Définition de Brasage
Selon AWS A3.0, Brasage est défini comme :
« Un groupe de processus de jointure produisant le collage de matériaux en les chauffant à la température Brasage en présence d'un métal d'apport Brasage ayant un liquidus supérieur à 450 °C [840 °F] et inférieur au solidus du métal de base. Le métal d'apport Brasage est distribué et retenu entre les surfaces de contact étroitement ajustées du joint par action capillaire.
Une autre façon de comprendre est que les métaux d'apport doivent fondre, contrairement aux matériaux de base.
En plus de cela, le métal d'apport est distribué par action capillaire dans l'espace formé par les surfaces de joint après fusion.
Afin de clarifier la définition, il convient de souligner que Brasage est une méthode d'assemblage non mécanique qui mérite d'être distinguée du soudage et du brasage.
Différences par rapport au soudage
En Brasage :
- Le matériau d'ajout (consommable) est fondu à une température inférieure à la température de fusion des matériaux de base.
- En raison du point ci-dessus, les matériaux de base ne fondent pas.
- Le consommable comble le vide entre les matériaux de base par effet capillaire.
Différences par rapport au brasage
Dans le brasage tendre (ou faible) :
- Un consommable non ferreux est utilisé (plomb par exemple) ;
- Le consommable a un point de fusion inférieur à 450 °C.
Historique
Les rapports d'utilisation de Brasage sont très anciens.
Il est supposé que la brasure peut avoir été accidentellement découvert dans un four vers 4000 avant JC.
La première preuve trouvée était un bijou en or et en argent dans la tombe de la reine égyptienne Pu-abi (daté d'environ 2500 avant JC).
Les utilisations de Brasage
Brasage est largement utilisé dans de nombreuses applications en raison de :
- Capacité à assembler des matériaux de nature très différente, tels que (métaux et céramiques) ou (titane et acier inoxydable);
- Petites épaisseurs. Le soudage pourrait les déformer excessivement;
- Matériaux traités thermiquement. Afin d'éviter la perte du traitement thermique (avant soudage).
Pour ces raisons, Brasage est utilisé pour les joints dans les pièces automobiles, les réfrigérateurs, les échangeurs de chaleur, les composants aéronautiques et aérospatiaux, les composants électroniques, etc.
Applications typiques des composants pour l'industrie de la réfrigération et des pièces automobiles :
Brasage des échangeurs de chaleur en aluminium (Ils sont utilisés dans les systèmes de refroidissement des voitures particulières) :
Brasage de cuivre et de graphite (Ils sont utilisés dans l'industrie nucléaire) :
Avantages
- Permet la union de matériaux très différents et normalement non soudables.
- Les composants peuvent être traités en vrac.
- Brasage peut être plus économique et productif ;
- La déformation ou la distorsion est minimisée voire éliminée ;
- La dilution avec le métal de base est minime ;
- Les cycles thermiques sont prévisibles ;
- Permet l'union de matériaux d'épaisseurs très différentes
Inconvénients
- Joint inférieur résistance par rapport à un joint soudé ;
- Le joint brasé aura probablement une résistance inférieure à celle du métal de base ;
- Des températures élevées peuvent détruire ou affaiblir les joints brasés.;
- Certaines applications nécessitent un contrôle élevé de la propreté des joints et une utilisation précise du flux ;
- La couleur finale du joint est souvent différente du métal de base (Aspect visuel indésirable).
Sources de chaleur
Il existe essentiellement 5 sources de chaleur pour Brasage. Chaque type convient à un style de pièce, une géométrie, un matériau ou un volume à braser.
- (a) Torche ou torche
Convient aux petites pièces, produites en petites quantités.
- (b) Par induction
Convient aux pièces nécessitant un meilleur contrôle de la température
- (c) Four continu
Convient aux petites pièces, produites en grande quantité.
- (d) Four batch
Convient aux pièces volumineuses et complexes.
- (e) Étuve sous vide
Convient aux matériaux réactifs ou matériaux qui ne peuvent pas être oxydés.
Types de joints
Ce sont les configurations dans lesquelles les matériaux de base seront brasés. Il existe les types de joints brasés suivants :
- (a) Haut
- (b) Chevauchement
- (c) et (d) Variations en haut et chevauchement
- (e) Angle
Propriétés
Un joint brasé doit atteindre certaines propriétés pour atteindre ses objectifs :
- Résistance mécanique ;
- Résistance au cisaillement ;
- Résistance à la fatigue ;
- Robustesse ;
- Résistance à la corrosion ;
Les concepteurs prennent en compte non seulement la résistance de l'alliage à braser, mais également la zone de résistance ou la longueur de chevauchement minimale requise pour maintenir les propriétés mécaniques.
Concepts
Mouillabilité
La mouillabilité est la capacité d'une phase liquide à s'étaler sur un substrat solide.
Dans brasage, la phase liquide est représentée par le métal d'apport en fusion et le substrat solide par le matériau de base.
Une représentation graphique schématique de ce concept peut être vue dans l'image ci-dessous. Il présente 3 cas distincts de mouillabilité :
Dans le premier cas ci-dessus, le métal d'apport ne présente aucune tendance à s'étaler sur le matériel de base.
Il reste sous forme de goutte qui ne mouille pas la surface.
Dans ce cas, il n'y a pas de contact physique entre la phase liquide et le substrat, il n'y aura donc aucune possibilité de collage.
Dans le second cas, le métal d'apport est répartis sur le matériau de base, mais à un niveau limité.
Dans ce cas, on dit que la mouillabilité est modérée. Il y a un contact physique entre la phase liquide et le substrat, ce qui leur permet de s'unir.
Dans le troisième cas, le métal d'apport s'étale complètement sur le matériau de base, formant presque un revêtement. On dit alors que la mouillabilité est excellente.
Le contact physique entre la phase liquide est le plus grand possible, donc l'union entre elles est facilement obtenue.
La mouillabilité d'un métal d'apport sur un matériau de base dépendra de plusieurs facteurs :
- (a) Métal d'apport déposé sur la surface préparée du matériau de base (avant brasage);
- (b) Les conditions actuelles permettent au consommable de se répandre sur le matériau de base ;
- (c) Les mauvaises conditions entravent l'écoulement du métal d'apport ;
- (d) Les conditions ici étaient si mauvaises que le consommable s'est enfui ou a régressé par rapport au matériau de base.
Effet capillaire ou capillaire
C'est un phénomène physique qui se produit lorsqu'une phase liquide mouille un substrat et peut être mieux compris par en observant la figure ci-dessous.
Si la mouillabilité existe, la phase liquide a tendance à s'élever au-dessus du niveau normal par effet capillaire.
La hauteur atteinte est proportionnelle à la taille de l'interstice.
D'autre part, lorsqu'il n'y a pas de mouillabilité, l'espace n'est même pas comblé et la hauteur de la phase liquide reste inférieure à son niveau normal.
Remarque : L'espace sera ne doit être rempli que lorsque le métal d'apport en fusion mouille les matériaux de base. Le remplissage sera plus facile avec des espaces plus petits.
brasage, par conséquent, n'est rien de plus que le remplissage d'un espace entre les matériaux de base par un métal d'apport en fusion
Et ceci le métal d'apport a nécessairement une mouillabilité sur les matériaux de base.
Une représentation schématique de brasage peut être vue ci-dessous, où l'évolution du métal d'apport peut être suivie.
brasage écart
Il a été montré que le remplissage de l'espace entre les matériaux de base dépend de la capacité du métal d'apport fondu à mouiller le matériau de base.
En outre, le remplissage se fait plus facilement dans des interstices plus petits.
On pourrait alors imaginer que l'interstice à utiliser soit le plus petit possible, car cela faciliterait son remplissage.
Malheureusement, ce concept est faux. Une réduction excessive de l'écart rend le flux plus difficile.
Le flux ne fonctionne pas bien dans les très petits espaces.
Tout comme l'écart ne doit pas être trop petit, il ne doit pas l'être trop grand.
Un petit espace donnera un petit effet capillaire, ce qui rend le remplissage difficile.
On conclut donc que l'entrefer à utiliser doit se situer dans une certaine plage.
Une plage où l'on sait que le flux et l'effet capillaire sont satisfaisants, donc assurant un remplissage adéquat de l'espace.
Les espaces à utiliser sont généralement de l'ordre de 0,05 à 0,20 mm.
Cela dépend du métal d'apport, du type de flux et du type de joint utilisé.
Dans tous les cas, le fournisseur de consommables doit être consulté pour recommander l'écart requis.
Flux (Nettoyants)
Le nettoyage est tout simplement indispensable pour brasage.
Nous devons nettoyer la surface des matériaux de base avant brasage. Ils doivent être exempts d'huile ou de graisse.
C'est parce que l'huile ou la graisse, lorsqu'elle est chauffée, produit des résidus qui restent à la surface des matériaux.
Ces résidus empêchent le métal d'apport de mouiller les matériaux de base, ce qui rend brasage irréalisable.
Ils sont généralement éliminés par une opération de dégraissage, réalisée par des solvants industriels.
Fonctions de flux
- Eliminer la couche des oxydes de surface des matériaux de base, permettant ainsi l'apparition de mouillabilité ;
- Empêcher les matériaux de base de s'oxyder pendant le chauffage en brasage. Ceci est nécessaire car la chaleur a tendance à accélérer les réactions chimiques, y compris les réactions d'oxydation ;
- Protéger le métal d'apport jusqu'à ce qu'il fonde, permettant ainsi à la mouillabilité de se produire ;
- Ne pas attaquer ou réagir avec le matériau de base (Flux);
- Désoxyder la surface du matériau de base avant le début de la fusion du métal d'apport (au moins 50°C en dessous de la température de travail), en la maintenant désoxydée jusqu'à la fin du brasage (Flux) ;
- Assurer une bonne mouillabilité et fluidité sur le matériau de base, en s'étalant correctement sur les surfaces à braser (Flux) ;
- Se retire facilement après brasage (Flux).
Le flux peut être solide, liquide ou gazeux.
Métaux d'apport
Une sélection appropriée du métal d'apport à utiliser est souvent la clé du succès.
En général, ces matériaux doivent avoir certaines caractéristiques importantes pour que le brasage se produise correctement, telles que :
- Fournir une bonne mouillabilité sur les matériaux de base à braser ;
- Température de fusion adéquate (ou plage de température de fusion) par rapport aux matériaux de base et fluidité permettant au métal en fusion de pénétrer adéquatement dans les joints par effet capillaire ;
- Présentez les propriétés requises pour le composant brasé. Par exemple : résistance mécanique adéquate, conductivité électrique requise, etc.
- Ne pas réagir de manière excessive avec le matériau de base, provoquant une érosion ou la formation de phases fragiles ;
- Ne montre pas une forte tendance à la liquidation (fusion partielle).
Il est d'usage de classer les métaux d'apport selon les éléments chimiques qui les composent.
En général, on dit qu'il existe différentes familles de métaux d'apport, chaque famille étant caractérisée par le fait qu'elle contient les mêmes (ou presque les mêmes) éléments.
Ces familles de matériaux d'apport diffèrent (les uns des autres) principalement par les températures de fusion.
Cette caractéristique est d'une importance fondamentale dans brasage. Abaisser la température de fusion signifie moins de chauffage requis, donc le brasage sera le moins cher et le plus rapide.
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