Défis dans le soudage et l’assemblage dissemblables

Types de jointure dissemblable

Le soudage et l’assemblage dissemblables sont définis lorsque les deux matériaux à assembler sont de nature différente, que leurs propriétés chimiques et/ou physiques ne sont pas les mêmes. Ces articulations peuvent être divisées en trois catégories différentes qui décrivent les différents degrés de complexité présents dans les articulations :


1. Assemblage de métaux différents sur le plan métallurgique – Type I
2.
Assemblage de métaux différents sur le plan métallurgique – Type II 3. Assemblage de matériaux différents – Type III.


Ces différents types d’assemblages dissemblables sont décrits ci-dessous ;

Type 1 – Assemblage de métaux dissemblables compatibles métallurgiquement

L’assemblage de type I se caractérise soit par l’assemblage de métaux identiques, mais la structure cristallographique est différente ou dans lequel le principal constituant métallique est commun mais les éléments d’alliage sont différents (par exemple, assemblage de différents alliages d’aluminium). Alternativement, le type I peut également être l’assemblage de deux métaux différents qui sont métallurgiquement compatibles, ne créent aucune phase IMC dans des conditions d’équilibre. Ces métaux compatibles métallurgiques peuvent être divisés en deux autres catégories, les systèmes solubles et insolubles. L’argent et l’or sont un exemple d’une combinaison métallique dissemblable de type 1 soluble (Figure ci-dessous).

Fichier:Ag-Au-phase-diagram-greek.svg - Wikimedia Commons
Diagramme de phase Ag (argent) – Au (or)

Le diagramme de phases Ag-Au ci-dessus montre quelles phases sont présentes dans des conditions d’équilibre pour n’importe quelle concentration des deux métaux, le système Ag-Au ne forme aucune phase fragile intermédiaire dans des conditions d’équilibre pour n’importe quel pourcentage en poids et il forme également des solutions solides dans tous les gammes d’autodilutions. Cela se produit lorsque deux métaux sont très proches dans le tableau périodique et que leur structure cristalline est similaire. Ag et Au ont tous deux une structure cristalline cubique à faces centrées et les deux éléments sont placés dans la onzième colonne du tableau périodique.
Le fer et le cuivre est un exemple de système de type I, mais insoluble, ces métaux ne forment pas de phases intermédiaires, mais ils ne présentent pas de solution solide dans l’ensemble des plages d’autodilution. Ils ont deux petites régions de solution solide et montrent une grande région où les deux phases coexistent avec des propriétés similaires, comme on peut l’observer dans le diagramme de phases de la figure ci-dessous.

Évolution de la microstructure de solidification de la fonte d'alliage Cu-15 % en poids de Fe sous-refroidie

Les combinaisons métalliques dissemblables mentionnées précédemment ne montrent pas la présence de phases intermédiaires fragiles. Néanmoins, comme les propriétés thermiques et physiques des métaux participants sont différentes, la fissuration à froid,
la corrosion galvanique et d’autres incompatibilités peuvent provenir d’un joint créé par de tels systèmes dissemblables.

Type 2 – Assemblage de métaux dissemblables incompatibles sur le plan métallurgique

L’assemblage de métaux dissemblables de type II correspond à l’assemblage de deux métaux qui sont métallurgiquement incompatibles et forment donc plusieurs phases intermédiaires sur une large plage de rapports de composition. Des exemples d’assemblage de Type II sont Fe à Al, Fe à Ti, Al à Ti, etc. L’incompatibilité métallurgique entre ces métaux peut être vérifiée par les phases intermédiaires présentes sur leurs diagrammes de phases correspondants (Figure ci-dessous).

Le diagramme de phase d'équilibre Al-Ti.  |  Télécharger le schéma scientifique

À partir de la figure ci-dessus, il est possible d’identifier quatre phases intermédiaires à température ambiante (Ti3Al, TiAl, TiAl2 et TiAl3) qui se forment dans des conditions d’équilibre entre Ti et Al. Le principal problème des phases intermédiaires formées est la fragilité de ces composés. Cette nature fragile entraîne une réduction des propriétés mécaniques et améliore la formation de fissures au sein de ces joints. Les diagrammes de phases sont déterminés dans des conditions d’équilibre, cependant les procédés de soudage sont transitoires. Ceci permet la formation de phases IM différentes des phases indiquées dans le diagramme de phases. Outre la formation de phase intermédiaire ou intermétallique, les mêmes propriétés physiques et thermiques différentes identifiées pour l’assemblage dissemblable de type 1 sont également appliquées à ce type d’assemblage dissemblable.

Type 3 – Assemblage de matériaux dissemblables

Ce type de soudage dissemblable ne se limite pas aux systèmes métalliques, et donc les techniques de soudage et de brasage sont moins applicables. Ce type d’assemblage est nécessaire lorsque l’on essaie d’assembler des matériaux dissemblables, par exemple un matériau composite à un métal (polymère renforcé de fibres de carbone à Ti), verre à métal, plastique à métal, etc.

Pour éviter les dissemblances extrêmes présentées dans ce type d’assemblage, les procédés de soudage par fusion sont généralement évités et l’assemblage mécanique avec des rivets et des boulons a été utilisé, mais le poids supplémentaire peut être un inconvénient. Des colles ont également été utilisées, mais il existe également des limitations dans leur applicabilité pour des températures de travail plus élevées.