Soudage par impulsion magnétique pour l'assemblage de véhicules électriques

Cette barre omnibus en cuivre et aluminium a été assemblée par soudage par impulsion magnétique. Photo avec l'aimable autorisation de PSTproducts GmbH

Le soudage par impulsion magnétique peut fixer des bornes robustes à des câbles épais avec une compression élevée, une résistance élevée et une faible résistance. Photo avec l'aimable autorisation de PSTproducts GmbH

Un système de soudage par impulsion magnétique typique comprend une alimentation électrique contenant une batterie de condensateurs, un système de commutation à grande vitesse et une bobine. Photo avec l'aimable autorisation de PSTproducts GmbH

Lors du soudage par impulsion magnétique, les condensateurs sont déchargés dans une bobine fabriquée sur mesure pour l'assemblage. Cela crée un champ magnétique transitoire intense. Ce champ magnétique induit des courants de Foucault dans tous les matériaux conducteurs à proximité, dans le sens opposé au courant primaire. Les champs opposés génèrent une force de répulsion élevée, qui entraîne la pièce la plus proche de la bobine à grande vitesse vers la pièce stationnaire, ce qui entraîne un impact important entre les deux métaux. Photo avec l'aimable autorisation de PSTproducts GmbH

La révolution des véhicules électriques pose de nombreux défis d'assemblage aux ingénieurs, tels que la manière d'assembler des métaux différents et de fixer de grandes bornes sur des câbles épais. Ironiquement, une technologie centenaire, le soudage par impulsion magnétique (MPW), pourrait être la réponse à ces problèmes.

Processus sans contact, MPW utilise une pression électromagnétique pour accélérer une pièce métallique afin de produire un impact contre une autre pièce métallique. La liaison atomique créée par ce processus est similaire à la liaison créée par le soudage par explosion. La technique peut être utilisée pour assembler des métaux similaires et différents.

Le MPW a été initialement développé à la fin des années 1800 comme méthode de formage de la tôle. Dans les années 1960, le procédé de formage a été adapté à un procédé de soudage des fermetures d'extrémité des barres de combustible nucléaire.

Un système de soudage par impulsion magnétique typique comprend une alimentation électrique contenant une batterie de condensateurs, un système de commutation à grande vitesse et une bobine. Les pièces à assembler sont insérées dans la bobine, la batterie de condensateurs est chargée et le commutateur haute vitesse est activé. Lorsque le courant est appliqué à la bobine, un champ magnétique est créé et le composant externe s'effondre sur le composant interne.

Une quantité importante d'énergie (5 à 200 kilojoules) est stockée dans les condensateurs, qui sont chargés à haute tension (3 000 à 30 000 volts). Les condensateurs sont ensuite déchargés à travers des barres omnibus à faible inductance et hautement conductrices dans une bobine fabriquée sur mesure pour l'assemblage. Le courant résultant prend la forme d’une onde sinusoïdale amortie. Les courants de pointe au cours de ce processus varient entre des dizaines de milliers et des millions d'ampères, avec des largeurs d'impulsion mesurées en microsecondes.

Cela crée un champ magnétique transitoire extrêmement intense à proximité de la bobine. Le champ magnétique induit des courants de Foucault dans tous les matériaux conducteurs à proximité, dans le sens opposé au courant primaire. Les champs opposés dans la bobine et la pièce génèrent une force de répulsion élevée. Cette force entraîne la pièce la plus proche de la bobine à grande vitesse vers la cible, la pièce stationnaire, ce qui entraîne un impact important entre les deux métaux.

La pression d'impact chasse les contaminants de surface et les oxydes sur les pièces et assure un contact intime à travers l'interface du joint, créant une liaison à l'état solide sans faire fondre les matériaux. Il n’y a pas de zone affectée thermiquement et la pureté des métaux, en surface et sous la surface, est préservée.

En conséquence, le procédé est particulièrement adapté à l’assemblage de métaux différents, tels que le cuivre et l’aluminium, car peu ou pas de composés intermétalliques sont créés. Le joint est étanche aux gaz et plus résistant que les matériaux de base.

Les propriétés magnétiques des matériaux de la pièce à usiner ne sont pas importantes. Le champ électromagnétique est suffisamment puissant pour que n’importe quel métal conducteur fonctionne.

Les pièces à assembler doivent être situées à 1 à 2 millimètres les unes des autres, afin de pouvoir accélérer. Malgré cette courte distance, la vitesse de la pièce à l'impact peut être bien supérieure à 300 mètres par seconde.