Le soudage par friction-malaxage, un procédé inventé au TWI de Cambridge, consiste à assembler des métaux sans fusion ni apport de matériaux. Il est déjà utilisé dans des applications courantes, ainsi que critiques, pour l'assemblage de composants structurels en aluminium et ses alliages. En effet, il a été démontré de manière convaincante que le procédé permet d'obtenir des joints solides et ductiles, parfois dans des systèmes qui se sont avérés difficiles à réaliser avec les techniques de soudage conventionnelles. Le procédé est particulièrement adapté aux composants plats et longs (plaques et tôles) mais peut être adapté aux tubes, aux profilés creux et au soudage en position. Les soudures sont créées par l'action combinée de la chaleur par friction et de la déformation mécanique due à un outil rotatif. La température maximale atteinte est de l'ordre de 0,8 de la température de fusion.
L'outil a une section circulaire, sauf à l'extrémité où se trouve une sonde filetée ou une goujure plus compliquée ; la jonction entre la partie cylindrique et la sonde est appelée épaulement. La sonde pénètre dans la pièce tandis que l'épaulement frotte contre la surface supérieure. La chaleur est générée principalement par le frottement entre un outil rotatif et mobile, dont l'épaulement frotte contre la pièce. Il y a une contribution volumétrique à la génération de chaleur provenant du chauffage adiabatique dû à la déformation près de la broche. Les paramètres de soudage doivent être ajustés de manière à ce que le rapport entre le chauffage par frottement et le chauffage par déformation volumétrique diminue à mesure que la pièce devient plus épaisse. Ceci afin de garantir un apport de chaleur suffisant par unité de longueur.
Lemicrostructure d'une soudure par friction-malaxageLa microstructure dépend en détail de la conception de l'outil, des vitesses de rotation et de translation, de la pression appliquée et des caractéristiques du matériau à assembler. Il existe un certain nombre de zones. La zone affectée thermiquement (ZAT) est comme dans les soudures conventionnelles. La région centrale contenant le motif d'écoulement en anneau d'oignon est la région la plus fortement déformée, bien qu'elle semble fréquemment se recristalliser dynamiquement, de sorte que la microstructure détaillée peut être constituée de grains équiaxes. La structure en couches (en anneau d'oignon) est une conséquence de la manière dont un outil fileté dépose le matériau de l'avant vers l'arrière de la soudure. Il semble que des feuilles cylindriques de matériau soient extrudées à chaque rotation de l'outil, ce qui, sur une coupe transversale de la soudure, donne les anneaux d'oignon caractéristiques.
La zone affectée thermomécaniquement se situe entre la ZAT et le noyau ; les grains de la microstructure d'origine sont conservés dans cette région, mais dans un état déformé. La surface supérieure de la soudure présente une microstructure différente, conséquence du cisaillement induit par l'épaulement rotatif de l'outil.
Vous trouverez plus de détails sur le processus dansAssemblage d'alliages d'aluminium commerciaux, un article publié dans les actes d'une conférence internationale sur l'aluminium (INCAL 2003).
Le procédé est rapidement entré en production commerciale et a connu un succès considérable dans le soudage de l'aluminium et de ses alliages. La photo ci-dessous montre un navire contenant une trentaine de kilomètres de soudures par friction-malaxage, l'assemblage étant réalisé parFriction Agitation Lien, Inc.et Marinette Marine.
