Tête de soudage FSW à pion rétractable : votre nouvel équipement de soudage pour des soudures FSW sans trou de sortie
Le soudage par friction malaxage est un procédé permettant de souder n’importe quel alliage d’aluminium, de cuivre ou encore de réaliser des assemblages dissimilaires. Son avantage : cette technologie n’atteint pas le point de fusion des matériaux. De ce fait, le risque de défauts est considérablement réduit et les propriétés mécaniques des pièces soudées sont proches de celles du matériau de base.
Cependant, un problème peut se poser pour certaines applications : le trou de sortie en fin de soudure FSW. Des équipements de soudage FSW ont donc été développés, notamment des machines spéciales, qui permettent d’atteindre une soudure sans trou de sortie. Néanmoins, le coût d’investissement de ces machines spéciales reste très élevé.
Les ingénieurs de Stirweld se sont donc demandé comment rendre le FSW à pion rétractable accessible à tous. Une solution s’est imposée : une tête de soudage FSW à pion rétractable pour centre d’usinage.
Processus FSW à pion fixe vs. processus FSW à pion rétractable
Le processus standard de soudage par friction malaxage est un processus en quatre étapes : on maintien les pièces, l’outil est mis en rotation et plongé dans le matériau pour ensuite se déplacer le long des pièces en malaxant la matière afin d’effectuer l’opération de soudage. Puis l’outil remonte verticalement en laissant un trou de sortie.
En soudage FSW avec pion rétractable, c’est cette dernière étape qui change. En effet, avant que l’outil ne remonte, le pion se rétracte, ce qui permet de combler le trou de sortie. De plus, avec à cette technologie, nous dégageons de nouvelles applications. En effet, grâce à pion qui est capable de se rétracter, le soudage d’épaisseurs variables avec un seul outil FSW est rendu possible.
Principe du FSW à pion rétractable
Quels équipements industriels existent pour le soudage FSW à pion rétractable ?
Tout comme le soudage par friction malaxage à pion fixe, il existe différents équipements permettant de mener une opération de soudage FSW avec pion rétractable : machines spéciales FSW ou robots industriels. Ces équipements restent cependant des solutions présentant un coût d’investissement important et peu accessible pour la plupart des entreprises.
Ainsi, chez Stirweld, nous avons voulu rendre cette technologie accessible et permettre à chaque entreprise de s’équiper en FSW avec la technologie du pion rétractable. Pour cela, nous avons développé une nouvelle tête de soudage FSW pour centre d’usinage : la tête de soudage FSW à pion rétractable pour MOCN.
Notre tête de soudage FSW à pion rétractable reprend toutes les fonctions de notre tête FSW standard : contrôle et enregistrement de la force, refroidissement, protection de la broche contre les charges et les vibrations. Sa différence : son pion rétractable qui permet donc de combler le trou de sortie et de souder des épaisseurs différentes avec un seul outil FSW.
De plus, tout comme notre tête FSW à pion fixe, notre tête FSW à pion rétractable s’adapte à n’importe quel centre d’usinage.
Tête de soudage FSW à pion rétractable : spécifications techniques
Notre tête de soudage FSW à pion rétractable est un équipement industriel hautement technologique qui réunit toutes les caractéristiques techniques permettant un soudage FSW de qualité. En effet, elle dispose d’un contrôle de force garantissant la qualité de la soudure de 1 à 18 kN, d’une vitesse de rotation allant jusqu’à 5000 RPM, d’un système de refroidissement par eau et par air comprimé, et enfin d’un affichage en temps réel de la force de forgeage pour faciliter le réglage des paramètres de soudage grâce à son panneau de commandes à distance.
A l’extrémité de cette tête FSW à pion rétractable pour centre d’usinage, on fixe un outil. Cet outil est le seul consommable. Et contrairement au soudage par friction malaxage à pion fixe, l’outil FSW à pion rétractable est composé de deux parties. En effet, l’épaulement et le pion rétractable sont indépendants l’un de l’autre afin de faciliter le changement d’outil, mais également dans un souci d’économie. Le pion et l’épaulement sont synchronisés en vitesse de rotation. De plus, le système d’attache Whistle Notch permet la transmission de couples élevés.
Un équipement intelligent développé par Stirweld
En plus de son pion rétractable, notre tête FSW à pion rétractable dispose d’une interface homme-machine performante permettant un contrôle à 100% de la répétabilité du procédé.
En effet, grâce à ses fonctions de base, l’IHM de notre tête FSW à pion rétractable rend votre opération FSW répétable et qualitative.
Première fonction : le contrôle de la force de soudage. La force de soudage est l’un des paramètres essentiels à contrôler afin d’obtenir une soudure FSW de qualité.
Deuxième fonction : le contrôle de la longueur du pion. Valeur incontournable lorsque l’on soude par FSW avec pion rétractable, la longueur du pion peut aller de 0 à 10 mm de long avec une précision de plus ou moins 0,05mm.
Troisième fonction : le contrôle de la température de la tête. Afin de sécuriser votre opération FSW, nous avons mis en place deux mesures de température différentes à l’intérieur de notre équipement déclenchant une alerte puis un arrêt d’urgence en cas de surchauffe.
Quatrième fonction : l’usage de la tête. L’IHM dispose d’un enregistrement complet de l’usage de la tête de soudage, son temps de soudage et son ratio d’usage, des éléments essentiels à la maintenance prédictive.
Cinquième fonction : les alertes pop-up. Développée par des soudeurs FSW, la tête FSW Stirweld à pion rétractable dispose de deux seuils : un seuil de vigilance lorsque les paramètres dévient de la fenêtre opératoire et un seuil de protection lorsque les paramètres sortent de la fenêtre de protection du processus.
Sixième et dernière fonction : enregistrement des données. Cette fonction peut se connecter en direct avec votre ERP afin d’enregistrer les données relatives à vos opérations de soudage.
En plus de ses 6 fonctions de base, la tête FSW Stirweld à pion rétractable propose une fonction avancée : la mesure de la température de vos soudures FSW pour un contrôle qualité à 100% et une optimisation de vos paramètres. Pour en savoir plus sur la mesure de température, rendez-vous ici.
Fonctions IHM : tête de soudage FSW à pion rétractable
L’aérospatial : un secteur qui a fort à gagner en s’équipant d’une tête FSW à pion rétractable
Le soudage par friction malaxage à pion fixe était déjà une grande avancée pour le secteur aérospatial puisqu’il permet le soudage d’aluminium à haute résistance, alliage d’aluminium utilisé pour la fabrication de pièces aéronautiques et spatiales.
Cependant, le trou de soudure résiduel résultant d’une opération de soudage FSW à pion fixe posait problème en termes de résistance à la fatigue ou d’étanchéité des pièces soudées. Or, une haute résistance à la fatigue est le paramètre indispensable pour la viabilité d’une pièce aéronautique ou spatiale.
Ainsi, le soudage par friction malaxage à pion rétractable va permettre le soudage de plusieurs applications dans ces secteurs critiques ; notamment pour le soudage de réservoirs.
La technique conventionnelle pour l’assemblage des réservoirs en aluminium était le soudage à l’arc. Cependant, le soudage à l’arc de réservoirs en aluminium présente plusieurs problèmes quant à l’efficacité de la soudure, la résistance à la fatigue et la résistance à la corrosion.
En effet, on le sait, le soudage d’éléments circonférentiels comme les réservoirs est une opération compliquée. Pour la fabrication de réservoirs en aluminium, il faut, a minima, deux soudures circonférentielles pour le fermer. Cependant, il n’est pas possible de souder cet élément par une opération de soudage par friction malaxage à pion fixe. Le trou de sortie laissé en fin de soudure peut avoir un impact sur l’étanchéité et sur la résistance à la fatigue du réservoir. Le soudage par friction malaxage à pion rétractable est donc nécessaire pour l’assemblage de réservoirs en aluminium puisque ce procédé FSW ne laisse pas de trou de sortie.
Après l’opération de soudage FSW avec pion rétractable, l’efficacité de la soudure est garantie à 100% (rapport entre l’UTS de la soudure circonférentielle et l’UTS du métal de base), la résistance à la fatigue est augmentée, l’étanchéité est parfaite et le réservoir est 100% résistant à la corrosion.
Ainsi, les fabricants de réservoirs, que ce soient des réservoirs pour des fusées, des réservoirs cryogéniques à hydrogène ou encore des réservoirs aéronautiques, ont un intérêt à s’équiper d’une tête de soudage FSW à pion rétractable pour centre d’usinage. Pourquoi ? Ils pourront ainsi améliorer la qualité de leurs éléments à coût contrôlé.
Pour en savoir plus sur le soudage par FSW d’un réservoir cryogénique, lisez notre article dédié à ce sujet.
Réservoir cryogénique à hydrogène soudé par FSW
Soudage par friction malaxage à pion rétractable : s’équiper à moindre coût
Avec la tête de soudage par friction malaxage à pion rétractable de Stirweld vous vous équipez en FSW à pion rétractable à moindre coût. Grâce à cette tête et à son IHM performant, vos soudures seront de qualité et à l’épreuve de la fatigue et de la corrosion ; deux caractéristiques indispensables pour garantir la qualité de pièces critiques comme les réservoirs pour le spatial ou pour l’aéronautique.
Cette nouvelle tête FSW de Stirweld a été pensée et conçue par des experts en soudage par friction malaxage, un gage de confiance quant à l’efficacité de cette technologie. Alexia Grossot, ingénieure d’études en calcules structurels chez Avantis, une société d’ingénierie mécanique a pu tester cette tête et voici son témoignage.
“Nous voulions faire évoluer l’outil en fonction de nos besoins. Auparavant, nous utilisions un bras de robot pour réaliser le soudage par friction malaxage. Cependant, le robot comporte de nombreuses articulations, ce qui le rend trop flexible. Il se déforme légèrement lorsque vous appuyez sur la surface soudée; Dans une opération comme le FSW, on perd en précision. Pour obtenir la précision souhaitée, nous avions besoin de la rigidité d’une machine-outil.”
Alexia Grosso
Ingénieur d’études
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