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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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Tenue mécanique
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3. Moyens de chauffage
Beaucoup de moyens de chauffage existent en brasage fort et en brasage tendre. Ils sont choisis principalement en fonction de l’alliage d’apport (température de fusion, composition chimique, forme), mais également en fonction des substrats à assembler (dimension, configuration du joint, nuance), de l’atmosphère de brasage (sous air, sous vide, neutre ou réductrice), et enfin de la valeur ajoutée de l’assemblage (prix, déformation).
L’important en brasage est de pouvoir maîtriser précisément la température à atteindre qui est, la plupart du temps, supérieure à la température de fusion de l’alliage d’apport (jusqu’à 100 °C au-dessus du liquidus). Ceci permet de s’affranchir des hétérogénéités chimiques liés à la fabrication de l’alliage d’apport, mais aussi d’intégrer, au cycle de brasage, un traitement thermique (trempe, recuit…).
Le cycle thermique de brasage (figure 7) est la terminologie employée pour évoquer l’opération de brasage. Il est composé :
-
d’une montée en température dont l’origine est la température ambiante. La vitesse de montée en température varie en fonction de la productivité attendue, de la nature des matériaux et de la massivité des pièces ;
-
d’un palier de brasage qui se situe au-dessus du liquidus, généralement de quelques secondes pour un brasage traditionnel, mais il peut atteindre plusieurs heures pour un brasage diffusion. L’augmentation du temps à ces températures permet d’obtenir la métallurgie du joint souhaité correspondant aux meilleures propriétés mécaniques possibles (cas du brasage des alliages de titane par exemple) ;
-
d’un refroidissement plus ou moins accéléré en fonction des matériaux assemblés (risque de fissuration des bronzes, des céramiques…) et des propriétés attendues (matériaux trempant).
Dans les fours, il est possible d’insérer d’autres paliers thermiques intermédiaires avant la température de brasage afin d’homogénéisé la charge, de dégazer les outillages et d’améliorer le niveau de vide.
Le chauffage global ou localisé engendrera des déformations qui seront contenues via l’optimisation des paramètres du cycle.
Le tableau ...
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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
HAUT DE PAGE
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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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