Brevet FR2317993A1 — publié le 19770211

D'une façon générale, la présente invention concerne un procédé d'assemblage de surfaces métalliques et plus particulièrement le revêtement des surfaces à assembler avec une couche de métal d'apport et ensuite, le chauffage des surfaces pour fondre le métal d'apport et l'application simultanée de pression, à l'aide d'un dispositif de formage chauffé pendant une durée suffisante pour disperser la couche d'oxyde de la surface du métal d'apport pour permettre au revetement des surfaces de se combiner et de former un joint. En fait, on réalise un soudage des surfaces revêtues sans flux en utilisant un dispositif de formage ou de sertissage chauffé qui est capable de fondre le métal d'apport en déformant simultanément les surfaces pour disperser l'oxyde de la surface du métal d'apport. Pour l'assemblage de surfaces d'aluminium ou de surfaces recouvertes d'une couche de métal d'apport, il est habituel d'enlever la couche d'oxyde des surfaces à assembler de façon à permettre au métal d'apport de mouiller la ji#face à assembler pour réaliser un joint métallurgique. Une façon courante peu enlever l'oxyde des surfaces à assembler consiste à employer un flux avant ou pendant l'opération d'assemblage, on a toutefois trouvé que le soudage sans flux était plus avantageux. Il existe maintenant des techniques sans flux valables qui éliminent le problème des oxydes, dans lesquelles on déplace l'un par rapport à l'autre les éléments à assembler, à des températures de soudage, pour rompre le film d'oxyde et permettre le mouillage par le métal d'apport. Le brevet des Etats Unis d'Amérique 3 633 266 décrit un tel procédé d'assemblage de tubes d'aluminium par soudage sans flux. Dans le procédé décrit dans ce brevet, au moins un des éléments à assembler est recouvert avec du métal d'apport. Les éléments sont calculés de façon à réaliser un assemblage en interférence lorsqu'ils s'emboitent, de façon à ce que lorsqu'on chauffe les éléments jusqu a la fusion du métal d'apport, la venue de ce métal d'apport en contact avec les surfaces casse ou désorganise la surface du revêtement et le film d'oxyde pour réaliser une liaison entre les tubes. Bien que le procédé précédent puisse être efficace pour enlever le film d'oxyde et réaliser un joint satisfaisant, les moyens utilisés pour effectuer le déplacement demanderont inévitablement un équipement spécial de coût élevé.De plus, pour être sûr que les revêtements restent en contact lorsqu'on déplace les éléments ltun par rapport à l'autre, et se frottent l'un contre l'autre pour rompre la couche superficielle d'oxyde des éléments, il faut que les éléments à assembler soient fabriqués dans des dimensions critiques. On a décrit un autre essai de soudage de surfaces d'aluminium sans flux dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 680 200 dans lequel on embofte les extrémités des tubes et on place la couche de métal d'apport au contact de la zone à souder. On chauffe le joint et on applique une énergie ultrasonique multi directionnelle positive à ltemplacement du joint, provoquant la cavitation de l'alliage d'apport fondu, désorganisant ainsi le film d'oxyde et permettant à l'alliage d'apport de mouiller les surfaces à assembler. Comme on le fait observer dans ce brevet, il est critique que l'intervalle annulaire entre les éléments male et femelle soit compris entre 0, OS mm et 0,15 mm sur toute la périphérie. Le maintien de ces intervalles critiques constituera une difficulté supplémentaire pour la fabrication. Une autre technique utilisée pour le soudage sans flux est le soudage par immersion dans les ultrasons dans lequel on utilise l'énergie des ultrasons pour désorganiser le film d'oxyde. Le Brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 831 263 décrit une technique de sondage par immersion utilisant un bain activé par les ultrasons. La technique ci-dessus exige que la surface totale du joint soit immergée dans le bain de soudure, ce qui, dans certains cas, est difficile, ou impossible dans un échangeur de chaleur complexe.On doit noter qu'en ce qui concerne la présente invention, il est possible d'utiliser le soudage par immersion dans les ultrasons pour l'opération de revêtement, Le Brevet canadien n0 671 383 décrit un procédé d'étamage d'un élé ment en aluminium dans lequel on chauffe l'aluminium et on étire le métal d'apport solide d'un bout à l'autre de la surface pour fondre le métal d'apport et mouiller la surface d' luminium, tandis que l'on fait flotter la couche d'oxyde en haut de l'élément fondu et que l'on agite le métal d'apport de façon à disperser la couche d'oxyde. Un autre essai d'assemblage de surfaces d'aluminium est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 180 022 dans lequel au moins une des surfaces à assembler est recouverte avec un métal d'apport.On amène en contact interne les surfaces à assembler et on les chauffe ensuite à une température comprise entre la température de formation de l'eutectique et le point de fusion des éléments en aluminium, jusqu'a ce que les éléments soient soudés par diffusion de l'eutectique formé, de l'interface vers l'intérieur des éléments. Par la présente invention, on fournit un procédé d'assemblage de surfaces métalliques dans lecnzel on recouvre les surfaces à assembler avec un métal d'apport convenable. On applique à ltemplacement du joint un dispositif de formage chauffé ayant une température suffisante pour fondre le métal d'apport. Le dispositif de formage chauffé est efficace en ce qu'il fond le métal d'apport et applique simultanément une pression à l'emplacement du joint #alors que le métal d'apport est sous forme liquide, et il continue à appliquer une pression suffisante pour déformer les parois des éléments en aluminium dans la zone du joint de façon à disperser d'une façon désordonnée la couche d'oxyde sur ce métal d'apport de manière à ce que le métal d'apport se combine pour former un joint entre les éléments. Un des objets de cette invention est de fournir un procédé d'assemblage de surfaces munies d'un film de métal d'apport, sans flux, par le chauffage et l'application simultanée d'une pression suffisante pour déformer les surfaces à souder, de façon à rompre le film d'oxyde sur la surface du métal d'apport, et à les faire fondre ensemble et à former un joint efficace entre les surfaces. Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé d'assemblage de surfaces pré-étamées qui ne nécessite pas l'étape d'enlèvement du film d'oxyde. La suite de la discription se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement Figure 1, une vue schématique des éléments à souder par le procédé de la présente invention, Figure 2, une vue des éléments soudés selon la présente invention, Figure 3, une vue schématique d'un tube qui devra être scellé selon une seconde réalisation de l'invention, Figure 4, une vue représentant les tubes scellés selon la présente invention La présente invention fournit un procédé pour assembler des surfaces ou des parties de parois et plus particulièrement pour réaliser des joints qui peuvent être utilisés dans la fabrication des échangeurs de chaleur utilisés dans les systèmes de réfrigération. En mettant en exécution le procédé suivant de la présente invention, on a soudé des éléments ou des segments de parois en aluminium, mais il faut toutefois noter que le présent procédé peut être utilisé avec succès pour d'autres métaux employés dans les systèmes de réfrigération, comme le cuivre, l'acier, ou n importe quelle combinaison de ceux-ci. On pré-étame les surfaces des segments de parois ou on les recouvre d'une couche de métal d'apport. On peut appliquer le revêtement de métal d'apport selon n'importe laquelle des nombreuses manières connues, on a toutefois utilisé un bain d'ultrasons dans lequel le métal d'apport fondu est soumis aux ultrasons pendant le processus de revêtement, pour recouvrir efficacement les surfaces à assembler avec une couche de métal d'apport sans utiliser de flux. On a réalisé des joints satisfaisants, lorsque l'épaisseur du revêtement de métal d'apport était comprise entre 0, 025 mm et 0, 127 mm et lorsqu'il était composé normalement de 92-98 % Zn et de 2-8 % Al. Bien que l'on ait fait des joints satisfaisants avec un revêtement de métal d'apport ayant une épaisseur et une composition comprises entre les valeurs citées plus haut, il faut comprendre que l'on peut utiliser efficacement des couches de métal d'apport ayant d'autres compositions, et d'autres épaisseurs, et que cette invention ne concerne pas la composition exacte de la couche de métal d'apport et son épaisseur. Comme indiqué précédemment, un des objets de la présente invention est de fournir un procédé d'assemblage de surfaces que l'on a tout d'abord recouvertes avec une couche de métal d'apport, qui ne nécessite pas une étape d'enlèvement de la couche d'oxyde du revêtement de métal d'apport. De plus, on peut réaliser le présent procédé d'assemblage de surfaces manuellement et à une vitesse effective qui permettra son utilisation dans une opération d'assemblage automatique à vitesse relativement élevée.En conséquence, on prévoit un dispositif pour chauffer les surfaces à assembler à une température suffisante pour fondre le revêtement de métal d'apport en appliquant simultanément une pression suffisante aux surfaces à souder, pour déformer les éléments et casser la couche d'oxyde formée sur le métal d'apport, permettant ainsi aux revêtements de métal d'apport de fusionner et de former un joint efficace entre les éléments. Si on se réfère aux figures et plus particulièrement aux figures 1 et 2, on a représenté les éléments 10 et 12 qui présentent les surfaces ou segments de parois 14 et 16, à assembler. Selon le procédé de la présente invention, on recouvre les segments de parois 14 et 16 avec une couche de métal d'apport 18 d'une façon qui a été décrite précédemment. Lorsque les segments 14 et 16 sont recouverts de métal d'apport, l'étape suivante du procédé consiste à disposer les éléments 10 et 12 de façon a plaoerles surfaces 14 et 16 comportant la couche de métal d'apport 18, au contact ltune de l'autre. On applique ensuite un dispositif de formage ou de sertissage chauffé 20 (Fig. 2) aux éléments 10 et 12 d'une manière qui sera expliquée en détail plus loin.Le dispositif de formage peut être un outil actionné à la main et peut être chauffé par une source de chaleur extérieure ou par une source de chaleur placée à l'intérieur du dispositif de formage 20. Il faut toutefois noter que la température du dispositif de formage chauffé 20 doit être suffisante pour fondre la couche de métal d'apport 18, lorsqu'elle est appliquée aux éléments, ce qui nécessite que le dispositif de formage soit capable d'augmenter et de maintenir la température des éléments 10 et 12 jusqu'à une température supérieure au point de fusion du métal d'apport 18 et inférieure à celle des éléments 10 et 12. On a trouvé que, pour la réalisation de la#,#-sente invention, une température comprise entre 4270C et 5100C était efficace. De plus, pour la réalisation de la présente invention, on peut augmenter la température du dispositif de chauffage et de formage jusqu'à un niveau suffisant pour fondre le revêtement de métal d'apport par n'importe quel moyen coa#enable. Un procédé externe pour chauffer le dispositif de formage 20 consiste à l'exposer à une source de chaleur qui s'arrête automatiquement lorsqu'on atteint une température déterminée à l'avance, Un procédé interne pour chauffer le dispositif de formage 20 consiste à utiliser un dispositif de chauffage intérieur réglé thermodynamiquement pour maintenir le dispositif de formage à une température déterminée à l'avance. Le dispositif de formage 20 utilisé dans la présente forme de l'invention comprend une paire d'élément 21 placés l'un en face de l'autre que l'on peut réunir et au moyen desquels on peut appliquer une pression aux éléments 10 et 12 (Figures 2 et 4) d'une manière conxonakle et l'élément 21 peut constituer une partie d'une machoire d'un appareil de type cisaille. Lorsqu'on applique le dispositif de formage chauffé 20 aux éléments 10 et 12 pour chauffer et fondre le métal d'apport 18, on exerce une pression suffisante simultanément sur les éléments 10 et 12 pour réduire l'épaisseur de la couche de métal d'apport 18 jusqu'à une valeur nulle ou jusqu'à une valeur minimum et pour la déformer ou l'allonger dans la zone du joint, de façon à ce qu'il se produise un mouvement entre les segments de paroi 14 et 16 à assembler et le revêtement de métal d'apport 18 pour rompre la couche d'oxyde sur le métal d'apport. En fait, la déformation et l'allongement des éléments 10 et 12 par le dispositif de formage chauffé 20 provoque une déformation ou un mouvement des éléments par rapport au métal d'apport. Ce mouvement ou cet allongement relatif des éléments et plus particulièrement des surfaces à assembler est représenté schématiquement sur la figure 2, alors que le métal d'apport est sous forme liquide, et est efficace en ce qu'il rompt la couche d'oxyde sur le métal d'apport en provoquant sa dispersion d'une façon désordonnée et au hasard, permettant ainsi le fusionnement des couches de métal d'apport 18 sur les éléments 10 et 12 pour former un joint métallurgique. Dans une deuxième réalisation de l'invention, telle qu'elle est représentée sur les figures 3 et 4, on applique le procédé en scellant l'extrémité ouverte 22 de la partie terminale 24 d'un élément de tube 26. En conséquence, on recouvre la partie terminale 24 et plus particulièrement le segment de paroi intérieure 28 contigue à l'extrémité ouverte 22 avec une couche de métal d'apport 18, de la manière décrite précédemment. Lorsqu'on utilise un creuset d'immersion à ultrasons pour revêtir la paroi intérieure 28, sur la partie terminale 24, on recouvre aussi la paroi extérieure, il faut toutefois noter que ce revêtement sur la paroi extérieure n'est pas nécessaire pour réaliser l'assemblage des surfaces selon la présente invention et on peut utiliser d'autres dispositifs pour éviter le revêtement de la paroi extérieure.Lorsqu 'on scelle la partie terminale du tube 26, il est nécessaire que le dispositif de chauffage 20 sertisse la paroi intérieure 28 de façon à ce que ses segments soient réunis simultanément pour former des surfaces placées face à face comme le montre la figure 4, qu'ils soient chauffés pour fondre le revêtement de métal d'apport et qu'ils soient déformés pour rompre la couche d'oxyde comme pour la réalisation représentée sur les figures 1 et 2. L'opération de chauffage et de déformation est d'une durée relativement courte et, en fait, les joints faits selon le présent procédé ont été réalisés en 2 à 6 secondes, avec une pression appliquée par be dispositif de chauffage et de formage comprise entre 35,15 et 351, 5 kg/cm Puisque les figures 2 et 4 des schémas montrent les parois des éléments assemblés déformés, il faut comprendre que la déformation est exagérée pour montrer clairement la différence de dimensions des éléments dans les joints finis. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour assembler des segments de parois placés face à face caractérisé en ce qu'il consiste à revêtir des surfaces de ces segments de parois a assembler avec un film de métal d'apport, à appliquer un dispositif de formage chauffé ayant une température suffisante pour fondre le métal d'apport sur les segments de parois placés face à face ;; et simultanément à appliquer une pression au moyen de ce dispositif de formage chauffé sur ces segments de parois placés face à face que l'on veut assembler, alors que le métal d'apport est sous forme liquide, pour obtenir des parois continues, lTépaisseur du métal d'apport étant réduite à une valeur minimum, et à poursuivre l'application d'une pression suffisante pour déformer ces segments et provoquer un mouvement relatif entre les segments et le métal d'apport pour provoquer la dispersion de la couche d'oxyde sur ce métal d'apport d'une manière désordonnée de façon à ce que le film de métal d'apport liquide d'épaisseur minimum se combine pour former un joint entre ces segments de parois 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les segments de parois sont en aluminium 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on applique la chaleur et la pression au moyen du dispositif de formage pendant une durée d'environ 2 à 6 secondes 4 - Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la pression appliquée par le dispositif de formage est d'au moins 35, 15 Kg/cm2.