Brevet FR2233132A1 — publié le 19750110

La présente invention concerne une soudure pour la brasure sans fondant de pièces en aluminium ou en alliages d'aluminium dans des atmosphères non oxydantes à des tempe ratures supérieures à 55000. Pour la brasure d'aluminium et d'alliages d'aluminium on connatt un grand nombre de soudures et de procédés dans lesquels on utilise un fondant pour réaliser une liaison irréprochable entre les pièces. En particulier eu égard aux dangers de corrosion, les pièces soudées doivent être ensuite libérées soigneusement des résidus de fondant. Ces opérations de nettoyage sont particulièrement onéreuses et causent des problèmes toujours plus importants du point de vue de la pollution de l'environnement. Pour des pièces de forme compliquée, il est pratiquement impossible d'éviter que, malgré un nettoyage poussé, des résidus de fondant ne restent sur la pièce et n'entrat- nent des dégâts dds à la corrosion.Depuis un certain temps, on a par conséquent cherché à développer des matériaux et des procédés permettant la brasure sans fondant de l'aluminium et des alliages d'aluminium. Dans l'un de ces procédés, il a été proposé d'amener les constituants individuels d'un alliage de brasure constitué par 3 à 15 5"1 de silicium, 0,4 à 10 k de magnésium, O à 25 ffi de cuivre, le restant étant de l'aluminium de même que les impuretés résultant de la préparation, sous forme d'une poudre des éléments individuels et/ou par un pré-alliage, aux points de liaison et de fondre I'liage de brasure à une température supérieure à 5500 C dans une atmosphère non oxydante (demande de brevet en République Fédérale Allemande mise à l'inspection publique sous le numéro 15 27 307).On connatt également une soudure permettant le soudage sans fondant de pièces d'aluminium qui est composée de 4 à 20 % de silicium et de 0,01 à 10 %, de préférence 0,05 à 2 % de chacun des éléments bismuth, strontium, baryum et/ ou antimoine, le restant étant constitué d'aluminium et d'impuretés résultant de la préparation. Une telle soudure est destinée à être utilisée sous un gaz protecteur inerte ou également sous un vide poussé par exemple de 10 1 à 10 mm de mercure (demande de brevet en République Fédèrale Allemande mise à l'inspection publique sous le numéro 19 62 760). Par les procédés mentionnés, on peut réaliser des liaisons par soudure de pièces d'aluminium sans avoir recours à un fondant.Il est cependant apparu que les soudures connues devraient encore être améliorées pour des utilisations à l'échelle industrielle, en psrtîcuîier pour la fabrication en grande série par exemple d'échangeurs de chaleur. Dans le cadre de procédés de fabrication de ce genre, on procéde de manière que par estampage, chanfreinage, pliage et similaires, on prépare les pièces individuelles à partir de tô- les plaquées de soudure. Ces pièc-es sont ensuite assemblées ou maintenues par dés dispositifs appropriés et dans la mesure du possible reliées pour obtenir une pièce finie en une seule opération de soudage. Les exigences sont très sévères en ce qui concerne la résistance mécanique et l'étanchéité. Généralement, il est exigé que le pourcentage de rebut soit inférieur à 1 Wo. Pour atteindre ce but, il est important que les pièces préparées se correspondent l'une à l'autre avec précision en ce qui concerne la forme et les dimensions, de manière que lors du soudage elles puissent être assemblées de manière que tous les points à relier soient en contect mutuel. Il faut au moins veiller à ce que les pièces aux points à relier ne soient éloignées que d'une distance telle que la soudure liquide puisse franchir l'espace sous l'effet de capillarité. Il arrive souvent que la forme et le dimensionnement des pièces à relier ne puissent pas être réalisés avec la précision nécessaire lors d'une fabrication en grande série.Il en résulte que lors de l!assem- blage des éléments pour préparer le soudage et également lors du processus de préchauffage, par suite des déformations thermiques, il apparat des espacements entre les points à relier qui ne peuvent pas etre recouverts par la soudure liquide. Pour la soudure connue par exemple par la demande de brevet allemand dernièrement citée, il -est par exemple nécessaire deveiller à ne pas dépasser une largeur de fente d'environ 9,1 mm. (-voir Zeitschrift Aluminium (1972) page 805, colonne de droite, lignes 10 à15 à partir du bas). Du fait qu'il n'est pas toujours possible de satisfaire à de telles exigences, l'on a cherché à développer une soudure qui soit en mesure, lors du soudage, de recouvrir des largeurs de fente essentiellement plus importantes. Pour atteindre ce résultat, la demanderesse a mis au point une soudure qui est caractérisée par la composition suivante exprimée en poids : 4 à 209 de silicium, 0,4 à 10 % de magnésium, 0,01 à 1,0 % de bismuth, le restant étant constitué d'aluminium et d'impuretés résultant de la préparation.En par ticulier, une soudure selon l'invention peut comporter de 4 à 13 X de silicium, de 0,4 à 10 % de magneisum, de 0,01 à 1,0 % de bismuth, le restant étant constituet d'aluminium et d'impuretés résultant de la préparation.~De préférence, la soudure contient de 4 à 13 ffi de silicium, de 0,4 à 10 % de magnésium, de 0,1 à 0,3 96 de. bismuth, le restant étant constitué d'aluminium et d'impuretés résultant de la préparation.Une soudure qui s'est révélée particulièrement intéressante est constituée par 6 à 12 ffi de silicium 0,7 à t,5 ffi de 'magnésium, 0,1 à 0,15 % de bismuth, le restant étant constitué par de l'aluminium et des impuretés résultant de la préparation- La soudure selon l'invention présente des propriétés de mouillabilité élevées et une bonne caractéristique de remplissage de fente, ces propriétés se trouvant nettement audessus des valeurs que lton peut atteindre avec les soudures connues. Pour mettre en évidence ces propriétés, on a effectué des essais comparatifs avec un dispositif simple pour lequel on a utilisé, chaque fois une découpe de ttle plane disposée à plat de 1 mm d'épaisseur qui a été reliée à une découpe de ttle perpendiculaire à la première présentant également une épaisseur d.'-1 mm.La telle disposée perpendiculairement comportant un bord inférieur droit est disposée sur la ttle à plat de telle manière que, entre celleai, à-partir d'un. point de contact soit créée une fente devenant toujours plus large. la largeur de la fente y et la distance du point de contact x sont par conséquent dans la relation linéaire suivante y=. x Pour a on a choisi la valeur 0,01 de manière qu'à par exemple 50 mm du point de contact, la largeur de la fente soit de 0,5 mm. Les tôles dans cette disposition sont chauffées dans un four à-vide à résistance sous une pression de 2 x 10-5 à 8 x 10-6 mm de mercure de manière toujours constante à 6000 C, la température étant maintenue à --1,5 C. La température de soudage est maintenue pendant 3 minutes et les échantillons sont ensuite refroidis rapidement en faisant circuler de l'argon dans le four. Les résultats qui suivent sont indépendants du fait que la tole disposée à plat ou la tôle verticale est pourvue d'un plaquage de soudure.De même, une variation de l'épaisseur du pla quage de soudure entre 50 et 100 mm et une modification de la température de soudage à -5900 C n'ont pas dtinfluence sur les résultats obtenus. Sur les échantillons de soudure, on a ensuite mesuré la longueur jusqu'où la soudure a rempli la fente qui va en s'élargissant. De plus, on a mesuré la hauteur à laquelle la tale vertical-e a été mouillée par la soudure. les valeurs moyennes des résultats pour un grand nombre d'essais ont été reprises dans le tableau qui suit Echantillon Composition longueur de fente Ilauteur de table remplie mouillée A AlSi 12 Bi 0,15 environ 45 mm 10 mm B AlSi 9 Mg 1,5 u 30 mm 14 mm C AlSi 9 Mg 1,5BiO,15 > 80 mm 13 mm La soudure A (correspondant à la demande allemande 1 962 760) atteint une hauteur de mouillage de 10 mm et ne remplit la fente qui va en s'élargissant que sur une longueur de 45 min. Ceci correspond à une largeur de fente de 0,45 min. La soudure B (correspondant à la demande allemande 1 527 307) fournit des valeurs de mouillage meilleures, mais est cependant inférieure en ce qui concerne le remplissage de la fente à la soudure A. Par contre, la soudure C, correspondant à l'invention, donne une valeur de remplissage de la fente jusqu'à une longueur de 80 mm correspondant à une largeur de fente de 0,8 mm-pour une hauteur de mouillage pratiquement pas réduite par comparaison à la soudure B. Pour les essais, les tôles étaient initialement choisies de manière à ne pas dépasser 50 min. Après qu'il soit apparu que, de manière inattendue, la soudure selon l'invention permet d'obtenir des longueurs très importantes, c'est-àdire jusqu'à une largeur de fente de 0,5 mm et plus, la dimension des les a été progressivement accrue. le dernier échantillon à souder présentant une longueur de 80 mm est également complètement rempli par la soudure selon l'invention c'est-à-dire que l'on peut recouvrir des largeurs i fente de 0,8 min. il est à supposer que la soudure selon l'in- vention comportant du magnésium et du bismuth dans un alliage à base d'aluminium et de silicium, n'a pas encore atteint de cette manière les limites de ses caractéristiques de remplissage de fente ou de recouvrement des fentes. On peut s'attendre à ce que la soudure selon l'invention permette de recouvrir des fentes qui sont au moins deux fois aussi larges que celles que l'on peut recouvrir avec les meilleures soudures connuesàcet égard On a donc trouvé une soudure qui permet de surmonter les difficultés décrites, qui s'opposaient jusqu'à présent à l'application à grande échelle de la soudure sans fondant pour des pièces en aluminium ou en alliage d'aluminium. REVENDICATIONS 1. Soudure pour la brasure sans fondant de pièces d'aluminium ou d'alliages d'aluminium en atmosphère non oxydante à des températures supérieures à 55000, caractérisée par la composition suivante exprimée en poids : 4 à 20 % de silicium, 0,4 à 10 96 de magnésium, 0,01 à'1,0 % de bismuth, le restant étant constitué d'aluminium et d'impuretés résultant de la préparation. 2. Soudure selon la revendication 1, caractérisée par la composition : 4 à 13 ?/o de magnésium, 0,01 à 1 % de bismuth, le restant étant constitué d'aluminium et d'impuretés résultant de la préparation. 3. Soudure selon la revendication 1, caractérisée par la composition : 4 à 13 96 de silicium, 0,4 à 10 96 de magnésium, 0,1 à 0,3 96 de bismuth, le restant étant constitué d'aluminium et d'impuretés résultant de la préparation. 4. Soudure selon la revendication 1, caractérisée par la composition : 6 à 12 96 de silicium, 0,7 à 1,5 96 de magnésium, 0,1 à 0,15 96 de bismuth, le restant étant constitué par de l'aluminium et des impuretés résultant de la préparation.