Souder de l’aluminium par friction malaxage sur une machine-outil

Centre de R&D et laboratoire de recherche travaillant pour l’industrie, l’Institut Maupertuis et l’École normale supérieure de Rennes ont conçu une tête FSW (Friction Stir Welding – soudage par friction malaxage) directement utilisable sur une simple machine-outil à commande numérique ; start-up innovante, StirWeld a développé et propose la version industrielle de cette tête FSW, la Blue Box.

Apprécié pour sa légèreté, l’aluminium séduit de plus en plus l’industrie, même si le matériau se prête très mal au soudage. Souvent, les constructeurs doivent donc recourir au rivetage, au vissage, au collage, au moulage ou à l’usinage dans la masse. Le soudage par friction malaxage vient révolutionner le secteur. La méthode permet de porter le matériau à 400 degrés, soit 80% de sa température de fusion. De quoi souder parfaitement, mais sans en altérer les propriétés métallurgiques par un excès de chaleur.

Cette technologie effectue ses premiers pas en France. Cependant les solutions actuelles reposent sur des machines ou des robots spécialisés coûteux, ce qui est dissuasif pour des PME ou des constructeurs effectuant de la petite série. L’Institut Maupertuis et l’École normale supérieure de Rennes ont mis au point un procédé unique qui va permettre d’utiliser une tête de soudage FSW spécialement conçue pour les machines-outils à commande numérique (MOCN) comme on en trouve dans tous les ateliers d’usinage.

Baptisée Blue Box, la version industrielle de cette tête abaisse drastiquement le ticket d’entrée pour mettre en œuvre la technologie FSW. Elle est vendue par StirWeld, une start-up indépendante, à proximité de l’Institut Maupertuis et de l’ENS de Rennes, créée pour assurer le développement, la commercialisation et le suivi de ce matériel. La Blue Box intègre quatre fonctions clés : le contrôle de force (pour exercer une pression régulière sur les pièces), le refroidissement de l’outil, la protection des roulements de la machine-outil et le contrôle procédé (un indicateur confirme à l’opérateur que la soudure est bonne). La reconfiguration de la machine-outil pour de l’usinage se fait en 15 minutes.

Une technologie adaptée aux besoins de l’aéronautique

Cette technologie permet de souder tous les aluminiums, y compris les séries 2000 et 7000 utilisées en aéronautique. Elle se prête aussi au soudage cuivre sur cuivre, bronze sur bronze, cuivre sur aluminium et aluminium sur acier. L’aluminium soudé en FSW conserve des propriétés proches du matériau d’origine. L’assemblage offre donc une grande résistance à la fatigue. La soudure échappe aussi bien aux micro-fissures qu’aux bulles d’air, ce qui lui confère une complète étanchéité à l’eau, à l’air et à l’acide. Cette caractéristique présente un énorme avantage, par exemple pour les plaques de refroidissement à circulation liquide. Habituellement, la fabrication de ces pièces entraîne un taux de rebut très élevé ou le recours au brasage sous vide, une technique très coûteuse.

Dans certains secteurs, le soudage par friction malaxage commence à remplacer le rivetage… avec, à la clé, un gain de poids et une simplification du process industriel. Le procédé permet aussi d’assembler des pièces aux formes complexes sans avoir à les tailler dans un bloc massif. L’épaisseur des pièces peut aller de 0,8 mm à 15 mm. La vitesse de soudage est d’environ un mètre/minute. Enfin, le FSW utilise très peu de consommable : le pion rotatif ne coûte qu’une centaine d’euros et permet de souder 1500 mètres.

La tête de soudage Blue Box est déjà déployée en production chez plusieurs sous-traitants de l’aéronautique et de l’automobile. L’Institut Maupertuis et l’ENS Rennes fournissent l’accompagnement en R&D : études de faisabilité, tests de qualité, études de productivité…

EQUIP’PROD  •  N° 105 Janvier 2019