Le FSW, une technologie de soudage verte
Aujourd’hui, la question de l’environnement est pleinement liée à l’industrie. Pourquoi ? Du fait de la pollution causée par ces activités industrielles sur l’environnement. Dans le cadre de la RSE, les grandes entreprises ont aujourd’hui pour obligation d’intégrer dans leur stratégie globale des engagements en faveur d’un développement économique respectueux de l’environnement. Dans cette démarche éco-responsable, l’industrie optimise ses processus afin de diminuer sa consommation d’énergie et de ressources.
Le soudage industriel a évolué : de nouvelles technologies permettent à présent de garantir sécurité et écologie. Le soudage par friction malaxage (Friction Stir Welding – FSW) est un procédé écologique et innovant qui permet une jonction à l’état solide d’alliages hétérogènes. Mais alors, pourquoi dit-on que le FSW est un procédé de soudage vert ? Et comment cette technologie vient-elle répondre à vos engagements environnementaux ?
Le FSW comme procédé de soudage écologique
Existe-t-il une technique de soudage verte ?
La soudure industrielle regroupe les différentes techniques de soudage. Elle peut être divisée en 2 grands blocs : les procédés par fusion et les procédés à l’état solide.
Les techniques de soudage sont souvent controversées pour leur empreinte sur l’environnement.
En effet, les procédés conventionnels de soudage par fusion (MIG, TIG, laser) nécessitent l’utilisation de gaz. Les températures très élevées nécessaires à la fusion engendrent également l’émission de fumées nocives et consomme beaucoup d’énergie.
Aussi, dans certains cas un métal d’apport est utilisé pour joindre les pièces, ce consommable a un fort impact sur l’analyse du cycle de vie du produit final. Par ailleurs, il est parfois utilisé des solvants pour nettoyer les pièces. Ces produits brûlés lors du soudage par fusion augmentent encore l’impact sur l’environnement.
Alors quelle technique de soudage est considérée comme respectueuse de l’environnement ? La soudure par friction malaxage est réalisée à froid, à l’état solide, sans émission de gaz, ni apport de matière. Comparée à la soudure par fusion, le procédé FSW est plus écologique et garantit plus de sécurité pour les intervenants. Cette « clean » technologie de soudage remplace ainsi avantageusement les procédés d’assemblage traditionnels (rivetage, collage, soudure à l’arc, MIG, TIG, soudage laser).
Soudage FSW, procédé vert pour concilier technique de soudage performante et préservation de l’environnement
Le FSW est une technologie de rupture, plébiscitée pour ses nombreuses qualités techniques :
Le soudage par friction malaxage est une technologie d’autant plus attractive qu’elle est écoénergétique et respectueuse de l’environnement.
En effet, c’est un procédé vert qui n’émet pas de fumées ou d’autres projections et ne produit aucun bruit. Ne nécessitant pas de préparation de la surface à souder, il n’implique pas de décapage préalable.
De plus, l’avantage principal du FSW est qu’il s’agit d’une soudure « à froid », plus exactement à l’état pâteux. La soudure est réalisée uniquement par déformation mécanique grâce à la friction.
Cette technique n’implique ni fusion ni ajout de matière ; de même qu’elle n’utilise pas de gaz toxique, de rayonnement UV ou de champs électromagnétiques.
Par ailleurs, le soudage FSW de pièces en aluminium requiert une faible consommation en énergie. D’après les travaux d’Auguste Sallen et d’Olivier Kerbrat de l’Ecole Normale Supérieur de Rennes, une machine MOCN équipée d’une tête de soudage absorbe entre 7 et 11 KW selon les matériaux et épaisseurs soudés.
La solution FSW de Stirweld pour une approche encore plus écologique
Depuis 1995, la technique de soudage par friction malaxage était réservée aux applications à forte valeur ajoutée. En effet, la fabrication de machines FSW dédiée représente un investissement onéreux. En 2015, ce brevet du TWI (The Welding Institute), organisme de recherche et de technologie spécialisé dans le soudage, est tombé dans le domaine public. Cela a permis d’exploiter plus largement cette technologie innovante.
La tête FSW de Stirweld permet de souder par friction-malaxage à partir de Machines-Outils à Commande Numérique (MOCN) existantes. La tête de soudage s’adapte facilement sur un centre d’usinage, dont les PME sont le plus souvent déjà équipées. Grâce à notre solution, cette technologie de rupture devient accessible. Et nos clients bénéficient ainsi d’une technologie de soudage écologique et économique.
Comparée à la conception de machines spéciales FSW ou de robots FSW, la fabrication d’une tête de soudage offre effectivement un avantage financier substantiel. La tête de soudage a l’avantage d’être universelle et de se monter sur n’importe quelle machine MOCN, cela dispense ainsi les entreprises d’investir dans de nouvelles machines complexes et énergivores dont la fabrication a un impact environnemental. L’équipement en têtes de soudage FSW s’inscrit dans une démarche de développement durable. Nos clients peuvent ainsi réorienter leurs processus de fabrication pour être plus écologiques et se conformer aux nouvelles réglementations environnementales.
Grâce à cette tête de soudage par friction malaxage pour MOCN, les pièces peuvent être soudées et usinées sur la même machine. Ce procédé convient aux pièces de toutes dimensions. Les soudures inférieures à 10 mm d’épaisseur requièrent une seule passe, ce qui est le cas pour de nombreuses applications en milieu industriel. De même, cette solution FSW nécessite un unique consommable, l’outil FSW, pion en acier très simple et très peu couteux qui assure jusqu’à 2 000 m de soudure avant de devoir être remplacé. En plus du gain de temps et d’argent, la solution de Stirweld permet de réaliser des économies d’énergie et de ressources.
Souder par FSW avec la tête Stirweld permet de réduire l’impact sur l’environnement tout en assurant des performances identiques à une machine spéciale FSW. Stirweld accompagne ses clients tout au long du cycle d’industrialisation du procédé FSW et vous fait bénéficier des avantages techniques et écologiques du soudage par friction malaxage.
La tête FSW de Stirweld fabriquée dans le respect de l’environnement
Les techniques de soudage sont très encadrées réglementairement. Le Friction Stir Welding est régi par la norme ISO 25239 tout au long du processus industriel, de la conception aux contrôles qualité. Au-delà du respect de cette norme de soudage, Stirweld a entrepris la mise en œuvre d’un processus de management environnemental en s’appuyant sur les normes 14001 et 26000.
Dans le cadre de cette norme, notre entreprise s’est engagée à accompagner le développement territorial en favorisant les fournisseurs de la région. Elle limite ainsi l’impact sur l’environnement de la fabrication des têtes de soudage FSW.
Stirweld sélectionne les produits et matières premières nécessaires à la fabrication de ses solutions FSW en prenant en compte l’impact environnemental des composants. Nos équipes de conception ont suivi une formation en éco-conception pour les sensibiliser à l’analyse du cycle de vie d’un produit. Notre bureau d’étude s’interroge continuellement sur la manière de réduire les impacts de nos produits lors des phases de fabrication, d’utilisation et de retraitement.
Enfin, Stirweld assure la revalorisation de l’aluminium issu des tests de soudage pour nos clients, auprès de partenaires locaux.
Soudage par friction malaxage : une technologie d’assemblage des matériaux renouvelables
L’invention du FSW a rendu possible l’assemblage de matériaux jusqu’alors considérés comme difficilement soudables voire insoudables comme certains alliages d’aluminium à hautes performances. Le procédé consistant à souder en phase solide, l’impact thermique et la dégradation des propriétés mécaniques de base des matériaux sont ainsi extrêmement limités.
Le soudage par friction malaxage peut être utilisé pour assembler différents types de matériaux dont les plus courants sont l’aluminium et le cuivre.
Le FSW présente l’avantage de pouvoir souder des matériaux dissemblables à des vitesses significatives. Et il peut s’appliquer sur des matériaux de forte épaisseur.
L’aluminium : un matériau recyclable et léger
L’aluminium est une très bonne carte à jouer pour avancer dans la réduction de nos émissions de GES, sa recyclabilité représente un atout majeur quant à la préservation de l’environnement et limite l’appauvrissement des ressources naturelles. Il s’agit en effet d’un métal recyclable à 100 % sans aucune perte de ses propriétés. Son recyclage permet de diminuer d’environ 95 % l’énergie nécessaire à la production de l’aluminium pur à partir de la bauxite. Le recyclage de l’aluminium contribue à la réduction des déchets. Appelé métal vert, l’aluminium joue un rôle essentiel dans la transition énergétique.
L’aluminium est l’un des métaux les plus légers. Il permet en effet de concevoir des véhicules moins lourds et donc moins consommateurs d’énergie. Il est également un matériau essentiel pour produire des panneaux solaires et des éoliennes.
En outre, l’aluminium est un matériau difficile à souder. Le soudage par friction malaxage se positionne comme un procédé vert parfaitement adapté à l’assemblage rapide et résistant de tous ses alliages. La technologie de Stirweld permet de conserver les propriétés mécaniques de l’aluminium avec un excellent coefficient d’efficacité du joint (supérieur à 70 %). Elle permet de réduire le taux de défaut post-soudure et assure une parfaite répétabilité. Elle offre enfin la possibilité de souder des alliages d’aluminium à haute performance comme le AA2024-T3 ou AA2219-T8.
L’aluminium est aujourd’hui de plus en plus utilisé et représente le second métal le plus exploité après l’acier. Au-delà de la recyclabilité de l’aluminium, ce métal est particulièrement apprécié pour sa légèreté, sa malléabilité et sa conductivité thermique. Et le FSW est la technologie verte d’assemblage de l’aluminium.
Autre matériau écologique : le cuivre
La soudure par friction malaxage s’applique également au cuivre qui présente également de nombreux avantages écologiques. Le cuivre présente des qualités identiques à l’aluminium en matière de développement durable.
Il est totalement recyclable dans d’autres produits de cuivre ou d’alliage.
Ce métal est particulièrement apprécié pour restituer la chaleur. Grâce à sa capacité à absorber l’énergie transmise par le soleil, il est utilisé dans la conception de panneaux photovoltaïques.
Pour conduire l’énergie, les métaux dégagent de la chaleur. Le cuivre est le métal présentant la meilleure conductivité électrique, après l’argent. Ce matériau est par ailleurs apprécié pour sa flexibilité.
La technologie FSW pour des industries plus écologiques
Le soudage par friction malaxage est aujourd’hui mature et entièrement industrialisé. Le risque de défaut étant très limité, il assure un degré de reproductibilité important. Cette technologie verte d’assemblage de l’aluminium est ainsi adoptée par les industries recherchant à associer haute technicité et développement durable. Elle est aujourd’hui démocratisée dans de nombreux secteurs industriels comme le transport (e-mobility, aéronautique, spatial, ferroviaire et naval) et les énergies renouvelables (panneaux solaires, éoliennes et nucléaire).
Pour des modes de transports plus écologiques
Le transport routier est la première source d’émissions de gaz à effet de serre en France, principal responsable du réchauffement climatique.
L’industrie du transport doit répondre aux enjeux environnementaux en proposant notamment des véhicules moins énergivores dont le premier paramètre est le poids du véhicule. Pour ce faire, elle doit concevoir des moyens de transport plus légers afin de réduire leur consommation en énergie et la pollution des gaz d’échappement. L’allégement implique de réduire le poids des véhicules tout en garantissant résistance et sécurité. Jusqu’à lors réservé aux voitures, l’allégement de structure et de carrosserie se généralise grâce au soudage FSW de pièces en aluminium : plaques froides en fonderie d’aluminium, bac à batterie, jantes etc. Ainsi, les voitures électriques étaient les premiers véhicules à bénéficier de cette technologie de rupture.
Ailettes de refroidissement sur le boîtier électronique
Soudures FSW pour augmenter la conductivité thermique
La substitution de la tôle d’acier par une tôle en aluminium permet de réduire significativement la masse des véhicules. La tôle de carrosserie n’est pas l’unique domaine d’application de l’aluminium dans l’automobile. Ce métal léger et résistant est également utilisé pour les jantes, les radiateurs, les culasses… Les constructeurs automobiles favorisent ainsi le soudage FSW de pièces pour véhicules électriques ou hybrides.
Le FSW est également impliqué dans la fabrication de réservoirs (cryogéniques ou non) pour les poids lourd ou bus roulant aujourd’hui au gaz naturel, demain au biogaz et à l’hydrogène.
Les énergies renouvelables
L’industrie éolienne a également adopté le soudage FSW de pièces en aluminium. Le soudage par friction malaxage est la technologie privilégiée pour les composants légers de grande taille tels que les nacelles et pales d’éoliennes. Les turbines ont besoin aussi de pièces efficaces et durables.
Dans le cadre de la fabrication de panneaux solaires, le procédé FSW est utilisé pour les plaques de refroidissement à eau en aluminium. Il s’applique aussi pour les cadres et les onduleurs.
Enfin, en ce qui concerne le domaine nucléaire, le soudage FSW de pièces en cuivre a permis le développement des paramètres à la production série.
FSW welded aluminum liquid cold plate
Soudage FSW : technologie d’assemblage respectueuse de l’environnement
Le soudage par friction malaxage est une technologie mâture pour l’assemblage de pièces à bas point de fusion comme l’aluminium. Cette technologie de rupture permet, grâce à un pion mis en rotation, de pénétrer dans la matière et de malaxer les matériaux à souder et ce à l’état « pâteux ».
Le FSW est une technologie clé dans la réduction de votre impact sur l’environnement, qui améliore la qualité et la fiabilité de vos soudures. Cette technologie de soudage écologique est qualifiée pour de nombreuses applications que cela soit dans le transport, le spatial ou encore l’énergie. Valéo, reconnu mondialement comme l’un des plus grands OEM de l’automobile, a fait partie des premiers à étudier la faisabilité du FSW. La raison est évidente : le soudage par friction malaxage permet de souder les aluminiums de fonderie, alliages d’aluminium fortement utilisé dans la fabrication de pièces automobiles. Airbus, géant de l’aéronautique, a également été convaincu par la technologie FSW. En effet, avec ce nouveau procédé de soudage, Airbus travaille à la réduction de l’épaisseur de la structure de ses aéronefs. De même que pour Ariane Group, le FSW est apparu comme la technologie permettant de souder ses lanceurs avec une qualité assurée. Pourquoi ? Car avec le soudage par friction malaxage, les propriétés mécaniques des matériaux soudés sont préservées même lorsqu’ils subissent de fortes différences de température.
Stirweld accompagne ses clients dans la mise en place et dans l’optimisation de leur procédé de soudage FSW dans un objectif d’industrialisation et de développement durable.
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