Comment choisir mon outil FSW en fonction de mon application ?
Depuis l’apparition du soudage par friction malaxage, de nombreuses innovations sont venues améliorer la qualité des outils FSW. Ces améliorations permettent d’obtenir des soudures de meilleure qualité, plus stables et une durée de vie certifiée. Aujourd’hui vous êtes nombreux à vous demander comment choisir votre outil FSW et en quoi ce choix va influer sur la qualité de votre soudure. Nous vous proposons de répondre à ce questionnement légitime à travers cet article. Pour démarrer, il est tout d’abord important de détailler la composition d’un outil FSW.
Les différentes composantes d’un outil FSW : qu’est-ce qu’un épaulement et qu’est-ce qu’un pion ?
Un outil FSW est composé de trois parties : le corps, l’épaulement et le pion.
L’épaulement est la partie qui va venir chauffer la matière par friction afin de ramollir les pièces et donc permettre l’opération de soudage. C’est sa première fonctionnalité. Plus le diamètre de l’épaulement est grand, plus grande est la surface de contact ce qui augmente la capacité de friction de l’outil. Cependant, un épaulement trop grand va provoquer un échauffement trop important de la pièce à souder et réduire la résistance de la soudure. La taille de l’épaulement dépendra donc de l’épaisseur à souder.
De plus, l’épaulement avec sa forme en spirale contracyclique permet de refouler le flux de matière vers le centre pour l’empêcher de quitter la zone à souder. Cette seconde fonctionnalité va améliorer l’état de surface de la soudure ainsi que la qualité de la soudure. Avec cette fonctionnalité, plus besoin d’incliner l’outil pendant l’opération de soudage. En effet, les spirales entraînent la matière vers l’axe ce qui empêche le glissement de la matière (cf. infographie ci-dessous : « No more tilt angle required on the FSW tool ».)
De plus, cette forme en spirale améliore la tolérance au décalage du joint de soudure, diminue les bavures et rend possible les soudures à épaisseurs variables.
Seconde partie : le pion – l’extrémité de l’outil.
Le pion est la partie de l’outil qui va pénétrer la matière et la mélanger par un effet de cisaillement : c’est le malaxage. En effet, du fait de sa forme conique et de ses cannelures, le pion vient chauffer la matière et la ramollir afin d’assurer le mélange des matériaux et la qualité de la soudure. La pointe plate du pion permet une meilleure pénétration de l’outil et donc diminue le risque de manque de pénétration. Le pion et ses cannelures permettent un malaxage dans le sens de rotation de l’outil ainsi qu’un brassage vertical de la matière.
La chaleur est générée par la friction entre la pièce et l’outil, celle-ci produit une déformation plastique de la pièce et vient souder les deux parties entre elles.
En quoi la qualité de mon outil FSW contribue-t-elle à la qualité de ma soudure ?
La qualité de la soudure dépend directement de la qualité de l’outil et du choix de ce dernier. Nous verrons par la suite comment choisir le bon outil pour votre application spécifique.
Mais avant cela, voyons comment la qualité de l’outil influe sur la qualité de votre soudure FSW. Pour le comprendre, il faut bien avoir en tête le fonctionnement une opération de soudage FSW.
Soudage FSW en 4 étapes
Bridage des pièces à souder : côte à côte dans une configuration de soudage bout à bout, l’une sur l’autre en cas de soudage par transparence. L’outil n’est pas fonction de la configuration de soudage. On utilisera le même outil que l’on soit en bout à bout ou en transparence.
L’outil est plongé dans la matière : l’épaulement chauffe la matière par friction et le pion scelle les pièces entres elles.
Opérations de soudage : l’outil avance le long du cordon de soudure et mélange les pièces ensemble.
Fin du soudage : l’outil remonte verticalement en laissant un trou.
Vous l’aurez donc compris, l’outil et sa géométrie influencent la qualité de la soudure. L’outil va directement contribuer à la résistance mécanique de la soudure. Comment ? Par le fort brassage du matériau par le pion et par la chaleur que va générer l’épaulement. Ces deux phénomènes vont provoquer une recristallisation de l’aluminium qui va se traduire par la précipitation de grains fins et donc contribuer à la très bonne résistance mécanique des soudures FSW.
Cependant à la fin de la soudure, l’outil va laisser un trou de sortie comme vous pouvez le voir dans l’étape 4 de l’infographie ci-dessus. Ce n’est pas un problème de qualité, mais pour certaines applications il est préférable de le retirer. La solution : l’outil à pion rétractable. Quand un outil FSW classique laisse un trou de sortie à la fin de la soudure, un outil à pion rétractable rebouche directement le trou en fin de soudure, sans intervention ultérieure.
Enfin, une dernière amélioration vient d’être apportée aux outils FSW : la mesure de température de la soudure en temps réel. Nous allons voir comment cette innovation rend l’outil intelligent. L’outil à mesure de température permet de contrôler en temps réel votre soudure FSW : c’est un outil qualité.
Le porte-outil intelligent : mesure de la température de soudage pour plus de précision
En plus des fonctionnalités d’un outil standard, l’outil à mesure de température permet de mesurer précisément la température de la soudure afin d’ajuster finement vos paramètres de soudage et contrôler 100% des pièces.
Comment cela fonctionne ?
La mesure de température FSW comporte deux supports, un fixe et un tournant, chacun contenant une carte électronique. Ces cartes électroniques réceptionnent et envoient le signal de la sonde placée dans l’outil vers le logiciel. Grâce à ce système, il est possible de contrôler la température de la soudure afin d’optimiser l’ensemble des paramètres de soudage (vitesse de rotation, vitesse d’avancement, force en Z).
Les bénéfices de l’outil à mesure de température Stirweld sont :
A titre d’exemple, l’outil à mesure de température est très utile pour l’assemblage de composants aérospatiaux conformément à la norme EN 9100.
Comment choisir mon outil FSW en fonction de mon application ?
Pour choisir votre outil FSW, il faut prendre en compte 4 paramètres :
Stirweld a développé une gamme d’outils standards pour différents marchés et matériaux à souder. Concrètement, pour vous faire une idée de l’outil FSW qui convient le mieux à votre application, voici quelques exemples de choix d’outil FSW en fonction du secteur d’application, du matériau utilisé et de l’épaisseur à souder.
Outil FSW en fonction de mon application
Par exemple pour le secteur aéronautique, l’outil FSW sera en alliage à hautes limites élastiques pour convenir aux pièces le plus souvent composées d’aluminium exigeant (séries 2xxx et 7xxx).
Autre exemple, le secteur automobile dont les pièces sont, pour la plupart, produites en aluminium de fonderie. Ces alliages contiennent du silicium, matériau abrasif par essence. Pour ce type d’aluminium, nous utilisons des outils faits en céramique, matériau très résistant à l’abrasion.
Pour vos outils, Stirweld vous accompagne en vous proposant une gamme complète d’outils FSW de haute qualité. Une de nos références principales, l’entreprise Ariane, leader dans le domaine de l’aérospatial.
Quelle est la durée de vie d’un outil FSW ?
Deux facteurs rentrent en compte quand on parle de durée de vie d’un outil FSW :
La durée de vie de l’outil va aussi dépendre des matériaux à souder : aluminium/aluminium, aluminium/cuivre, cuivre/cuivre, aluminium/acier.
Les outils FSW Stirweld ont une durée de vie de 2000 mètres de soudure en moyenne dans une configuration de soudage « classique » Al/Al avec une épaisseur inférieure à 8mm. Afin de garantir la qualité de ses outils, Stirweld dispose d’un banc de test.
Le rôle de Stirweld dans le choix de votre outil
Les experts Stirweld sont là dans le parcours de choix de votre outil en fonction de vos paramètres (distance et profondeur à souder, géométrie de l’outil et matériau des pièces à souder).
Stirweld vous propose toute une gamme d’outils selon le matériau de vos pièces :
Tous les outils Stirweld sont disponibles en version pion fixe et en version pion rétractable avec la possibilité d’y ajouter la mesure de température.
N’hésitez pas à télécharger notre catalogue pour en savoir plus sur nos outils de soudage FSW.
Grâce à notre bureau d’étude, nous sommes aussi en mesure de développer des outils spécifiques pour vos applications et vos exigences.
Les avantages des outils FSW de Stirweld
Fabriqué en grandes séries pour réduire le coût unitaire
Qualité avec contrôle de la matière, du traitement thermique et de la géométrie des outils – Fournisseur d’Ariane
Facilité d’utilisation grâce à la fixation Whistle Notch
Traçabilité grâce à l’identification unique de chaque outil
Livraison sous 48 heures grâce à notre stock d’outils les plus courants
Performance avec une géométrie optimisée : limiter les défauts et maximiser la productivité et la durée de vie – testé sur banc d’usure
Qualification avec une pré-production pour qualifier l’outil et le processus en fonction de votre application
Des questions sur nos outils ? Sur le FSW ? Sur votre application ?
Nous vous assisterons dans le choix de votre outil. Contactez-nous sans engagement.
