Des joints en métal léger bon marché mais solides comme de l’acier
Trouver le bon équilibrer entre poids et solidité a toujours constitué un défi au niveau de la conception de produits plus sûrs, plus performants, meilleur marché et plus respectueux de l’environnement pour le secteur manufacturier. Les résultats de recherches et d’études de cas industrielles menées avec succès ont montré qu’une réduction du poids et une amélioration des performances ne pouvaient être obtenues que si les propriétés et la géométrie du matériau étaient parfaitement adaptées aux exigences, au profil de charge et à la fonction du produit. Obtenir des produits avec les formes souhaitées requiert des stratégies de fabrication innovantes, en particulier pour les matériaux difficiles à manipuler. L’assemblage d’alliages métalliques à l’aide du soudage par impulsion électromagnétique est une technologie innovante et prometteuse, susceptible de répondre à cette demande. «Ce processus peut être utilisé pour souder des combinaisons de matériaux semblables et dissemblables, y compris des combinaisons multiples qui s’avèrent difficiles à assembler avec des procédés classiques de soudage», explique la Dre Verena Psyk, coordinatrice du projet JOIN-EM, financé par l’UE. Comme son nom l’indique, le soudage à impulsion électromagnétique se sert des forces électromagnétiques pour assembler des pièces. La formation du joint est réalisée sans apport de chaleur et dépend davantage de l’impact des pièces à assembler. Le processus ne nécessite pas de flux ou de gaz de protection et ne produit ni fumée, ni vapeurs, ni scories toxiques. Cela réduit l’impact négatif global sur l’environnement. «Bien que cette technique d’assemblage ressemble à d’autres techniques plus courantes, comme le soudage par explosion ou les techniques de placage, elle s’avère nettement moins dangereuse en termes de sécurité. Elle peut donc être plus facile à mettre en œuvre dans l’industrie», ajoute la Dre Psyk. Le principe de fonctionnement Le soudage par impulsion électromagnétique implique l’utilisation d’un générateur d’impulsions qui consiste essentiellement en une batterie de condensateurs. Lorsque la quantité d’énergie nécessaire est stockée dans les condensateurs, elle est instantanément libérée dans une bobine. Le courant de décharge induit un fort champ magnétique transitoire. Le champ magnétique pulsé qui est généré induit un courant opposé dans la pièce à souder. L’interaction entre les deux courants et le champ magnétique génère des forces de Lorentz qui accélèrent cette pièce jusqu’à des vitesses très élevées pendant une très courte période. Après avoir comblé l’espace initial entre les deux pièces, la pièce à souder frappe la pièce cible à très grande vitesse. La qualité de cette collision dépend de la vitesse d’impact et de l’angle de collision. Si ces paramètres de collision appartiennent à une certaine plage de valeurs, propres au processus, un joint soudé est généré, comportant souvent une interface ondulée. Optimiser l’utilisation d’une ressource limitée En raison de son excellente conductivité thermique et électrique, le cuivre est utilisable pour un large éventail d’applications, notamment les dispositifs de chauffage et de refroidissement ainsi que les appareils électriques. Il s’agit toutefois d’un métal lourd et son usage intensif va à contre-courant des approches légères modernes. Compte tenu de la demande croissante et du niveau actuel des réserves connues, le cuivre va devenir plus coûteux et difficile à obtenir, ce qui générera des coûts supplémentaires pour les fabricants. JOIN-EM a cherché à réduire la consommation de cuivre en le remplaçant partiellement par de l’aluminium. «Notre nouvelle solution d‘assemblage permet de mettre en œuvre des modèles légers et améliorés de pièces hybrides cuivre-aluminium, permettant une réduction supplémentaire des coûts ainsi que de meilleures performances. Les opérations d’assemblage seront effectuées plus rapidement et plus efficacement, ce qui se traduira par une durée de vie plus longue et des joints de meilleure qualité. L’ensemble de ces techniques permettra de réduire la consommation d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre, une exigence de plus en plus importante pour différents secteurs industriels», explique la Dre Psyk. Les partenaires du projet ont fait une démonstration réussie de leur nouveau processus d’assemblage sur trois démonstrateurs complets: un circuit de refroidissement, un condenseur à plat et une cellule de poche. Ils étudient également la possibilité d’appliquer leur procédé à d’autres joints multi-matériaux, notamment avec des alliages cuivre-acier et aluminium-acier.
Mots‑clés
JOIN-EM, assemblage, joint, cuivre, aluminium, soudage par impulsion électromagnétique, métaux dissemblables
