La plupart d’entre nous associent le soudage à un arc électrique ou à une flamme nue comme source d’énergie. Le métal est chauffé jusqu'à l'état liquide ou fondu dans le joint et il peut être connecté avec ou sans matériau de remplissage.
Cependant, le soudage à froid n’est pas la même chose. Aucune flamme, aucun arc électrique et aucune phase fondue n’existent comme source d’énergie.
Dans cet article, vous découvrirez les bases du soudage à froid , notamment son fonctionnement, ses avantages et inconvénients, ainsi que ses diverses applications. Nous explorerons également l'histoire du soudage à froid, depuis sa découverte dans les années 1940 jusqu'à ses utilisations modernes dans les machines de soudage sous pression, le soudage au laser et le soudage par ultrasons.
Comment fonctionne le soudage à froid
Le soudage à froid est un processus de soudage à l'état solide qui relie deux surfaces métalliques sans avoir besoin de chaleur ou de courant électrique. Il fonctionne en pressant deux surfaces métalliques l'une contre l'autre, ce qui rapproche les surfaces le plus possible. À mesure que l’espace entre les surfaces devient extrêmement étroit, la distance à l’échelle nanométrique n’a plus d’importance, ce qui fait sauter les atomes d’une surface à l’autre. Le joint formé a les mêmes caractéristiques que les métaux de base, et les deux pièces deviennent une masse homogène, ce qui rend difficile la recherche de la ligne de joint et la différenciation entre les deux pièces originales.
Préparation du métal pour le soudage à froid
Pour réaliser un soudage parfait sous pression à froid, il est nécessaire de nettoyer les surfaces et de préparer la géométrie du joint. Si vous soudez des fils à froid ensemble, aucune attention particulière n'est nécessaire dans la phase de préparation autre que de faire une coupe nette aux extrémités des deux fils avant d'appliquer une pression. Cependant, si vous soudez des sections plus complexes, il est nécessaire de préparer le métal en conséquence.
La surface commune
Que vous soudiez des tuyaux, des fils ou tout autre type de section, la surface recommandée est une simple zone plane entre deux métaux. Les irrégularités et la rugosité de la surface rendent plus difficile la formation d’une masse homogène par l’attraction interatomique. Vous devez donc aplatir la surface du joint autant que possible avant de tenter de réaliser une soudure à froid.
Nettoyage des surfaces pour le soudage sous pression à froid
L’étape la plus vitale consiste à nettoyer la surface des deux métaux de la couche d’oxyde, des huiles, de la graisse et de tout autre contaminant. Il n’y a aucune tolérance en matière de contamination si vous souhaitez obtenir un joint de soudure à froid parfait. Bien que chaque métal présente des oxydes à sa surface, l’élimination de la couche d’oxyde n’est pas la première étape. La graisse et l'huile sont également présentes en surface, même si elles ne sont pas visibles à l'œil nu. Tenter d'abord d'enlever la couche d'oxyde avec des abrasifs comme des meules à brosses métalliques ou similaires peut pousser la graisse et d'autres contaminants plus profondément dans la surface métallique. Les métaux mous comme l’or, le cuivre, l’argent et l’aluminium sont les plus susceptibles de contenir des impuretés sous la surface. Cela rendra le soudage à froid difficile car la pièce métallique contiendra désormais des impuretés en elle-même. Si vous tentez une soudure à froid, ces impuretés risquent de ne pas être évacuées et d'empêcher une certaine partie de la zone de jonction de réaliser des liaisons interatomiques, car les contaminants gêneront.
Il est donc nécessaire de d’abord nettoyer soigneusement la surface des huiles à l’aide d’une solution de nettoyage adaptée au métal que vous soudez. Ensuite, la couche d'oxyde est éliminée à l'aide d'une brosse métallique, d'une roue métallique, d'une roue à clapet ou d'un autre abrasif adapté au métal soudé.
Quelle est la solidité des joints soudés à froid
Si vous préparez avec succès les surfaces métalliques et les nettoyez parfaitement, le joint soudé à froid sera aussi résistant que le métal de base. Avec d'autres procédés de soudage, il est possible que la résistance du joint et d'autres propriétés mécaniques surpassent celles du métal de base, car le métal d'apport ajouté peut être d'un alliage différent, ou le traitement thermique peut influencer le matériau dans la zone de soudure, modifiant ainsi ses caractéristiques. Cependant, les joints soudés à froid ne peuvent pas obtenir de meilleures caractéristiques de joint que le métal lui-même. Il est plus facile d’obtenir des liaisons presque parfaites en soudant des fils à froid. Mais lors du soudage d’autres formes métalliques, une mauvaise préparation peut compromettre la résistance du joint.
Avantages du soudage à froid
- L'avantage le plus important du procédé de soudage à froid est l'absence de zone affectée thermiquement (« ZAT ») responsable de nombreux problèmes de soudage. Puisqu’il n’y a pas d’arc ni de chaleur concentrée, il n’y a pas non plus de ZAT.
- S'il est correctement effectué, le soudage à froid permet d'obtenir des soudures parfaites sans composés intermétalliques cassants, microfissures, porosité, contamination et autres faiblesses des joints.
- C’est relativement facile à réaliser car la majeure partie du travail est en réalité liée à la préparation du métal.
- Le procédé de soudage à froid est parfait pour souder l’aluminium, notamment lors de son assemblage avec du cuivre. Réaliser une telle liaison est très difficile avec d’autres procédés de soudage.
- Soude une grande variété de métaux et est particulièrement adapté à l’assemblage de métaux différents.
- C'est plus rapide que de nombreuses autres méthodes de soudage.
Inconvénients du soudage à froid
- Le métal doit être parfaitement nettoyé pour obtenir des liaisons par soudure à froid de haute qualité.
- Il est très difficile d'utiliser la méthode de soudage à froid dans les applications industrielles en raison des contaminants présents dans l'air comme la poussière métallique, les étincelles provenant du meulage dans les ateliers de fabrication et d'autres sources de contamination croisée.
- Les irrégularités moléculaires à l’échelle nanométrique peuvent affaiblir le joint des pièces métalliques qui en résulte.
- Le soudage à froid fonctionne mieux avec des surfaces planes, tandis que les formes irrégulières sont difficiles à réaliser.
- Les procédures de soudage à froid ne peuvent pas assembler des métaux contenant du carbone comme l'acier au carbone. Il est possible de réaliser des liaisons soudées à froid uniquement avec des métaux ductiles et non ferreux comme le cuivre, l'aluminium, les alliages d'argent, le plomb, l'or, etc.
À quoi sert le soudage à froid
Le soudage à froid est un procédé de soudage à l'état solide utilisé dans diverses industries, notamment la dentisterie, l'électronique, l'automobile, la production et l'aérospatiale, pour assembler deux ou plusieurs métaux sans avoir besoin de chaleur ou de fusion. Ce processus est particulièrement utile lorsque l’on travaille avec des substances inflammables ou explosives, car il s’agit d’une méthode sûre pour assembler les métaux. Il est également couramment utilisé lors de la pose de câbles souterrains où il existe un risque de gaz inflammables, car le soudage à l'arc ou des processus similaires peuvent provoquer l'inflammation de ces gaz.
Quels matériaux peuvent être soudés à froid
Le soudage à froid est limité aux matériaux non carbonés et non ferreux, mais la plupart des autres métaux plus tendres conviennent au soudage à froid. Ces matériaux comprennent le cuivre, l'aluminium, l'or, l'argent et ses alliages, le nickel, le laiton 70/30, le zinc et même des alliages comme Aldrey, Tripple E et Constantan. Le procédé de soudage à froid peut également réaliser des soudures solides avec les séries d'aluminium 2xxx et 7xxx, ce qui est impossible avec n'importe quel procédé de soudage à l'arc.
L’un des avantages les plus importants du soudage à froid est sa capacité à assembler des métaux différents. Par exemple, il surpasse considérablement la qualité de liaison obtenue entre le cuivre et l’aluminium par rapport à des procédés tels que le soudage par friction, le brasage à la flamme ou le soudage par résistance. Le processus de soudage à froid résout le problème de l'échec du soudage par fusion lors de l'assemblage de l'aluminium et du cuivre en éliminant les oxydes et les espaces d'air et en obtenant une liaison presque parfaite sans aucune chaleur susceptible d'affecter les caractéristiques métallurgiques de ces métaux.
Joints de soudure possibles
Les joints bout à bout et à recouvrement fonctionnent mieux lors du soudage à froid car ce processus repose sur la surface de contact. Pour le soudage des fils et des tuyaux, les joints bout à bout sont utilisés. Il est facile de préparer les extrémités en coupant les fils ou en coupant les tuyaux, ce qui fait ressortir une surface métallique brillante et propre sur la zone de contact entre deux pièces, vous permettant ainsi d'obtenir une liaison solide.
Lors du soudage à froid avec un joint à recouvrement, vous devez tenir compte de la réduction de l'épaisseur du métal qui se produit en raison de la pression appliquée. Votre pièce soudée pourrait perdre jusqu'à 50% de son épaisseur d'origine, selon le matériau. Celui-ci doit être calculé à l’avance car votre produit fini risque de ne pas répondre à vos attentes.
En résumé, le soudage à froid est un processus utile pour assembler des métaux sans avoir besoin de chaleur ou de fusion et est utilisé dans diverses industries, notamment la dentisterie, l'électronique, l'automobile, la production et l'aérospatiale. Les matériaux pouvant être soudés à froid comprennent le cuivre, l'aluminium, l'or, l'argent et ses alliages, le nickel, le laiton 70/30, le zinc et même des alliages comme Aldrey, Tripple E et Constantan. Les joints bout à bout et à recouvrement fonctionnent mieux lors du soudage à froid, et le processus de soudage à froid peut réaliser des soudures solides avec des métaux différents.
Conclusion
En conclusion, le soudage à froid est un procédé de soudage à l'état solide qui existe depuis l'âge du bronze mais qui n'a gagné en popularité que récemment dans l'industrie. Avec l’aide de machines modernes de soudage à froid, les joints soudés bout à bout peuvent être réalisés en quelques secondes. Le soudage à froid est un procédé qui ne nécessite aucune énergie thermique, ce qui en fait une option pratique lorsque le soudage à l'arc n'est pas réalisable. Contrairement au soudage MIG ou au soudage laser, le soudage à froid nécessite uniquement une surface propre et une pression puissante. Bien que cela puisse paraître étrange aux soudeurs débutants, le soudage à froid est tout à fait possible et a de nombreuses applications pratiques dans l’industrie.
Questions fréquemment posées
En quoi le soudage à froid diffère-t-il des méthodes de soudage traditionnelles ?
Le soudage à froid est un procédé de soudage à l'état solide qui ne nécessite ni chaleur ni fusion pour assembler deux ou plusieurs métaux. Au lieu de cela, l’énergie utilisée pour créer une soudure se présente sous forme de pression. Dans les méthodes de soudage traditionnelles telles que le soudage à l'arc, le métal est liquéfié pour créer une liaison. Le soudage à froid est un procédé de soudage non thermique qui permet d'obtenir une liaison solide sans altérer les propriétés du métal.
Quelles sont les applications du soudage à froid dans diverses industries ?
Le soudage à froid a diverses applications dans différentes industries. Il est couramment utilisé dans les industries électronique et aérospatiale pour assembler des fils et de petites pièces. Il est également utilisé dans l’industrie automobile pour réparer les composants du moteur, comme les culasses fêlées. Le soudage à froid est également utilisé dans l'industrie médicale pour la chirurgie orthopédique, où il est utilisé pour fusionner des fragments d'os.
Le soudage à froid peut-il être utilisé pour assembler des métaux différents ?
Oui, le soudage à froid peut être utilisé pour assembler des métaux différents. Cependant, les métaux doivent être compatibles pour une liaison réussie. Le soudage à froid est plus efficace pour assembler des métaux ayant des propriétés similaires.
Quels sont les principaux avantages et limites du soudage à froid ?
Le principal avantage du soudage à froid est qu'il ne modifie pas les propriétés du métal, ce qui permet d'obtenir une liaison solide sans compromettre l'intégrité du métal. Le soudage à froid est également un procédé non thermique, ce qui signifie qu'il ne nécessite pas de chaleur, ce qui en fait une alternative plus sûre aux méthodes de soudage traditionnelles. Cependant, le soudage à froid présente certaines limites, il ne convient pas à tous les métaux et nécessite une surface propre et précise pour un collage réussi.
Comment la technologie du soudage à froid s’applique-t-elle aux équipements spatiaux ?
La technologie du soudage à froid est essentielle dans l'industrie aérospatiale, où elle est utilisée pour assembler de petits composants tels que des fils, des connecteurs et des capteurs. Dans l’espace, les méthodes de soudage traditionnelles ne sont pas pratiques en raison de l’absence de gravité, ce qui fait du soudage à froid la méthode privilégiée pour assembler des composants.
Quelles sont les considérations nécessaires pour réussir le soudage à froid en chirurgie orthopédique ?
En chirurgie orthopédique, un soudage à froid réussi nécessite un alignement précis des fragments osseux et une surface propre pour assurer une liaison solide. Le chirurgien doit avoir une bonne compréhension des propriétés du métal et de la pression appropriée à appliquer pour créer une liaison réussie. Le soudage à froid est une procédure non invasive, ce qui en fait une alternative plus sûre aux méthodes chirurgicales traditionnelles.
