Dès lors que les constructeurs, en particulier dans l’industrie automobile, continuent de travailler à l’intégration de métaux légers comme l’aluminium avec de l’acier plus lourd, le problème toujours actuel est de savoir comment souder les 2 avec succès. Le souci est que la forte chaleur créée dans le processus de soudage affaiblit ces métaux plus légers, créant une soudure peu optimale. Après 10 ans de recherche, les ingénieurs de l’Ohio State University ont développé une nouvelle technique de soudage qui pourrait résoudre ce problème tout en utilisant 80 % d’énergie en moins et créer des liens qui sont 50 % plus fort.
« Avec notre méthode, les matériaux sont formés et liés ensemble en même temps, et ils deviennent effectivement plus résistants», souligne dit Glenn Daehn, professeur en science des matériaux et en ingénierie à l’Ohio State University, qui a aidé à développer la nouvelle technique.
La technique traditionnelle, baptisée soudage par points résistants (spot resistant welding), fonctionne en faisant passer un courant électrique à travers des pièces de métal en utilisant la résistance électrique naturelle au sein de ces métaux. Cela génère de la chaleur qui les fait fondre ensemble pour former une soudure. Ce processus consomme beaucoup d’énergie, et les métaux fondus sont laissés dans un état plus faible que ce qu’ils ne l’étaient auparavant.
Ce que Glenn Daehn et son équipe ont fait est de créer une nouvelle méthode de soudage dénommée « actionneur de feuille vaporisé » (Vaporized Foil Actuator : VFA) en utilisant de courtes impulsions électriques à haute tension (millionièmes de seconde) qui passent à travers une feuille d’aluminium, et une rafale de gaz chaud se déplaçant à des vitesses approchant des milliers des kilomètres/heure, pour lier les atomes d’un métal aux atomes de l’autre. Dès lors que les deux métaux différents liés ne fondent pas, aucun métal n’est affaibli et la soudure résultante est plus résistante.
Les économies d’énergie viennent du fait que l’impulsion électrique est si courte et l’énergie nécessaire pour vaporiser la feuille est moindre que ce qui est nécessaire pour faire fondre les pièces ensemble avec un procédé traditionnel.
Glenn Daehn et son équipe ont déjà utilisé le processus pour lier avec succès, différentes combinaisons de cuivre, d’aluminium, de magnésium, de fer, de nickel et de titane. Ils ont créé des liens résistants entre l’acier et des alliages d’aluminium – un exploit qui est impossible normalement. Le VFA est évidemment également en mesure de façonner des pièces métalliques pendant le processus de soudage, ce qui peut faire économiser aux constructeurs, une étape supplémentaire.
Vue au microscope de l’acier (en haut) soudé à l’alliage d’aluminium (en bas) en utilisant une nouvelle technique inventée à l’Ohio State University. Image par Glenn Daehn, grâce à l’Ohio State University.
En 2012, Honda a annoncé qu’elle avait obtenu un résultat similaire, du soudage entre de l’aluminium et de l’acier en utilisant une variation d’un processus appelé soudage par friction malaxage (FSW : Friction Stir Welding). Plutôt que de la forte chaleur et du gaz appliqués à un troisième élément, comme la feuille d’aluminium utilisée dans le processus VFA, le FSW utilise la chaleur, la friction et la pression avec un troisième élément pour fusionner deux métaux ensemble.
Comme le VFA, il utilise moins d’énergie et crée un lien qui a été prouvé comme étant plus résistant que celui créé par un procédé de soudage traditionnel. Des variations du FSW ont depuis été utilisées par les marques automobiles Lincoln, Mazda et Audi.
https://news.osu.edu/news/2015/10/29/vfaweld/
