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RÉSUMÉ
Le brasage est un procédé d’assemblage métallurgique permettant d’allier des matériaux métalliques ou non, tels que des céramiques, par l’intermédiaire d’un alliage d’apport possédant une température de fusion inférieure aux matériaux de base. La connaissance des phénomènes physiques qui régissent le brasage permet d’aboutir à des jonctions répondant aux exigences de chaque application industrielle. Ils seront détaillés dans cet article et des exemples d’applications seront abordés.
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David MACEL : Responsable technique, expert brasage - Institut de Soudure, Département Recherche Innovation Expertise Groupe, Goin, France
INTRODUCTION
Le brasage est le plus ancien procédé d’assemblage métallurgique, utilisé il y a 4 000 ans sous l’ère des pharaons pour assembler des objets de la vie courante (plateaux, vases) en alliage de cuivre, des armes (manche de dague, épée) ou encore des pièces d’ornement et des parures en or. Il trouve maintenant sa place dans des applications techniques et à forte valeur ajoutée.
Présentant des avantages certains et quelques inconvénients, il est souvent employé lorsqu’il faut assembler des matériaux dissimilaires, afin que l’application envisagée bénéficie des propriétés physiques de chacun des substrats, notamment :
-
titane et alliage d’aluminium pour l’aéronautique,
-
carbure de tungstène à matrice cobalt et acier C-Mn pour les outils de décolletage,
-
alliage de cuivre et alumine pour le spatial,
-
céramique et acier inoxydable pour le nucléaire.
Le brasage est donc présent partout, de la bijouterie à l’aéronautique, et sa maîtrise peut lui autoriser certaines applications où les sollicitations thermomécaniques peuvent se situer à la limite de la rupture du métal de base.
Nous verrons que le brasage fait intervenir des phénomènes :
-
de mouillage,
-
de capillarité,
-
de diffusion,
-
de dissolution.
Lorsque la température de fusion de l’alliage d’apport est inférieure à 450 °C, le terme de brasage tendre est utilisé, au-delà de cette température, on parle de brasage fort. Lorsque l’assemblage est réalisé de proche en proche tout en déplaçant la source de chaleur, c’est du soudobrasage. Enfin, le terme de brasage diffusion [BM 7 747]est employé lorsque les durées de diffusion (de 30 minutes à plusieurs heures) à haute température (mais toujours inférieure à la température du liquidus des matériaux) sont exacerbées à des fins d’obtenir une tenue mécanique proche de celle du substrat de base.
Le Transient Liquid Phase (TLP) est une variante intéressante du soudage diffusion. Au même titre que le soudage diffusion, le TLP fait intervenir des mécanismes de diffusion atomique.
La technologie choisie pour une application sera fonction :
-
de la forme et de la dimension des pièces,
-
de la nuance des substrats,
-
du milieu environnant de service.
Nous abordons dans cet article l’aspect théorique du brasage, les principaux moyens de chauffage et les alliages d’apport à choisir en fonction des attendus de l’assemblage (métallurgie, mécanique, corrosion, esthétique, coût). Des exemples d’applications sont donnés. Nous évoquons également la tenue mécanique (traction et cisaillement) effectuée sur des assemblages brasés de différentes applications et nuances.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.
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Moyens de chauffage
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2. Alliage d’apport
2.1 Familles d’alliages d’apport
Les alliages d’apport sont la clé de voûte dans les assemblages brasés. Ils permettent de répondre à toutes les exigences demandées par l’application considérée telles que la tenue mécanique, la résistance à la corrosion, la résistivité électrique, l’aspect visuel, la couleur… Mais avant tout, son choix sera dicté par sa capacité à former une jonction métallurgique avec le substrat.
Il existe donc plusieurs familles d’alliages d’apport en brasage tendre et en brasage fort. Les principales familles utilisées dans l’industrie sont consignées dans des normes européennes et/ou internationales (exemple : NF A 81-362, NF EN ISO 17672).
En brasage tendre, se trouvent les alliages de gallium, de bismuth, d’indium, d’étain, de plomb, d’or et de zinc et en brasage fort, où les applications sont beaucoup plus nombreuses, les bases aluminium, argent, cuivre, or, nickel, cobalt, titane et palladium.
Couramment utilisés sous forme d’alliage binaire ternaire ou encore quaternaire, ils peuvent aussi être utilisés à l’état pur comme le cuivre par exemple. Quelques bases nickel seront trouvées à l’état amorphe.
Le tableau 2 permet de se rendre compte des différentes associations de matériaux possibles en brasage.
Il faut choisir l’alliage d’apport en fonction des sollicitations thermomécaniques, du milieu environnement de service, de leur forme et de leur coût. En effet, certains couples indiqués dans le tableau forment des composés intermétalliques et/ou des couples galvaniques qui peuvent nuire à la fonctionnalité finale de l’assemblage. Une étude préalable vérifiant ces points est toujours nécessaire avant de braser des pièces.
La figure 5 illustre la répartition thermique des principaux alliages d’apport en brasage tendre et en brasage fort.
HAUT DE PAGE2.2 Brasage des céramiques oxydes
Le choix des alliages d’apport utilisés dans le brasage des céramiques techniques va dépendre principalement de la...
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Alliage d’apport
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CATHÉRINE MARTIN (E.) - Métallurgie et comportement mécanique de structures minces brasées pour la production d'échangeurs thermiques - (2018).
-
(2) - BELAHOUEL (M.) - Métallurgie cours et exercices corrigés, Faculté de Génie Mécanique Département des Mines et Métallurgie -
-
(3) - MACEL (D.) - L’assemblage de matériaux dissemblables, Exemples de travaux en brasage et soudage diffusion. - Soudage et techniques connexes (2018).
-
(4) - MACEL (D.) - Avez-vous pensé au brasage ? Exemples de travaux en brasage : essais mécaniques et métallographies. - Soudage et techniques connexes (2016).
-
(5) - ALEXANDER (E.), YURY (A.) - Brazing of titanium at temperature below 800 °C : review and prospective applications - (2007).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Soudage, brasage, soudo-brasage – Métaux d'apport de brasage tendre, de brasage fort et de soudobrasage – Classification, codification, réception. - NF A 81-362 - décembre 2013
-
Soudage et techniques connexes – Aptitude au brasage – Définition et emploi d'une éprouvette à jeu variable. - NF A 89-410 - janvier 2017
-
Essais destructifs des assemblages réalisés par brasage fort. - NF EN 12797 - septembre 2000
-
Brasage fort – Métaux d'apport. - NF EN ISO 17672 - novembre 2016
-
Brasage fort – Défauts dans les assemblages réalisés par brasage fort. - NF EN ISO 18279 - juin 2004
-
Brasage fort – Flux pour le brasage fort – Classification et conditions techniques de livraison. - NF EN ISO 18496 - octobre 2021
-
Flux de brasage tendre – Classification et exigences – Partie 1 : classification, marquage et emballage. - NF EN ISO 9454-1 - avril...
ANNEXES
Institut de Soudure
ZI Paris Nord 2 – 90, rue des Vanesses
BP 51362 – 95942 Roissy Ch. De Gaulle Cedex, 93420 Villepinte
Laboratoire de brasage :
ZA Aéroport Régional
4, Rue Pilâtre de Rozier
57420 Goin
Laboratoire de recherches universitaires :
Institut Jean Lamour
Campus ARTEM
2, allée André Guinier
F-54000 Nancy Cedex
Laboratoire de recherches :
ICAR-CM2T
4, rue Lavoisier
54300 Moncel-lès-Lunéville
CIRTES
29 bis, rue d'Hellieule
88100 Saint-Dié-des-Vosges
Prestataires Industriels :
BODYCOTE
MERSEN
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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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