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Le soudage par friction révolutionne l'aviation
En soudage par friction, également appelé soudage par friction- malaxage , un outil rotatif de géométrie spécifique – composé d'une tige et d'un épaulement – est pressé contre le joint bout à bout des pièces à assembler. Le frottement entre l'outil et le matériau génère de la chaleur, ce qui plastifie le matériau (il se ramollit sans fondre). Sous l'effet de la forte pression et de la rotation de l'outil, le matériau est malaxé le long de la ligne de soudure, formant ainsi une liaison solide.
Le procédé de soudage par friction-malaxage
Immersion : L'outil est immergé dans le cordon de soudure.
Agitation : L'outil rotatif se déplace le long du joint et agite le matériau plastifié.
Refroidissement : L'outil est retiré, le matériau refroidit et forme une liaison solide.
Soudage par friction - Source : Wikipédia
L'outil de soudage par friction-malaxage
L'outil utilisé en soudage par friction se compose généralement d'une broche ou d'une aiguille rotative insérée dans le matériau à assembler. La géométrie de l'outil est cruciale pour le procédé de soudage, car elle influe sur la chaleur de friction et la déformation plastique du matériau. Un outil de soudage par friction-malaxage typique possède une pointe conique, ce qui favorise un mélange homogène des matériaux à souder.
Les matériaux à souder par friction-malaxage peuvent être de nature diverse, notamment l'aluminium, l'acier, le titane ou les alliages de magnésium. Ces matériaux présentant souvent une résistance élevée et/ou des propriétés spécifiques, il est essentiel que l'outillage soit robuste et résistant à la chaleur. De plus, la géométrie de l'outillage doit être choisie de manière à garantir une bonne liaison entre les matériaux, sans créer de défauts tels que porosité ou fissures. Un outillage correctement conçu et sélectionné permet de réaliser des soudures de haute qualité répondant aux exigences de divers secteurs industriels.
Le soudage par friction permet d'assembler une grande variété de matériaux, notamment des métaux comme l'aluminium, l'acier, le cuivre et le titane. Les plastiques tels que le polyéthylène, le polypropylène et le PVC peuvent également être assemblés par ce procédé. Grâce à la température et à la pression élevées générées lors du soudage par friction, même des matériaux qui ne seraient normalement pas soudables peuvent être assemblés.
Le soudage par friction-malaxage de l'aluminium et du titane est principalement utilisé dans l'industrie aérospatiale.
Matériels
Les avantages du soudage par friction
Le soudage par friction-malaxage offre plusieurs avantages par rapport aux procédés de soudage conventionnels, notamment pour les matériaux tels que les alliages d'aluminium, qui sont souvent difficiles à souder :
Absence de fusion et réduction des déformations : Le matériau n'étant pas fondu, les contraintes et les déformations sont moindres.
Haute résistance des soudures : comme le matériau n’est pas fondu mais assemblé à l’état solide, on obtient des joints homogènes et sans porosités, d’une grande résistance. Ceci est essentiel pour la capacité de charge des composants dans l’industrie aérospatiale.
Respectueux de l'environnement : aucun gaz protecteur ni additif n'est nécessaire, ce qui rend le procédé plus respectueux de l'environnement.
Compatibilité étendue avec les matériaux : particulièrement adapté aux métaux légers comme l’aluminium, mais aussi au cuivre, au titane et au magnésium.
Dans l'industrie aérospatiale, les assemblages rivetés sont la norme depuis des décennies pour l'assemblage de structures légères. Cependant, cette méthode présente plusieurs inconvénients : exigences élevées en matière de matériaux, poids supplémentaire et coûts plus importants. Le soudage par friction-malaxage (FSW) offre une alternative innovante. À l'aide d'un outil rotatif, il déforme plastiquement les deux pièces de tôle à assembler, créant ainsi une liaison sans joint, sans chevauchement ni fusion de matière. On obtient ainsi des joints haute résistance et sans porosité, surpassant les assemblages rivetés en termes de solidité et de légèreté – un atout crucial pour les constructeurs aéronautiques.
Source : Fooke GmbH
Domaines d'application
Fuselage de l'avion :
Les alliages d'aluminium, fréquemment utilisés dans la construction aéronautique, peuvent être assemblés de manière fiable par soudage par friction-malaxage (FSW), permettant la production de fuselages d'avions légers et robustes.Réservoirs de carburant et ailes :
Cette technologie de collage dense et sans pores est idéale pour les composants soumis à pression, tels que les réservoirs de carburant ou les ailes.Satellites et technologies spatiales :
Dans l'industrie aérospatiale, on rencontre fréquemment des combinaisons de matériaux complexes et des exigences spécifiques en matière de résistance des matériaux. Le soudage par friction-malaxage s'est imposé dans ce domaine grâce à sa précision et sa fiabilité.
Défis et inconvénients de l'application
Malgré ses nombreux avantages, le soudage par friction présente également des inconvénients qu'il convient de surmonter :
Sélection des matériaux :
Tous les matériaux ne sont pas également adaptés au soudage par friction-malaxage.Coûts d'investissement :
Les machines et les outils nécessaires au soudage par friction-malaxage (FSW) sont coûteux, ce qui explique pourquoi les petites entreprises hésitent souvent à adopter cette technologie.Automation:
L'intégration dans des processus de fabrication hautement automatisés nécessite une expertise technique et des adaptations.
Source : FOOKE GmbH (MICADO - DISPOSITIF DE SERRAGE)
Conclusion – un avenir plus respectueux de l’environnement
Le soudage par friction-malaxage, ne nécessitant pas de fusion, consomme moins d'énergie et contribue à réduire les émissions de CO₂ liées à la fabrication. Ce procédé favorise une production plus durable et accompagne l'industrie aérospatiale dans sa transition vers des technologies plus respectueuses de l'environnement.
L'utilisation du soudage par friction-malaxage ouvre de nouvelles perspectives aux entreprises aérospatiales : cette technologie permet non seulement de produire des avions plus stables et plus légers, mais aussi d'optimiser les processus de production sur les plans économique et écologique – un véritable progrès par rapport au rivetage conventionnel.
