Technologie laser

Focus matériaux n° 7 – La soudure laser sur Invar® et Kovar®

Métal illustrant la soudure laser sur Invar et Kovar

Dans la série sur le soudage laser des matériaux, il était temps pour nos experts de vous parler de l’Invar® et de son dérivé, le Kovar®. Ces deux alliages, constitués de fer et de nickel, présentent des propriétés proches de celles du verre. C’est ce qui les rend intéressants dans des secteurs de pointe comme l’aéronautique et la mécanique de précision. Mais quelles sont leurs spécificités ? Et comment les assembler judicieusement ? On vous dit tout sur le soudage des alliages d’Invar® et Kovar®.

Les principales caractéristiques de l’Invar® et du Kovar®

Invar® et Kovar® sont deux alliages métalliques composés de fer et de nickel. Leurs propriétés sont comparables à celles du verre. 

La composition de l’Invar® et du Kovar®

L’Invar®(également nommé Alloy 36) est un alliage de fer (à 64 %) et de nickel (à 36 %). Il a été inventé par le Suisse Charles Édouard Guillaume, qui reçut le Prix Nobel de Physique en 1920 pour l’étude de ses propriétés. Sa dénomination générique est FeNi36 %, ou 64FeNi aux États-Unis.

Son dérivé, le Kovar®, est quant à lui constitué de fer (à 53,5 %), de nickel (à 29 %), de cobalt (à 17 %), de manganèse (à 0,3 %) et de silicium (à 0,2 %), avec un maximum de 0,02 % de carbone. On le trouve également sous la dénomination Dilver P.

Les avantages et inconvénients de ces assemblages

Le principal avantage de l’Invar® et du Kovar® réside dans leur très faible coefficient de dilatation (environ 2 × 10−6 K−1 en longueur). Avec une dilatation quasi nulle à température ambiante, ces deux alliages métalliques offrent une remarquable stabilité en longueur.

Cependant, ils ont l’inconvénient d’être fortement oxydables à l’état brut. Pour éviter cette corrosion, il est possible :

  • de les protéger par une couche d’or ou de nickel, 
  • ou d’utiliser la solution de l’armoire sous azote, qui consiste à stocker les pièces sous un flux de gaz neutre afin de limiter l’oxydation.

Invar® et Kovar® : les domaines d’application

Compte tenu de leur faible coefficient de dilatation thermique, l’Invar® et le Kovar® sont en particulier utilisés dans la fabrication d’instruments de précision ou de tubes cathodiques pour rayons X. Les secteurs de la cryogénie et de l’aérospatial y ont également recours. 

Souvent présents dans les liaisons verre / métal ou céramique / métal, ils se prêtent bien à l’assemblage par soudage laser.

Quid du soudage laser sur Invar® et Kovar® ?

L’Invar® et le Kovar® sont des matériaux ferromagnétiques, ce qui est un inconvénient pour la soudure par faisceau d’électrons. A contrario, ces alliages supportent bien le soudage au laser, en mode continu comme en mode pulsé. Les autres méthodes représentent un risque de dégradation de la liaison entre verre et métal !

Entrant dans la fabrication de pièces sensibles et coûteuses, voire de petite taille, ces matériaux exigent généralement un soudage de précision qui plaide en faveur de la soudure laser. Si besoin, l’Invar® et le Kovar® peuvent être soudés avec des inox dans le cadre d’un assemblage hétérogène qui peut également être réalisé par laser.

Avec leurs limites et leurs avantages, l’Invar® et le Kovar® rendent de précieux services aux secteurs de pointe. Vous aimeriez en savoir plus ? Vous avez un projet et vous souhaitez être conseillé ?

Crédit photo : Unsplash / Bernard Hermant

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