Advanced Friction Stir Welding Solutions - 1

Pourquoi Mazak MegaStir ?

Mazak MegaStir est un leader mondial du soudage par friction-malaxage (FSW) ; l'entreprise fournit des machines FSW de pointe, de l'outillage , des porte-outils , ainsi que des services de développement de procédés et de conseil en ingénierie à des fabricants issus d'un large éventail de secteurs industriels. Forte d'une expérience spécialisée moyenne de 20 ans dans l'assemblage à l'état solide, le soudage par friction-malaxage (FSW) et la fabrication additive à l'état solide (dépôt de matière solide), notre équipe réunit l'une des plus grandes concentrations d'expertise au monde.
 

Contrairement au soudage par fusion conventionnel, le soudage par friction-malaxage produit des assemblages plus résistants et plus homogènes avec une déformation minimale, ce qui en fait une solution idéale pour des applications dans les secteurs de l'aéronautique, de l'automobile, des véhicules électriques (VE), des boîtiers de batteries, du ferroviaire, du naval, de la défense et de la fabrication industrielle.
 

Notre expertise va bien au-delà des équipements. Mazak MegaStir collabore étroitement avec ses clients pour développer des procédés de soudage optimisés, sélectionner la configuration de machine appropriée et concevoir des outils et porte-outils FSW hautes performances pour chaque application. Nos technologies d'outillage exclusives sont reconnues dans toute l'industrie pour leur durabilité, leur précision et leur capacité à optimiser la qualité des soudures ainsi que la productivité.
 

Que vous mettiez en œuvre le soudage par friction-malaxage pour la première fois ou que vous optimisiez un procédé de fabrication existant, Mazak MegaStir fournit la technologie, l'expertise en ingénierie et le soutien applicatif nécessaires pour aider les industriels à améliorer la qualité des produits, à accroître l'efficacité de la production et à réduire les coûts de fabrication.

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Vue d'ensemble de la technologie FSW

Le FSW permet de souder efficacement et de manière constante les alliages d'aluminium, d'acier et à base de nickel de dernière génération, ainsi qu'une large gamme de métaux destinés aux hautes et basses températures. Le procédé FSW soude sans déchets ni émanations toxiques, assemble des alliages dissemblables et résout des défis géométriques.

 

Inventé en 1991 par Wayne Thomas au TWI (The Welding Institute), le soudage par friction-malaxage a d'abord été considéré comme un procédé expérimental aux applications pratiques rares, voire inexistantes. Au fil du temps, toutefois, il est rapidement apparu que le FSW— qui plastifie le matériau au lieu de le faire fondre — non seulement rivalisait avec les techniques traditionnelles de soudage par fusion, mais les surpassait largement. Le résultat est une technologie qui révolutionne la fabrication et offre un moyen plus efficace de réaliser un large éventail d'applications de soudage industriel.

Procédé FSW

Dans le FSW, un outil cylindrique doté d'un épaulement et d'un pion profilé est mis en rotation et plongé dans la zone de jonction entre deux pièces de tôle ou de plaque. La chaleur de friction générée entre l'outil de soudage résistant à l'usure et les pièces à assembler provoque le ramollissement de ces dernières sans atteindre leur point de fusion, permettant ainsi à l'outil de se déplacer le long de la ligne de soudure sans gaz de protection ni fil d'apport. Le matériau plastifié, transféré vers le bord de fuite du pion de l'outil, est forgé par contact avec l'épaulement de l'outil et le profil du pion. Lors du refroidissement, une liaison en phase solide se forme entre les pièces.

  • 1: Température du joint inférieure au point de fusion
  • 2: Direction à l'intersection
  • 3: Force de poussée de l'outil
  • 4 : Sens de rotation de l'outil
  • 5: Épaule
  • 6: Sonde
  • 7: Écoulement plastique dans la direction de l'axe
  • 8 : Sens de rotation de l'écoulement plastique
Assemblage bout à bout
Assemblage par recouvrement

Avantages du FSW pour la production

  • La combinaison du fraisage et de l'assemblage par friction FSW) sur une même machine élimine la nécessité de transférer les pièces d'un poste à un autre ou d'une machine à une autre, permettant ainsi d'accélérer la cadence de production.
  • Avec une vitesse d'assemblage de 10 m/min, le soudage par FSW) ne le cède qu'au soudage laser en matière de vitesse d'assemblage automatisé.
  • L'assemblage par soudage par FSW) réalisé sur machine offre un procédé reproductible qui élimine le risque de mise au rebut de pièces dû à des irrégularités liées à l'opérateur.
  • Contrairement au soudage traditionnel, qui nécessite souvent plusieurs passes pour obtenir une soudure consolidée sur toute l'épaisseur, le soudage par friction-malaxage (FSW) permet de réaliser des soudures entièrement consolidées en une seule passe, à l'aide d'outils interchangeables adaptés à l'épaisseur et à la profondeur de soudure souhaitées.



Amélioration de la résistance des joints

Contrairement aux soudures par faisceau d'électrons, qui présentent des grains grossiers, les assemblages réalisés par FSW possèdent des grains plus fins que le matériau de base, ce qui améliore la résistance de l'assemblage. La résistance de l'assemblage est améliorée non seulement lors de l'assemblage de matériaux identiques, mais aussi lors de l'assemblage de matériaux différents.

La puissance de DONE IN ONE®

Seule la combinaison de la FSW de MegaStir et de la technologie des machines multitâches hybrides de Mazak offre les avantages du traitement de pièces « DONE IN ONE » (tout en une seule opération). Grâce à la possibilité de passer de la matière première aux pièces finies sur une seule machine, les fabricants augmentent le rendement de production tout en améliorant la qualité des pièces.

 

Le traitement des pièces selon le principe « Done in One » (tout en une seule étape) conduit également à une production sans déplacements (« Zero Steps »), où les opérateurs n'effectuent aucun pas, et où l'on ne compte ni rebuts ni retouches, ni aucun gaspillage opérationnel. Les machines multitâches hybrides Mazak dotées de la capacité FSW permettent un assemblage directement sur la machine, ce qui réduit les temps de préparation et élimine les erreurs liées au retrait et au transport des pièces vers les zones d'assemblage pour les opérations de jonction. 

 

Grâce au FSW, les machines Mazak HYBRID Multi-Tasking se dotent de capacités de fabrication additive. Le FSW permet aux fabricants d'ajouter de la matière ou d'assembler des composants et sous-ensembles supplémentaires à des pièces existantes, puis de les usiner rapidement aux dimensions finales.

Traitement par friction-malaxage (FSP)

Mazak MegaStir propose le procédé FSP (Friction Stir Processing) en tant que solution de fabrication à l'état solide, fondée sur l'expertise clé de l'entreprise en matière d'outillage et de systèmes pour le soudage par friction-malaxage (FSW). À l'aide d'un outil rotatif non consommable — conçu selon les géométries exclusives d'épaulement et de pion de MegaStir, incluant des outils avancés en diamant polycristallin (PCD) pour des applications exigeantes impliquant des températures élevées et une forte usure — le procédé brasse et affine localement la microstructure de la pièce par friction et déformation plastique, tout en maintenant le matériau de base à l'état solide. Cela permet aux clients de Mazak MegaStir d'obtenir des microstructures à grains fins, exemptes de défauts et de porosités, dans des zones ciblées d'une pièce, éliminant ainsi les problèmes de solidification — tels que la porosité et la fissuration à chaud — qui affectent les procédés par fusion. Cette technologie est utilisée pour affiner la structure granulaire, résorber la porosité de fonderie, produire des composites à matrice métallique localisés et améliorer la résistance mécanique, la tenue en fatigue ainsi que la résistance à la corrosion dans les zones critiques d'une pièce, tout en préservant les propriétés du matériau de base dans le reste de la pièce.

S'appuyant sur les compétences de Mazak MegaStir en matière de conception d'outillage, de science des matériaux et de développement de procédés, cette offre couvre l'aluminium, le cuivre, le magnésium et d'autres systèmes d'alliages, offrant aux clients des secteurs de l'aérospatiale, de la défense et de l'énergie une solution de traitement à l'état solide, modulable et reproductible, pour répondre à des exigences de performance élevées.

Assemblage par pion à friction (FBJ)

Parallèlement à la technologie FSW , Mazak MegaStir a breveté un procédé appelé Friction Bit Joining (FBJ). Ce procédé, tout comme le FSW, permet aux fabricants d'assembler deux métaux différents sans compromettre leurs propriétés ou résistances intrinsèques. Alors que d'autres procédés d'assemblage ne parviendraient pas à assurer une résistance de liaison significative lors de l'assemblage de deux matériaux différents, le procédé FBJ crée une liaison métallurgique puissante entre l'outil (un consommable) et les deux métaux, formant ainsi un assemblage à l'état solide affleurant des deux côtés.

Avantages du FBJ

  • Obtenir une résistance à la tenue supérieure à celle des autres procédés traditionnels d'auto-poinçonnage ainsi qu'au soudage par points.
  • Percer et assembler des métaux dissemblables à haute résistance — tels que l'aluminium de la série 7000 et les aciers à très haute résistance comme le DP 1200 — que les rivets auto-perceurs ne peuvent pas pénétrer.
  • Remplacer le rivetage traditionnel traversant, qui compromet la résistance de l'assemblage et nécessite une préparation supplémentaire des matériaux pour percer les trous avant l'opération de rivetage proprement dite.

Foire aux questions (FAQ)

Le soudage par friction-malaxage (FSW) est un procédé d'assemblage de métaux à l'état solide qui lie les matériaux sans les faire fondre, permettant ainsi au matériau assemblé d'acquérir, au niveau de la jonction, des propriétés caractéristiques d'une pièce forgée. Un outil rotatif génère de la chaleur par friction et plastifie le matériau, puis brasse mécaniquement la zone d'assemblage, produisant une liaison de type forgé avec une structure à grains affinés au niveau de la zone de soudure. En l'absence d'arc électrique, le soudage par friction FSW) est généralement un procédé plus propre, générant un minimum de fumées, de projections ou d'étincelles par rapport à de nombreuses méthodes de soudage par fusion.

 

 

Le soudage par friction-malaxage est utilisé partout où les fabricants ont besoin d'assemblages métalliques à haute résistance et reproductibles, notamment pour l'aluminium et d'autres alliages non ferreux. Les cas d'utilisation courants comprennent les soudures longues et continues (telles que celles sur des panneaux et des profilés), les assemblages structurels et les applications nécessitant de minimiser les déformations et les retouches. Le FSW) peut également être utilisé comme procédé de traitement des matériaux pour réduire la porosité des pièces moulées, en plastifiant et en consolidant localement le matériau.

Le soudage par friction-malaxage (FSW) offre de nombreux avantages par rapport aux méthodes de soudage traditionnelles, ce qui en fait une solution idéale pour la fabrication de haute qualité à grande échelle. Comme ce procédé assemble les matériaux sans les faire fondre, il produit des soudures plus résistantes et plus homogènes, dotées de propriétés mécaniques améliorées et d'une structure granulaire affinée. Le FSW offre également une meilleure résistance à la pression d'éclatement, ce qui le rend particulièrement adapté aux applications exigeantes.

Du point de vue de la fabrication, le FSW permet des vitesses de production plus élevées — dépassant souvent 10 mètres (33 pieds) par minute — tout en éliminant le recours aux métaux d'apport, aux gaz de protection et, dans de nombreuses applications, à l'outillage consommable. Le processus nécessite moins de déplacements de pièces et moins de réglages, ce qui améliore l'efficacité et réduit les coûts de production.

Les avantages supplémentaires incluent :

  • Des soudures plus solides et plus fiables, avec une excellente répétabilité
  • Structure granulaire du matériau affinée et performance du joint améliorée
  • Cadences de production plus élevées
  • Aucun métal d'apport ni gaz de protection n'est requis.
  • Outillage consommable minimal ou inexistant, selon l'application
  • Réduction de la manutention des pièces et du nombre de mises en train
  • Aucune émanation toxique ni projection de soudage
  • Réduction des taux de rebut et de retouche
  • Besoins en équipement réduits et empreinte de fabrication réduite
  • Cohérence et qualité globales des processus améliorées

Le soudage par friction-malaxage est utilisé dans des secteurs industriels qui font appel à des métaux légers, à des tolérances serrées et à une grande fiabilité des assemblages. Les domaines d'application typiques comprennent :

  • Aéronautique et spatial (panneaux, réservoirs, assemblages structurels)
  • Fabrication de véhicules automobiles et électriques (bacs à batterie, boîtiers, structures légères)
  • Électronique et gestion thermique (boîtiers, dissipateurs thermiques, assemblages étanches)
  • Fabrication par extrusion (assemblage de profilés extrudés en ensembles plus vastes)
  • Fabrication générale où l'assemblage remplace ou réduit le recours aux éléments de fixation et aux opérations secondaires.

 

Le procédé FBJ (Friction Bit Joining) est une technique d'assemblage à l'état solide brevetée par Mazak, conçue pour permettre l'assemblage à cadence industrielle de métaux dissemblables, notamment l'aluminium et les aciers. L'assemblage par friction avec embout (Friction Bit Joining) utilise un « embout » pour créer une liaison à haute résistance grâce à un mécanisme à l'état solide, permettant ainsi aux fabricants d'assembler des combinaisons de matériaux qui peuvent s'avérer difficiles à traiter par les procédés de soudage par fusion conventionnels.

L'assemblage par pion à friction (Friction Bit Joining) présente les avantages fondamentaux de l'assemblage à l'état solide et est souvent proposé comme alternative à diverses méthodes d'assemblage par points et de fixation. Les avantages comprennent généralement :

  • Caractéristiques de liaison à l'état solide similaires à celles du soudage par FSW), permettant d'obtenir des joints robustes et réguliers.
  • Remplacement potentiel du soudage par points par friction-malaxage, du rivetage, du rivetage auto-poinçonneur (SPR), du soudage par points par résistance et des fixations mécaniques.
  • Méthode d'assemblage adaptée à la production pour des empilements de métaux dissemblables (tels que l'aluminium et l'acier)
  • Réduction du recours aux consommables et aux opérations de fixation secondaires, ce qui peut simplifier les assemblages et améliorer la répétabilité.

Vidéos de référence