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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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1. Principe
La rotation est le moyen presque exclusivement utilisé pour créer la friction (figure 1). La pièce qui tourne est serrée dans un mandrin rotatif entraîné par un moteur ou un volant d’inertie ; aussi doit‐elle présenter au moins dans la zone de soudage une symétrie de révolution.
Dans ce processus, les faces en contact s’échauffent et deviennent la source de chaleur qui, par diffusion, élève la température des extrémités des pièces. Celles‐ci deviennent plastiques et un fluage se produit vers la périphérie en formant un bourrelet caractéristique, tandis que la chaleur continue de se diffuser. Lorsque la température de soudage est atteinte, la rotation est arrêtée et un effort de forgeage est appliqué pour former la soudure.
Dans la pratique, le soudage par friction s’applique de façon naturelle à des assemblages, selon leur axe commun, de deux pièces cylindriques, pleines ou creuses et de même section droite au niveau du joint. Les applications se rencontrent donc surtout dans la construction de pièces mécaniques.
Une opération de soudage par friction s’exécute sur une machine très spécifique et souvent adaptée à un type d’assemblage particulier. La figure 1b montre la vue en coupe d’un assemblage soudé par friction.
On a coutume de distinguer deux modes de soudage selon la façon dont on exécute la friction :
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le soudage par friction pilotée (FP) ou encore par entraînement direct ou conventionnel (en anglais, continuous drive ) ;
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le soudage par friction inertielle (FI) ou encore par accumulation d’énergie (en anglais, Inertia welding, Inertia étant une marque de fabrique déposée par son inventeur).
Ils donnent lieu à des assemblages identiques mais ont en pratique des domaines d’application distincts.
Ces deux modes ont été normalisés (NF L 06-384) pour les constructions aéronautiques, afin de préciser les caractéristiques et la qualité des assemblages soudés obtenus.
Il est bon de savoir que l’on a utilisé, mais d’une manière peu courante, deux autres façons d’engendrer une soudure par friction :
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le soudage radial, particulièrement adapté aux pièces tubulaires de grande longueur, évitant la rotation de l’une d’elles grâces...
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