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Auteur(s)
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Roland CAZES : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité - ex‐Directeur des recherches, Société Sciaky
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Lire l’articleINTRODUCTION
Connu dès la fin du siècle dernier, mais rarement employé, le soudage par friction a été développé sous sa forme industrielle en Union soviétique vers 1956 puis en Grande‐Bretagne et aux États‐Unis quelques années plus tard.
Le soudage par friction permet de réaliser des assemblages en bout de deux pièces dont l’une au moins a une symétrie de révolution. Il met en œuvre l’effet thermique engendré dans leur plan de joint par la rotation rapide sous pression des pièces l’une sur l’autre ou encore par friction. La puissance de chauffe résulte du couple résistant et de la vitesse de rotation maintenue en principe constante. C’est un procédé d’assemblage global qui se classe parmi les procédés de forgeage. Du fait du fluage du matériau pendant la friction et lors du forgeage, la température de fusion n’est jamais atteinte.
Il est difficile d’emploi sur des matériaux n’ayant pas de caractéristiques favorables au phénomène de friction et en particulier les matériaux très électroconducteurs tels le cuivre et ses alliages.
Dans une application donnée, il peut entrer en compétition favorable avec les autres procédés utilisables, à savoir et essentiellement : le soudage en bout par résistance ou par étincelage, le soudage par bossage annulaire, le soudage par faisceau d’électrons et le brasage. Son point fort se situe au niveau de sa source de chaleur – de nature mécanique – particulièrement facile à réaliser et à maîtriser grâce à sa stabilité naturelle. Il en découle pour les machines une morphologie très simple et des avantages intéressants : pas d’appel de courant élevé, pas de projections, des outillages sans usure, pas d’apport de métal coûteux, un contrôle aisé, etc., appréciés dans les ateliers de construction mécanique.
Pour autant que l’on puisse appliquer des serrages appropriés à la transmission du couple de friction et de l’effort de forgeage, il prend la première place par rapport aux autres.
Le lecteur pourra également se reporter à l’article Procédés de soudage- Principes généraux et critères de choix pour les différents procédés de soudage.
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6. Applications
Le soudage par friction a trouvé un intérêt dans la petite mécanique pour laquelle le soudage en bout par étincelage présente l’incovénient de sa phase d’échauffement et le soudage par faisceau d’électrons celui de son coût. Ce procédé essentiellement mécanique a reçu la faveur des ateliers d’usinage dont les plus fréquents sont ceux de la construction automobile. Il faut signaler que les conditions de friction ne sont pas critiques et il faut s’assurer que le domaine où le phénomène est le plus actif est bien présent à la fois pour les dimensions et les matériaux rencontrés en mécanique. Dès que l’on sort de ces données, la friction perd de son intérêt. Sous certaines conditions, pour des assemblages dissymétriques cuivre‐aluminium dont on sait que l’un et l’autre se soudent à froid, la friction semble n’avoir pour rôle que le nettoyage mécanique des surfaces nécessaires à l’installation de la liaison.
Dès lors que l’on s’intéresse à des matériaux à haute résistance où le phénomène de frottement n’est pas évident, les conditions de friction sont difficiles à établir. C’est l’idée qui a prévalu dans l’invention de la soudure inertielle développée pour des assemblages en bout très critiques d’arbres de réacteurs d’avions ou de turbines en acier à haute résistance et de forts diamètres pouvant bénéficier alors de liaisons forgées à la place de liaisons vissées ou soudées par fusion (FE par exemple).
De façon générale, les limites en diamètre du soudage par friction vont de quelques millimètres (vitesses très élevées) à une centaine de millimètres (difficulté de concevoir des mandrins tournants capables de contenir des efforts axiaux importants).
La liste suivante récapitule les principaux exemples d’assemblages soudés par friction.
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Industrie automobile :
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pièces primaires de forge pour pignonneries ;
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transmissions (cardans, arbres) ;
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ponts arrière et fusées ;
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tiges de soupapes ;
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arbres de compresseurs ou de pompes ;
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embouts de cylindres ;
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embouts de tubulures.
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Industrie électrique :...
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