La conception de l'outilest un facteur critique car un bon outil peut améliorer à la fois la qualité de la soudure et la vitesse de soudage maximale possible.
Il est souhaitable que le matériau de l'outil soit suffisamment solide, résistant et résistant à l'usure à la température de soudage. De plus, il doit avoir une bonne résistance à l'oxydation et une faibleconductivité thermiquepour minimiser les pertes de chaleur et les dommages thermiques aux machines situées plus haut dans la chaîne cinématique.acier à outilstels que l'AISI H13 s'est avéré parfaitement acceptable pour le soudage d'alliages d'aluminium dans des plages d'épaisseur de 0,5 à 50 mm, mais des matériaux d'outils plus avancés sont nécessaires pour des applications plus exigeantes telles que des applications hautement abrasivescomposites à matrice métalliqueou des matériaux à point de fusion plus élevé tels que l'acier ou le titane.
Les améliorations apportées à la conception des outils ont permis d'améliorer considérablement la productivité et la qualité. TWI a développé des outils spécialement conçus pour augmenter la profondeur de pénétration et donc les épaisseurs de plaque pouvant être soudées avec succès. Un exemple est la conception « en spirale » qui utilise une goupille conique avec des caractéristiques rentrantes ou un filetage à pas variable pour améliorer le flux descendant du matériau. Les autres conceptions comprennent les séries Triflute et Trivex. La conception Triflute comporte un système complexe de trois goupilles rentrantes coniques et filetées qui semblent augmenter le mouvement du matériau autour de l'outil. Les outils Trivex utilisent une goupille plus simple, non cylindrique, et se sont avérés réduire les forces agissant sur l'outil pendant le soudage.
La plupart des outils ont un profil d'épaulement concave qui agit comme un volume d'échappement pour la matière déplacée par la goupille, empêche la matière de s'extruder hors des côtés de l'épaulement et maintient la pression vers le bas et donc un bon forgeage de la matière derrière l'outil. L'outil Triflute utilise un système alternatif avec une série de rainures concentriques usinées dans la surface qui sont destinées à produire un mouvement supplémentaire de matière dans les couches supérieures de la soudure.
Applications commerciales répandues du procédé de soudage par friction-malaxage pour les aciers et autres alliages durs tels quealliages de titaneIl faudra développer des outils rentables et durables. Le choix des matériaux, leur conception et leur coût sont des facteurs importants à prendre en compte dans la recherche d'outils commercialement utiles pour le soudage de matériaux durs. Les travaux se poursuivent pour mieux comprendre les effets de la composition, de la structure, des propriétés et de la géométrie des matériaux des outils sur leurs performances, leur durabilité et leur coût.
Vitesses de rotation et de déplacement de l'outil
Il faut tenir compte de deux vitesses d'outil dans le soudage par friction-malaxage : la vitesse de rotation de l'outil et la vitesse à laquelle il se déplace le long de l'interface. Ces deux paramètres ont une importance considérable et doivent être choisis avec soin pour garantir un cycle de soudage réussi et efficace. La relation entre la vitesse de rotation, la vitesse de soudage et l'apport de chaleur pendant le soudage est complexe mais, en général, on peut dire qu'une augmentation de la vitesse de rotation ou une diminution de la vitesse de déplacement entraînera une soudure plus chaude. Afin de produire une soudure réussie, il est nécessaire que le matériau entourant l'outil soit suffisamment chaud pour permettre l'écoulement plastique important requis et minimiser les forces agissant sur l'outil. Si le matériau est trop froid, des vides ou d'autres défauts peuvent apparaître dans la zone de malaxage et, dans les cas extrêmes, l'outil peut se briser.
En revanche, un apport de chaleur trop élevé peut nuire aux propriétés finales de la soudure. En théorie, cela pourrait même entraîner des défauts dus à la liquéfaction des phases à bas point de fusion (semblables à la fissuration par liquéfaction dans les soudures par fusion). Ces exigences concurrentes conduisent au concept de « fenêtre de traitement » : la gamme de paramètres de traitement, à savoir la rotation de l'outil et la vitesse de déplacement, qui produira une bonne qualitésoudure. Dans cette fenêtre, la soudure résultante aura un apport de chaleur suffisamment élevé pour assurer une plasticité adéquate du matériau, mais pas si élevé que les propriétés de la soudure soient excessivement détériorées.
