Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Roland CAZES : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité - Ancien directeur technique de la société Sciaky
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’expression soudage par friction-malaxage est la traduction généralement admise en France de Friction Stir Welding, en abrégé FSW, nom donné en Grande-Bretagne au procédé de soudage continu par friction né en 1991 sous la forme d’un brevet déposé par l’Institut de Soudure britannique, « The Welding Institute » mieux connu sous le sigle TWI. Ce procédé, qui n’est à son origine que simples « perfectionnements relatifs au soudage par friction » (Improvements relating to friction welding), n’a cessé de se développer au point que dix années plus tard :
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plus de 400 brevets ont été déposés en Grande-Bretagne, en Europe, aux USA et dans le monde (dont plus de 200 au Japon, aucun en France), démontrant l’activité née de l’intérêt qu’il suscite ;
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quelque 60 organisations diverses (constructeurs, instituts, utilisateurs) en ont acquis la licence ;
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une dizaine de constructeurs propose des équipements appropriés ;
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plusieurs applications industrielles sont aujourd’hui engagées parmi lesquelles le soudage spectaculaire de réservoirs de fusées.
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Caractéristiques2. Principe
Le principe du soudage par friction-malaxage que nous nommerons ici pour simplifier FSW est représenté sur la figure 1.
Il met en œuvre un mandrin tournant qui reçoit l’outil de soudage proprement dit lequel se présente sous la forme d’un cylindre de révolution en acier à haute résistance comportant un épaulement (shoulder ) prolongé par une tige ou pointe (pin ) coaxiale active, elle-même cylindrique ou tronconique, et comportant en surface diverses sortes de reliefs.
La tête de soudage ainsi constituée est fixée sur un support qui présente l’outil en rotation sur le joint des deux tôles à souder fixées elles-mêmes sur un montage d’appui et le met ensuite en contact avec elles. La chaleur engendrée par la friction porte la matière environnante à l’état pâteux (figure 2) et permet à la tige d’y pénétrer jusqu’à l’épaulement. On commande ensuite le déplacement de l’outil le long du joint. Le métal pâteux, malaxé par la rotation de l’outil sous l’effet des reliefs qu’il comporte, flue de part et d’autre de celui-ci de façon quelque peu dissymétrique de l’avant vers l’arrière en formant la liaison des deux bords puis la soudure proprement dite après refroidissement.
L’épaulement, outre qu’il limite la pénétration, a aussi pour rôle d’empêcher le métal de fluer vers le haut.
Les phénomènes de friction et de malaxage qui se développent sont physiquement stables, les températures atteintes traduisant l’existence d’un état permanent se conservant le long du joint. Rappelons en effet que la valeur du couple nécessaire à l’entraînement de l’outil, qui en combinaison avec sa vitesse détermine la puissance délivrée, résulte directement du coefficient de viscosité de la matière et donc de sa température. Si, pour une raison quelconque, les températures devaient s’accroître, la matière affectée deviendrait moins visqueuse conduisant à une diminution du couple donc de la puissance développée. Les températures diminueraient alors pour reprendre leurs valeurs initiales.
La soudure prend place en phase solide et l’absence de fusion en fait le principal intérêt. La texture du cordon conserve les propriétés principales du matériau de base et la soudabilité...
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Principe
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
L’essentiel des données concernant le procédé se trouve réuni à l’Institut de Soudure britannique, TWI, ainsi qu’à l’Institut de Soudure français, IS.
Il faut savoir que le procédé fait actuellement l’objet de nombreux programmes de recherche et développement financés par les entreprises ou les instituts, dont certains sont français (aéronautique, chemins de fer, etc.). Ils concernent tous les aspects du procédé, scientifiques, technologiques, économiques et pratiques. Tous matériaux, épaisseurs, formes de joints, applications particulières sont pris en compte dans des groupes de travail dont les résultats et conclusions restent confidentiels du fait de leur financement privé.
Il n’y a encore que très peu de littérature divulgant ces résultats de façon suffisamment pertinente sur la globalité de la question ou sur telle application particulière.
Pour toute démarche utile, il convient donc de s’adresser en France à l’Institut de Soudure et bien sûr au TWI qui est le leader de la question sous tous ses aspects. Il dispose d’équipements industriels de nature à couvrir un large domaine de soudage et sur lesquels il est possible de conduire essais et développements.
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