Soudure hétérogène Cuivre/Titane développée avec succès !

Le soudage du Cuivre et du Titane est particulièrement intéressant puisqu’il permet de combiner les excellentes conductivités thermique et électrique du Cuivre au Titane - qui présente une très faible conductivité thermique - mais une résistance spécifique élevée (ration résistance mécanique/densité) et une excellente résistance à la corrosion. Ce type d’assemblage pourrait ainsi trouver des applications dans les secteurs du spatial, de l’aéronautique, de la cryogénie ou bien encore dans l’électronique.

 

Bien que présentant un fort intérêt industriel, la soudure Cuivre/Titane n’est pas maitrisée à ce jour par les procédés de soudage traditionnels. Ces difficultés proviennent des différences de propriétés physico-chimiques existantes entre les matériaux (température de fusion, conductivité thermique, coefficient de dilatation thermique, …) et de leur faible compatibilité métallurgique.

 

Récemment développé, le soudage laser sous vide est un procédé novateur qui se positionne comme un candidat prometteur pour la maitrise des assemblages multi-matériaux. En particulier, la soudure Cuivre/Titane a été développée par VL Innovations et a fait l’objet de travaux de R&D avancés dont l’objectif était de mieux comprendre les relations procédé/microstructure/propriétés mécaniques (synthétisées en figure). 

 

Cette étude a permis de mettre en évidence la possibilité de produire une soudure exempt de défaut grâce aux bienfaits de l’environnement sous vide (voir micrographie sur la figure). En plus d’une bonne étanchéité, d’excellentes propriétés mécaniques sont obtenues. La courbe de traction contrainte/déformation indique en effet une résistance mécanique de l’ordre de 180 MPa pour les soudures laser sous vide (voir courbe sur la figure). Lors des tests de tenue mécanique des soudures, il est courant d’évaluer le niveau de performances des joints soudés en comparant la résistance mécanique des soudures par rapport à celle du métal de base susceptible de rompre en premier. Dans ce cas d’étude, il s’agit du Cuivre, dont la résistance mécanique est de 260 MPa, ce qui donne lieu à une performance (notée fe) de 70%. Il est ainsi démontré la possibilité de maitriser la jonction Cu/Ti par le procédé de soudage laser sous vide. En particulier, cette résistance mécanique élevée est reliée à une meilleure maitrise des évolutions de microstructure générées à l’interface. L’image prise au microscope électronique à balayage (MEB) montre en effet la possibilité de mieux contrôler les interactions métallurgiques entre les matériaux et à générer une fine zone de liaison qui améliore la cohésion entre le Cuivre et le Titane (voir image MEB sur la figure).

 

En conclusion, cette étude R&D menée par VL Innovations a permis de mettre en évidence que les interactions laser/matière évoluent en soudage laser sous vide au profit :

• D'une meilleure stabilité du procédé qui élimine la formation de défaut
• D’une meilleure compatibilité métallurgique entre le Cuivre et le Titane
• D’excellentes propriétés mécaniques liées à une bonne maitrise des phénomènes métallurgiques mis en jeu dans les soudures