Quels matériaux en soudage par friction malaxage ?
Bien choisir ses matériaux en soudage par friction malaxage est essentiel pour garantir l’intégrité et la durabilité des soudures. Ils réagissent en effet différemment en termes de plasticité, de conductivité thermique et de comportement mécanique.
Contrairement aux méthodes de soudage traditionnelles qui impliquent la fusion des métaux, le soudage par friction malaxage, ou friction stir welding (FSW), utilise la chaleur générée par le frottement d’un outil rotatif pour souder à l’état solide, sans apport de matière.
Le FSW permet d’assembler des matériaux difficilement soudables avec les procédés conventionnels tels que l’aluminium, le magnésium, le cuivre, le titane ou l’acier. Il produit des soudures de haute qualité avec des déformations minimales, même sur de fortes épaisseurs.
Mais quels sont les matériaux les plus utilisés en FSW ? Quels sont les critères de sélection à considérer ? Et quels sont les spécificités de chacun ? TRA-C industrie, expert en soudure FSW, vous partage ses conseils pour choisir les bons matériaux en fonction de votre application.
Critères de sélection des matériaux en soudage par friction malaxage
Le choix des matériaux en soudage par friction malaxage va dépendre de leurs propriétés mais aussi de leur application spécifique. Voici les principaux facteurs à considérer :
- Propriétés mécaniques : la résistance à la traction, la dureté et la ductilité des matériaux déterminent tout d’abord leur capacité à résister aux forces appliquées pendant le processus de soudage. Mais les outils de bridage permettent de contourner ces limites ;
- Propriétés thermiques: les matériaux avec une conductivité thermique élevée, comme l’aluminium ou le cuivre, nécessitent un assemblage à basse température pour éviter une dissipation excessive ;
- Similitude des métaux: les alliages similaires, comme les aluminiums, se soudent généralement bien ensemble. Les différences significatives dans les propriétés des matériaux peuvent entraîner des soudures défectueuses ;
- Conditions de service : les conditions auxquelles la soudure sera exposée déterminent également le choix des matériaux. Citons par exemple les températures extrêmes, les environnements corrosifs ou les charges mécaniques ;
- Mise en œuvre: certains matériaux nécessitent une préparation et des traitements spéciaux avant de débuter leur assemblage. C’est le cas de l’acier par exemple, dont on doit retirer les oxides au préalable ;
- Plasticité : on préférera enfin des matières avec une plasticité suffisante pour qu’elles puissent se déformer sans se fissurer pendant le processus de soudage.
Les matériaux couramment utilisés en soudage FSW
Le soudage FSW est une technique qui se prête bien à de nombreuses matières métalliques et composites. Voici un aperçu des matériaux en soudage par friction malaxage les plus couramment utilisés :
- L’aluminium : l’aluminium est l’un des matériaux les plus populaires en soudage par friction malaxage. Léger, il offre une excellente conductivité thermique et électrique et possède une bonne résistance à la corrosion. Le FSW permet de souder l’aluminium standard mais aussi à haute densité (2xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx) ;
- Le cuivre : le cuivre est très conducteur thermiquement et électriquement, ce qui le rend indispensable pour certaines applications électriques ;
- Le titane: il possède une excellente résistance mécanique, comparable à celle de l’acier tout en étant beaucoup plus léger. Le titane résiste aussi à la corrosion dans de nombreux environnements agressifs, y compris l’eau de mer et les environnements chimiques ;
- L’acier : bien que plus difficile à assembler par FSW que l’aluminium, l’acier enfin, présente une excellente résistance mécanique et une bonne durabilité mais une conductivité thermique moins élevée.
Comparaison des matériaux en soudage par friction malaxage
Afin d’adapter les paramètres de soudure, il est essentiel de considérer le comportement des matériaux en soudage par friction malaxage. Voici une comparaison des avantages et inconvénients à prendre en compte lors du processus FSW :
- L’aluminium: le FSW permet d’assembler des alliages d’aluminium difficiles à souder par des méthodes conventionnelles. Il est en revanche nécessaire de contrôler précisément les paramètres de soudage pour éviter les défauts tels que les cavités et les fissures ;
- Le cuivre: le FSW permet de réaliser des soudures de haute qualité avec une faible distorsion et des caractéristiques mécaniques améliorées. Mais la température d’assemblage doit être contrôlée en raison de la conductivité thermique élevée du cuivre ;
- Le titane: le soudage de ce matériau est délicat en raison de sa dureté, sa température de fusion basse et sa contamination lorsqu’il est exposé à l’air. En ajustant les paramètres d’assemblage, le FSW permet de relever ces défis tout en garantissant une qualité optimale ;
- L’acier: les soudures en acier enfin, présentent une meilleure résistance aux chocs et à la fatigue en FSW qu’avec des méthodes de soudage conventionnelles. Le FSW nécessite cependant des outils résistants à l’usure, en raison de la densité de ce matériau.
Applications industrielles du FSW des différents matériaux
Les matériaux en soudage par friction malaxage sont utilisés dans différents secteurs selon leurs propriétés mécaniques et facilité de mise en œuvre. Parmi les principales applications industrielles, citons notamment :
- L’industrie aérospatiale: l’aluminium est largement utilisé pour l’assemblage des fuselages et ailes. Il permet de réduire le poids des avions tout en maintenant leur intégrité structurelle. Les alliages de titane, eux, présentent d’excellentes propriétés mécaniques, particulièrement dans les environnements à haute température comme les composants de moteur ;
- Le secteur automobile: l’aluminium sert à la fabrication de châssis et structures de carrosserie légers et résistants. Il améliore ainsi la performance et l’efficacité énergétique des véhicules, particulièrement dans le milieu de l’e-mobilité. Le FSW se prête également bien à l’assemblage des bacs de batterie car il permet de souder autour des composants électriques sans les endommager ;
- La construction navale: résistant à la corrosion, l’aluminium sert à la fabrication des coques et superstructures des navires. L’acier inoxydable, lui, est parfait pour les réservoirs et tuyauteries dans des environnements marins agressifs ;
- L’industrie ferroviaire: là encore, les propriétés de l’aluminium en font le matériau idéal pour concevoir des caisses de trains légères et résistantes. Les composants nécessitant une haute résistance mécanique comme les châssis et structures sont constitués d’acier ;
- Le secteur de l’énergie: les échangeurs de chaleur et tuyauteries sont souvent constitués de cuivre ou d’aluminium, d’excellents conducteurs thermiques. Avec sa haute conductivité, le cuivre est aussi utilisé pour les composants électriques.
Innovations et recherches récentes sur les matériaux pour le FSW
Le FSW est un domaine en constante évolution. Les innovations et recherches continues visent à améliorer les matériaux en soudage par friction malaxage et les processus utilisés. Elles permettent de répondre aux défis croissants des industries modernes.
Parmi les avancées majeures, citons tout d’abord le développement de nouveaux alliages d’aluminium, comme ceux de la série 7000 (Al-Zn-Mg). Ils offrent une résistance mécanique comparable à celle de certains aciers tout en conservant une plus grande légèreté.
En parallèle, les études sur les effets du microalliage et la modélisation numérique permettent de prédire le comportement thermique et mécanique des soudures en acier. Les aciers inoxydables haute performance, eux, résistent plus durablement à la corrosion et à l’usure.
Le soudage par friction malaxage de l’acier est particulièrement exigeant en raison des températures nécessaires et de la résistance mécanique de ce matériau. Les outils en superalliages à base de nickel ou intégrant des systèmes de refroidissement internes permettent de résister aux températures élevées et à l’usure.
L’aluminium, lui, a une température de fusion basse. Les nouveaux outils de soudage sont conçus pour réduire la friction et la génération de chaleur. Ils minimisent ainsi la déformation des soudures en aluminium. L’utilisation d’épaules ajustables enfin, permet de s’adapter aux variations d’épaisseur des pièces à souder.
TRA-C industrie vous guide dans le choix de vos matériaux en soudage par friction malaxage
Bien choisir ses matériaux en soudure par friction malaxage, permet aux ingénieurs d’améliorer la performance, la durabilité et l’efficacité des assemblages. Et ce, tout en réduisant les coûts de production et de maintenance !
Expert européen en soudure par friction malaxage depuis plus de 20 ans, certifié ISO 9001 et respectant la norme NF EN ISO 25239, TRA-C industrie vous apporte son expertise pour sélectionner des matériaux adaptés selon vos applications.
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