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    La technologie d'assemblage optimisée ouvre la porte à une utilisation sûre de l'hydrogène dans l'industrie aéronautique

    Avec soudage par impulsion magnétique, la pression magnétique d'une bobine d'outil assure une collision à grande vitesse et la formation d'un joint à l'état solide de plusieurs millimètres de largeur, ainsi qu'une stabilité et une étanchéité élevées, même dans des conditions d'application extrêmes. Crédit :ronaldbonss.com

    Les vols écologiques se profilent à l'horizon. Dans le monde entier, les chercheurs développent de nouvelles technologies pour atteindre cet objectif. L'un des axes de développement est l'idée d'utiliser des moteurs à hydrogène pour les avions à l'avenir. Les compagnies aériennes, bien que, relever le défi de stocker cette source d'énergie. L'hydrogène devient liquide lorsqu'il est refroidi à moins 253 degrés Celsius, et ce n'est qu'alors qu'il peut être utilisé comme carburant cryogénique. Les réservoirs et les systèmes de tuyauterie dans l'avion doivent être absolument étanches à des températures aussi basses. Un nouveau procédé de soudage innovant a été développé pour aider :le soudage par impulsions magnétiques. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des faisceaux IWS à Dresde ont maintenant démontré que cette technologie d'assemblage peut produire des matériaux extrêmement résistants, joints mixtes métalliques pour applications cryogéniques. Ils ont atteint avec succès ces propriétés communes exceptionnelles en coopération avec l'Université technique de Munich.

    Les scientifiques de Fraunhofer IWS ont fourni à la source de neutrons de recherche Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) de l'Université technique de Munich un composant spécial en cuivre, acier de haute qualité et aluminium pour ses cryostats, des systèmes de refroidissement capables de maintenir des températures extrêmement basses. Jusqu'à maintenant, cet assemblage devait être réalisé par un procédé complexe faisant intervenir plusieurs cordons de soudure par faisceau laser, des éléments de jonction supplémentaires et un cordon de soudure brasé ou par faisceau d'électrons. "Mais ensuite il y a eu des problèmes de stabilité et d'étanchéité, " explique le Dr Markus Wagner, Group Manager Design and Special Processes au Fraunhofer Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS. La méthode d'impulsion magnétique crée des joints plus serrés en quelques microsecondes seulement. Ces joints fonctionnent de manière fiable à la fois à des températures très basses allant jusqu'à moins 270 degrés Celsius et également partout où des différences de température extrêmes prévalent. Chevauchements, qui offrent encore plus de stabilité, sont également créés au niveau des articulations.

    Les technologies précédemment appliquées par les chercheurs de l'Université technique de Munich font partie du groupe des procédés de soudage par fusion. Les métaux sont fusionnés pour créer un joint entre eux. Cependant, ces méthodes reposent sur des métaux ayant des points de fusion similaires. C'est la température à laquelle une substance commence à fusionner. Comme le Dr Jürgen Peters, Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) de l'Université technique de Munich, responsable de l'environnement d'échantillonnage à la source de neutrons de recherche, explique :« Le problème survient lorsque nous essayons de créer des joints entre des métaux qui ont des températures de fusion très différentes ou qui deviennent extrêmement cassants lorsqu'ils sont mélangés. —aluminium avec du cuivre ou de l'acier spécial, par exemple. Les échantillons soudés par la méthode d'impulsion magnétique fournie par nos partenaires de Fraunhofer IWS ont passé les tests d'étanchéité."

    Rapide, assemblage rentable

    Les scientifiques de Dresde étudient depuis plusieurs années un nouveau procédé. Les matériaux n'ont pas besoin d'être fusionnés. "Le soudage par impulsion magnétique n'est pas basé sur un apport de chaleur élevé. Le procédé repose principalement sur une pression élevée entre les partenaires d'assemblage, " explique Jörg Bellmann, expert en soudage par impulsion magnétique dans le groupe de Markus Wagner. Lorsque le processus démarre, il y a une distance d'un à un millimètre et demi entre les partenaires de jonction. Un champ magnétique fait accélérer l'un des deux partenaires. Dans le reste du processus, les métaux entrent en collision avec un flash lumineux à grande vitesse—200 à 300 mètres par seconde. Une pression élevée est alors générée sur la surface de jonction et cela soude finalement les deux métaux ensemble. Un système de mesure, également développé chez Fraunhofer IWS, garantit tout au long de cela que les composants sont correctement positionnés, entrent en collision à angle droit et que l'ensemble du processus consomme le moins d'énergie possible.

    Le procédé obtient de bons résultats avec l'hydrogène liquide

    Le grand avantage du soudage par impulsions magnétiques :il peut assembler des combinaisons de métaux qui, étaient jusqu'à présent impossibles ou difficiles à souder, ce qui est particulièrement important lorsqu'il s'agit d'applications d'hydrogène liquide. Matériaux à mauvaise conductivité thermique, acier inoxydable par exemple, doivent être joints à des matériaux de construction légers tels que l'aluminium. Le nouveau processus rend maintenant cela possible. "La température ne devient vraiment chaude qu'à la surface limite elle-même, " rapporte Wagner. On dit que le processus est rapide et rentable et est capable de produire des joints d'une qualité élevée et constante. " Nous pouvons également utiliser cette méthode pour combiner des composants à parois extrêmement minces, " ajoute Bellmann. Cela est rendu possible par l'introduction d'éléments de support spéciaux qui peuvent être retirés à nouveau une fois le processus terminé.

    Et le nouveau procédé a un potentiel pour plus que la construction d'avions. Sa bonne conductivité électrique dans les zones de jonction en fait également une proposition attrayante pour le secteur de l'électromobilité et pour les procédés de l'industrie de fabrication électronique. "Cette technologie de soudage créera également de nouvelles possibilités pour les voyages dans l'espace, " dit Bellmann.


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