Qu’est-ce que le soudage par friction malaxage – FSW?
Le soudage par friction malaxage ou friction stir welding (FSW) est un procédé de soudage à l’état solide qui utilise la chaleur générée par la friction entre un outil rotatif et les matériaux à assembler. Ce processus permet de créer des joints solides sans fusion des matériaux, offrant ainsi une alternative efficace aux méthodes traditionnelles.
L’un des principaux avantages du FSW réside dans sa capacité à souder des matériaux difficiles à assembler par d’autres techniques, comme les alliages d’aluminium ou de cuivre. Il génère aussi moins de distorsion et de contraintes, ce qui garantit des soudures de haute qualité.
Ce procédé est aujourd’hui largement utilisé dans divers secteurs industriels, tels que l’aéronautique, l’automobile, la construction navale et même dans les énergies renouvelables. Le FSW permet ainsi de répondre aux exigences techniques des applications modernes tout en réduisant les coûts et les impacts environnementaux.
Mais comment fonctionne le soudage FSW en pratique ? Quels sont ses avantages et ses inconvénients ? Quelles sont ses applications concrètes ? Et quelles sont les avancées de cette technologie ? Dans cet article, TRA-C industrie vous en dit plus sur ce procédé révolutionnaire…
Principe de fonctionnement du soudage par friction malaxage
Le soudage par friction malaxage repose sur l’utilisation d’un outil cylindrique rotatif muni d’une pointe qui pénètre les pièces à assembler. En tournant à grande vitesse, cet outil génère de la chaleur par friction, ramollissant localement le matériau sans le faire fondre.
Une fois la matière ramollie, l’outil se déplace le long du joint à souder, entraînant un mélange plastique des matériaux des deux pièces métalliques. Ce brassage mécanique favorise ainsi une liaison homogène et solide entre les surfaces en contact.
Pendant l’opération, une force d’appui est exercée sur l’outil afin de maintenir une pression suffisante et assurer une soudure continue. Ce contrôle précis du processus évite la formation de fissures ou de porosités dans l’assemblage.
Enfin, l’outil se retire après avoir parcouru toute la ligne de soudure, laissant derrière lui un cordon de soudure compact et résistant. Une fois refroidi, l’assemblage conserve des propriétés mécaniques élevées, proches de celles du matériau d’origine.
Quels sont les éléments principaux d’un outil de soudage par FSW ?
L’outil de soudage par friction malaxage joue un rôle clé dans la réussite de l’assemblage. Ses différents éléments influencent directement la qualité du joint soudé et nécessitent l’utilisation de matériaux capables de résister aux hautes températures et aux efforts mécaniques :
- L’épaulement : il s’agit de la partie large de l’outil en contact avec la surface des pièces, générant la chaleur par friction. Il assure également le confinement du matériau ramolli ;
- La pointe (ou pion) : cet élément pénètre dans le matériau, permettant le malaxage des surfaces à souder. Sa géométrie influence le brassage et la qualité de l’assemblage ;
- Le corps de l’outil : il relie l’outil à la machine et transmet les forces exercées. Il doit résister aux contraintes mécaniques élevées durant l’opération.
La fabrication des outils de FSW repose sur des matériaux ultra-résistants comme l’acier trempé, le carbure de tungstène. Ces matériaux supportent les températures élevées et l’usure provoquée par la friction avec les pièces à souder.
Avantages du soudage par friction malaxage
Le soudage par friction malaxage présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de soudage par fusion. Parmi les principaux intérêts de ce procédé, citons notamment :
- Haute qualité de soudure : le joint obtenu est homogène, limitant les fissures et porosités. La résistance mécanique est donc améliorée par rapport aux procédés de soudage classiques ;
- Absence de fusion : la matière reste à l’état solide, réduisant les risques de déformation. La structure initiale du matériau est ainsi mieux préservée ;
- Réduction de la consommation d’énergie : moins de chaleur est nécessaire par rapport aux techniques par fusion. Le FSW permet ainsi d’optimiser l’efficacité énergétique du processus ;
- Impact environnemental limité : de plus, le FSW ne génère aucun métal d’apport, gaz de protection ou fumées toxiques. Le procédé est donc plus propre et plus sûr pour les opérateurs ;
- Compatibilité avec des matériaux complexes : les métaux légers et difficiles à souder, comme l’aluminium, sont assemblés avec fiabilité. La qualité des soudures reste constante, même sur des matériaux sensibles ;
- Optimisation des coûts d’exploitation : Enfin, l’usure réduite des outils prolonge leur durée de vie. L’absence d’apport de métal ou autres consommables diminue également les dépenses globales de production.
Inconvénients du procédé de soudage FSW
Bien que le soudage par friction malaxage offre de nombreux avantages, cette technologie présente aussi certaines limites. Ces inconvénients concernent principalement les contraintes techniques, les matériaux et les coûts d’équipement :
- Application limitée aux matériaux ductiles : les matériaux trop durs ou fragiles, comme certains aciers, sont difficiles à souder. Leur comportement sous friction peut alors entraîner des défauts ou des ruptures ;
- Utilisation d’équipements spécifiques : des machines adaptées, plus robustes que les soudeuses classiques, sont également nécessaires en FSW. Cela implique un investissement initial élevé pour les industriels ;
- Trou de sortie : à la fin du processus de soudage, un petit trou peut apparaître là où l’outil se retire. Nos équipes travaillent sur la conception de la pièce afin de placer ce trou dans une zone sans contrainte pour assurer l’étanchéité;
Quelles industries peuvent bénéficier du soudage par friction malaxage ?
La construction navale et la fabrication offshore
La construction navale et offshore exploite largement le soudage par friction malaxage. Ce procédé permet de fabriquer une large gamme de composants, comme des panneaux de pont et des plateformes d’atterrissage pour hélicoptères…
La construction de navires entiers, de la poupe à la proue, intègre également le FSW. Ce procédé allège notamment le blindage des navires d’assaut amphibie en éliminant le besoin de rivets, d’écrous ou de soudures traditionnelles.
L’industrie aérospatiale
L’industrie aérospatiale exploite également le FSW pour assembler divers composants critiques. De nombreux lanceurs non réutilisables, y compris des fusées et des rampes, intègrent ce procédé, notamment lors de tests à la NASA.
L’aérospatiale privilégie le FSW pour simplifier le soudage d’alliages d’aluminium, souvent complexes à assembler avec des méthodes traditionnelles. Il facilite aussi l’assemblage d’alliages aux propriétés différentes, apportant ainsi une solution à un défi majeur !
La filière automobile
Le FSW permet aussi de concevoir des pièces automobiles, notamment des bacs batteries, des échangeurs thermiques, plaques froides, etc. De nombreuses entreprises l’utilisent ainsi avec succès pour fabriquer des composants.
Cette méthode facilite également l’assemblage de tôles d’aluminium à des supports pour des éléments comme les portes, coffres ou capots. Les constructeurs automobiles privilégient donc le FSW pour sa stabilité, réduisant l’usure et améliorant l’efficacité énergétique.
Le secteur ferroviaire
L’industrie ferroviaire fait aussi appel au soudage par friction malaxage, notamment pour la fabrication de panneaux de toit et latéraux pour les trains. Il est aussi employé pour fixer les panneaux de plancher dans les wagons à deux étages, assurant ainsi une grande robustesse.
Ce procédé est un excellent choix pour le refroidissement des locomotives électroniques à haute puissance, grâce à son efficacité en transfert thermique. L’industrie ferroviaire privilégie également le FSW pour ses avantages en matière de sécurité !
L’industrie manufacturière
L’industrie utilise couramment le procédé FSW pour fabriquer des composants tels que les panneaux de façade et les plaques cathodiques.
Ce procédé s’applique également à des domaines spécialisés, notamment pour confiner les déchets nucléaires dans des bidons de cuivre épais.
La robotique
Enfin, le soudage par friction malaxage trouve des applications émergentes dans le domaine de la robotique, bien que son utilisation dépende encore des progrès d’autres technologies. Cette adoption reste limitée pour l’instant, mais son potentiel est considérable.
Il sert notamment à la fabrication de pièces complexes et légères. Bien que largement inexploité pour l’instant, ce procédé pourrait transformer l’industrie robotique à mesure que celle-ci continue de se développer et de se diversifier…
TRA-C industrie, leader européen en soudage par friction malaxage
Acteur majeur dans le domaine de la soudure par friction malaxage en Europe, TRA-C industrie est reconnu pour son expertise et ses technologies de pointe. Nous proposons des solutions innovantes pour des applications industrielles variées !
Grâce à une collaboration étroite avec des partenaires de renom tels que l’UIMM, nous continuons de renforcer notre position de leader dans le secteur du FSW. Cette alliance stratégique permet de mutualiser les savoir-faire et de pousser l’innovation dans ce domaine.
Par le biais de notre bureau d’études, nous investissons constamment dans la recherche et le développement pour rester à la pointe de la technologie. Notre objectif est de proposer des solutions sur mesure adaptées aux besoins spécifiques de chaque client.
Avec une expertise solide et un réseau de partenaires fiables, TRA-C industrie poursuit son expansion et son engagement à fournir des solutions de soudage par friction malaxage d’excellence aux industries de demain.
