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Table des matières
Le Centre des technologies de l'aluminium du CNRC s'intéresse au soudage par friction-malaxage (Friction Stir Welding – FSW) afin de l'adapter aux besoins de l'industrie de la transformation de l'aluminium.
Figure 1. Agent technique réalisant une soudure par friction-malaxage.
La compétitivité de l'industrie, une priorité nationale!
Avec ses recherches sur le soudage par friction-malaxage, le CTA-CNRC pourra alimenter la compétitivité de l'industrie en permettant des assemblages novateurs. Des soudures auparavant impossibles à réaliser pourront être faites, ouvrant la porte au développement de nouveaux produits et de nouvelles façons de faire. D'intéressantes perspectives d'avenir seront ainsi offertes aux entreprises canadiennes.
Applications
Cette technologie tout à fait novatrice est particulièrement attrayante pour souder des pièces d'aluminium. Elle permet des réalisations qui étaient jusqu'ici délicates ou même infaisables. Avec ce procédé, il devient possible de souder des alliages sans passer par l'état liquide, ce qui augmente la qualité métallurgique des joints soudés, tout en offrant de multiples avantages.
Le CNRC croit au potentiel de ce procédé puisque de nombreux secteurs industriels s'y intéressent dont celui des transports (routier, ferroviaire, naval et aérien) ainsi que ceux de la construction et des infrastructures.
Figure 2. Outil de soudage par friction-malaxage à l'oeuvre.
Procédé
Dans ce procédé, un pion tournant à grande vitesse pénètre à l'intérieur des deux pièces à souder. La friction de l'outil sur les pièces provoque, par échauffement, un amollissement de la matière qui entre dans une phase pâteuse. Les bordures des pièces à souder se déforment plastiquement et sont mélangées, d'où le nom de friction-malaxage. L'épaulement qui s'appuie avec une force importante sur les bords des plaques empêche le métal brassé de s'écarter de la zone de soudage. Ceci produit un effet de forgeage à l'arrière du matériel qui vient d'être déformé et mélangé.
Figure 3. Soudure bout à bout d'aluminium de 8 mm d'épaisseur.
Ce soudage à l'état pâteux de la matière est privilégié pour des applications où il est important de conserver les caractéristiques originelles du métal. Puisque l'outil échauffe les matériaux à souder de manière à les amener à un état pâteux, mais non liquide, les propriétés du métal sont moins détériorées que s'il y avait fusion.
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Figure 4. Soudage par friction-malaxage d'un joint bout à bout. |
Figure 5. Profil 2D de microdureté Vickers mesuré sur un échantillon d'aluminium de 19 mm d'épaisseur soudé par friction-malaxage. |
Avantages
Idéal pour souder des pièces structurales, le soudage par friction-malaxage possède des caractéristiques mécaniques d'assemblage supérieures au soudage traditionnel et permet:
- d'assembler des alliages d'aluminium réputés difficiles à souder ou très sensibles à la fissuration (séries 2xxx, 6xxx, 7xxx, soudage d'alliages d'aluminium de séries différentes ou de matériaux dissimilaires, soudage de composites à matrices métalliques, etc.);
- de souder de fortes épaisseurs en une seule passe et avec un minimum de distorsion;
- de fabriquer des structures minces;
- d'obtenir une microstructure à grains fins dans la zone de soudage;
- de minimiser les contraintes et déformations thermomécaniques lors du soudage.
L'appareil utilisé pour le soudage par friction-malaxage est entièrement automatisé et facile d'utilisation pour ses opérateurs. La préparation de surface est minimale, ce qui est beaucoup plus rapide. Les pièces soudées offrent une bonne résistance mécanique et ne présentent pas de porosité. Le soudage par friction-malaxage est également considéré comme une technologie verte puisque cette méthode n'utilise pas de gaz, ne génère pas de fumée, n'a pas besoin de matériau d'apport et permet de réaliser des économies énergétiques considérables.
| Limite élastique | Limite ultime | Allongement | |
| Matériau de base1 | 276 MPa | 310 MPa | 12 % |
| Soudure par friction-malaxage | 177 MPa | 280 MPa | 7 % |
| Efficacité de joint | 64 % | 90 % | 58 % |
Tableau 1: Propriétés mécaniques de l'alliage 6061 T6 soudé par friction-malaxage.
1 Référence: Matweb
Équipements et installations
Au coeur de nos activités de R-D, l'appareil de soudage par friction-malaxage « ISTIR PDS », de la compagnie MTS, permet de souder différents types de joints : joints bout à bout, joints en T, joints à recouvrement, etc.
Caractéristiques techniques de notre appareil :
- épaisseur maximale soudable pour l'aluminium : 75 mm en soudant des deux côtés;
- force de forgeage de 90 kN;
- déplacement X-Y de 2 m x 1 m;
- vitesse de rotation maximale de 2 000 rpm;
- vitesse d'avance maximale de 6 m/min;
- inclinaison maximale de l'outil : ± 15 degrés.
De plus, nos travaux de recherche sont supportés par un ensemble d'équipements d'analyse, de modélisation et de caractérisation de haute performance.
Figure 6. Appareil de soudage par friction-malaxage du CTA-CNRC.
Collaborez avec le CTA-CNRC
Pour s'assurer un avantage technologique concurrentiel, les PME et les grandes entreprises gagnent à découvrir le Centre des technologies de l'aluminium du CNRC. Son expertise et ses équipements font du CTA-CNRC un partenaire de choix pour vos projets industriels.
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Intéressés par le soudage? Nous réalisons notamment :
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En plus des recherches sur le soudage, le CTA-CNRC travaille dans divers domaines tels que : le moulage de l'aluminium semi-solide, l'hydroformage et les adhésifs structuraux. Un laboratoire ultramoderne comprenant des instruments d'analyse métallographique et mécanique est également disponible.
Un exemple de collaboration fructueuse
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Avec le concours du CNRC, une PME du Saguenay réalise des projets en utilisant le soudage par friction-malaxage. Localisé depuis plus de deux ans chez Remac Innovateurs industriels, notre appareil de soudage a permis à cette entreprise de développer différents produits pour supporter l'industrie canadienne. Remac Innovateurs industriels travaille notamment à la fabrication de quais flottant en aluminium. Grâce au partenariat développé avec le CTA-CNRC, cette PME commercialise actuellement des produits d'aluminium soudés par friction-malaxage en utilisant des procédures qualifiées. |
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Patrick Gougeon, Ph.D. |
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Alain Simard, ing., M.Sc. |
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