Qu’est-ce que le soudage par friction ?
Le procédé de soudage par friction est une méthode de soudage mécanique qui permet d'assembler deux pièces en métal à l'état pâteux. Cette technique implique la génération de friction grâce au mouvement linéaire ou rotatif d'une pièce ou d'un outil contre une ou plusieurs autres pièces. Cette friction produit une chaleur intense à l’interface des deux pièces, qui ramollit le métal jusqu'à le rendre pâteux. Ensuite, en appliquant une force et en maintenant cette pression, les pièces sont se déforment et s’épousent parfaitement jusqu’à se souder ensemble pendant le refroidissement. Il existe différents types de soudage par friction.
Le soudage par friction rotative (RFW)
Dans les procédés de friction rotative, deux pièces sont maintenues l'une en face de l'autre. L'une des pièces est en rotation tandis que l'autre est fixe. Plusieurs variantes existent en fonction du mode d'entraînement de la pièce en rotation. Une fois que la vitesse de rotation préalablement déterminée est atteinte, une pression est appliquée pour amener en contact et assembler les pièces. C'est la combinaison de la force de compression et de la vitesse de rotation élevée qui provoque l’auto-échauffement et le soudage.
Dans la variante par friction inertielle (Inertia Friction Welding, IFW), la pièce est fixée sur un volant d'inertie pour emmagasiner l'énergie cinétique fournie par la machine. Une fois que la vitesse de rotation préalablement déterminée est atteinte, la pièce est libérée et continue à tourner grâce à la force d'inertie.
Soudage par friction inertielle
Dans la friction par entraînement direct (Direct Drive Friction Welding, DDFW), la pièce est mise en rotation ou translation directement par la machine. La variation du couple et de la vitesse du moteur permet le soudage.
Évolution de la température durant le processus de friction par entraînement direct
Le soudage par friction linéaire (LFW)
La première pièce reste fixe tandis que la seconde exécute de petits mouvements d'aller-retour. De manière similaire au soudage par friction rotative, ce mouvement génère du frottement, augmentant ainsi la température des matériaux. En appliquant une force, on assure la formation du joint soudé.
Ce procédé est également connu sous l'acronyme LFW (pour Linear Friction Welding) et est disponible dans TRANSWELD®.
Évolution de la température durant le processus de soudage par friction linéaire
Le soudage par point par friction-malaxage
Le procédé de soudage par point par friction-malaxage (Friction Stir Spot Welding, FSSW) consiste à assembler deux pièces disposées de sorte à être collées l'une contre l'autre et maintenues par un système de bridage.
Un outil spécifique réalise par friction un point de malaxage : le pion (partie basse de l'outil) permet d’augmenter la température du métal jusqu'à l'état pâteux, permettant ainsi de le malaxer et de le souder,
tandis que l'épaulement (partie supérieure) maintient le métal pâteux et l'empêche de sortir. Une fois le point de malaxage réalisé, l'outil se soulève et la pièce peut être retirée ou déplacée.
Dans la même famille de procédés, on trouve le soudage par friction-malaxage (Friction Stir Welding, FSW). Basé sur le principe du soudage par point par friction-malaxage, ce procédé consiste en l'insertion de l'outil dans la matière, puis son déplacement selon la trajectoire souhaitée tout en "malaxant" les métaux pour former la soudure. L’avantage de ce procédé est de permettre la réunion de matériaux hétérogènes. Nos solutions ne prennent pas en compte la notion de mélangeage et de diffusion ni des matériaux ni de leurs éléments constituants.
Notre logiciel permet d'étudier le procédé de soudage par point par friction-malaxage (FSSW). Nos équipes de développement travaillent actuellement sur l'implémentation du procédé de soudage par friction-malaxage (FSW).
Évolution de la température lors du processus de soudage par points par friction-malaxage
Avantages du soudage par friction
- Vitesse d'assemblage rapide : Le soudage par friction permet de former le joint soudé d'un seul coup, ce qui le rend plus rapide par rapport à d'autres procédés qui nécessitent une fusion progressive.
- Reproductibilité et automatisation : Ce type de procédé est facilement reproductible et peut être automatisé, garantissant ainsi un niveau de qualité constant du joint soudé.
- Résistance aux fissurations : Les sollicitations thermomécaniques induites par le soudage par friction contribuent à limiter les fissurations et les problèmes de résistance dans les assemblages.
- Assemblage de matériaux différents : Les procédés de soudage en phase solide, comme le soudage par friction, permettent d'assembler des pièces composées de matériaux différents (par exemple, cuivre + aluminium, acier + aluminium), car ils ont moins de contraintes métallurgiques que les procédés de soudage par fusion.
- Possibilité de soudage pour des alliages sensibles : Ce type de procédé permet d’assembler par soudage certains matériaux ne l’étant pas par des procédés de soudage conventionnels.
- Coût réduit et meilleure santé : Le soudage par friction est généralement moins coûteux et plus sain, car il n'exige pas l'ajout de matière et produit peu de lumière ou de fumées.
En raison de ces avantages, le soudage par friction est de plus en plus utilisé dans diverses industries telles que l'automobile, l'aéronautique, le naval et le spatial, en particulier pour la fabrication de composants légers.
Bénéfices de la simulation prédictive
La simulation numérique offre de nombreux avantages en ce qui concerne votre procédé de soudage, vous permettant de prédire le comportement et les propriétés thermomécaniques de votre assemblage. Avec notre logiciel, vous pouvez :
- Étudier la métallurgie du solide dans chaque zone de votre procédé de soudage.
- Contrôler l'évolution de la température, de la ZAT (Zone Affectée Thermiquement), de la zone fondue, etc.
- Anticiper les déformations, les contraintes résiduelles et les défauts liés à l'opération de soudage, tels que les bavures et les bourrelets.
- Modéliser et inclure dans votre étude numérique les différents traitements thermiques réalisés sur votre pièce soudée, afin de comprendre l'impact de ces opérations sur la soudure et ses propriétés (atténuation des contraintes résiduelles, dureté, …).
- Effectuer numériquement les premiers tests mécaniques pour évaluer la résistance de votre assemblage.
En utilisant la simulation prédictive, vous pouvez ainsi obtenir une vision approfondie de votre procédé de soudage, prévoir les résultats et optimiser les paramètres pour obtenir des assemblages de haute qualité. Cela permet de gagner du temps et de réduire les coûts associés aux essais physiques, tout en améliorant la fiabilité et la performance de vos soudures.
Fonctionnalités de TRANSWELD® pour le soudage par friction
- Facilité et rapidité de mise en données : L'interface intuitive et orientée métier permet d'obtenir les premiers résultats en quelques minutes.
- Configuration précise des paramètres du procédé : Vous pouvez définir avec précision la géométrie des composants, l'effort, la vitesse de rotation en fonction du temps, l'inertie, la température, etc.
- Import du fichier de frottement : Vous pouvez importer un fichier de frottement pour une modélisation au plus proche de la réalité.
- Méthode 2,5D pour la simulation rapide de la friction rotative 3D : Cette méthode est particulièrement adaptée à la modélisation rapide du soudage par friction rotative en 3D.
- Base de données matériaux : TRANSWELD® comprend une base de données de matériaux qui contient les principales nuances utilisées par les soudeurs, telles que les alliages d'acier, les aciers inoxydables, les Inconel®, le TA6V et les alliages d'aluminium. Vous pouvez choisir un matériau spécifique pour chaque pièce.
- Remaillage adaptatif : Le logiciel utilise un remaillage adaptatif pour obtenir des résultats précis dans la zone soudée.
- Maillage fin sur le joint : Vous avez la possibilité d'appliquer un maillage fin uniquement sur le joint pour obtenir des résultats précis et rapides.
Avec toutes ces fonctionnalités, TRANSWELD® offre un environnement complet pour simuler le soudage par friction de manière précise et efficace, permettant ainsi d'optimiser le processus et d'obtenir des assemblages de haute qualité.
