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RÉSUMÉ
La compression uniaxiale à chaud est une des technologies utilisant le procédé de soudage diffusion. L’assemblage de plusieurs pièces solides est effectuée à l’aide de mécanismes naturels accélérés par une compression entre elles et une température haute, mais inférieure à la température de fusion. Cet assemblage se fait donc sans phase liquide. Cet article présente la technologie associée à la compression uniaxiale à chaud, ainsi que les sciences des matériaux mises en jeu. Quelques exemples d’application ainsi que des prototypes de pièces sont ainsi exposés et expliqués. Les avantages et les inconvénients de la technologie sont également passés en revue sur les plans technique et économique.
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Yassine ROUCHOU : Ingénieur Projet - PVA LWT – Vacuum Processing Service, La Chapelle-d'Aurec, France
INTRODUCTION
Les assemblages par diffusion désignent une famille de procédés basés sur les mécanismes de diffusion de différentes natures en vue de réaliser une liaison forte entre deux pièces métalliques solides. Le soudage par diffusion n’implique pas de phase liquide. Les mécanismes de diffusion s’associent au mécanisme de déformation viscoplastique au niveau de la zone de contact des matériaux. Pour cela, durant un cycle de soudage par diffusion, il faut appliquer simultanément une pression de contact et une certaine température. D’autres paramètres comme l’état de surface des pièces ou encore l’atmosphère influent sur la qualité du soudage diffusion.
Il existe plusieurs technologies pour procéder au soudage par diffusion. La compression uniaxiale à chaud est la technologie présentée dans cet article.
Les domaines d’application de ce procédé d’assemblage sont vastes. Des prototypes sont réalisés notamment dans des domaines tels que les échangeurs thermiques ou les moules d’injection ; dans ces exemples, il est question de réaliser des géométries internes complexes, fines, non accessibles ou difficiles d’accès par d’autres procédés mécaniques sur des assemblages de grande taille (la presse peut supporter une surface de 900 x 1 000 mm). La philosophie d’étude et la conception sont centrales, elles permettent de démontrer le potentiel de la technologie.
D’autres bénéfices de la technologie sont présentés par la suite : réduction de poids avec utilisation de matériaux spéciaux ou encore intérêt du vide. Les avantages et les inconvénients de la technologie sont résumés. La technologie de soudage diffusion reste assez coûteuse, une alternative à l’achat d’une machine peut être la sous-traitance de ce service.
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3. Avantages et limites de la technologie
Dans le chapitre qui suit, la technologie de soudage diffusion sera détaillée au niveau du procédé. Il va ainsi être possible d’en déduire les avantages et les inconvénients.
3.1 Réduction du poids avec le soudage diffusion
La réduction du poids est un facteur clé dans un grand nombre d'applications et de marchés, car elle combine les possibilités d'accroître la compétitivité des produits tout en réduisant les consommations liées à la mobilité notamment.
La philosophie de conception de la construction légère vise à réduire le poids tout en améliorant l'efficacité des ressources tout en offrant des fonctionnalités améliorées, voire supplémentaires. Afin de transposer la conception en composants réels, des matériaux spéciaux, tels que l'aluminium, le titane ou les composites à matrice métallique, doivent être utilisés. Le soudage diffusion est une technologie d'assemblage qui, par nature, convient bien à l'assemblage de ces matériaux difficiles à assembler. Il est possible de réaliser des joints plats de grande surface entre des pièces structurées sans réduire les performances des structures. Sa combinaison avec des procédés de fabrication additive par couches solides tels que Stratoconception permet de plus d’accéder à des stratégies de conception avancées, dont celle de l’optimisation topologique, qui ouvrent encore le champ à l’allégement des structures avec des comportements mécaniques et vibratoires optimisés.
Tous les matériaux les plus utiles généralement (aluminium, titane, acier…), et même des combinaisons de ceux-ci, peuvent être assemblés par soudage diffusion. En général, aucune phase liquide n'est formée et les effets néfastes peuvent être minimisés. C'est pourquoi le potentiel du soudage diffusion a été exploité pour des applications dans l'aérospatiale et le génie civil. En outre, elle est utilisée pour générer des pièces refroidies et subissant une accélération importante, telles que des supports ou des écrans en mécanique fine. Même les industries traditionnellement lourdes, comme la construction navale, utilisent des échangeurs de chaleur compacts, légers et à haute performance.
HAUT...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - OWSZARSKI, PAULONIS - Application of Diffusion Welding in the USA. - Welding Journal, vol. 22 (1981).
-
(2) - KAZAKOV (N.F.) - Diffusion bonding of materials. - USSR : N. p., Web (1985).
-
(3) - BARLIER (C.), BERNARD (A.) - Fabrication Additive Du prototypage rapide à l’impression 3D. - P. 154-156, 416 pages, EAN 9782100711390, Éditions Dunod, 2ème édition (2020).
-
(4) - BARLIER (C.), PÉLAINGRE (C.), CUNIN (D.), LEVAILLANT (C.) - Pièce mécanique avec au moins un circuit de transport de fluide et son procédé de conception par strates. - WO2004/034165 (2005).
-
(5) - BARLIER (C.), CUNIN (D.), PÉLAIGNRE (C.) - Procédé pour la fabrication par Stratoconception® d’une pièce traversée par des canaux de transfert de fluides prévus dans les interstrates. - WO2006/128983 (2007).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Aciers inoxydables – Partie 2 : conditions techniques de livraison des tôles et bandes en acier de résistance à la corrosion pour usage général. - NF EN 10088-2 - décembre 2014
-
Essai matériaux métalliques – Éprouvettes de traction. - DIN 50125 - décembre 2016
ANNEXES
BARLIER C, 1991. Procédé pour la création et la réalisation de pièces par C.A.O et pièces ainsi obtenues, FR 2.673.302 B1 Annuaire.
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Machine pour soudage diffusion – CIC
Constructeur https://www.bmi-fours.com/fr.html
Machine pour soudage diffusion – CUC
Constructeur https://www.pvatepla.com/en/
Machine pour soudage diffusion – CIC
Constructeur https://www.ecm-fours-industriels.fr/
Service de sous-traitance de soudage diffusion – CUC
Service de sous-traitance de soudage diffusion – CIC
Service de sous-traitance de soudage diffusion – CIC et CUC
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