Les paramètres outil

L’outil utilisé pour le soudage par FSW est constitué d’un épaulement et d’un pion comme illustré sur la figure 3.3.

• L’épaulement

Il se met en contact avec le plan de travail et il permet [62], [66] de : – Générer la chaleur par frottement avec la surface à souder, – Confiner la matière malaxée autour du pion,

– Forger la matière.

• Le pion

Il est placé entre les deux pièces à assembler et à faible distance de l’enclume, et permet de :

– Plastifier localement la matière par la rotation,

– Malaxer la matière par la rotation et l’avance le long de la ligne de joint en formant un cordon [35],

– Extruder la matière.

jusqu’à aujourd’hui une grande quantité de géométries d’outils ont été dé- veloppées et plusieurs caractéristiques ont été ajoutées. L’épaulement peut avoir différentes formes : plat et concave. Il en est de même pour le pion qui peut être circulaire, triangulaire et qui peut aussi avoir une forme ovale ou la forme d’un tronc de cône [63].

L’outil est l’acteur principal pour réaliser une opération de FSW. Il as- sure la friction, le malaxage et le forgeage de la matière. Sa géométrie et sa forme ont une influence directe et importante sur la qualité des joints soudés. En effet, l’épaulement de l’outil influe sur la température résultante par frot- tement. Alors que, la géométrie de pion influe directement sur l’écoulement plastique, la génération de la chaleur ainsi que le malaxage de la matière.

jusqu’à aujourd’hui, plusieurs recherches ont été faites pour améliorer la géométrie et le matériau des outils utilisés pour avoir des soudures de très haute qualité. Différentes conceptions d’outils ont été brevetées et dévelop- pées par TWI, comme l’outil Triflute TM et MX comportant des nervures hélicoïdales formant des reliefs pour augmenter le phénomène de malaxage du matériau dans le but de donner un meilleur écoulement du métal.

ZHAO a étudié l’écoulement de matière pour souder des alliages d’alumi- nium 2014 par FSW en utilisant différentes configurations d’outil. En effet, quatre pions ont été conçus [114]. Dans leurs études expérimentales, le ré- sultat obtenu montre l’effet significatif de la conception et la géométrie de pion sur le cordon. En utilisant un pion fileté, la résistance à la traction du cordon peut atteindre généralement 75% de celle de la matière de base, vu l’absence des vides. Elangovan et Balasubramanian ont utilisé différentes formes de pion (conique, triangulaire, cylindrique, cylindrique filetée et car- rée) pour souder des alliages d’aluminium AA2219 [31]. Dans leurs travaux, ils ont observé que le profil de pion et sa géométrie influent sur la qualité du cordon. En utilisant le profil carré, l’analyse macrostructurale du cordon montre l’absence de défauts de soudage dans le noyau, ce qui souligne l’im- portance de la géométrie de l’outil. Ces mêmes chercheurs ont constaté que la dimension de l’épaulement jouait un rôle très important sur la structure des joints. Ils ont montré que les défauts de soudage étaient présents si le rapport de diamètre épaulement/pion (R) est égale à 2.5 et 3.5 dans le cas du soudage des alliages AA6061 [32]. Les meilleures qualités mécaniques du cordon pour ce type d’alliage sont obtenues pour R égale à 3.

Avec un diamètre d’épaulement supérieurs à 18 mm, ces chercheurs ont remarqué que les zones ZAT et ZAMT deviennent plus larges de part et d’autre de la ligne de joint ce qui réduit, bien évidemment, les qualités mé- caniques du cordon (résistance à la rupture). De même un diamètre trop petit provoque des défauts dans le noyau dû aux faibles frottements, donc un manque d’apport de chaleur.

Finalement, le choix d’un outil tel que le profil de l’épaulement et du pion, dépend généralement de plusieurs paramètres tels que la nuance et l’épaisseur des pièces à assembler, le type de soudage demandé ainsi que sa rentabilité.

Les technologies d’outils existants Les outils existants

Les outils pour FSW sont classés en 3 catégories :

Figure 3.7 – Les technologies d’outils existants

• Outil conventionnel : dans ce type d’outil, le pion est solidaire à l’épaulement, ils sont attachés l’un à l’autre, figure 3.7, a.

• Outil à pion rétractable : comme le montre la figure 3.7, b, le pion de cet outil est caractérisé par une longueur variable [106].

• Outil à deux épaulements et un pion ajustable verticalement : dans ce type d’outil, il y a deux épaulements reliés entre eux par un pion calibré par rapport à l’épaisseur de la pièce, figure 3.7, c. Les deux épaulements pressent et frottent d’une façon symétrique de part et d’autre de la pièce à souder. Ce phénomène permet de chauffer lo- calement la pièce et contenir la matière plastifiée autour du pion [6].

Particularité de ses technologies

Outil conventionnel Outil à pion rétractable Outil à deux épaulements

et un pion ajustable

1 pion solidaire de 1 pion ajustable 1 pion ajustable

l’épaulement

1 épaulement 1 épaulement 2 épaulements

1 axe outil 2 axes outils 2 axes outils

–> C’est l’outil le plus utilisé –> Soudage des pièces –> Pas d’enclume

avec épaisseurs variables

–> Nécessite juste l’accès à la –> Nécessite juste l’accès à –>Limite les efforts créés

surface supérieure la surface supérieure par la machine utilisée pour

effectuer FSW

–> Nécessite une enclume –>Pas de trou à –> Nécessite l’accès aux

à l’envers l’extrémité : car avec cet deux surfaces des pièces à

outil, le pion rentre souder

progressivement dans

l’épaulement supérieur à la –>Contrôle du pion et de

fin du soudage l’épaulement de manière

distincte –>Contrôle du pion et de

l’épaulement de manière distincte

Table 3.1 – Les technologies d’outils existants

Donc pour conclure, la géométrie de l’outil joue un rôle très important dans la circulation de flux de matière lors du soudage ainsi que les efforts axiaux agissant sur l’outil. D’après de Backer, il faut plus de force axiale pour FSW avec un pion fileté qu’avec un pion lisse [23].