Brasage par ultrasons – assemblage sans flux des métaux durs à l’acier

Le brasage par ultrasons révolutionne la manière d’assembler les métaux durs, en offrant une alternative plus propre et plus efficace aux méthodes traditionnelles. En appliquant des ondes ultrasonores de haute intensité, cette technique avancée élimine le recours aux flux toxiques, couramment utilisés pour décomposer les oxydes et permettre la liaison. Particulièrement efficace pour des matériaux difficiles tels que le carbure de tungstène, le brasage par ultrasons améliore la résistance des joints tout en réduisant les risques pour la santé et l’impact environnemental. Cette approche innovante ouvre de nouvelles possibilités aux industries qui exigent des liaisons robustes et fiables entre métaux durs et acier.

Le sonicateur UIP1000hdT pour le brasage

L’institut RIF a obtenu ses résultats de brasage révolutionnaires à l’aide du Hielscher UIP1000hdT, un sonicateur de type sonde de 1000 watts réputé pour sa précision et sa puissance. Cet appareil de pointe génère des ondes ultrasonores de haute intensité, permettant des processus avancés tels que la cavitation pour décomposer efficacement les oxydes et améliorer le mouillage des matériaux. Sa conception robuste garantit des performances constantes dans des conditions exigeantes, tandis que son interface à écran tactile conviviale et ses réglages programmables offrent un contrôle précis des paramètres clés. La capacité de l’UIP1000hdT à fournir des résultats fiables et reproductibles en fait un outil indispensable pour la recherche de pointe et les applications industrielles, y compris le brasage assisté par ultrasons.

Dans sa recherche de solutions de fabrication innovantes et durables, l’institut RIF de recherche et de transfert (Dortmund, Allemagne) a réalisé une percée dans le brasage assisté par ultrasons pour l’assemblage des métaux durs à l’acier. Cette approche de pointe élimine le recours aux flux toxiques, offrant des avantages à la fois sanitaires et environnementaux tout en conservant des performances de joint robustes.

Le défi du brasage des métaux durs

Les métaux durs, tels que le carbure de tungstène, sont réputés difficiles à braser en raison de leurs propriétés structurelles et de leur comportement chimique. Le brasage traditionnel avec l’acier est entravé par deux facteurs principaux :

• Dilatation thermique différentielle : Les taux de dilatation différents des métaux durs et de l’acier pendant le processus de brasage peuvent compromettre l’intégrité du joint.
• Formation d’oxydes : Des couches d’oxyde se forment naturellement à la surface des métaux pendant le brasage, ce qui entrave le processus de mouillage et réduit la résistance de la liaison.

Pour relever ces défis, les méthodes de brasage conventionnelles reposent largement sur des flux chimiquement agressifs. Cependant, ces flux présentent des risques importants pour la santé et peuvent endommager les matériaux au fil du temps. Des alternatives telles que le brasage sous vide ou sous gaz protecteur sont efficaces, mais impliquent des coûts d’équipement élevés et de longues durées de traitement.

La solution ultrasonore : le brasage sans flux

Le brasage assisté par ultrasons constitue une alternative révolutionnaire. Déjà utilisée pour les métaux légers, cette méthode exploite les ondes ultrasonores pour améliorer les performances de brasage à des températures plus basses.

Comment fonctionne le brasage par ultrasons

Lorsque des ondes ultrasonores sont appliquées au processus de brasage, elles créent un phénomène appelé cavitation. Celui-ci implique la formation de bulles de gaz microscopiques dans la brasure, qui implosent sous une pression et une température élevées. Cette action implosive présente plusieurs avantages :

• Elle fragmente et élimine les couches d’oxyde à la surface des métaux.
• Elle répartit les fragments d’oxyde dans l’ensemble du joint de brasure.
• Elle améliore le mouillage du métal dur par la brasure.

En éliminant le recours au flux, le brasage par ultrasons réduit considérablement les risques chimiques tout en produisant des liaisons de haute qualité.

Technologie de brasage avancée

À l’institut RIF, les chercheurs ont optimisé le brasage par ultrasons à l’aide du sonicateur Hielscher modèle UIP1000hdT pour des applications d’assemblage métal dur-acier. Les principales avancées comprennent :

• Station de brasage personnalisée : Un dispositif spécialisé dans lequel les pièces à assembler sont chauffées par induction tandis que les ondes ultrasonores sont appliquées avec précision.
• Surveillance du processus : Des systèmes de mesure et de régulation avancés garantissent des résultats reproductibles pour diverses combinaisons d’aciers et de métaux durs.
• Essais approfondis : Les joints brasés sont soumis à une imagerie non destructive et à des essais mécaniques rigoureux afin de valider leur résistance et leur fiabilité.

Grâce à une expérimentation minutieuse, l’institut RIF a identifié des paramètres de processus critiques tels que la température de brasage et la durée d’activation des ultrasons. Les résultats sont remarquables :

• Gain de résistance : Le brasage par ultrasons a produit des joints d’une résistance allant jusqu’à 368 MPa – soit une augmentation de 347 % par rapport au brasage sans flux ni ultrasons (106 MPa).
• Performances compétitives : La résistance des joints obtenue par brasage par ultrasons rivalise avec celle des méthodes conventionnelles à base de flux.

Henrik Ulitzka, chercheur de premier plan au RIF, a souligné l’importance de ces résultats :
« Nos essais ont révélé l’influence déterminante des paramètres de processus. En ajustant finement la température et la durée d’activation des ultrasons, nous avons exploité tout le potentiel du brasage par ultrasons pour les assemblages métal dur-acier. »

L’avenir du brasage par ultrasons

Grâce à leur capacité à produire des joints solides et sans flux, les sonicateurs Hielscher pour le brasage représentent une avancée prometteuse pour des industries allant de l’automobile à l’aérospatiale.
Les travaux de l’institut RIF démontrent que innovation et durabilité peuvent aller de pair, établissant une nouvelle norme pour la technologie de brasage.

Conception, fabrication et conseil – qualité Made in Germany

Les ultrasonicateurs Hielscher sont réputés pour leurs normes de qualité et de conception les plus élevées. Leur robustesse et leur facilité d’utilisation permettent une intégration fluide de nos ultrasonicateurs dans les installations industrielles. Les conditions difficiles et les environnements exigeants sont aisément maîtrisés par les ultrasonicateurs Hielscher.

Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et accorde une importance particulière aux ultrasonicateurs haute performance alliant technologie de pointe et convivialité. Bien entendu, les ultrasonicateurs Hielscher sont conformes CE et répondent aux exigences UL, CSA et RoHs.