Le soudage par friction est un procédé d’assemblage thermique qui repose sur le frottement entre deux pièces métalliques. Grâce à la chaleur générée par ce mouvement, les matériaux atteignent un état plastique permettant leur fusion sans ajout de métal d’apport.
Contrairement aux méthodes classiques de soudage, celui-ci ne requiert ni arc électrique ni gaz protecteur. Il limite ainsi les défauts liés aux impuretés et réduit les contraintes thermiques sur les matériaux. Cela en fait une technique prisée pour les applications nécessitant une grande solidité.
Utilisé dans l’aéronautique, l’automobile ou l’énergie, ce procédé permet d’assembler des métaux similaires ou dissemblables. Le soudage par friction garantit aussi des joints résistants avec un minimum de distorsion, répondant aux exigences des secteurs de pointe.
Mais comment fonctionne ce procédé en pratique ? Quels sont les différents types de soudage par friction ? En quoi est-il différent des méthodes traditionnelles ? Principe, intérêts, applications… Dans cet article, TRA-C industrie vous en dit plus sur ce processus innovant !
En quoi consiste ce procédé concrètement ?
Lorsque deux matériaux se frottent l’un contre l’autre, ils libèrent de l’énergie thermique en raison de la friction. Plus la vitesse et la pression de ce frottement sont élevées, plus la quantité d’énergie produite augmente, favorisant ainsi l’échauffement des pièces.
Le soudage par friction utilise ce principe, où il soumet les composants à assembler à un frottement intense. Grâce à des vitesses et des pressions extrêmement élevées, il crée un frottement mécanique entre les pièces, générant la chaleur nécessaire à leur fusion.
L’énergie thermique libérée entraîne un ramollissement localisé des matériaux au niveau du point de contact. Cette montée en température rend les surfaces visqueuses, permettant ainsi aux métaux de s’interpénétrer sans qu’un métal d’apport soit nécessaire !
Une fois la friction arrêtée, une pression est maintenue pour consolider l’assemblage. Le refroidissement contrôlé permet alors de créer un joint solide et homogène, assurant une résistance mécanique optimale aux contraintes externes.
Les différentes techniques de soudage par friction
Le soudage par friction regroupe plusieurs techniques exploitant le frottement pour assembler des matériaux sans apport externe. La finalité de ces méthodes est la même mais les approches pour réaliser des soudures entre métaux sont légèrement différentes…
Le soudage par friction rotative
Le soudage par friction rotative repose sur la mise en rotation d’un des deux matériaux contre l’autre, précisément à la zone de jonction. Grâce à une vitesse élevée et à une forte pression axiale, la chaleur générée ramollit ainsi les surfaces en contact.
Sous cet effet thermique, les métaux deviennent plastiques et s’interpénètrent au niveau du point de contact. Une fois la rotation stoppée, le maintien de la pression permet d’assurer un assemblage solide et homogène des composants.
Le soudage par friction linéaire
Le soudage par friction linéaire utilise un mouvement de va-et-vient rapide d’un composant contre l’autre. Ce frottement intense, combiné à de grandes forces de compression, génère une chaleur suffisante pour ramollir les surfaces de contact.
Sous cet effet thermique, les matériaux se déforment plastiquement et se mélangent au niveau du point de contact. Ce processus crée alors une liaison solide et homogène entre les pièces, garantissant une soudure durable et résistante.
Le soudage par friction malaxage
Le soudage par friction malaxage repose sur l’utilisation d’une broche cylindrique pour générer de la chaleur par friction entre les matériaux à assembler. Ce processus chauffe les pièces à leur point de contact, les rendant plastiques et facilitant leur fusion.
Cet outil rotatif se déplace le long de la ligne de soudure, malaxant les matériaux plastifiés pour les mélanger de manière homogène. Cette agitation crée ainsi une liaison solide entre les composants sans l’utilisation de métal d’apport…
Le soudage par points par friction malaxage
Le soudage par points par friction malaxage est une variante du soudage par friction malaxage, utilisée dans diverses industries. Contrairement au soudage linéaire, où l’outil se déplace le long de la jonction, l’outil reste en place et tourne sur un seul point de contact.
Ce mouvement circulaire génère une chaleur intense à l’endroit précis du contact, créant ainsi une fusion localisée des matériaux. Après un certain temps, l’outil est soulevé, laissant derrière lui un trou excédentaire.
Les avantages du soudage par friction
Toutes les techniques de soudage ne se valent pas et le choix de la méthode dépend des matériaux à assembler. Le soudage par friction offre cependant plusieurs avantages qui le distinguent des autres procédés traditionnels :
- Soudures hétérogènes : il permet de souder des configurations plus complexes que le soudage traditionnel (aluminium-cuivre, aluminium-titane…), élargissant ainsi les possibilités d’assemblage ;
- Compatibilité avec de nombreux métaux: tous les métaux forgeables peuvent être soudés par friction. Ce procédé offre ainsi une grande flexibilité aux fabricants pour concevoir des assemblages solides ;
- Processus plus économe en énergie: de plus, aucune chaleur ou flux externe n’est requis. Cette méthode est donc plus économique et moins contraignante que les techniques traditionnelles ;
- Fiabilité et rapidité accrues: avec un taux de défauts réduit et des soudures mécaniquement robustes, cette technique est l’une des plus rapides et performantes par rapport au soudage par fusion ;
- Procédé plus écologique: en réduisant la consommation d’énergie et l’émission de fumées ou de gaz toxiques, le soudage par friction limite également son impact environnemental et s’inscrit dans une démarche plus durable ;
- Moins de déformation des matériaux: la chaleur étant localisée et contrôlée, les pièces conservent mieux leurs propriétés mécaniques. Elles subissent aussi moins de distorsions qu’avec un soudage par fusion ;
- Excellente répétabilité: ce procédé automatisable permet enfin d’obtenir des soudures uniformes et de qualité constante. Il est ainsi idéal pour la production industrielle à grande échelle.
Les inconvénients de ce procédé de soudage
Bien que le soudage par friction présente de nombreux avantages, il comporte aussi certaines limitations. Ce procédé nécessite un équipement spécialisé, souvent coûteux et volumineux. Les machines utilisées doivent appliquer des forces et des vitesses élevées, ce qui implique un investissement initial important pour les industriels souhaitant adopter cette technologie.
Un autre inconvénient est la complexité de la mise en œuvre. La parfaite maîtrise des paramètres comme la pression, la vitesse et la durée du frottement permet de garantir une soudure de qualité. Une mauvaise configuration peut en effet entraîner des défauts ou une liaison insuffisamment solide.
Enfin, le soudage par friction est principalement adapté aux assemblages linéaires ou circulaires. Il est moins flexible que d’autres procédés pour souder des formes complexes ou des structures avec des géométries irrégulières, limitant ainsi son champ d’application.
Quelles sont les différentes applications de ce procédé ?
Le soudage par friction est utilisé dans de nombreux secteurs grâce à sa fiabilité et sa capacité à assembler divers métaux. Voici quelques domaines où cette technique joue un rôle clé :
- Aéronautique : il permet d’assembler des alliages légers et résistants pour les pales de turbine et réservoirs de carburant en aluminium par exemple ;
- Automobile : grâce à cette technique, les fabricants allègent les véhicules et améliorent la performance des pièces moteur et châssis ;
- Énergie : ce procédé est aussi employé pour produire des turbines et équipements haute pression, nécessitant des soudures sans défauts ;
- Ferroviaire : il joue un rôle clé dans la fabrication d’essieux et de rails, assurant des jonctions précises et une meilleure sécurité ;
- Médical : on l’utilise pour concevoir des implants et outils chirurgicaux en métaux biocompatibles avec des finitions irréprochables ;
- Spatial : enfin, cette technologie permet d’assembler des structures légères et ultra-résistantes adaptées aux conditions extrêmes.
TRA-C industrie, spécialiste en soudage par friction malaxage
Pionnier en matière de soudage par friction malaxage (FSW), TRA-C industrie s’est investi depuis 2009 dans cette technologie innovante. Elle contribue ainsi à son amélioration continue et à son intégration dans l’industrie manufacturière.
Notre engagement dans la recherche et le développement nous permet d’être le leader européen en soudage FSW. En développant de nouvelles techniques et en concevant des machines de pointe, nous repoussons les limites de l’assemblage industriel et améliorons les performances des matériaux soudés.
La popularité croissante du soudage par friction pour l’assemblage d’alliages complexes a renforcé l’expertise de TRA-C. Nous avons mis au point des solutions adaptées aux besoins de multiples secteurs, de l’aéronautique à l’automobile, en passant par l’énergie et le ferroviaire !
TRA-C industrie collabore enfin étroitement avec des partenaires de renom, comme l’UIMM, pour faire avancer la recherche et le développement dans ce domaine. Nous innovons ainsi en permanence et proposons des technologies toujours plus performantes à nos clients.
