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Quand bien même le FSW est bien connu et maîtrisé en Recherche et Développement, il peine à entrer de façon massive dans l'industrie. En effet, comme d’autres évolutions technologiques, le soudage par friction malaxage se heurte à certaines difficultés pour l’introduire au sein des PME et des ETI. Voyons comment les surmonter pour bénéficier de tous les avantages que le FSW apporte à différents niveaux dans la gamme de fabrication...
1. Quel est le principe du FSW ?
Le soudage par friction malaxage ou FSW (pour Friction Stir Welding) est un procédé de soudage inventé et développé par The Welding Institute en 1991. Il repose sur le principe d’un échauffement lié au frottement d’un outil en rotation ainsi qu’aux déformations plastiques engendrées par le malaxage. Ces effets combinés amènent la matière dans un état viscoplastique, ce qui créée une soudure de proche en proche lors de l’avance de l’outil.
Figure 1 - Schéma de principe de fonctionnement du soudage FSW et exemples de soudures
2. Souder des matériaux non soudables jusqu'ici avec le FSW
Le développement intensif du FSW depuis plusieurs années a permis le soudage de matériaux jusqu’alors considérés comme difficilement soudables, voire non soudables, tels que certains alliages d’aluminium à hautes performances des séries 2xxx et 7xxx. Comme il s'agit d'un procédé de soudage en phase solide, l'impact thermique et la dégradation des propriétés mécaniques des métaux de base sont limités.
Les matériaux soudables par ce procédé sont :
- l'aluminium et ses alliages,
- le cuivre et ses alliages
- le magnésium et ses alliages,
- sous certaines conditions, les aciers et le titane.
Il est également possible de réaliser des liaisons de matériaux dissemblables tels que Aluminium / Aluminium de différentes séries, Aluminium / Acier, Aluminium / Cuivre…
3. Remplacer un procédé de soudage par fusion ?
Si, en recherche et développement, ce procédé est maintenant bien connu et maîtrisé, il peine à entrer massivement dans notre industrie. En effet, comme d’autres évolutions technologiques, le FSW est amené à se heurter à certaines difficultés pour trouver la meilleure façon de l’introduire au sein des PME et des ETI.
Dans un premier temps, il est assez facile d’imaginer utiliser le FSW pour le remplacement d’autres procédés de soudage tels que le MIG ou le TIG.
Il remplace souvent un procédé conventionnel de soudage par fusion pour des raisons variées, dont :
- la meilleure maîtrise de la métallurgie des soudures obtenues,
- l’excellente répétabilité du procédé,
- la faible déformation des pièces.
Le FSW sert ainsi régulièrement pour l’assemblage de profilés aluminium en remplacement du MIG pour des planchers de type ferroviaire ou naval. Toutefois, il faut bien mettre en balance les avantages du remplacement du procédé conventionnel avec la reconception (totale ou partielle) de l’assemblage et des accostages entre pièces, impliquée généralement par l’intégration de la technologie FSW.
4. Reconstituer des pièces d'ébauches
La reconstitution de pièces d’ébauches est une autre possibilité d’application du procédé FSW. En adoptant cette approche, l’optimisation industrielle des coûts de matière et des temps d’usinage est possible. Cette démarche est tout particulièrement intéressante dans le cas d’utilisation de matériaux onéreux et peu disponibles comme certains alliages d’aluminium (Al-Li notamment) ou encore lorsque les bruts sont difficiles à obtenir sur de fortes et très fortes épaisseurs (possibilité de souder jusqu’à 70 mm en une seule passe).
Figure 2 - Schéma de principe de reconstitution d’ébauche par FSW
5. Le FSW en phase amont dans la gamme de fabrication
Lorsque le FSW est utilisé en phase amont dans la gamme de fabrication, son industrialisation est alors plus simple à prévoir car elle permet d'une part :
- la simplification de la mise en œuvre du procédé,
- la diminution des contrôles post-soudage,
- l'optimisation des performances mécaniques globales de la pièce.
Et d'autre part, le raboutage d’éléments de grandes dimensions. En effet, alors que les formats standards des tôles après laminage sont parfois insuffisants en application industrielle, le raboutage de tôles en procédé FSW est une solution viable pour profiter pleinement de la conservation des excellentes propriétés du matériau.
Figure 3 – Raboutage de tôles à l’Institut de Soudure
Dans un objectif d’allègement des structures, le FSW peut aussi être utilisé en remplacement des procédés d’assemblage mécanique tels que le rivetage, le vissage, le boulonnage, etc. Cette démarche est massivement investiguée par les acteurs du secteur aéronautique.
Figure 4 – Exemple de principe de remplacement de rivet par du FSW
Cette évolution permet cette fois :
- un allègement conséquent des structures,
- une réduction des opérations présentes dans la gamme de fabrication (suppression du perçage par exemple),
- la réalisation des opérations à des vitesses d’exécution plus importantes.
Figure 5 – Soudage de panneaux de pavillon STELIA AEROSPACE à l’Institut de Soudure
L’utilisation du FSW pour la fabrication de jonctions hétérogènes est une seconde voie d’allègement. Dans ce cas, l’objectif est d’adapter les matériaux et leurs performances au plus juste selon le design des composants fabriqués (mécaniques, thermiques, résistance à la corrosion…). Le procédé étant encore peu présent sur le marché, le choix d’intégrer le FSW dans une gamme d’assemblage peut en outre être impulsé par une volonté d’innovation et de différenciation par rapport à la concurrence.
Figure 6 – Exemple d’utilisation du FSW Alu/Acier sur le châssis avant de la HONDA Accord
En définitive, le FSW peut s’intégrer à différents niveaux dans la gamme de fabrication de sorte à profiter de tous les avantages qu’il peut apporter.
Figure 7 - Utilisations du FSW dans une gamme de fabrication
Les potentiels utilisateurs du procédé FSW ne connaissent pas ou peu le procédé et n'entrevoient pas les attraits économiques dont ils pourraient bénéficier. C'est pourquoi l'Institut de Soudure est à la disposition des industriels pour les accompagner dans l'intégration du FSW dans leurs processus de production.
