autres. Le soudage par friction-malaxage est capable de souder deux types de joints:

  • Joints à recouvrement
  • Joints bout à bout

L'outil utilisé pour le soudage par friction-malaxage comprend deux parties. Une pièce cylindrique appelée épaule qui tourne sur la couture, et une épingle profilée qui s'étend depuis l'épaule.

La goupille est d'abord percée dans la couture. Ensuite, l'épaulement tourne sur le dessus de la pièce pendant un certain temps jusqu'à ce qu'une température optimale soit atteinte et absorbée dans les matériaux.

Ensuite, l'outil se déplace à travers le joint, ce qui crée une soudure continue. Ceci est possible grâce à l'échauffement volumétrique produit par l'outil et au mélange des particules métalliques par la broche profilée.

C'est à partir de la broche profilée qui entre dans l'espace de travail où elle obtient le nom «Agiter» car la broche remue littéralement les particules ramollies pour les fusionner.

TWI a détaillé le déroulement du processus de soudage lorsque l'outil se déplace sur deux matériaux.

Au fur et à mesure que les surfaces de contact chauffent, trois types de regains se forment dans les matériaux: un pépite de soudure, TMAZ ou zone thermomécaniquement affectée et HAZ ou zone affectée par la chaleur.

Dans le soudage par friction-malaxage, le pépite de soudure subit une recristallisation dynamique. En termes simples, les grains microstructuraux du métal se développent en même temps que le métal subit une déformation.

Cela conduit à une bien meilleure liaison, encore plus que ce qui est réalisable avec le soudage à l'arc.

Soudage par friction et soudage par friction - la différence

Plusieurs techniques de soudage utilisent le frottement pour générer de la chaleur, et parmi elles, la plus courante est le soudage par friction. Dans un procédé de soudage par friction typique, la chaleur est générée entre les deux pièces en déplaçant une pièce par rapport à une autre au niveau des joints.

Le frottement entre les deux surfaces les fait fondre et fusionner.

Cependant, cela limite le soudage par friction en ce qui concerne la configuration de la pièce, car il doit être capable de déplacer une pièce à des vitesses élevées grâce à un mouvement de va-et-vient linéaire.

Le soudage par friction-malaxage surmonte cette limitation en fixant les pièces en place, puis en déplaçant l'outil le long du joint, créant ainsi la soudure dans le processus.

Avantages du soudage par friction malaxage

Les avantages du soudage par friction-malaxage proviennent de sa soudure unique où il n'y a pas d'utilisation de consommables ou de techniques d'élément de blindage. Cela donne les caractéristiques suivantes à la soudure:

  • La soudure finie est sans couture et esthétique
  • Il peut souder des alliages autrement soudables comme les gammes Aluminium 2xxx et 7xxx
  • Processus entièrement automatisé
  • Aucune forme de flux ou d'agent de protection requis
  • Les basses températures de pointe empêchent le retrait et la porosité des fissures
  • Limitations du soudage par friction malaxage

Contrairement à d'autres outils de soudage, l'outil utilisé dans le soudage par friction doit fournir une action de forgeage aux pièces en plus de les chauffer. Ainsi, l'outil doit supporter des charges importantes et ne doit pas produire d'usure excessive.

C'est l'une des raisons pour lesquelles le soudage par friction malaxage n'est pas couramment utilisé sur l'acier dur ou les métaux. En outre, un trou sera laissé par la goupille profilée lorsqu'elle quitte la pièce.

Le soudage par agitation est principalement utilisé pour souder l'aluminium et peut souder presque tous les types d'aluminium, même les alliages Al-Li modernes. La raison pour laquelle il est limité à l'aluminium est que les soudures d'aluminium peuvent se produire à des températures de pointe relativement basses.

Applications du soudage par friction malaxage

Le soudage par friction-malaxage trouve une application dans une grande variété d'industries qui utilisent l'aluminium.

La construction navale: FSW a d'abord été utilisé pour souder des panneaux creux en aluminium pour les bateaux de pêche. Aujourd'hui, cette technique de soudage est courante dans le soudage des panneaux de congélation en aluminium utilisés dans la carrosserie et la coque des navires.

Puisque FSW crée une déformation minimale, les panneaux en aluminium conserveront leur forme même avec de longues soudures.

Aérospatial: Les réservoirs de carburant en aluminium utilisés dans les engins spatiaux pour stocker l'oxygène cryogénique utilisent FSW. La technique d'assemblage soude les dômes à la structure cylindrique qui compose ces réservoirs de carburant.

Boeing a utilisé FSW dans le module interétage d'une fusée Delta II qui a eu un décollage réussi en août 1999.

FSW est également utilisé pour joindre des cadres en aluminium légers vus dans le fuselage de l'avion. En effet, la technique offre une alternative beaucoup plus légère au boulonnage ou au rivetage.

Chemin de fer: Le soudage par friction malaxage trouve son utilisation sur les profilés creux et les extrusions de raidisseurs en T pour la fabrication de trains à grande vitesse.

Industrie automobile: L'industrie automobile s'est tournée vers l'aluminium comme matériau optimal pour la préparation des châssis automobiles. Par conséquent, il est l'un des principaux adopteurs de la technologie FSW.

Les méthodes de soudage conventionnelles ne peuvent pas reproduire des pièces à haute tolérance comme celle du FSW. Les temps de soudage rapides du FSW le rendent également plus attrayant que les autres formes de soudage pour l'aluminium.

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FSW ou Friction Stir Welding est l'un des types de méthodes de soudage les plus uniques disponibles aujourd'hui. Il produit des soudures très solides sans compromis sur le poids ou l'esthétique.

Au sein de l'écosystème du soudage, le soudage par friction-malaxage se distingue comme un candidat unique.


Voir la vidéo: soudage par friction (Novembre 2021).