Un mode de défaillance courant observé lors des essais et de l'exploitation des engins spatiaux est appelé "soudure à froid" ("soudure à froid", "soudure par contact", "adhérence", "collage" ou "stiction"). Le soudage à froid est un procédé de soudage à l'état solide dans lequel l'assemblage s'effectue sans fusion ni chauffage à l'interface des deux pièces à souder. Cet effet concerne principalement les contacts métal-métal. Il a été reconnu pour la première fois comme un phénomène général lié aux matériaux dans les années 1940 : Des surfaces métalliques propres et planes peuvent adhérer fortement si elles sont mises en contact dans le vide. En raison du manque de données expérimentales, l'AAC a commencé à mettre en place une expertise en matière d'essais dans les années 1990 et a continué à établir une base de données dans le cadre d'un contrat avec l'ESA.


Mécanisme typique susceptible d'être soudé à froid

La soudure à froid est un problème important que les ingénieurs des engins spatiaux doivent prendre en compte : En 1991, sur le vaisseau spatial Galileo, l'antenne à gain élevé s'est rompue en raison de problèmes de soudure à froid au niveau des points de fixation des nervures. En général, les contacts métal-métal d'un vaisseau spatial présentent un risque élevé de soudure à froid. Il s'agit notamment des éléments suivants HDRM (Hold Down and Release Mechanism), fils toronnés, butées mécaniques, dentures d'engrenages, roulements et bien d'autres encore.


Deux situations sont considérées comme les principaux points de risque

Des soudures à froid peuvent se produire entre deux contacts métal-métal en raison des vibrations des moteurs, par exemple, lors d'un fonctionnement régulier dans l'espace. L'AAC teste ces conditions environnementales limites conformément à la norme STM-279.

La soudure à froid en situation de lancement peut se retrouver dans tout mécanisme spatial ayant un contact métal-métal. Lors du lancement et du transport terrestre, tous les mécanismes sont exposés à un niveau élevé de vibrations. Par conséquent, les revêtements et les traitements de surface peuvent être endommagés dès l'air. Cela peut conduire à une réduction de la durée de vie pour les opérations spatiales régulières, comme cela a été le cas pour le vaisseau spatial Galileo.


Fausses hypothèses courantes

À ce stade, j'aimerais clarifier certaines hypothèses erronées et certains problèmes souvent négligés :

- La soudure à froid ne se produit pas seulement entre les mêmes métaux, mais aussi entre des métaux différents. Pour donner un exemple de combinaisons exposées au fretting : SS440C contre Ti6Al4V présente des forces d'adhésion allant jusqu'à 10N. Ti6Al4V contre lui-même a une force d'adhérence d'environ 6N. SS440C contre lui-même a une force d'adhérence allant jusqu'à 3N.

- Un problème souvent négligé est l'endommagement des revêtements de protection lors des essais et des manipulations au sol. Tous les revêtements protecteurs utilisés doivent résister non seulement à l'environnement hostile du lancement et de l'espace, mais aussi au processus préliminaire de stockage, de manipulation et d'essai au sol. Il faut également tenir compte du processus préliminaire de stockage, de manipulation et d'essai au sol. Nous sommes souvent confrontés à des solutions de dernière minute, parce que la charge au sol a été sous-estimée ou que la soudure à froid n'a pas été envisagée du tout. Il convient de noter que lors des essais par secouage (dans l'air), la soudure à froid ne se produit pas. Le risque est généralement évalué en fonction de l'intégrité des surfaces de contact lors d'une inspection ultérieure.

- L'expérience du CAA montre que les problèmes potentiels de soudure à froid sont souvent pris en compte dans une phase tardive, lors de la construction du mécanisme spatial et des premiers tests dans le vide. En revanche, il est beaucoup plus facile de prendre en compte et d'analyser les problèmes potentiels de soudure à froid dès le début de la phase de conception.


Solutions et voie à suivre

AAC gère différentes installations d'essai pour tester des combinaisons de matériaux, de revêtements et de lubrifiants sur leur tendance à la soudure à froid. Ces tests ne sont pas très coûteux et comprennent généralement des conseils - vous n'avez pas besoin d'être un professionnel de la soudure à froid - c'est notre travail. Profitez de l'occasion et contactez-nous dès le début de la phase de conception pour éviter les problèmes de soudure à froid.
L'ESA soutient l'industrie spatiale européenne avec un base de données sur la soudure à froidqui est géré par la CAA. Inscrivez-vous gratuitement et accédez aux données de soudage à froid des principales combinaisons de matériaux couramment utilisées. - Si votre combinaison de matériaux préférée n'est pas disponible dans la base de données, contactez-nous pour plus d'informations.

Essais tribologiques dans l'environnement spatial proposés par l'AAC


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