INNOJOIN : Assemblage thermique de tôles en matériaux dissemblables

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L'IBS a demaré un nouveau projet de recherche mené en collaboration avec CEWAC et  d’autres partenaires allemands et consacré au soudage des matériaux dissemblables.

Nouveaux procédés

Ces dernières années sont apparus sur le marché de nouveaux procédés qui offrent de nouvelles possibilités pour la réalisation d'assemblages de matériaux dissemblables de bonne qualité.

Soudage par résistance

Avec un nouveau type de pinces de soudage par points, on travaille avec une bande process placée entre les électrodes et les tôles à souder. Cette bande permet d'influencer les résistances de contact et le développement de chaleur ce qui permet de souder des matériaux de différentes épaisseurs et même dissemblables.


Soudage par résistance avec bande process (Source: Fronius)

Soudage par résistance des matériaux d'épaisseurs différentes
(AlMg3 - épaisseurs : 1 - 2 - 3 mm)

 

Une autre technique de soudage par résistance, appelée soudage par résistance avec élément, fait usage d'un métal d'apport. Lors du soudage de l'aluminium à l'acier, l'élément en acier est placé dans une perforation de la tôle en aluminium. L'élément est soudé à la tôle en acier qui se trouve sous la tôle en aluminium.


Soudage par résistance avec élément (Source: Laboratory of Materials and Joining Technology, Universiteit Paderborn)

Soudage par friction

Lors du soudage par friction avec élément, on applique une petite pièce en acier par ex. Comme dans la technique de soudage précédente, cette pièce est soudée par friction sur une autre tôle au travers d'une perforation faite dans la tôle du dessus. Diverses combinaisons de matériaux sont possibles.


soudage par friction avec élément
(Source : EJOWELD-project)

Lors du soudage friction spot, on met en rotation un pion profilé et un manchon.  Le manchon déforme le matériau plastiquement. Le pion se déplace alors vers le haut. Après avoir atteint une profondeur de pénétration suffisante, le manchon en rotation est retiré et le pion pousse le matériau plastique dans la zone de la soudure afin de créer l'assemblage. .


Soudage friction spot (© SLV München)
 

Soudage friction spot (© SLV München)

 


Soudage friction spot (© SLV München)

 


Machine à souder friction spot de l'IBS

 

Dans le soudage par points à ultrasons, on utilise couramment un système muni d'une sonotrode latérale. L'embout de la sonotrode est en contact avec la pièce à souder supérieure. La figure montre un exemple d'une soudure par points à ultrasons de l'aluminium sur l'aluminium.


sonotrode dans le soudage par points à ultrasons
(source: Institut Belge de la Soudure)

Soudage par points à ultrasons : aluminium - cuivre
(Source: Schunk Sonosystems)

Soudage par points à ultrasons : aluminium - cuivre
(Source: Schunk Sonosystems)

 

Lors du soudage par friction-malaxage, un outil rotatif constitué d’un pion profilé et d’un épaulement est enfoncé dans la matière jusqu’à ce que l’épaulement touche la surface du matériau à souder. La matière est ainsi chauffée par friction à des températures où elle est facilement malléable sans entrer en fusion. Lorsque l’outil avance entre les tôles, la matière s’écoule de l’avant vers l’arrière du pion pour former le joint soudé. Ce procédé permet de créer des assemblages tant linéaires que par points.


Soudage par friction-malaxage (Source : CEWAC)

 

Soudage au laser

Le soudage au laser a, par rapport aux procédés de soudage à l'arc conventionnels, un certain nombre d'avantages. Ainsi, le procédé de soudage est beaucoup plus rapide et beaucoup moins de chaleur est apportée dans le métal de base. On a une soudure très étroite avec une pénétration relativement forte et moins de déformation. Certains matériaux dissemblables peuvent souvent être soudés au laser sans métal d'apport.

Dans le soudage au laser, les facteurs cruciaux sont le positionnement du rayon laser ainsi que l'appareillage de bridage et l'ouverture qui doit être aussi petite que possible.  Afin de résoudre le problème de ces limitations et de cette préparation précise, le soudage au laser hybride a été mis au point.


Aluminium-acier réalisé avec “fluxless laser brazing”. (Source: Corus)

Procédés de soudage à l'arc

Le procédé "Cold Metal Transfer" (CMT) est une variante du procédé de soudage MIG/MAG. Par accouplement du dévidage du fil au déroulement du courant et de la tension, ce procédé permet de souder avec un apport calorifique très faible.


Soudure à recouvrement réalisée avec le procédé CMT entre une tôle supérieure en aluminium et une tôle inférieure en acier. Sur la figure de droite, on peut voir que l'aluminium est en fait brasé à l'acier. (Source: Fronius)

Soudage par impulsion magnétique

Le soudage par impulsion magnétique appartient au groupe des procédés de soudage par pression qui permettent de réaliser un assemblage entre deux surfaces en les pressant l'une contre l'autre. Le soudage par impulsion magnétique est un procédé par pression où la déformation et l'impact se font très rapidement. Ce procédé permet de réaliser des assemblages entre des métaux et alliages totalement différents, difficilement soudables avec les procédés de soudage par fusion conventionnels.


Soudage par impulsion magnétique de tôles
(Source: M. Kashani - Tokyo Metropolitan College of Technology & PSTproducts)

Soudage par impulsion magnétique de tôles : Cuivre - aluminium

 


Soudage par impulsion magnétique de tôles : Cuivre - aluminium - Detail

problématique

Actuellement, peu de connaissances objectives sont disponibles sur l'utilisation possible du point de vue technique de ces procédés pour certaines combinaisons de matériaux ou produits, ni sur l'amélioration éventuelle de la productivité  ou sur la qualité de la soudure à atteindre et donc sur l'impact économique que peut signifier l'application de ces procédés innovateurs.

Appel à participation à un projet de recherche

La recherche sera une recherche industrielle appliquée, autrement dit une étude de l’utilisation possible des procédés pour certaines applications industrielles représentatives. Les entreprises seront à même d'estimer si ce procédé est utilisable pour leur application spécifique.

L’objectif est de mener un projet de recherche collective. Dans ce type de projet, le centre de recherche effectue la recherche pour un groupe d'entreprises, intéressées par un même sujet ou technologie.

En participant à ce projet, les entreprises auront une vue sur les possibilités de ces nouveaux procédés.

Si vous désirez suivre les résultats du projet ou si vous souhaitez en étudier la faisabilité pour une éventuelle application, veuillez remplir le formulaire d'intérêt, sans engagement de votre part:

Résumé des résultats

Contact

  • Koen Faes - Institut Belge de la Soudure (Tel.: 09/292.14.00 - E-mail)
  • Patrick Van Rymenant - Hogeschool Lessius Mechelen (Tel.: 015/31.69.44 - E-mail)
  • Frederik Hendrickx - CEWAC (Tel.: 04/256.94.00 - E-mail).
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