Pourquoi investir dans une machine de soudage par friction malaxage ?
En raison de sa diversité d’application, la machine de soudage par friction malaxage offre de nombreux avantages pour les industriels. Conçue pour s’adapter aux besoins les plus spécifiques, la machine FSW est aujourd’hui adoptée dans tous les secteurs de pointe…
Le soudage par friction malaxage, aussi connu sous le nom de Friction stir welding (FSW) est un procédé de soudure à l’état solide qui associe de la chaleur générée par friction à la pression mécanique pour assembler des métaux.
Cette chaleur ramollit les matériaux, qui sont ensuite mélangés l’un à l’autre pour former une liaison solide et homogène lorsqu’ils refroidissent. Il s’agit donc d’une méthode de soudure innovante et qui présente des intérêts en comparaison aux autres procédés.
Mais qu’est-ce qu’une machine FSW concrètement ? Comment fonctionne-t-elle ? Quels types de machines existe-t-il ? Et quels sont ses avantages dans le secteur de la soudure ? TRA-C industrie fait le point sur cet outil révolutionnaire dans cet article…
Quels éléments composent une machine de soudage par friction malaxage ?
Une machine de soudage par friction malaxage est conçue pour effectuer un processus de soudage mécanique en utilisant une combinaison de friction, de pression et de mouvement contrôlé. Voici les principaux composants d’une machine conventionnelle de FSW :
- Le pion : c’est l’élément central de la machine. Il s’agit d’une pointe filetée qui pénètre dans les pièces à souder. Il tourne à des vitesses élevées pendant le processus de soudage ;
- L’épaulement: de forme cylindrique ou conique, c’est la partie de l’outil qui précède le pion. Il exerce une pression constante sur les matériaux afin de générer de la chaleur par friction ;
- L’enclume : elle sert de support aux pièces à souder pendant l’opération de soudage. Elle est réglable pour s’adapter à différentes tailles et formes de pièces ;
- Le système de bridage : il maintient les pièces à souder fermement contre la plaque de serrage pendant le soudage pour assurer un contact étroit entre les surfaces à souder ;
- Le système de déplacement : ce système permet de déplacer la broche et/ou les pièces à souder selon des paramètres spécifiques, tels que la vitesse et la direction, afin de réaliser le soudage le long de la ligne de joint ;
- Le système de contrôle in situ : c’est le « cerveau » de la machine. Il contrôle tous les aspects du processus de soudage, comme la vitesse de rotation et la force appliquée par le pion ou encore le déplacement des pièces. Il permet donc de garantir une qualité continue.
Comment fonctionne une machine de soudage par friction malaxage ?
Une machine de soudage par friction malaxage fonctionne en 5 étapes clés :
- Le positionnement des pièces. Les pièces à souder sont d’abord placées sur l’outillage, puis maintenues fermement en place avec le système de bridage ;
- La pénétration. L’outil est ensuite mis en rotation par l’intermédiaire de la broche de la machine et est inséré dans les composants à souder ;
- Le préchauffage. Une phase d’attente est opérée permettant un échauffement local de la matière et une mise en température de l’outil ;
- Le soudage. La tête de soudage est ensuite déplacée le long de l’interface à souder formant une liaison mécanique. L’effet combiné de l’effort, de la rotation et de l’avance génère de la friction qui produit de la chaleur. Les matériaux à souder rentrent alors dans un état pâteux permettant ainsi le malaxage ;
- Le retrait de l’outil. A la fin de la soudure, l’outil est enfin retiré laissant ainsi un trou de sortie caractéristique du procédé.
Les paramètres usuels du FSW à considérer lors du soudage sont les suivants :
- La vitesse de rotation exprimée en tours par minute
- La vitesse d’avance exprimée en millimètres par minute
- L’effort normal exprimé en kN
- L’angle tilt exprimé en degré. Il permet un meilleur forgeage de la matière tout en améliorant l’état de surface du joint soudé.
Quelles machines de soudage par friction malaxage existent-ils ?
Il existe aujourd’hui plusieurs types de machines de soudage par friction-malaxage, chacune adaptée à des applications spécifiques en fonction des besoins industriels. Parmi les machines les plus couramment utilisées, on retrouve :
- La machine table : elle permet d’assembler des pièces de petites dimensions, dans les axes X et Y. Elle est adaptée aux utilisations des laboratoires de recherche ainsi que des centres de formation ;
- La machine portique: elle comprend une table mobile suivant l’axe X ainsi qu’une tête de soudage suivant les axes Y et Z. Dotée d’une vitesse de rotation plus élevée, elle est se prête particulièrement bien à la production en série ;
- La machine rail: cette machine enfin, est montée sur rails ce qui lui permet de souder des éléments de grandes longueurs. Elle est donc parfaite pour assembler des panneaux de structures dans les filières ferroviaire et aéronautique ;
- La machine FSW robotisée : La tête FSW est installée sur un robot industriel pour souder des formes variées de fine épaisseur. Elle peut, de plus, être programmée pour des opérations automatisées sur des lignes de production ;
- La machine FSW à double broche : cette machine est équipée de broches rotatives fonctionnant en tandem. Elle se prête bien aux applications de soudage nécessitant un accès bidirectionnel ou pour souder des pièces complexes.
Quels sont les avantages d’investir dans une machine FSW ?
Avantages économiques
Investir dans une machine de soudage par friction-malaxage permet tout d’abord d’économiser sur les coûts de matériaux par rapport aux machines de soudage classiques. Le processus se faisant à l’état solide, il n’y a en effet pas d’apport de matière. L’absence d’électrodes ou de gaz de protection facilite également la mise en œuvre !
La machine FSW soude aussi plus rapidement qu’avec les autres méthodes, ce qui abaisse les temps de cycle de production. Les entreprises peuvent alors augmenter leur productivité et répondre à la demande du marché plus rapidement.
Les machines FSW sont enfin conçues pour être durables. Elles nécessitent moins de maintenance que les machines de soudage. Les coûts de maintenance sont donc plus faibles…
Qualité de soudure
Les soudures réalisées avec une machine de soudage par friction malaxage sont homogènes et possèdent une intégrité structurelle élevée. Le malaxage des matériaux permet en effet une distribution uniforme des composants métalliques le long de la zone de soudure.
La soudure à l’état solide limite les problèmes de solidification ou de refroidissement rapides associés aux méthodes de soudage par fusion. Une fois qualifié, le procédé de FSW produit donc des joints de soudure sans défauts majeurs tels que les porosités, fissures ou inclusions. Les paramètres associés à chaque application peuvent être utilisés de manière répétée.
En FSW, les pièces sont également soudées à des températures plus basses, ce qui minimisent les contraintes thermiques. Il y a généralement moins de déformation qu’avec les autres méthodes de soudage, en particulier celles impliquant une forte chaleur.
Diversité d’applications
La machine FSW est en mesure d’assembler une large gamme de matériaux difficiles à souder par des méthodes conventionnelles. Citons parmi eux l’aluminium, le magnésium, le titane ainsi que leurs alliages…
Cette polyvalence permet de produire des soudures de haute qualité sur une variété d’applications industrielles. Le soudage par friction malaxage répond ainsi particulièrement bien aux besoins des industries aérospatiale, militaire et navale.
Le procédé de FSW offre également une grande flexibilité en termes de conception de pièces. Les assemblages sont plus légers, plus résistants et plus performants, ce qui est idéal pour les secteurs de l’automobile ou de l’e-mobilité.
Intérêts environnementaux
La machine de soudage par friction malaxage est écologique. Elle consomme moins d’énergie pendant le processus de soudage que certaines techniques traditionnelles. Elle ne nécessite en effet pas de source de chaleur externe intense…
Certaines techniques de soudage à l’arc utilisent un gaz de protection pour éviter l’oxydation des métaux en fusion. Ce n’est pas le cas en FSW. Cela contribue donc à réduire les émissions de gaz à effet de serre associées à leur production et utilisation.
La machine FSW produit enfin moins de déchets que les méthodes de soudage classiques puisqu’elle n’utilise pas de consommables comme les électrodes ou les matériaux d’apport. Rappelons que la fabrication du métal d’apport représente 50% du CO2 émis. Cela limite ainsi les processus liés à leur élimination ou recyclage !
Comment bien choisir sa machine de soudage par friction malaxage ?
La plupart des machines de soudage par friction malaxage sont conçues sur mesure pour s’adapter aux besoins spécifiques de son utilisateur. Plusieurs aspects sont ainsi à prendre en compte afin de garantir des assemblages de haute qualité :
- Proportions géométriques: elles permettent de satisfaire l’accessibilité, les critères de qualité et les configurations à souder en fonction de l’application ;
- Applications spécifiques : précisez vos exigences en termes de matériaux à souder, épaisseurs des pièces, géométries des joints et spécifications de qualité au constructeur pour que la machine FSW puisse répondre à ces critères ;
- Capacité de la machine : spécifiez également les dimensions et poids des pièces que vous prévoyez de souder. La machine FSW doit pouvoir assembler panneaux de grandes longueurs ou pièces en série sans compromettre la qualité de la soudure ;
- Flexibilité et polyvalence : en fonction de la configuration des pièces, optez pour une machine qui puisse se déplacer selon différents axes, faire du chargement/déchargement en temps masqué, voire souder dans les 3 dimensions. Vous pourrez ainsi couvrir un large éventail d’applications et de projets ;
- Fiabilité et durabilité : pour concevoir votre machine, faites appel à un fabricant réputé pour la fiabilité et la durabilité de ses outils. Une machine fiable nécessitera moins de maintenance et aura une plus longue durée de vie ;
- Automatisation et contrôle : les fonctionnalités telles que le contrôle numérique, la surveillance en temps réel et la programmation automatique facilitent les opérations de soudage. Demandez au concepteur de rajouter ses fonctionnalités si vous souhaitez produire en série ;
- Support technique et formation : assurez-vous aussi que le fabricant propose des services de maintenance, de réparation et de formation pour vos techniciens. Un SAV réactif est essentiel pour vous dépannez en cas de besoin ;
- Coût de revient : évaluez enfin les coûts d’achat, de maintenance, d’exploitation et de formation pour votre machine FSW. Faites construire une machine qui vous offrira la meilleure rentabilité.
TRA-C industrie, expert en conception, développement et installation de machines FSW
Avec ses 9 sites de production en France, son bureau d’études techniques ainsi qu’un atelier au Canada, TRA-C industrie est aujourd’hui leader européen en soudage par friction malaxage. Nous accompagnons les industriels à chaque étape de leur projet de soudure.
Nous sommes experts en développement, conception, prototypage et installation sur site de votre machine de soudage par friction malaxage. Nous formons aussi vos équipes à son utilisation et pouvons vous proposer un contrat de maintenance !
TRA-C industrie est également intégrateur : nous sommes ainsi en mesure d’assurer le chargement et déchargement de vos robots de soudage, stations d’ébavurage, intégration de cellules sur vos Manufacturing Execution System (MES), etc.
Enfin, vous pouvez compter sur notre solide expérience en FSW pour sous-traiter vos projets industriels. Nos machines FSW nous permettent de répondre à tous vos besoins : prototypage, essais, réalisation d’ensembles en grande série, soudage de pièces de fines (0,8 mm) ou de fortes épaisseurs (40 mm)…
