LE BRASAGE

Généralités

Le brasage est un mode d’assemblage permanent de pièces métalliques exécuté par voie thermique. Les opérations de brasage se caractérisent par le fait que les bords des pièces à assembler ne sont pas portés à l’état liquide. C’est pourquoi la température de fusion du métal d’apport doit être inférieure que celle du métal de base. Le brasage est utilisé pour l’assemblage des joints difficilement soudables à cause de leur accessibilité parfois restreinte. Dans le cas de pièces minces, le brasage a un avantage marqué car l’énergie thermique utilisée lors du soudage par brasage est relativement faible. Les températures atteintes sont donc assez basses, ce qui minimise les déformations et la baisse des propriétés mécaniques des pièces. Le soudage par brasage est principalement utilisé pour joindre la fonte, l’acier, le cuivre, le nickel et leurs alliages.

Types de brasage

On distingue trois types de brasage : le brasage tendre, le brasage fort et le soudo-brasage.

En soudo-brasage, le métal d’apport est fusionné puis déposé à l’intérieur d’un joint ayant une configuration spécifique qui s’apparente à une préparation pour le soudage électrique conventionnelle à l’intérieur d’un chanfrein. La liaison métallurgique est obtenue par l’action de mouillage du métal d’apport sur le métal de base qui sera accompagnée d’un certain degré de diffusion entre les atomes du métal de base et ceux du métal d’apport. L’assemblage par soudo-brasage requiert un métal d’apport dont la température de fusion (liquidus) est supérieure à 450°C (840°F).

Le brasage fort se caractérise par une température de fusion du métal d’apport qui est supérieure à 450°C (840°F) comme en soudo-brasage. La différence entre les deux types de brasage réside dans le mécanisme de liaison et la configuration du joint dans le brasage. Le métal d’apport à l’état liquide s’infiltre à l’intérieur du joint entre les deux pièces à joindre par le principe de capillarité.

En brasage tendre, on utilise un métal d’apport dont la température de fusion se situe sous 450°C (840°F). Le mécanisme de liaison et le phénomène de mouillage sont les mêmes que pour le brasage fort.

Assemblage

Préparation des surfaces à joindre

Une surface propre, sans oxyde est impérative lors du brasage. Toute trace de graisse, d’huile, de saleté et d’oxyde doit être enlevée. Tous ces éléments peuvent nuire à l’action capillaire et à la bonne adhérence du métal d’apport. Le nettoyage peut être mécanique ou chimique.

Le nettoyage chimique est le plus efficace pour enlever la graisse ou l’huile. La nature du contaminant détermine le produit chimique pour nettoyer les pièces. Cependant certains oxydes et la calamine ne peuvent être enlevés chimiquement, seul les moyens mécaniques parviennent à enlever ces aspérités de surface. Le meulage, la brosse métallique ou toute forme d’usinage sont de très bons moyens mécaniques pour nettoyer et préparer les surfaces.

Certains produits de brasage sont accompagnés d’un flux qui désoxyde et décape la surface de la pièce lors du chauffage. Il est tout de même conseillé de faire un léger nettoyage de la pièce avec une brosse en acier inoxydable pour en faciliter l’assemblage.

Espacement des pièces à assembler

Lors du brasage tendre ou du brasage fort, la capillarité joue un rôle important. Pour faciliter l’attraction capillaire, il est important d’avoir un léger écartement entre les pièces à joindre. Un écartement trop prononcé provoquera des manques de métal à l’intérieur du joint. De plus, le retrait du métal lors de la solidification sera plus grand et risquera de déformer l’assemblage et d’imposer des contraintes résiduelles. On suggère généralement un écartement entre 0,03 et 0,08 mm (0,001 et 0,003 po) entre les pièces. Il est important de tenir compte de la dilatation du joint lors du chauffage car l’écart risque de se refermer. Le tableau suivant donne l’écartement suggéré entre les pièces selon le type de métal et son coefficient d’expansion thermique.

(a)Si la profondeur du joint est moins que 6 mm (¼ »), l’écartement doit être de 0,13 à 0,25 mm (0,005 à 0,010 po).
Si la profondeur excède 6 mm (¼ »), l’écartement doit être entre 0,25 à 0,61 mm (0,010 à 0,024 po).

Types de joint pour le brasage

Il est important que l’assemblage comporte des joints avec un maximum de surface pour permettre une meilleure résistance mécanique. Les schémas ci-dessous illustrent bien les conceptions de joints préférables.

Contrôle de l’apport thermique

Les formes dimensionnelles du joint déterminent directement l’apport de chaleur nécessaire à la bonne fusion du métal d’apport ainsi que sa fluidité. Il faut moins de chaleur pour les joints chanfreinés, les joints en angle et les revêtements que pour les joints bout à bout ou à recouvrement où l’alliage d’apport doit s’écouler par capillarité.

Il existe deux méthodes d’application des alliages :

  • soit en formant un cordon par mouillage;
  • soit par capillarité.

La première technique (soudo-brasage) est utilisée pour le remplissage d’un chanfrein ou le rebâtissage d’une section manquante et exige une chaleur moindre que la seconde (brasage tendre ou brasage fort) qui sert à l’assemblage des joints bien ajustés. Le faible apport de chaleur améliore les conditions de travail en plus d’être favorable à la soudabilité. Il prévient la fusion du métal de base et les risques de distorsion, de gauchissement et de surchauffe.

Types de flamme

Il y a trois types de flamme utilisés avec un chalumeau oxyacétylénique :

  • flamme neutre;
  • flamme carburante;
  • flamme oxydante.

La flamme neutre, aussi appelée flamme normale, est une flamme où le volume d’oxygène est égal au volume d’acétylène. C’est le type de flamme qui est utilisé lors du soudage, du chauffage et du brasage dans la plupart des cas. Elle représente la combustion parfaite car elle est ni oxydante, ni réductrice et elle protège contre l’effet d’oxydation de l’air ambiant et de l’oxygène contenu dans le mélange gazeux. Le dard est blanc, brillant, de forme très nette et il est presque seulement visible à travers des verres de protection pour soudeur. On ne peut pas braser ou souder tous les métaux à l’aide de la flamme neutre. Certains alliages demandent une flamme différente, soit carburante ou oxydante.

Pour obtenir la flamme carburante, qui est la plus froide, on règle le débit de gaz avec un excès d’acétylène par rapport à une flamme neutre. Un halo se superpose au dard normal et présente parfois une forme irrégulière qui s’allonge lorsque l’on augmente l’acétylène. Elle possède une teneur élevée en carbone. On l’utilise pour les métaux tels que l’aluminium, le magnésium et le cobalt car elle est la moins chaude et minimise la formation de la couche d’oxyde par sa plus faible concentration d’oxygène.

La flamme oxydante est la plus chaude et s’obtient en augmentant légèrement le débit d’oxygène par rapport à la flamme neutre, ce qui raccourcit le dard et le panache. Le dard devient moins brillant, d’une couleur bleue, de forme pointue en émettant un sifflement alors que le panache devient plus lumineux. Cette flamme est utilisée principalement avec des alliages à base de zinc car l’oxydation du zinc obtenue au cours du travail évite son évaporation. Cette application est plutôt rencontrée dans l’assemblage par soudo-brasage de tubes ou tôles galvanisés.

Technique de manipulation du chalumeau

Lors du brasage, il faut contrôler l’apport de chaleur en tenant le chalumeau à une certaine hauteur. Cette dernière varie avec le type du métal de base. Les métaux à haut point de fusion demandent que la flamme soit plus près de la pièce pour permettre de concentrer la chaleur. Les métaux avec une température de fusion plus basse requièrent que la flamme soit plus loin de la pièce pour avoir une chaleur plus douce. Le tableau suivant indique les espacements typiques entre l’extrémité du dard et la pièce à travailler.

Point de fusion du métalDistance pièce et bout du dard de la flamme
260°C (500°F)50 mm (2 »)
540°C (1000°F)25 mm (1 »)
700°C (1300°F)13 mm (1/2 »)
980°C (1800°F)6 mm (1/4 »)

Il est très important de toujours garder le chalumeau en mouvement pour ne pas surchauffer localement la pièce. Si le chauffage est trop localisé, la section ne sera pas complètement réchauffée à la température idéale, ce qui causera des manques de pénétration et des problèmes de mouillage. On commence par faire des cercles à l’aide du chalumeau puis, pendant que la pièce se réchauffe, on ressert tranquillement les cercles pour avoir une concentration de la chaleur. On tient le chalumeau à 45° et le métal d’apport à 45° avec la pièce à assembler, de manière à former un angle de 90° entre le métal d’apport et le chalumeau. On dépose une goutte de métal à la fois, tout en prenant soin de bien l’étendre à chaque fois avant de déposer une seconde goutte. Durant toute l’opération, il est très important de toujours tenir le chalumeau en mouvement.

Si on utilise un décapant en poudre, on doit le mélanger avec de l’eau de façon à faire une pâte avant de l’appliquer sur la pièce. Les flux en pâte, doivent être appliqués sur les pièces propres avant le chauffage. Si on utilise un métal d’apport qui est dénudé, on doit appliquer du flux autour du métal d’apport et sur les pièces à assembler. Il est à noter que le cuivre pur peut se braser sans décapant avec les baguettes Sodel 473 et Sodel 474. Même si on utilise un flux, les pièces doivent toujours être propres.

Métaux d’apport

Lors de l’assemblage par brasage, plusieurs types de métaux d’apports peuvent être utilisés pour donner au joint une résistance suffisante pour l’application à laquelle il est destiné. Cependant, certains alliages sont plus appropriés que d’autres par leurs caractéristiques opératoires comme la fluidité, le point de fusion, la résistance à la corrosion, la couleur, etc. Il est donc très important de bien connaître le type de métal que l’on désire assembler pour choisir le type de métal d’apport à utiliser. Pour effectuer un choix adéquat, il est préférable de connaître :

  • le type d’alliage à joindre;
  • s’il s’agit de métaux dissemblables à joindre;
  • le point de fusion du ou des métaux de bases et du métal d’apport;
  • les caractéristiques des alliages comme la conductivité thermique, s’il y a une couche d’oxyde qui se forme sur l’alliage, etc.;
  • l’épaisseur de la section ou des pièces à assembler;
  • le milieu d’utilisation de l’alliage c’est-à-dire, la température d’utilisation, le pouvoir corrosif des produits entrant en contact avec les pièces, les sollicitations mécaniques (résistance), etc.

Le tableau brasage 1 donne la compatibilité de différents métaux de base avec un métal d’apport spécifique. Cependant il est important de bien évaluer les points précédents avant de faire son choix.

CONSEILS PRATIQUES LORS DU BRASAGE

1- Possibilité de joindre les matériaux à un coût moindre qu’avec un procédé de soudage à l’arc électrique conventionnel.
2- Équipement très simple pour le brasage manuel et le brasage automatisé.
3- Possibilité de joindre des matériaux possédant une température de fusion très différente.
4- Produit moins de déformations par la chaleur et moins de contraintes qu’un autre procédé de soudage par fusion.
5- Possibilité d’assembler des matériaux dissemblables, comme l’acier à des carbures ainsi que certains composites.
6- Un chauffage uniforme de la pièce préviendra les déformations et les distorsions causées par un préchauffage localisé.
7- Dans le cas des alliages de cuivre, déposer la pièce sur des matériaux réfractaires isolants afin de diminuer les pertes de chaleur par le contact métal sur métal.
8- Pour plus de succès en soudo-brasage, il est conseillé d’arrondir légèrement les angles du chanfrein pour permettre une meilleure tenue du métal d’apport.
9- Une surface rugueuse est meilleure pour l’accrochage lors du soudo-brassage.
10- Procédé relativement facile à automatiser.
11- Les propriétés mécaniques qui ont été obtenues par traitements thermiques peuvent être altérées par le brasage. Par contre les matériaux qui sont en condition recuit, ne sont pas affectés par le chauffage.

12- La largeur de la zone affectée lors du brasage est plus large et moins bien définie qu’avec un autre procédé de soudage, ce qui donne un joint moins fragile.
13- Lorsque des réparations ultérieures sont nécessaires, certains joints faits par brasage peuvent être réchauffés et démontés sans endommager la pièce.
14- Pour joindre de l’acier ou du cuivre à de l’aluminium, on exécute un beurrage à l’aide d’une baguette d’argent tel que la Sodel 472 ou Sodel 475 sur la pièce d’acier. Ensuite, on joint la pièce d’aluminium à la partie beurrée avec la Sodel 480 qui est un alliage d’aluminium.

AVANTAGES DU BRASAGE À L’ARGENT

1- Les alliages d’argent offrent un très bon pouvoir capillaire pour joindre certains alliages difficiles à braser. Leur fluidité, leurs propriétés mécaniques et leur résistance à la corrosion en font des baguettes de choix.
2- Ils possèdent un plus grand pouvoir mouillant et capillaire que les bronzes.
3- Leur point de fusion plus bas, permet de diminuer la largeur de la zone affectée et minimiser les déformations par rapport aux brasures ne contenant pas d’argents.
4- Les alliages ayant une haute teneur en argent possèdent une bonne conductibilité électrique et thermique.
5- Les alliages contenant beaucoup d’argent sont idéals pour les applications de l’industrie alimentaire, le domaine hospitalier et lorsque l’hygiène est primordiale.
6- La couleur du dépôt est comparable à celle des aciers inoxydables.
7- Possibilité de joindre des métaux dissemblables.
8- Ils peuvent braser les métaux dissemblables ensemble.

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