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Jul 13, 2023

La science derrière le soudage à froid : assembler des métaux sans chaleur

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Lorsque vous pensez à une procédure de soudage, la toute première chose qui vous vient à l'esprit est probablement l'utilisation de la chaleur. Des techniques telles que le soudage à l'arc, le soudage par friction, le soudage par ultrasons et le soudage au laser impliquent toutes la chaleur d'une manière ou d'une autre. En fait, la chaleur est considérée comme synonyme de soudage et est, dans les exemples ci-dessus, essentielle pour assembler deux métaux.

Cependant, ce ne sont pas les seuls moyens. Vous pouvez, croyez-le ou non, fusionner des métaux ensemble dans un processus appelé soudage à froid.

Couramment utilisé dans l'aviation et l'électrotechnique, il est largement considéré comme l'un des meilleurs moyens de lier des métaux (et d'autres matériaux) ensemble.

Cela peut sembler impossible, mais c'est en fait l'une des méthodes de soudage les plus populaires. Découvrons-en un peu plus.

Le soudage à base de chaleur fonctionne en rendant efficacement les pièces suffisamment plastiques pour que la diffusion des atomes puisse avoir lieu, soit entre les deux pièces, soit avec un milieu différent au milieu. Bien que cela se fasse traditionnellement en appliquant de la chaleur, il existe d'autres moyens d'amener les atomes à se diffuser.

gouvernement américain Force aérienne militaire/Wikimedia Commons

Le soudage à froid (également connu sous le nom de soudage par pression à froid et soudage par contact) utilise la pression, dans des conditions de vide, au lieu de la chaleur, pour joindre deux matériaux, par un processus appelé diffusion à l'état solide.

Il peut également être utilisé pour lier d'autres matériaux, comme les plastiques, entre eux.

Il s'avère que oui.

La liaison résultante est généralement aussi forte que celle des matériaux parents une fois le processus terminé.

Au cours du processus, aucun métal n'est liquéfié et les matériaux ne sont généralement pas chauffés à un degré notable. Cependant, le processus repose sur la nécessité d'éliminer d'abord toutes les couches d'oxyde des métaux en question.

Ceci est principalement dû au fait que les métaux contiennent généralement une couche d'oxyde de surface, qui agit comme une fine barrière à la surface des matériaux, empêchant la diffusion d'atomes métalliques entre les pièces métalliques.

La plupart des métaux auront, dans des conditions normales, un certain type de couche d'oxyde sur leurs surfaces exposées - même si elle n'est pas visible à l'œil nu. Ils peuvent également ramasser des couches d'autres contaminants comme la graisse, la poussière, etc.

Le soudage à froid surmonte ce problème en préparant les métaux avant qu'ils ne soient soudés. Le processus de préparation implique le nettoyage ou le brossage des métaux à un point tel que la couche supérieure d'oxyde, ou barrière, est supprimée.

Humanités/Wikimedia Commons

Cela implique généralement un mélange de méthodes chimiques et mécaniques. Dégraissage, brossage métallique. et d'autres techniques sont utilisées pour s'assurer que toutes les surfaces métalliques sont autant que possible exemptes de couche d'oxyde.

Comme mentionné précédemment, tous les métaux qui seront soumis à un soudage à froid doivent d'abord être exempts de toute couche d'oxyde.

Une fois que la propreté de surface souhaitée est obtenue, les deux matériaux sont pressés ensemble mécaniquement, en utilisant juste la bonne quantité de force. Cette quantité de force dépend du matériau lui-même, car certains matériaux ne peuvent souder qu'à des pressions élevées.

Mais il y a d'autres exigences.

L'une des conditions requises pour le soudage à froid est qu'au moins un des matériaux soit ductile et n'ait pas subi de durcissement sévère. Cela réduit évidemment la liste des matériaux qui peuvent être candidats au soudage à froid.

Les métaux mous, comme l'aluminium ou le cuivre, sont généralement les meilleurs choix pour le soudage à froid.

mtisoudage

Les joints les plus courants possibles avec le soudage à froid sont :

Dans un joint bout à bout, il n'est pas souvent nécessaire de retirer la couche barrière du métal car la déformation plastique qui se produit pendant le processus d'assemblage brise automatiquement la barrière. Ce type de joint est le plus souvent appliqué aux métaux tels que les fils d'aluminium ou de cuivre d'un diamètre compris entre 0,02 pouce (0,5 mm) et 0,4 pouce (10 mm).

Les joints à recouvrement, en revanche, nécessitent un traitement spécial car sinon, les matériaux n'adhéreront pas les uns aux autres. Les joints à recouvrement sont plus couramment utilisés lors du soudage de tôles ensemble ou de tôles sur des tiges.

Le soudage à froid est également couramment utilisé avec les fils, y compris l'aluminium, le cuivre, le zinc, le laiton 70/30, le nickel, l'argent, les alliages d'argent et l'or.

Le soudage à froid a été officiellement reconnu pour la première fois dans les années 1940, mais il existe des preuves qu'il pourrait avoir une origine encore plus ancienne.

En 1724, par exemple, le révérend JT Desaguliers semble avoir réussi à souder à froid deux métaux en utilisant des techniques de soudage à froid. Il a montré que lorsqu'il pressait et tordait ensemble deux boules de plomb de même diamètre, elles se collaient l'une à l'autre. Les joints étaient quelque peu erratiques mais semblaient aussi solides que ceux des boules de plomb mères.

Aussi utile que soit le soudage à froid, il est loin d'être sans limites - comme toute forme de soudage.

Forces de défense néo-zélandaises / Flickr

Une soudure à froid parfaite est très difficile à réaliser. Cela est dû à plusieurs raisons, notamment des couches d'oxyde qui se forment au-dessus du métal dans des conditions atmosphériques, des irrégularités de surface, une contamination de surface, etc. Des conditions parfaites peuvent être difficiles à atteindre et coûteuses, en particulier pour les projets de soudage à grande échelle.

Les soudures à froid optimales ne se produisent que lorsque les deux surfaces qui sont pressées ensemble sont propres et exemptes de toute forme de contaminants. Cela nécessite des étapes de préparation supplémentaires et peut prendre un certain temps.

De plus, plus la surface est plane et régulière, plus la soudure sera facile et uniforme. Une surface plane et lisse parfaite n'est pas toujours possible, en particulier à l'échelle micro et nano.

Une autre limitation concerne les types de métaux pouvant être soudés à froid. Au moins l'un d'entre eux doit être ductile, les métaux doux non ferreux étant les seuls vrais candidats aptes au soudage à froid. Le cuivre et l'aluminium sont les deux métaux les plus couramment soudés à froid.

Les métaux contenant du carbone sont généralement exclus de la possibilité d'être soudés à froid.

L'avantage le plus remarquable du soudage à froid est que les soudures résultantes ont la même force de liaison, ou très proche de celle du matériau de base. Cet exploit est très difficile à recréer dans d'autres formes de travail des métaux sans fondre et refondre complètement.

Le travail à froid peut également être utilisé pour souder les alliages d'aluminium des séries 2xxx et 7xxx, qui ne peuvent pas être soudés par fusion en raison de leur tendance à la fissuration à chaud, et qui peuvent être très difficiles à assembler avec d'autres formes de soudage.

Machines de soudage à pression froide PWM/YouTube

Dans l'industrie, le soudage à froid est connu pour sa capacité à souder ensemble l'aluminium et le cuivre, qui sont également souvent difficiles à souder avec d'autres formes de techniques de soudage. Cependant, la liaison créée entre les deux matériaux par soudure à froid est très forte.

Le soudage à froid fournit des soudures propres et solides sans formation de composés intermétalliques cassants.

Le soudage à froid est principalement appliqué dans les fils de soudage. Puisqu'il n'y a pas de chaleur et que le processus peut être effectué rapidement, le soudage à froid peut garantir des fils parfaitement soudés, principalement avec de l'aluminium, du cuivre, du laiton 70/30, du zinc, des alliages d'argent et d'argent, du nickel et de l'or.

Il existe même des outils portatifs que vous pouvez utiliser pour souder à froid des fils, ce qui les rend très portables et faciles à utiliser, une fois que les surfaces métalliques ont été suffisamment nettoyées, bien sûr.

Le soudage à froid est également utilisé dans les cas où des métaux différents doivent être assemblés, comme entre le cuivre et l'aluminium, par exemple.

Le soudage à froid fournit l'une des soudures les plus solides pour créer des liaisons de type métal-mère. Il ne nécessite pas d'énergie thermique ni d'outils spéciaux. Parmi les techniques de soudage les plus populaires, la soudure à froid montre que la chaleur n'est pas nécessaire si vous assemblez des types de matériaux spécifiques.