Des ponts imposants aux micro-composants électroniques, les soudures sont omniprésentes dans notre quotidien. Le marché mondial du soudage est estimé à plus de 60 milliards de dollars. Nous aborderons également les aspects liés à la sécurité et au coût. Cet article explore les techniques de soudure les plus efficaces.
Soudure et brasage : deux techniques distinctes. La soudure implique une fusion complète des métaux, formant un joint moléculaire. Le brasage utilise un métal d'apport à point de fusion inférieur, reliant les métaux par capillarité. L'histoire des techniques de brasage remonte à l'Antiquité, avec l'utilisation de l'or et de l'argent.
Classification des procédés de soudage
La classification des procédés de soudage se base sur différents critères, notamment l'état physique des métaux, le type d'apport de chaleur et le type de métal de base. Comprendre ces critères est essentiel pour choisir parmi les techniques de soudure les plus efficaces pour un projet donné.
Soudage à l'état solide : précision et résistance
Dans le soudage à l'état solide, les métaux ne fondent pas complètement. Cette méthode est idéale pour les matériaux sensibles à la chaleur ou nécessitant une haute précision. La résistance du joint est excellente et certains procédés sont particulièrement adaptés aux métaux précieux ou réfractaires.
- Soudage par Friction : Génère de la chaleur par frottement, idéal pour les thermoplastiques et certains alliages. Une vitesse de soudage de 200 mm/min est possible pour certains matériaux. La qualité du joint dépend de la pression (ex : 10-20 MPa) et de la vitesse de rotation.
- Soudage par Diffusion : La diffusion atomique crée un joint solide. Utilisé pour les matériaux réfractaires (température de soudage > 1200 °C). Appliqué aux métaux précieux comme l'or.
- Soudage par Ultrasons : Vibrations ultrasoniques générant chaleur et pression pour des micro-assemblages électroniques haute précision (ex : assemblage de puces).
Soudage à l'état liquide : fusion et apport de chaleur
Le soudage à l'état liquide implique la fusion des métaux. L'apport de chaleur est crucial et influence la qualité et l'efficacité du procédé. Il existe de nombreuses techniques, chacune adaptée à un type de matériau et d'application.
- Soudage à l'Arc : Techniques polyvalentes. Un arc électrique fond le métal.
MMA (électrode enrobée) : Simple, portable, convient à divers métaux. Productivité moyenne : 0.5 kg/h
- MIG/MAG (gaz actif/inerte) : Rapide et productif, idéal pour les séries. Vitesse de soudage pouvant atteindre 100 cm/min selon le matériau.
- TIG (Tungstène Inerte Gaz) : Très précis, qualité de soudure supérieure, idéal pour l'inox et l'aluminium. Plus lent que MIG/MAG.
- Plasma : Arc plus concentré, permet une soudure plus fine et plus rapide. Coût d'installation plus élevé.
- Soudage par Résistance : Efficacité industrielle. Courant électrique générant chaleur.
Soudage par points : Rapide et économique pour les tôles fines (épaisseur : 0.5 - 3 mm)
- Soudage par couture : Joint continu pour des tôles plus épaisses. Vitesse de soudage élevée.
- Projection thermique : Projection de particules métalliques fondues sur une surface pour créer un revêtement protecteur. Epaisseur du revêtement : 0.1 - 5 mm
- Soudage Oxyacétylénique : Portabilité et Polyvalence. Flamme oxyacétylénique chauffe les métaux. Portable, polyvalent, mais moins précis que le soudage à l'arc. Température de la flamme : 3 000 °C.
- Soudage Laser/Faisceau d'électrons : Précision extrême. Faisceaux concentrés pour une soudure précisent et rapide. Idéal pour les micro-assemblages et les matériaux spéciaux (ex : titane). Coût d'investissement élevé.
Influence du métal de base
Le choix du procédé dépend du métal à souder. L'acier requiert différentes précautions de l'aluminium (risque d'oxydation) ou de l'inox (nécessité de gaz de protection). L’épaisseur du métal influence également le choix du procédé et des paramètres de soudage. Les alliages spéciaux nécessitent souvent des techniques plus avancées.
Procédés de brasage : liaison par capillarité
Le brasage utilise un métal d'apport à point de fusion inférieur aux métaux à joindre. La liaison se fait par capillarité du métal d'apport entre les surfaces. Deux grandes catégories existent.
Brasage tendre : applications courantes
Le brasage tendre utilise des métaux a bas point de fusion (<450 °C), comme les alliages d’étain-plomb (de moins en moins utilisés) ou les alliages sans plomb (Sn-Ag-Cu). Largement utilisé en électronique et plomberie. La température de fusion des alliages sans plomb est typiquement comprise entre 217 °C et 230 °C.
Brasage fort : haute résistance
Le brasage fort emploie des métaux à point de fusion plus élevé (>450 °C), comme les alliages de cuivre, d'argent ou de zinc. Il offre une meilleure résistance mécanique que le brasage tendre et est utilisé dans des applications industrielles exigeantes. Les températures de brasage peuvent atteindre 800 °C pour certains alliages.
Brasage par diffusion : microélectronique
Technique très précise où le métal d'apport diffuse dans les métaux de base à haute température, créant une liaison extrêmement solide et fine. Essentielle en microélectronique pour interconnecter les composants. L’épaisseur du joint est extrêmement fine, de l'ordre du micromètre.
Choisir le procédé adapté
Plusieurs critères influent sur le choix du procédé de soudage ou de brasage.
- Qualité du Joint : Résistance mécanique (calculée en MPa), étanchéité, aspect esthétique.
- Coût : Matériaux, équipements, main-d’œuvre (ex : coût horaire d'un soudeur qualifié).
- Vitesse : Productivité, temps de cycle (ex : temps de soudage par point).
- Sécurité : Risques liés à chaque procédé (rayonnements UV, brûlures, fumées toxiques). L'utilisation d'équipements de protection individuelle (EPI) est indispensable.
- Environnement : Impact écologique des procédés (émission de gaz, consommation d’énergie).
Tendances et innovations
Le secteur évolue constamment. L'automatisation, l'IA, les nouveaux matériaux et les préoccupations environnementales influencent les techniques de soudage et de brasage.
- Robotisation : Amélioration de la qualité et de la productivité.
- Intelligence Artificielle (IA) : Optimisation des paramètres de soudage pour une meilleure qualité et une réduction des défauts.
- Nouveaux Matériaux : Composites et alliages avancés nécessitent des techniques de soudage spécifiques.
- Durabilité : Procédés plus écologiques et moins polluants.