Il existe une grande variété de méthodes de soudage. Parmi eux se trouve un procédé aussi exotique que le soudage par friction-malaxage. Sa particularité est l'absence de consommables tels que les électrodes, le fil de soudure, les gaz de protection. Une méthode nouvellement développée est de plus en plus acceptée.
Histoire d'apparition
L'histoire du soudage par friction-malaxage (FSW) a commencé en 1991. Il s'agissait d'un développement innovant du British Welding Institute (TWI). Quelques années plus tard, la technologie a été utilisée dans la construction d'avions et de navires.
Les premières entreprises à mettre la nouvelle technologie en production ont été le norvégien Marine Aluminium et l'américain Boeing. Ils ont utilisé dans leurs entreprises des équipements de soudage de l'entreprise ESAB, spécialisée dans les développements dans le domaine du soudage par friction rotative (PCT).
Depuis 2003, l'entreprise n'a cessé de rechercher les possibilités du soudage par friction-malaxage. Par exemple, il y avaitDes méthodes ont été développées pour souder les alliages d'aluminium et leurs modifications, qui sont utilisés dans la construction d'avions, de navires et de conteneurs ferroviaires.
Dans l'industrie aéronautique, il a été possible de remplacer les joints rivetés par des joints soudés. De plus, la vitesse de soudage par la méthode FSW dépasse largement la vitesse de l'arc électrique. Une soudure de 6 m de long peut être formée en une minute, alors que la vitesse de soudage conventionnelle n'est que de 0,8 à 2 m/min pour une épaisseur de pièce de 0,5 cm.
L'essence du processus
L'assemblage du métal se produit en raison de l'échauffement dans la zone de soudage par la méthode de friction. L'outil de soudage principal du soudage par friction-malaxage est une tige métallique composée de deux moitiés: un collier et une épaule.
Avec sa partie saillante, la tige rotative est immergée dans la matière, provoquant un fort échauffement. Son alimentation est limitée par l'épaulement, ne laissant pas passer la pièce à souder. Dans la zone de chauffe, le matériau augmente considérablement sa plasticité et, pressé par l'épaule, forme une seule masse.
L'étape suivante est le mouvement de la tige le long de la zone soudée. En avançant, l'épaule mélange la masse métallique chauffée qui, après refroidissement, forme une connexion solide.
Ce qui affecte la qualité de STP
Le soudage par friction-malaxage est un procédé en constante évolution. Mais déjà maintenant, plusieurs paramètres affectent la qualité de la connexion:
- Force générée par l'outil.
- Taux d'alimentationtête de soudage.
- La valeur de l'épaule.
- La vitesse circonférentielle de rotation de la tige.
- Angle d'inclinaison.
- Force d'alimentation de la tige.
La manipulation des caractéristiques de soudage vous permet de réaliser la connexion de métaux dissemblables. Par exemple, l'aluminium et le lithium. Le lithium, en raison de sa faible densité et de sa haute résistance, peut agir comme composant d'alliage des pièces en alliage d'aluminium, ce qui permet à cette technologie d'être utilisée dans l'industrie aérospatiale.
Le soudage par friction-malaxage peut facilement remplacer le forgeage, l'emboutissage, le moulage lorsqu'ils sont utilisés pour produire des pièces à partir de métaux difficiles à assortir. Par exemple, les aciers à structure austénitique et perlitique, les aciers en aluminium ou en bronze.
Dans quelles zones est utilisé
Les industries telles que l'industrie automobile travaillent constamment sur la façon d'augmenter les propriétés de résistance du produit tout en réduisant son poids. À cet égard, il y a une introduction continue de nouveaux matériaux qui étaient auparavant inhabituels en raison de la complexité du traitement. De plus en plus, les éléments structurels tels que les faux-châssis et parfois les carrosseries entières sont fabriqués en aluminium ou en une combinaison d'aluminium.
Ainsi, en 2012, Honda a appliqué la fabrication additive et le soudage par friction-malaxage pour produire des sous-châssis pour ses véhicules. Ils ont introduit une combinaison d'acier et d'aluminium.
La brûlure des tôles peut se produire lors de la production d'éléments soudés de carrosserie en aluminium. Cette lacune est dépourvue de STP. par ailleursla consommation d'électricité est réduite de 1,5 à 2 fois, le coût des consommables tels que le fil à souder, les gaz de protection est réduit.
Outre la production automobile, STP est utilisé dans les domaines suivants:
- Industrie de la construction: fermes de support en aluminium, travées de ponts.
- Transport ferroviaire: châssis, bogies à roues, wagons.
- Construction navale: cloisons, éléments de structure.
- Avions: réservoirs de carburant, pièces de fuselage.
- Industrie alimentaire: divers contenants pour produits liquides (lait, bière).
- Production électrique: carters moteurs, antennes paraboliques.
En plus des alliages d'aluminium, le soudage par friction-malaxage est utilisé pour obtenir des composés de cuivre, par exemple, dans la production de conteneurs en cuivre pour l'élimination du combustible radioactif usé.
Avantages STP
L'étude du FSW a permis de sélectionner les modes de soudage lors de l'assemblage de différents groupes d'alliages. Malgré le fait qu'initialement FSW a été développé pour travailler avec des métaux à bas point de fusion, tels que l'aluminium (660 ° C), plus tard, il a commencé à être utilisé pour assembler le nickel (1455 ° C), le titane (1670 ° C), le fer (1538 °C).
Les recherches montrent que la soudure ainsi obtenue correspond parfaitement dans sa structure au métal des pièces à souder et présente des indicateurs de résistance plus élevés, des coûts de main-d'œuvre inférieurs et une faible déformation résiduelle.
Correctle mode de soudage sélectionné garantit la conformité du matériau à souder et du métal à souder selon les indicateurs suivants:
- résistance à la fatigue:
- résistance à la flexion et à la traction;
- résistance.
Avantages par rapport aux autres types de soudage
STP présente de nombreux avantages. Parmi eux:
- Non toxique. Contrairement à d'autres variétés, il n'y a pas de combustion à l'arc électrique, grâce à quoi le métal en fusion s'évapore dans la zone de soudage.
- Augmentation de la vitesse de formation des coutures, résultant en des temps de cycle plus rapides.
- Réduire de moitié les coûts énergétiques.
- Pas besoin de traitement ultérieur de la soudure. L'outil d'agitation par friction forme une soudure parfaite sans avoir besoin de décaper.
- Pas besoin de consommables supplémentaires (fil à souder, gaz industriels, flux).
- La possibilité d'obtenir des joints métalliques qui ne sont pas disponibles pour d'autres types de soudage.
- Aucune préparation spéciale des bords de soudure n'est nécessaire, sauf pour le nettoyage et le dégraissage.
- Obtenir une structure de soudure homogène sans pores, ce qui facilite le contrôle de la qualité, ce qui est réglementé pour le soudage par friction-malaxage GOST R ISO 857-1-2009.
Comment la qualité d'une soudure est vérifiée
La qualité de la soudure est vérifiée par deux types de contrôle. La première concerne la destruction du prototype résultant deconnexion de deux parties. La seconde permet une vérification sans destruction. Des méthodes telles que le contrôle optique, l'examen audiométrique sont utilisées. Il aide à déterminer la présence de pores et d'inclusions inhomogènes qui dégradent les caractéristiques de la couture. Les résultats du contrôle du son sont un diagramme qui montre clairement les endroits où l'écho acoustique s'écarte de la norme.
Inconvénients de la méthode
Avec de nombreux avantages, la méthode de soudage par friction présente des inconvénients:
- Manque de mobilité. STP implique la connexion de pièces fixes, rigidement fixées dans l'espace. Cela impose certaines propriétés aux équipements de soudage par friction-malaxage, telles que l'immobilité.
- Faible polyvalence. Les équipements volumineux sont configurés pour effectuer le même type d'opérations. À cet égard, les appareils de soudage sont conçus pour des tâches spécifiques. Par exemple, pour souder des flancs de voiture sur un convoyeur, et rien d'autre.
- Le cordon de soudure a une structure radiale. À cet égard, avec certains types de déformation ou lorsque la pièce est utilisée dans un environnement agressif, la fatigue de la soudure peut s'accumuler.
Variétés de STP selon le principe d'action
Les processus de soudage basés sur le frottement peuvent être divisés en plusieurs types:
- Frottement linéaire. L'essence de la méthode est d'obtenir une connexion permanente non pas par l'action d'une pointe rotative, mais par le mouvement des pièces les unes par rapport aux autres. Agissant en surface au point de contact, ils créentfrottement et par conséquent des températures élevées. Sous pression, les pièces adjacentes sont fondues et un joint soudé est formé.
- Soudure radiale. Cette méthode est utilisée pour la production de conteneurs de grand diamètre, de citernes ferroviaires. Cela se résume au fait que les joints des pièces sont chauffés par un anneau tournant habillé à l'extérieur. Par frottement, il provoque une température proche du point de fusion. Un exemple d'entreprise utilisant cette technologie est Sespel, un constructeur de wagons-citernes de Cheboksary. Le soudage par friction-malaxage représente l'essentiel des travaux de soudage.
- Soudage de goujons. Cette variété remplace la connexion par rivet. Ce type est utilisé pour les connexions superposées. La broche rotative au point de contact chauffe les pièces à souder. A partir de la température élevée, la fusion se produit et la broche pénètre à l'intérieur. En refroidissant, il crée une connexion permanente forte.
Variétés de STP par niveau de difficulté
Les opérations de soudage effectuées par friction peuvent être divisées en plans et volumétriques. La principale différence entre ces variétés est que dans le premier cas, la soudure est formée dans un espace à deux dimensions et dans le second - dans un espace à trois dimensions.
Ainsi, pour les joints plans, le fabricant de matériel de soudage ESAB a développé la machine 2D LEGIO. Il s'agit d'un système de soudage par friction malaxage personnalisable pour divers métaux non ferreux. Groupes de tailles différentesl'équipement vous permet de souder des pièces de petites et grandes tailles. Selon le marquage, les équipements LEGIO ont plusieurs dispositions, qui diffèrent par le nombre de têtes de soudage, la capacité de souder dans plusieurs directions axiales.
Il existe des robots 3D pour les travaux de soudage avec des positions complexes dans l'espace. De tels dispositifs sont installés sur des convoyeurs automobiles, où des soudures d'une configuration complexe sont requises. Un exemple de ces robots est le Rosio d'ESAB.
Conclusion
STP se compare favorablement aux types de soudage traditionnels. Son utilisation généralisée promet non seulement des avantages économiques, mais également la préservation de la santé des personnes employées dans la production.
