Leçon 7.6AssemblerChapitre 7 · Assemblage

Soudage par friction-malaxage

À l'état solide : un outil en rotation malaxe ensemble des bords ramollis

Le soudage par friction-malaxage assemble des plaques de métal en poussant un outil en rotation le long du joint : la friction ramollit le métal et l'outil malaxe les deux bords en un seul, sans jamais les faire fondre. C'est comme pétrir deux morceaux d'argile ensemble. Inventé en 1991 chez TWI au Royaume-Uni, il construit aujourd'hui des réservoirs de carburant de fusées, des caisses de trains et des plateaux de batteries de voitures électriques.

Photo : NASA, Public domain, via Wikimedia Commons

Soudage par friction-malaxage · outil rotatif, zone malaxée et joint, vue de côtéLes numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous ; l'outil se déplace vers la droite, laissant le joint derrière lui.

Comment ça marche

Brider fermement. Les plaques sont mises bout à bout sur une barre d'appui et fortement bridées, car l'outil les repousse avec de grands efforts.
Tourner et plonger. Un outil dur, tournant typiquement de quelques centaines à environ 2 000 tr/min, enfonce son pion dans le joint jusqu'à ce que l'épaulement, plus large, touche la surface.
Chauffer par friction. L'épaulement qui frotte sur le métal le chauffe à environ 70–90 % de sa température de fusion. Le métal devient mou comme de la pâte à modeler mais reste solide.
Avancer et malaxer. L'outil se déplace le long du joint. Le pion fileté balaie le métal ramolli de l'avant vers l'arrière, mélangeant les deux bords.
Forger et finir. L'épaulement presse le métal malaxé vers le bas pendant qu'il refroidit en un joint solide à grains fins. À la fin, l'outil se retire, laissant un petit trou de sortie, souvent sur une languette de rebut.

Pourquoi l'absence de fusion aide. La fusion et le refroidissement causent la plupart des défauts de soudure : bulles de gaz, fissures et grains de coulée fragiles. Les soudures par friction-malaxage les évitent, donc les alliages d'aluminium difficiles à souder par fusion s'assemblent bien, avec peu de déformation et sans fumées, étincelles ni métal d'apport.

Chiffres clés

Matériaux: Surtout des alliages d'aluminium ; aussi le magnésium, le cuivre et des paires différentes ; acier et titane avec des outils spéciaux coûteux
Pièces typiques: Réservoirs de carburant de fusées, caisses de wagons, panneaux de ponts de navires, plateaux de batteries, dissipateurs thermiques
Taille de pièce: Tôles d'environ 1 mm jusqu'à des plaques d'aluminium de plusieurs centimètres d'épaisseur ; joints de plusieurs mètres de long
Précision: Faible déformation ; position du joint à une fraction de millimètre près sur les machines CNC
État de surface: Joint lisse avec de fines ondulations en demi-lune, légèrement en dessous de la surface ; petite bavure (bavures) sur les bords
Taille de série adaptée: Séries moyennes à grandes de longs joints droits ou légèrement courbes
Coût d'outillage et de machine: De dizaines de milliers de dollars pour une conversion CNC à bien plus d'un million pour de grandes machines dédiées
Vitesse: Typiquement 0,1–2 m de joint par minute, en une seule passe

Atouts et limites

Atouts

Pas de fusion, donc pas de porosité ni de fissures à chaud
Assemble des alliages d'aluminium difficiles à souder par fusion
Faible déformation, et soudures résistantes à grains fins
Pas de métal d'apport, pas de gaz, pas de fumées ni d'étincelles

Limites

Demande des machines lourdes et rigides et un bridage fort
Laisse un trou de sortie à la fin de chaque joint
Meilleur sur les joints simples, droits ou plans
L'acier et le titane usent vite les outils

Où on l'utilise

EspaceRéservoirs de carburant et de comburant de lanceurs
RailCaisses en aluminium de trains à grande vitesse et de trains de banlieue
Construction navaleGrands panneaux de ponts et de coques en aluminium
AutomobilePlateaux de batteries de voitures électriques, roues, pièces de suspension
Électronique et chauffageDissipateurs thermiques, plaques froides, échangeurs de chaleur de chaudières

Comment le reconnaître

Un joint lisse et plat avec de fines marques en demi-lune régulièrement espacées, toutes orientées dans le même sens.
Un léger creux là où l'épaulement a pressé, avec de fines bavures recourbées le long des bords.
Un trou de sortie rond à la fin du joint, sauf s'il a été coupé.

À comparer avec

Soudage à l'arc7.1fait fondre le métal et ajoute un métal d'apport ; plus facile pour les formes complexes mais cause plus de déformation et de défauts dans l'aluminium.Soudage par ultrasons7.7aussi à l'état solide, mais utilise les vibrations pour de fines feuilles et des fils, pas pour de grosses plaques.Soudage par explosion7.8une autre méthode à l'état solide, qui lie des plaques entières d'un coup avec une explosion.

À regarder

TheGrenzebachGroup · Le principe, expliqué par un fabricant de machines

RIFTEC GmbH - Videos · Plongée, avance et joint à l'état solide, étape par étape

Manufacturing Technology, Inc. (MTI) · Une vraie soudure de la plongée au trou de sortie

ESAB · Une machine industrielle au travail

Voir de vraies photos

Wikipédia : Soudage par friction-malaxage — l'outil, la zone malaxée, et les usages ferroviaires, spatiaux, navals et automobiles
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

C'est la friction, pas une flamme ni un arc, qui chauffe le métal, et il ne fond jamais.
Le pion malaxe les deux bords ramollis en un seul, et l'épaulement les forge vers le bas.
Il excelle sur les longs joints d'aluminium : solides, propres et avec peu de déformation.