Soudure par ultrasons – Assemblage sans flux de métaux durs à l'acier

Le brasage par ultrasons révolutionne la manière dont les métaux durs sont assemblés, en offrant une alternative plus propre et plus efficace aux méthodes traditionnelles. En appliquant des ondes ultrasoniques de haute intensité, cette technique avancée élimine le besoin de flux toxiques, qui sont généralement utilisés pour décomposer les oxydes et permettre la liaison. Particulièrement efficace pour les matériaux difficiles comme le carbure de tungstène, le brasage par ultrasons améliore la solidité des joints tout en réduisant les risques pour la santé et l'impact sur l'environnement. Cette approche innovante ouvre de nouvelles perspectives aux industries qui ont besoin de connexions robustes et fiables entre les métaux durs et l'acier.

Le Sonicator UIP1000hdT pour le soudage

L'Institut RIF a obtenu ses résultats révolutionnaires en matière de brasage en utilisant le Hielscher UIP1000hdT, un sonicateur à sonde de 1000 watts réputé pour sa précision et sa puissance. Cet appareil de pointe génère des ondes ultrasoniques 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 tactile conviviale et ses réglages programmables permettent 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 quête de solutions de fabrication innovantes et durables, l'Institut de recherche et de transfert RIF (Dortmund, Allemagne) a réalisé une percée dans le domaine du brasage assisté par ultrasons pour assembler les métaux durs à l'acier. Cette approche de pointe élimine la nécessité d'utiliser des flux toxiques, ce qui présente des avantages pour la santé et l'environnement tout en maintenant une performance solide des joints.

Le défi du brasage des métaux durs

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

• Expansion thermique différentielle : L'inadéquation des taux de dilatation des métaux durs et de l'acier au cours du processus de brasage peut compromettre l'intégrité du joint.
• Formation d'oxydes : Des couches d'oxyde se forment naturellement sur les surfaces métalliques pendant le brasage, entravant le processus de mouillage et réduisant la force d'adhérence.

Pour relever ces défis, les méthodes de brasage conventionnelles font largement appel à des flux chimiquement agressifs. Cependant, ces flux présentent des risques importants pour la santé et peuvent endommager les matériaux au fil du temps. Les alternatives telles que le brasage sous vide ou sous gaz protecteur sont efficaces mais s'accompagnent de coûts d'équipement élevés et de temps de traitement longs.

La solution ultrasonique : Le brasage sans flux

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

Comment fonctionne le soudage par ultrasons ?

Lorsque des ondes ultrasoniques sont appliquées au processus de brasage, elles créent un phénomène appelé cavitation. Il s'agit de la formation de bulles de gaz microscopiques dans la soudure, qui s'effondrent sous l'effet d'une pression et d'une température élevées. Cette action implosive présente plusieurs avantages :

• Casse et élimine les couches d'oxyde des surfaces métalliques.
• Répartit les fragments d'oxyde sur l'ensemble de la soudure.
• Améliore le mouillage du métal dur par la soudure.

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

Technologie de soudage avancée

À l'Institut RIF, les chercheurs ont optimisé le brasage par ultrasons à l'aide du sonicateur Hielscher modèle UIP1000hdT pour les applications métal dur-acier. Les principales avancées sont les suivantes :

• Station de soudure personnalisée : Une installation spécialisée dans laquelle les pièces à assembler sont chauffées par induction tandis que des ondes ultrasoniques sont appliquées avec précision.
• Surveillance des processus : Des systèmes de mesure et de contrôle avancés garantissent des résultats reproductibles pour diverses combinaisons d'aciers et de métaux durs.
• Essais approfondis : Les joints soudés sont soumis à des essais mécaniques et d'imagerie non destructifs rigoureux afin de valider leur résistance et leur fiabilité.

Grâce à une expérimentation méticuleuse, l'institut RIF a identifié les paramètres critiques du processus, tels que la température de brasage et le temps d'activation des ultrasons. Les résultats sont remarquables :

• Renforcement de la force : 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).
• Performance compétitive : La résistance des joints obtenue avec le brasage par ultrasons rivalise avec les méthodes conventionnelles à base de flux.

Henrik Ulitzka, l'un des principaux chercheurs du RIF, a souligné l'importance de ces résultats :
“Nos essais ont révélé l'influence déterminante des paramètres du processus. En affinant la température et le temps d'activation des ultrasons, nous avons libéré tout le potentiel de la soudure par ultrasons pour les connexions 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 les industries allant de l'automobile à l'aérospatiale.
Le travail de l'Institut RIF démontre que l'innovation et la durabilité peuvent aller de pair, établissant une nouvelle norme pour la technologie de brasage.

Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany

Les ultrasons Hielscher sont réputés pour leur qualité et leurs normes de conception les plus élevées. La robustesse et la facilité d'utilisation permettent une intégration aisée de nos ultrasons dans les installations industrielles. Les conditions difficiles et les environnements exigeants sont facilement gérés par les ultrasons Hielscher.

Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et met l'accent sur les ultrasons de haute performance, dotés d'une technologie de pointe et d'une grande facilité d'utilisation. Bien entendu, les ultrasons Hielscher sont conformes à la norme CE et répondent aux exigences des normes UL, CSA et RoHs.