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

Lorsque l’on pense à une procédure de soudage, la première chose qui nous 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 de 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 à l’assemblage de deux métaux.

Cependant, ce n’est pas la seule solution. Croyez-le ou non, vous pouvez en fait 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 les métaux (et autres matériaux) entre eux.

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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 par 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 diffuser.

Le gouverneur 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, sous vide, au lieu de la chaleur, pour assembler deux matériaux, via 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 de manière notable. Le processus repose cependant sur la nécessité d’éliminer d’abord toutes les couches d’oxyde des métaux en question.

Cela est principalement dû au fait que les métaux contiennent généralement une couche d’oxyde superficielle, 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 présentent, dans des conditions normales, une sorte 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 de la graisse, de la poussière, etc.

Le soudage à froid résout ce problème en préparant les métaux avant leur soudage. Le processus de préparation implique le nettoyage ou le brossage des métaux de manière à éliminer la couche supérieure d'oxyde, ou barrière.

Sciences humaines/Wikimedia Commons

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

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

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

Mais il y a d'autres exigences.

Une des conditions requises pour le soudage à froid est qu'au moins un des matériaux doit être ductile et ne doit pas avoir subi de durcissement important. Cela réduit évidemment la liste des matériaux pouvant 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.

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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 comme les fils d'aluminium ou de cuivre d'un diamètre compris entre 0,02 pouces (0,5 mm) et 0,4 pouces (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 à des tiges.