Plaques froides liquides FSW
Le soudage par friction-malaxage est un procédé de production de plaques refroidies par liquide qui dépasse les limites du soudage par fusion traditionnel, en utilisant la force mécanique pour dominer le processus thermoplastique et remodeler la forme de liaison des atomes métalliques à l'état solide.
Plaque de refroidissement liquide
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Qu'est-ce qu'une plaque froide liquide FSW ?
Le soudage par friction-malaxage est une méthode de soudage physique à l'état solide. Il se compose généralement de deux parties : la plaque inférieure et la plaque de recouvrement. Sous l'action de la force mécanique et de la chaleur de friction, la tête de malaxage se déplace par rapport au matériau de soudage, ce qui entraîne une élévation de la température de la surface de frottement et de son environnement à une température proche, mais inférieure, du point de fusion du matériau. La résistance à la déformation du matériau diminue, sa plasticité augmente et le film d'oxyde à l'interface se rompt. Sous la pression du forgeage, la plaque inférieure et la plaque de recouvrement sont soudées ensemble par diffusion et recristallisation des molécules d'interface. L'ensemble du processus ne subit aucune modification chimique, ce qui en fait une méthode de production de plaques refroidies par liquide extrêmement fiable.
Comment réaliser une plaque froide liquide FSW ?
Lors de la fabrication d'une plaque de refroidissement liquide soudée par friction-malaxage, le choix des matériaux est crucial. Les matériaux couramment utilisés sont l'aluminium et le cuivre. Dans le cas de l'aluminium, la plaque inférieure est souvent en alliage d'aluminium 6061, tandis que la plaque de recouvrement est généralement en alliage d'aluminium 1050. Lors de la production, les plaques subissent d'abord un prétraitement, par découpe et nettoyage, afin d'éliminer les impuretés de surface et les taches d'huile. Ensuite, la plaque inférieure et la plaque de recouvrement sont assemblées et positionnées. Enfin, un dispositif de soudage par friction-malaxage est utilisé, permettant à la tête de mélange de tourner à grande vitesse et de générer de la chaleur par frottement avec les matériaux. Ces derniers sont ensuite fusionnés à l'état plastique pour finaliser la soudure et obtenir la plaque de refroidissement liquide.
Lors de l'usinage d'une plaque de refroidissement liquide, la conception et l'usinage du canal d'écoulement sont essentiels. Généralement, la largeur du canal d'écoulement est comprise entre 9 et 20 millimètres, pour une profondeur d'environ 10 millimètres. L'épaisseur de la plaque de recouvrement est généralement de 4 millimètres, tandis que la plaque inférieure doit présenter une rainure concave. Cette conception structurelle garantit, après la pose de la plaque de recouvrement, des conditions favorables au soudage par friction-malaxage. Pour garantir un usinage fluide, il est recommandé d'éviter les angles droits dans le canal d'écoulement et d'adopter un angle R de transition pour faciliter le passage du foret. Une fois l'usinage du canal d'écoulement terminé, le matériau doit être remodelé, puis usiné CNC afin de garantir une épaisseur minimale de 3 millimètres pour la plaque de recouvrement. Lors du soudage, pour garantir la qualité de la soudure, la profondeur de soudure doit généralement être supérieure à 4 millimètres.
Comment concevoir les canaux d'écoulement pour la plaque froide liquide FSW ?
Microcanaux de densification locale :
Lors de la conception d'une plaque de refroidissement liquide soudée par friction-malaxage, destinée aux sources de chaleur à haute densité de puissance, telles que les onduleurs et les IGBT d'une puissance supérieure à 2000 XNUMX watts, il est nécessaire d'effectuer un traitement local des canaux d'écoulement de la plaque. En effet, les canaux d'écoulement de surface conventionnelle ne peuvent pas répondre aux exigences de refroidissement des sources de chaleur à haute densité de puissance. Par conséquent, nous appliquons généralement un traitement de cryptage sur les canaux d'écoulement situés au fond de la source de chaleur. Autrement dit, ces canaux sont en contact total avec le liquide de refroidissement, ce qui permet à la chaleur de se diffuser dans celui-ci puis de s'évacuer, garantissant ainsi le maintien d'une température adéquate des sources de chaleur à haute densité de puissance pendant le fonctionnement et la stabilité de l'équipement. Nous utilisons généralement le procédé d'ailettes biseautées pour produire ces microcanaux de densification locale.
Connexion en série :
Lors de la conception d'une plaque de refroidissement liquide, la disposition des canaux d'écoulement est importante. Pour les sources de chaleur d'une puissance inférieure à 2 kW, une connexion en série est adaptée. Dans ce cas, le liquide de refroidissement pénètre dans la plaque, circule dans des canaux disposés uniformément et ressort. Si la plaque comporte plusieurs sources de chaleur (par exemple, 3 ou 4), le liquide de refroidissement les traverse une par une. En absorbant la chaleur, la première source est plus chaude que la précédente. Cependant, une différence de température d'environ 4 °C est acceptable. Cette approche simple de connexion en série est couramment utilisée pour les sources de chaleur de moyenne puissance, alliant performances de refroidissement et simplicité de conception.
Connexion parallèle :
Lors de la conception de plaques de refroidissement liquide pour des sources de très haute puissance telles que des onduleurs ou des IGBT de plus de 3000 XNUMX W, il est essentiel de privilégier les canaux d'écoulement parallèles aux canaux en série. Ces derniers entraînent d'importantes différences de température entre les composants, ce qui dégrade les performances. Les conceptions parallèles assurent un refroidissement uniforme, mais nécessitent un contrôle précis des débits sous chaque source de chaleur. Comme de faibles différences de pression entraînent un débit plus rapide, le maintien de débits constants sur tous les canaux parallèles est crucial pour une dissipation thermique efficace et un fonctionnement stable des équipements.
Comment Walmate Thermal fabrique-t-il la plaque froide FSW pour les clients ?
Source
Pour le choix des matériaux, nous choisissons le cuivre 1100 ou l'aluminium 6063 en fonction du niveau de puissance requis par nos clients. Ainsi, nous pouvons non seulement répondre à leurs besoins, mais aussi les aider à réduire leurs coûts.
Traitement thermique
Après avoir sélectionné le matériau, nous procédons à son traitement thermique. La matière première de la plaque de refroidissement liquide étant soumise à des contraintes internes, nous devons la recuire. Cela permet de libérer ces contraintes internes pendant l'usinage.
Usinage CNC
Nous utilisons nos machines CNC de pointe pour usiner avec précision les canaux d'écoulement, garantissant ainsi une parfaite correspondance des tolérances entre la plaque inférieure et la plaque de recouvrement. Ce procédé d'usinage précis constitue une base solide pour le soudage par friction-malaxage ultérieur.
Test de fuite
L'inspection à l'air ou à l'hélium permet de détecter d'éventuels défauts survenus lors du soudage. Pour garantir la qualité du produit, toutes les plaques de refroidissement liquide doivent subir un contrôle d'étanchéité complet. Seules les plaques de refroidissement liquide qui réussissent ce contrôle passent à l'étape suivante : l'usinage CNC de précision.
