Pour tout procédé de soudage, il est généralement souhaitable d'augmenter la vitesse de déplacement et de minimiser l'apport de chaleur, car cela augmente la productivité et réduit éventuellement l'impact du soudage sur les propriétés mécaniques de la soudure. En même temps, il est nécessaire de veiller à ce que la température autour de l'outil soit suffisamment élevée pour permettre un flux de matériau adéquat et éviter les défauts ou les dommages à l'outil.
Lorsque la vitesse de déplacement est augmentée, pour un apport de chaleur donné, la chaleur a moins de temps pour se propager devant l'outil et les gradients thermiques sont plus importants. À un certain moment, la vitesse sera si élevée que le matériau devant l'outil sera trop froid et la contrainte d'écoulement trop élevée pour permettre un mouvement adéquat du matériau, ce qui entraînera des défauts ou une fracture de l'outil. Si la « zone chaude » est trop grande, il est possible d'augmenter la vitesse de déplacement et donc la productivité.
Le cycle de soudage peut être divisé en plusieurs étapes au cours desquelles le flux de chaleur et le profil thermique seront différents :
Demeurer. Le matériau est préchauffé par un outil rotatif stationnaire pour atteindre une température suffisante en amont de l'outil pour permettre le déplacement. Cette période peut également inclure l'immersion de l'outil dans la pièce.
Chauffage transitoireLorsque l’outil commence à se déplacer, il y aura une période transitoire pendant laquelle la production de chaleur et la température autour de l’outil changeront de manière complexe jusqu’à ce qu’un état essentiellement stable soit atteint.
État pseudo-stationnaireBien que des fluctuations dans la génération de chaleur se produisent, le champ thermique autour de l'outil reste effectivement constant, au moins à l'échelle macroscopique.
Post-état stableVers la fin de la soudure, la chaleur peut « se refléter » depuis l'extrémité de la plaque, entraînant un échauffement supplémentaire autour de l'outil.
La génération de chaleur pendant le soudage par friction-malaxage provient de deux sources principales : le frottement à la surface de l'outil et la déformation du matériau autour de l'outil. On suppose souvent que la génération de chaleur se produit principalement sous l'épaulement, en raison de sa plus grande surface, et qu'elle est égale à la puissance nécessaire pour surmonter les forces de contact entre l'outil et la pièce. La condition de contact sous l'épaulement peut être décrite par frottement de glissement, en utilisant un coefficient de frottement et une pression interfaciale P, ou frottement de collage, basé sur la résistance au cisaillement interfacial à une température et un taux de déformation appropriés. Des approximations mathématiques de la chaleur totale générée par l'épaulement de l'outil ont été développées en utilisant à la fois des modèles de frottement de glissement et de collage :
où est la vitesse angulaire des outils, le rayon de l'épaulement de l'outil et celui de la goupille. Plusieurs autres équations ont été proposées pour tenir compte de facteurs tels que la goupille, mais l'approche générale reste la même.
