Quel est le meilleur procédé pour souder l’aluminium ?
Souder l’aluminium efficacement est essentiel en raison de son utilisation dans des secteurs de pointe. Industrie aéronautique, spatiale et défense, secteur ferroviaire, construction navale, e-mobilité… Aujourd’hui, l’aluminium est partout !
Mais manipuler cet alliage reste complexe en raison de ses propriétés mécaniques et thermiques. Bien qu’il existe de nombreuses techniques de soudure, seules quelques-unes permettent d’assembler efficacement ce matériau.
Parmi elles, on trouve le soudage par friction malaxage, un procédé de soudure à l’état solide révolutionnaire. Cette méthode permet notamment de contourner les contraintes liées à l’assemblage de l’aluminium.
Mais en quoi l’aluminium est-il un matériau difficile à souder ? Quels sont les procédés traditionnels pour assembler cet alliage ? Et quels sont les avantages du FSW pour souder l’aluminium ? TRA-C industrie vous en dit plus sur le soudage de ce métal particulier…
Propriétés de l’aluminium et processus de soudage
L’aluminium présente de nombreuses particularités qui influent sur le procédé de soudage. Parmi les propriétés de cet alliage, citons notamment :
- Une oxydation au contact de l’air : l’aluminium se recouvre alors d’alumine qui fond à 2500°C. L’aluminium, lui, entre en fusion à 650°C. Il convient donc de brosser ou de décaper cette pellicule avant soudage ;
- Une dilatation thermique élevée : le coefficient de dilatation de l’aluminium mène à des déformations importantes pendant le refroidissement. Certaines méthodes de soudage permettent toutefois de contrer ce problème;
- Un point de fusion bas : l’aluminium fond s’il est exposé à des températures supérieures à 650° C. L’utilisation de techniques spécifiques pour souder l’aluminium permet ainsi d’éviter la surchauffe;
- Un changement d’état rapide : il faut enfin une faible variation de température pour faire passer l’aluminium de l’état solide à l’état liquide. Seul un soudeur expérimenté pourra alors correctement réaliser les assemblages.
Les méthodes classiques pour souder l’aluminium
Soudure TIG (Tungsten Inert Gas)
Le soudage TIG (Tungsten Inert Gas) est un processus de soudure à l’arc qui utilise une électrode non consommable en tungstène et un gaz inerte pour produire un arc électrique. La forte chaleur générée permet ainsi de faire fondre les pièces à souder.
En raison de la haute qualité de ses soudures, ce procédé est idéal pour souder l’aluminium en particulier dans des secteurs tels que l’aérospatial. Cependant, la grande quantité d’énergie à produire rend le processus de fabrication coûteux…
Soudure MIG (Metal Inert Gas)
Le soudage MIG (Metal Inert Gas) utilise également un arc électrique établi entre un fil consommable et la pièce à souder. Un gaz inerte permet de protéger de la corrosion le fil, qui sert à la fois de matériau d’apport et d’électrode.
Connue pour sa facilité d’utilisation, sa rentabilité et sa flexibilité, cette pratique se prête particulièrement bien aux applications manufacturières. Elle reste en revanche limitée pour souder l’aluminium en raison de son manque de précision…
Soudure à l’arc submergé
La soudure SAW (Submerged Arc Welding), quant à elle, est un procédé de soudage automatique. Un flux granulaire, composé de matériaux fusibles et de décapants, est répandu sur la zone de soudure. Ce flux protège ainsi l’arc électrique contre l’oxydation.
Dans l’industrie, la soudure à l’arc submergé permet de souder efficacement des matériaux épais et en série. Cette méthode est cependant moins adaptée pour l’assemblage de matériaux plus délicats comme l’aluminium car peu polyvalente !
Soudure laser
La soudure laser enfin, utilise un faisceau laser ultraconcentré pour assembler les matériaux à souder. La montée en température à la fois rapide, quelques microsecondes, et très élevée, permet de fusionner les pièces sans métal d’apport.
Cette technique de soudage offre une très grande précision, une excellente résistance mécanique et peu de déformation. Mais en raison de sa réflectivité, l’aluminium réfléchit une partie de l’énergie du laser, ce qui rend le processus moins efficace pour ce matériau…
Le procédé de soudage par friction malaxage
Le soudage FSW (Friction Stir Welding) est un procédé innovant qui diffère des méthodes de soudage traditionnelles. Il s’agit en effet d’une méthode de soudure à l’état solide, développée en 1991 pour assembler des matériaux difficiles à souder.
Les étapes du procédé de soudage par friction malaxage sont les suivantes :
- Préparation des pièces : les pièces à souder sont alignées de manière à former une jonction. Elles sont maintenues fermement ensemble pendant le processus de soudage pour éviter leur mouvement;
- Positionnement de l’outil : un outil rotatif, composé d’un épaulement et d’une pointe en forme de broche appelée pion, est positionné entre les pièces et est pressé contre la zone de soudure ;
- Rotation de l’outil : il est ensuite mis en rotation à une vitesse élevée. Le contact de l’épaulement avec les pièces à souder génère de la chaleur par friction. La chaleur ramollit ainsi le matériau sans le faire fondre complètement ;
- Malaxage du matériau : le pion, enfoncé dans la zone de soudage, malaxe alors le matériau ramolli. La diffusion des atomes assure ainsi une liaison solide et homogène entre les pièces ;
- Refroidissement : après le passage de l’outil, la zone soudée refroidit naturellement ou mécaniquement. La soudure résultante est généralement exempte de pores, de fissures ou autres défauts thermiques.
Les avantages du FSW pour souder l’aluminium
En raison de son principe de fonctionnement, le soudage par friction malaxage offre plusieurs avantages significatifs pour souder l’aluminium. Citons parmi eux :
- Absence de défauts : le soudage à l’état solide permet d’éviter les problèmes associés à la solidification, tels que la porosité ou les fissures. Les soudures obtenues sont de haute qualité et le joint est parfaitement étanche ;
- Soudage de différents alliages : le FSW est en mesure d’assembler des matériaux hétérogènes comme l’aluminium avec l’acier. Ces combinaisons étaient auparavant difficiles à réaliser en raison de propriétés très différentes ;
- Faibles déformations thermiques : le processus génère peu de chaleur et, par conséquent, n’entraîne pas de déformation ou de perçage. Il est donc particulièrement avantageux pour des applications où la précision dimensionnelle est indispensable ;
- Flexibilité de soudure : Le FSW est efficace pour souder des alliages difficiles à souder avec d’autres méthodes. On parle notamment des nuances aluminium 2000, 4000 et 7000, en raison de leur sensibilité à la fissuration lors du soudage traditionnel ;
- Adaptabilité à différentes configurations: le FSW permet de souder des pièces de formes complexes ou minces. Ce qui est souvent le cas avec l’aluminium. Et ce, sans endommager ses propriétés mécaniques ;
- Diminution des coûts : la préparation des surfaces à souder est minime en soudage par friction malaxage. De plus, ce procédé ne nécessite pas d’apport de matière. Ainsi, les coûts de fabrication sont fortement réduits ;
- Réduction de l’empreinte écologique : cette méthode consomme enfin peu d’énergie et émet peu de gaz nocifs par rapport à certains procédés. Qu’il s’agisse de souder l’aluminium ou d’autres matériaux, le FSW est donc respectueux de l’environnement.
Applications industrielles du FSW pour souder l’aluminium
En raison de ses nombreux atouts et de son efficacité pour souder l’aluminium, de nombreux secteurs font aujourd’hui appel au procédé de soudage par friction malaxage, en particulier les filières aux exigences élevées…
Le FSW est par exemple largement utilisé dans l’industrie aérospatiale et dans la défense pour assembler les pièces des avions ou des fusées. Il permet en effet de garantir une excellence fiabilité des composants, soumis à des sollicitations mécaniques extrêmes.
Ce procédé est également adapté au secteur de l’e-mobilité. Il sert à souder les pièces des automobiles, telles que les châssis légers ou les panneaux de carrosserie. Il contribue à la réduction du poids des véhicules électriques tout en maintenant une bonne résistance structurelle !
Le soudage par friction malaxage se prête aussi à la fabrication d’éléments en aluminium dans l’industrie ferroviaire. Il contribue à la création de structures légères et durables pour les trains mais aussi pour les navires dans le secteur naval.
Dans le domaine de l’énergie enfin, le FSW sert à souder l’aluminium des cadres pour les panneaux solaires. Cette méthode de soudage permet en effet de maintenir l’intégrité structurelle des éléments…
Souder l’aluminium avec TRA-C industrie, expert en soudage par friction malaxage
Matériau clé dans de nombreuses industries, l’aluminium est un matériau délicat à souder et nécessite une bonne expertise. Il est donc indispensable de maîtriser les techniques pour souder l’aluminium de façon efficace, et en particulier, le FSW…
Leader européen en soudage par friction malaxage, TRA-C industrie compte aujourd’hui 9 sites de production en France ainsi que d’un atelier au Canada. Nous possédons enfin un bureau d’études composé de docteurs, d’ingénieurs et de concepteurs.
L’entreprise est également certifiée selon la norme EN 1090-1. Cette réglementation européenne régit les exigences de conception et fabrication relatives aux soudures aluminium. Il s’agit d’un véritable gage de qualité.
Fort de ses 22 années d’expérience en FSW, TRA-C industrie dispose aujourd’hui de moyens techniques et humains conséquents pour accompagner les industriels des secteurs aérospatial, ferroviaire, naval ou e-mobilité sur l’ensemble de leurs projets de soudage…
