Soudage par friction malaxage : quelles différences avec les autres méthodes ?
Dans le domaine de l’ingénierie et de la métallurgie, le procédé de soudage joue un rôle incontournable. Soudage TIG/ MIG, soudage au gaz, soudage par résistance, soudage par ultrasons : de nombreux procédés ont ainsi été inventés.
Parmi eux, le soudage par friction malaxage ou friction stir welding (FSW) a révolutionné l’approche traditionnelle du soudage. Technique fiable, innovante et respectueuse de l’environnement, qu’est-ce qui la différencie des autres méthodes ?
Dans cet article, TRA-C industrie fait le point sur cette technologie ainsi que sur les techniques plus conventionnelles. Vous y découvrirez également les avantages du soudage par friction malaxage par rapport aux autres procédés…
Qu’est-ce que le soudage par friction malaxage ?
Bref historique du soudage par friction malaxage
Le soudage par friction malaxage est une innovation relativement récente dans le domaine de la mécanique et du soudage. Inventé par Wayne Thomas et développé par The Welding Institute (TWI) au Royaume-Uni, ce procédé a vu le jour en 1991.
Cette technique propose une solution aux problèmes couramment rencontrés avec les méthodes de soudage plus traditionnelles telles que :
- La distorsion
- Les fissures
- La dégradation des propriétés mécaniques de l’acier
De nombreux secteurs industriels comme l’aérospatial, l’automobile ou la construction navale ont adopté le soudage par friction malaxage depuis son invention. Ses avantages en termes de qualité de soudure, de coût et de durabilité ne sont aujourd’hui plus à démontrer.
Cette technique a aussi fait l’objet d’un nombre considérable de recherches et de développements en ingénierie. Ces avancées ont ainsi conduit à des améliorations significatives et à l’élargissement de son champ d’application…
Principe du FSW
Le soudage par friction malaxage est un procédé de soudage à l’état solide particulièrement efficace pour le soudage d’alliages en aluminium, d’alliages légers ou multi-matériaux (aluminium-cuivre, aluminium-acier…).
Ce processus implique l’utilisation d’un outil rotatif, pressé contre les pièces à souder. La friction générée par le mouvement de l’outil produit de la chaleur, ce qui provoque le ramollissement des matériaux et les rend malléables.
L’outil est ensuite déplacé le long de la jointure, malaxant les matériaux ensemble pour former une soudure.
Innovations dans le soudage par FSW
Bien qu’elle soit relativement récente, la technologie du FSW a déjà fait l’objet de nombreuses recherches et innovations. Par exemple, des outils de soudage plus résistants et plus durables ont été développés.
Comme cité précédemment, le soudage par friction malaxage permet d’assembler des pièces en aluminium ou de fortes épaisseurs. C’est en revanche beaucoup plus difficile avec les méthodes de soudure traditionnelles.
Autre avancée dans le secteur : le suivi précis des processus. Grâce aux machines utilisées, tout est contrôlé avec minutie comme la température, la pression et la vitesse de l’outil. La qualité de la soudure est ainsi améliorée et les risques d’erreur sont limités.
Grâce au FSW, on obtient aussi un gain de masse très intéressant sans pour autant altérer les propriétés mécaniques des pièces. On l’utilise alors pour assembler des parties moteurs, des échangeurs, des bacs de batterie ou encore des jantes alliage par exemple.
Enfin, le contrôle d’effort constitue une innovation majeure. En FSW, le soudage se fait par application d’une pression constante sur les pièces. La position verticale de l’outil est alors ajustée en permanence pour garantir son plaquage et une soudure homogène.
Comparaison entre le soudage par friction malaxage et les méthodes traditionnelles
Quelques méthodes de soudage traditionnelles
Soudage par fusion à l’arc électrique
Le soudage par fusion à l’arc électrique (TIG ou MIG) utilise le courant électrique pour produire de la chaleur et faire fondre les matériaux à souder. L’énergie nécessaire est obtenue par un arc électrique qui est généré entre une électrode et la pièce à souder.
Cette technique se limite cependant aux matériaux conducteurs d’électricité et peut entraîner une dégradation de la qualité de la soudure. De plus, elle nécessite une grande quantité d’énergie, ce qui fait augmenter les coûts de fabrication.
Soudage au gaz
Le procédé de soudage par gaz consiste à assembler des métaux par chauffage, avec ou sans apport de métal. Il utilise un gaz de protection pour empêcher l’oxydation lors du soudage. Bien que cette méthode soit efficace pour certains types de matériaux, elle nécessite d’avoir un environnement contrôlé et les coûts du gaz sont également élevés.
Soudage par résistance
Le soudage par résistance dépend lui aussi de l’utilisation de matériaux conducteurs puisque c’est le contact entre 2 pièces, par pression, qui va générer un courant électrique important. Celui-ci va alors fusionner les 2 éléments de façon permanente. Les coûts associés sont donc également élevés.
Soudage par faisceau d’électrons
Encore appelé Electron Beam Welding (EBW), le soudage par faisceau d’électrons est un procédé de soudage par fusion sophistiqué. Il utilise un faisceau d’électrons à haute énergie pour fondre et assembler les pièces métalliques.
Un faisceau d’électrons concentré est dirigé vers les pièces à joindre, où il libère son énergie sous forme de chaleur. Celle-ci, intense, fait fondre les métaux localement, permettant leur fusion pour former une soudure.
Soudage par ultrasons
Le soudage par ultrasons, quant à lui, fait appel à des vibrations à haute fréquence pour générer de la chaleur et faire fondre les matériaux à souder. Il nécessite donc un équipement spécifique et reste relativement complexe à mettre en œuvre.
Inconvénients des méthodes de soudage traditionnelles
Pour résumer les éléments précédents, les méthodes de soudage traditionnelles, bien qu’elles aient toutes leur place dans l’industrie métallurgique, présentent des inconvénients que l’on ne retrouve pas avec la soudure par friction malaxage, à savoir :
- Une difficulté de soudage de certains alliages : c’est le cas en particulier pour l’aluminium et les alliages légers ;
- Une tendance à la flexion ou à la distorsion : l’intégrité structurelle des pièces peut alors être compromise ;
- Un manque de précision: les alliages en aluminium, souvent utilisés dans l’aérospatiale, l’automobile ou le ferroviaire, nécessitent une précision élevée que ne permettent pas les méthodes classiques ;
- Un environnement de travail souvent complexe: en particulier parce qu’il y a besoin de métal d’apport ;
- Des risques pour la santé des employés: exposition aux fumées, rayonnements et hautes températures. Ce sont autant de défis supplémentaires en matière de sécurité et de conformité réglementaire ;
- Des défauts apparents: cela entraîne des coûts supplémentaires en raison des retouches éventuelles et des contrôles qualité fréquents.
Avantages du soudage par friction malaxage sur les techniques classiques
Le soudage par friction malaxage, en revanche, présente plusieurs avantages significatifs comparé aux méthodes classiques. Citons parmi eux :
- Compatibilité avec tous les alliages : le FSW permet d’assembler efficacement des pièces constituées d’aluminium ou en alliages légers. Il offre donc une grande flexibilité ;
- Soudage de fortes épaisseurs : il est possible de souder des matériaux de forte épaisseur, jusqu’à 50 mm en une passe ;
- Précision dans le guidage: l’outil rotatif utilisé évolue de façon très précise le long des surfaces de contact ;
- Rapidité de soudage: la technique de FSW permet de souder à hauteur de 3 mètres par minute, surpassant ainsi toutes les autres méthodes ;
- Qualité des finitions: en soudure par friction malaxage, aucune matière additionnelle n’est utilisée pour la soudure. Le rendu est donc plus net. De plus, les déformations liées à la soudure sont réduites ;
- Réduction des coûts: la rapidité du processus de soudage et l’absence de matière supplémentaire permettent de réduire les coûts de façon significative ;
- Soudage dans toutes les configurations: soudage bout à bout, soudage en recouvrement, soudage en T, soudage en angle extérieur, etc. ;
- Réduction des émissions: le FSW est enfin un procédé propre. Il n’émet pas de fumée, gaz ou rayonnement, offrant ainsi un environnement de travail plus sûr pour les employés. Il s’agit également d’une solution plus écologique.
TRA-C industrie, votre partenaire expert en FSW
L’invention du soudage par friction malaxage a permis de combler les limites des méthodes de soudage traditionnelles. Ce procédé, très fiable, présente de nombreux avantages et est utilisé dans les industries du transport (automobile, aéronautique, ferroviaire), spatiale, de l’énergie ou encore de la défense.
Fort de son expérience et savoir-faire reconnus, TRA-C industrie est leader européen du soudage par friction malaxage. L’entreprise dispose aujourd’hui de 9 sites de production en France, d’un atelier au Canada et d’un bureau d’étude composé de docteurs, d’ingénieurs et de concepteurs.
Vous vous posez des questions quant à la technologie FSW ? Vous souhaitez faire appel à un spécialiste sur le sujet ? Ensembliers, nos experts vous accompagnent et vous conseillent dans la réalisation globale de vos projets de soudure :
