Le soudage par
friction-malaxage (traduction libre du terme anglais friction
stir welding) fut inventé et breveté en 1991 par un centre de
recherche nommé TWI localisé à Cambridge, au Royaume-Uni.
Le soudage par friction est connu et utilisé
depuis les années 1950. L’application la plus courante est le
soudage de tiges rondes. Une des tiges est fixe alors que l’autre
est en rotation et frotte avec une certaine force sur la première.
Après un certain temps, assez de chaleur est générée pour rendre le
métal mou, voire pâteux, sans le rendre liquide. On peut alors
mettre plus de force sur la tige en rotation pour la joindre à
l’autre. Il suffit d’enlever la bavure et on obtient un joint solide
entre les deux tiges.
Le soudage par friction-malaxage (SFM) utilise le même principe
pour joindre des plaques bout à bout ou avec chevauchement. L’outil
utilisé est de forme cylindrique (profiled pin)avec un
épaulement (tool shoulder). Le tout est mis en rotation à
une vitesse de quelques centaines de tours par minute. Alors que
l’outil approche les plaques, la rotation génère assez de chaleur
pour ramollir le métal, sans jamais le rendre liquide, afin de
permettre à l’outil de pénétrer dans les plaques. Une fois
l’épaulement bien appuyé, assez de chaleur est générée pour
permettre à l’outil de suivre une trajectoire de translation en
suivant le joint entre les deux plaques et ainsi les souder. Les
plaques doivent être solidement fixées car une grande force est
requise pour faire entrer l’outil dans le métal.
Les avantages de cette approche sont nombreux par rapport à la
soudure conventionnelle à l’arc. La chaleur requise pour le SFM
étant moindre, il y a moins de distorsion des matériaux et la zone
affectée thermiquement, qui est souvent le maillon faible d’un joint
soudé, est beaucoup plus petite, résultant de meilleures propriétés
mécaniques. Le procédé ne génère pas de fumée ni
d’étincelles. Aucune porosité n’est générée quand les vitesses de
rotation et d’avance sont bien déterminées. Étant donné que le joint
se fait en phase solide, il est possible de faire ces soudures dans
toutes les positions (à la verticale, à l’envers).
Sur le plan économique, l’énergie requise est moindre que la
soudure à l’arc. L’outil à une faible usure et est donc utilisé pour
plusieurs soudures. Il n’y a donc pas de produits consommables comme
les fils d’apport et les gaz. Finalement, peu ou pas d’étapes de
finition sont requises (brossage, sablage et nettoyage) une fois la
soudure complétée.
Actuellement, les applications industrielles sont principalement
pour des produits en aluminium. Cette technologie est utilisée pour
joindre des plaques ou des extrusions pour la fabrication de
bateaux, de wagons de trains, de pièces d’avions et de sections de
fusées. Les épaisseurs d’aluminium qui peuvent être soudées avec une
seule passe vont de 1 à 50 mm. Il y a une application avec du
cuivre et des essais de laboratoire ont été faits pour le bois. Les
thermoplastiques peuvent également être soudés de cette façon, mais
il semble que les techniques déjà connues sont plus
performantes. TWI travaille actuellement à développer le procédé
pour d’autres matériaux (acier au carbone, acier inoxydable, titane,
etc.).
Au Québec, aucune entreprise n’utilise cette technologie en
production. Deux laboratoires du CNRC (à Montréal et à Saguenay) ont
fait l’achat d’un équipement de laboratoire pour étudier le procédé
et déterminer les paramètres pour différentes applications. Le CRIQ
négocie actuellement avec TWI pour obtenir une licence lui
permettant de développer des équipements utilisant ce procédé afin
de permettre aux entreprises manufacturières du Québec d’utiliser
cette technologie. Le CRIQ serait ainsi la première organisation au
Canada avec ce type de licence. Le CRIQ veut développer la
technologie afin de permettre la robotisation et prévoit intégrer
des technologies de vision artificielle pour guider le robot et
effectuer un contrôle de la soudure en temps réel.
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