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Auteur(s)
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Roland CAZES : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité - ex‐Directeur des recherches, Société Sciaky
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Lire l’articleINTRODUCTION
Connu dès la fin du siècle dernier, mais rarement employé, le soudage par friction a été développé sous sa forme industrielle en Union soviétique vers 1956 puis en Grande‐Bretagne et aux États‐Unis quelques années plus tard.
Le soudage par friction permet de réaliser des assemblages en bout de deux pièces dont l’une au moins a une symétrie de révolution. Il met en œuvre l’effet thermique engendré dans leur plan de joint par la rotation rapide sous pression des pièces l’une sur l’autre ou encore par friction. La puissance de chauffe résulte du couple résistant et de la vitesse de rotation maintenue en principe constante. C’est un procédé d’assemblage global qui se classe parmi les procédés de forgeage. Du fait du fluage du matériau pendant la friction et lors du forgeage, la température de fusion n’est jamais atteinte.
Il est difficile d’emploi sur des matériaux n’ayant pas de caractéristiques favorables au phénomène de friction et en particulier les matériaux très électroconducteurs tels le cuivre et ses alliages.
Dans une application donnée, il peut entrer en compétition favorable avec les autres procédés utilisables, à savoir et essentiellement : le soudage en bout par résistance ou par étincelage, le soudage par bossage annulaire, le soudage par faisceau d’électrons et le brasage. Son point fort se situe au niveau de sa source de chaleur – de nature mécanique – particulièrement facile à réaliser et à maîtriser grâce à sa stabilité naturelle. Il en découle pour les machines une morphologie très simple et des avantages intéressants : pas d’appel de courant élevé, pas de projections, des outillages sans usure, pas d’apport de métal coûteux, un contrôle aisé, etc., appréciés dans les ateliers de construction mécanique.
Pour autant que l’on puisse appliquer des serrages appropriés à la transmission du couple de friction et de l’effort de forgeage, il prend la première place par rapport aux autres.
Le lecteur pourra également se reporter à l’article Procédés de soudage- Principes généraux et critères de choix pour les différents procédés de soudage.
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3. Friction inertielle
3.1 Principe
La friction inertielle a été développée plus tard et diffusée au départ sous le nom de Inertia welding. Elle vient de l’idée d’opérer en temps courts en vue d’accroître les caractéristiques des soudures de certains métaux à haute résistance et à faible diffusivité thermique.
L’expérience montre que pour ces matériaux la soudabilité est excellente lorsque l’on met en œuvre des efforts de forgeage plus importants qu’en friction pilotée dans des conditions thermiques différentes.
Le principe découle des observations suivantes :
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si l’on veut obtenir, sur un assemblage de deux barreaux pleins, des conditions de friction et d’échauffement uniformes sur toute la section, il faut faire varier la vitesse de rotation depuis une vitesse élevée, efficace près de l’axe, jusqu’à une vitesse plus basse, efficace en périphérie. On obtient cela de façon simple en utilisant un volant d’inertie préalablement accéléré et dont on va ensuite libérer l’énergie par le freinage dû à la friction sous pression élevée. Cette libération s’accompagne d’une diminution de la vitesse jusqu’à l’arrêt. On observe alors que la consommation de métal commence à se produire après un temps de rotation non négligeable au bout duquel l’échauffement s’est étendu à toute la section ;
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lors de l’arrêt naturel, la force de friction devient la force de forgeage sans aucun laps de temps préjudiciable à la formation de la liaison obtenue ainsi dans des conditions thermiques notablement réduites.
Ces conditions sont réunies dans une machine à souder inertielle dont le principe est donné sur la figure 3a. Dans une telle machine, le mandrin tournant est conçu pour recevoir divers volants d’inertie dont la conjugaison permet d’ajuster la masse inertielle et par suite l’énergie engagée par accumulation.
Les différentes phases d’une opération sont les suivantes :
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mise en place des pièces dans les mandrins et fermeture de ces derniers ;
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démarrage du cycle automatique (figure 3b ) qui comprend ;
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la mise en marche du moteur, la broche...
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