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Soudage par friction malaxage : pourquoi souder directement depuis mon centre d’usinage sans tête FSW, ça ne fonctionne pas ?

Une analyse approfondie des obstacles techniques, des limites opérationnelles et de la qualité compromise des résultats, soulignant le rôle essentiel des têtes de soudage par friction-malaxage avancées pour garantir une efficacité optimale et une qualité de soudage supérieure.

CNC sans tête FSW

FSW sur centre d’usinage sans tête : de nombreux problèmes pour des résultats incertains

Lorsqu’on envisage d’intégrer le soudage par friction malaxage (FSW) directement dans son centre d’usinage pour l’assemblage de pièces, il est impératif de reconnaître les importantes limites et défis inhérents à cette méthode. Cette approche, bien qu’apparemment pratique, présente des lacunes dans plusieurs domaines cruciaux, affectant à la fois la qualité des soudures et l’efficacité du processus de production. Ci-dessous, nous détaillons ces points afin de comprendre pourquoi une tête de soudage FSW pour centre d’usinage n’est pas juste avantageuse mais essentielle pour atteindre des résultats de soudage de haute qualité industrielle.

Tout d’abord, le FSW sur centre d’usinage sans tête nécessite une planéité parfaite de la pièce (inférieure à 0,02 mm), limitant la polyvalence des matériaux et des formes qui peuvent être efficacement soudés. Cette contrainte réduit considérablement le champ des possibles quant aux projets réalisables par FSW sans équipement spécialisé.

Ensuite, le FSW sur MOCN sans tête nécessite une pièce d’une épaisseur suffisante (> 70 mm d’épaisseur) pour résister à la déformation due à l’opération de soudage, soulignant l’insuffisance du contrôle de la force dans les configurations des machines standards. Sans un contrôle précis de la force de soudage, le risque d’endommager la pièce augmente, compromettant l’intégrité structurelle de la soudure.

De plus, sans tête, il n’y pas de refroidissement de l’outil ce qui ne permet pas de gérer la température de soudage pendant l’opération. Cela affecte non seulement la qualité de la soudure mais aussi sa longueur, impactant ainsi l’efficacité de la production.

Enfin, pour les entreprises faisant de la production en série, l’absence de protection contre les vibrations et les forces de soudage dans la broche de la machine-outil nécessite des remplacements fréquents de cette broche. Cette exigence de maintenance constante introduit des temps d’arrêt substantiels et augmente les coûts, compromettant la viabilité de l’utilisation d’un centre d’usinage pour le FSW à plus grande échelle.

Collectivement, ces contraintes soulignent le manque de répétabilité du processus de soudage FSW sur centre d’usinage dépourvu d’une tête FSW dédiée. Ces défis démontrent clairement l’infaisabilité de cette approche, renforçant la nécessité d’investir dans une tête de soudage FSW pour centre d’usinage. Avec l’équipement approprié, il est possible de réaliser des soudures de haute qualité qui répondent aux normes industrielles, assurant ainsi la productivité et la rentabilité des opérations de soudage.

FSW sur centre d’usinage : les 4 fonctions indispensable de notre tête de soudage FSW

Afin d’éviter les problèmes inhérents aux opérations FSW directement depuis un centre d’usinage, d’économiser du temps mais aussi d’éviter des coûts supplémentaires, notre tête de soudage par friction malaxage pour centre d’usinage dispos de quatre fonctions clés : le contrôle de force, le refroidissement de l’outil, la protection de la machine et l’enregistrement de la force.

Le contrôle de force en FSW : la clé pour surmonter les problèmes de planéité et de distorsion thermique

Dans les scénarios réels de fabrication et de soudage, l’idéal d’une pièce parfaitement plane reste illusoire. Deux phénomènes principaux affectent la planéité des pièces : les variations dues au processus de fabrication telles que les imprécisions dues au laminage, à l’extrusion ou au moulage, et le processus de soudage lui-même, qui introduit une distorsion thermique et des imprécisions dans le positionnement des pièces. Ces défis nécessitent une approche nuancée pour garantir l’intégrité et la qualité de la soudure, d’où l’importance du contrôle de force quand on parle de FSW.

La fonctionnalité de « contrôle de force » d’une tête FSW pour centre d’usinage aborde ces défis de manière directe. En l’absence de contrôle de force, les irrégularités inévitables des pièces entraînent un contact irrégulier entre l’épaulement de l’outil FSW et la surface de la pièce. Ce contact irrégulier conduit à des porosités dans la soudure, compromettant sa résistance et son intégrité. À l’inverse, avec le contrôle de force, l’épaulement de l’outil FSW peut suivre de manière adaptative la surface de la pièce le long du joint de soudure, maintenant un contact constant et garantissant ainsi une soudure de haute qualité dépourvue de porosité.

friction stir welding with and without force control

La nécessité du contrôle de la force devient encore plus évidente lorsqu’on prend en compte les déformations survenant pendant le processus de soudage :

before FSW process

Avant le début du processus de soudage, la pièce conserve le niveau de planéité qu’elle a atteint après fabrication.

before FSW process

Pendant le processus de soudage sans contrôle de la force, la chaleur générée par la friction entre l’outil FSW et le composant conduit à une distorsion thermique. Cette distorsion, même mineure, peut compromettre significativement la qualité de la soudure en modifiant le chemin prévu de l’outil ou en créant des écarts entre l’épaulement de l’outil et la pièce.

before FSW process

Pendant le processus de soudage avec contrôle de force, l’outil s’ajuste aux distorsions thermiques, maintenant un contact constant avec la pièce. Cette adaptabilité assure que l’épaulement de l’outil reste en contact continu avec la surface de la pièce, contrant ainsi la distorsion thermique et préservant la qualité de la soudure.

L’importance de la gestion de ces déformations ne peut être sous-estimée, et le contrôle de force est essentiel à cet égard. Considérons le cas d’un défaut de planéité de 1 mm :

before FSW process

Le soudage sans contrôle de force et avec une plongée positive conduit à une pénétration trop profonde de l’outil dans la surface de la pièce, causant un excès de bavure (flash), un amincissement de la pièce et une réduction conséquente de la résistance mécanique.

before FSW process

Le soudage sans contrôle de la force et avec une plongée négative résulte en une perte de contact de l’outil avec la surface de la pièce, introduisant des porosités ou des trous de ver à cause de l’insuffisance de compacité.

before FSW process

Avec le contrôle de la force, le contact constant entre l’outil FSW et la surface de la pièce est maintenu malgré un défaut de planéité de 1 mm, résultant en une soudure sans défaut et de haute qualité.

Cette exploration détaillée souligne le rôle critique du contrôle de force pour surmonter les défis posés par la planéité des pièces et la distorsion thermique en FSW. En assurant un contact constant entre l’outil et la pièce, le contrôle de force facilite un processus capable de produire des soudures de haute qualité, démontrant la valeur indispensable d’une tête de soudage FSW dédiée équipée de cette fonctionnalité.

Refroidissement de l’outil : le chemin vers une qualité supérieure du FSW

Dans le domaine du soudage par friction malaxage (FSW), la gestion de la température est essentielle pour garantir des soudures de haute qualité. La plage de température idéale pour le soudage varie selon le matériel, nécessitant un contrôle précis pour assurer l’intégrité de la soudure. Pour l’aluminium, la température doit être maintenue entre 480 °C (896 °F) et 520 °C (968 °F), en restant en dessous de son point de fusion de 600 °C (1112 °F). S’éloigner de ces plages entraîne des problèmes significatifs.

Dépasser la plage de température optimale résulte en une surchauffe de l’outil FSW, poussant la température de la soudure au-delà du point de fusion du matériau. Cela crée des porosités dans la soudure, conduisant à des soudures qui ne répondent pas aux normes de qualité. De plus, une telle surchauffe peut également endommager la broche de la machine, entraînant des réparations coûteuses et des temps d’arrêt.

Par conséquent, le refroidissement de l’outil dans le domaine du FSW n’est pas seulement bénéfique mais essentiel. Il empêche l’outil de surchauffer, évitant ainsi des dommages à la machine et garantissant que la soudure reste dans la plage de température souhaitée. Pour obtenir une soudure sans défaut, la température doit atteindre au moins 70 % du point de fusion des alliages soudés. Cela permet le soudage à l’état pâteux, facilitant l’assemblage à l’état solide exempt de défauts.

precision friction stir welding tool cooling

Les méthodes de refroidissement traditionnelles, telles que la pulvérisation de liquide, ne sont pas viables pendant le FSW car elles réduisent excessivement la température des pièces soudées, affectant défavorablement la température de la pièce et garantissant ainsi des conditions optimales pour le soudage. En maintenant la température adaptée, notre équipement permet la production de soudures de haute qualité et sans défaut, soulignant l’importance du refroidissement de l’outil pour obtenir des résultats supérieurs en FSW.

Ainsi, avec notre solution, nous relevons ce défi avec un système en boucle fermée à l’intérieur de notre équipement. Ce système refroidit l’outil efficacement sans impacter la température de la pièce, garantissant des conditions de soudage optimales.

Protection de la machine : garantir la durabilité dans les opérations de soudage

Notre solution est conçue pour protéger votre machine avec quatre niveaux de protection : contre les températures de soudage, contre les forces excessives lors du soudage par friction malaxage (FSW), contre les conditions de surcharge en FSW, et contre les vibrations induites par le FSW.

Contre la température de soudage

protection against welding temperature in fsw
  • Système de refroidissement innovant : Notre équipement intègre un mécanisme de refroidissement double, combinant air et eau pour une régulation supérieure de la température pendant les opérations de soudage.
  • Processus de refroidissement à l’eau : Grâce à un refroidisseur, de l’eau froide circule dans la tête FSW en boucle fermée, refroidissant la tête avant de retourner au refroidisseur pour être refroidie à nouveau, assurant une gestion efficace de la température. La température de la tête FSW est maintenue en dessous de 40°C (104 °F).
  • Refroidissement à l’air : L’air est dirigé dans la tête FSW pour refroidir l’outil, réduisant efficacement la température de la tête et de la machine. La température de l’outil FSW est maintenue à une température optimisée pour garantir une qualité de soudure constante.

Contre la force excessive du processus FSW

  • Capteur de force intégré : Notre système inclut un capteur de force afin d’ajuster la force de soudage, avec un maximum fixé en dessous de 80% de la capacité CNC.
  • Sécurité et efficacité : La tête FSW garantit que la force de soudage reste dans les limites sûres (80% de la capacité CNC), évitant la rupture ou le blocage du moteur.
  • Solution simplifiée : Notre tête offre une alternative simple grâce à son design universel qui s’adapte à n’importe quelle machine, évitant le besoin de modifications complexes et de longs développements pour ajouter la fonction de contrôle de force au centre d’usinage.
Pourquoi ne pas modifier ma machine ?

Il est très difficile de modifier un centre d’usinage pour y inclure le contrôle de force en raison de la nécessité d’apporter des changements mécaniques importants et des restrictions imposées par les marques. Ce processus est impossible dans la plupart des centres d’usinage.

protection against welding temperature in fsw

Contre la charge en FSW

protection against welding temperature in fsw
  • Fonctionnalité de roulement : Notre solution est équipée de multiples roulements qui transmettent les charges de soudage directement au cadre de la broche, épargnant la broche du centre d’usinage de toute exposition à la charge. Seul le couple est transmis à la broche.
  • Protection de la broche : Le design de la tête FSW Stirweld garantit que les charges de soudage ne compromettent pas l’intégrité de la broche d’usinage.
  • Durabilité et capacité : Les roulements de la tête sont surdimensionnés, capables de gérer 25 kN, conçus pour une durée de vie allant jusqu’à 5 ans. Ce design absorbe efficacement les forces de soudage, protégeant la broche d’usinage du stress et de l’usure.

Contre les vibrations en FSW

  • Défis des vibrations : Le FSW génère des vibrations qui peuvent endommager la broche du centre d’usinage si elles ne sont pas gérées.
  • Solution de couple spéciale : Un couple spécial ajouté à la tête FSW atténue les vibrations, protégeant le centre d’usinage en isolant les vibrations en couple ou en translation, assurant qu’aucune vibration n’affecte l’opération.
  • Pas de transfert de force : Le couple spécial dirige également la force de soudage vers le portique, conçu pour résister à ces forces, améliorant la stabilité opérationnelle et la protection de la machine.
protection against welding temperature in fsw

Enregistrement de la force : révolutionner l’assurance qualité du FSW

L’enregistrement de la force se présente comme une innovation pivot pour améliorer la qualité des soudures grâce à une gestion précise de la force. Cette technique joue un rôle crucial dans l’obtention de soudures sans défaut et de qualité supérieure, un critère de référence auquel Stirweld s’engage en intégrant une technologie de capteurs avancée. Voici comment cette approche améliore le processus de soudage :

force recording during friction stir welding process
  • Contrôler la qualité via la gestion de la force : Maintenir une force constante sur la pièce est essentiel pour obtenir des soudures sans défaut et de qualité. Stirweld améliore le contrôle qualité en intégrant un capteur pour surveiller et enregistrer la force de forgeage appliquée pendant le processus de FSW.
  • Assurer l’intégrité de la soudure : En garantissant que la force appliquée reste dans les limites prédéfinies, nous garantissons la qualité de la soudure et un résultat sans défaut.
  • Suivre et analyser en temps réel : La force est surveillée en temps réel et affichée à l’écran pendant le soudage, avec l’avantage supplémentaire d’enregistrer ces données pour une analyse ultérieure. Cette approche assure non seulement une assurance qualité immédiate mais permet également une évaluation détaillée après le processus.

Exemples d’installations de nos têtes FSW pour centre d’usinage

En conclusion, l’utilisation directe d’un centre d’usinage pour le soudage par friction malaxage (FSW) sans tête FSW dédiée présente de nombreuses limitations, allant de la nécessité d’une planéité parfaite de la pièce à l’insuffisance du contrôle de force, du refroidissement de l’outil et de l’absence de protection contre les forces FSW. Ces défis ont un impact significatif sur la qualité des soudures et l’efficacité globale de la production, soulignant la nécessité d’une tête de soudage FSW pour centre d’usinage.

Notre tête FSW aborde ces problèmes avec des fonctionnalités indispensables : contrôle de force, refroidissement de l’outil, protection de la machine et enregistrement de la force. Chaque fonction est conçue pour surmonter des obstacles spécifiques inhérents au FSW, assurant des soudures de haute qualité, sans défaut et prolongeant la durée de vie de votre centre d’usinage. De la gestion de la planéité des pièces et de la distorsion thermique avec le contrôle de force, au maintien de températures de soudage optimales avec le refroidissement de l’outil, en passant par la protection de votre machine contre les forces, charges et vibrations excessives dues au process FSW, notre solution est conçue pour l’excellence.

De plus, l’enregistrement de la force améliore la qualité de la soudure grâce à un suivi et une analyse en temps réel, offrant un chemin vers l’amélioration continue de vos opérations FSW.

Investissez dans les bons outils pour transformer votre centre d’usinage en une station de soudage polyvalente et performante. Embrassez l’avenir de la fabrication avec notre tête de FSW dédiée, conçue pour la précision, l’efficacité et la fiabilité.

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