Brevet FR2562092A1 — publié le 19851004

Alliage d'aluminium pour brasage avec et sans flux L'invention concerne un alliage d'aluminium pour brasage avec et sans flux. Ces dernières années, on a largement utilisé des échangeurs de chaleur du type à plaques et à ailettes, brasés avec un alliage d'aluminium, pour qu'ils résistent à une haute pression, surtout pour des gaz naturels, et il était devenu urgent de développer des échangeurs de chaleur possé- dant une excellente résistance à la pression. La présente invention concerne un nouvel alliage d'aluminium pour brasage, qui contribue à accroître la résistance d'une structure solidifiée dans des parties de joints formés par brasage et qui contribue également à accroître la résistance vis-à-vis de la pression. Jusqu'à présent, un matériau de brasage utilisé pour des échan- geurs de chaleur du type à plaques et à ailettes, brasés avec un alliage d'aluminium, est constitué par un alliage du type AIl-Si, lorsque le bra- sage doit être effectué avec un flux, ou est constitué par un alliage du type Al-Si-Mg lorsque le brasage doit être effectué sans flux. Cependant, le joint formé en utilisant de tels matériaux de brasage fournit une structure solidifiée de nature eutectique et cassante. En particulier, lorsque l'on utilise un matériau de brasage du type Al-Si-Mg ou lorsque le métal de base contient du magnésium, le joint brasé perd de sa solidité. Jusqu'à présent, on a effectué des études d'une grande ampleur en vue de renforcer des joints brasés. Mais dans le cas d'un échangeur de chaleur du type à plaques et à ailettes, une limitation est imposée à l'augmentation de la résistance des joints brasés d'ailettes, bien qu'elle varie en fonction des formes des ailettes, de la quantité d'apport en matériaux de brasage et des propriétés de ceux-ci. C'est pourquoi, dans le cas des échangeurs de chaleur du type à plaques et à ailettes fonction- nint à haute pression, qui requièrent des joints présentant une résistance éevee, on considère qu'il est essentiel d'accroître la résistance de la structure du joint dans les parties brasées des ailettes. Un hut; de la présente invention est de fournir un nouvel alliage d'aluminuniu pour brasage, qui contribue à accroître la résistance de la structure solidifiée dans les parties de joints brasés, formées par brasage avec ou sans flux. Les auteurs à la base de la présente invention ont appliqué une pression intérieure à un échangeur de chaleur du type à plaques et à ailettes afin de détruire les parties brasées des ailettes, sous l'effet d'une force de traction ou de cisaillement, afin d'observer les parties détruites, et ont trouvé que la destruction intervient non pas dans la phase alpha, o la force de traction est la plus faiblemais dans l'ensemble de la partie de la structure eutectique. L'analyse de la surface de rupture a révélé la formation de composés du type Al-Si-Fe en de grandes quantités, lorsque l'on utilisait un matériau de brasage du type Al-Si, et la forma- tion de composés du type Al-Si-Mg-Fe en de grandes quantités, lorsque l'on utilisait un matériau de brasage du type Al-Si-Mg ou bien lorsque le métal de base comportait du magnésium. C'est pourquoi, on en a conclu que les composés durs et cassants contenant du fer, qui étaient dispersés dans la structure eutectique dans les parties des joints, réduisaient la résistance de la structure des joints. La présente invention est basée sur la découverte mentionnée plus haut et concerne un alliage d'aluminium pour brasage avec ou sans flux, caractérisé en ce que sa teneuren fer est réduite à une valeur inférieure ou égale à 0,15 % en poids. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur du type à plaques et à ailettes destiné à gtre soumis à un essai de rupture et - la figure 2 représente une vue de face montrant à plus grande échelle une partie de l'échangeur de chaleur de la figure 1. Conformément à la présente invention, la teneur en fer dans l'alliage d'aluminium pour brasage est limitée comme indiqué précédemment pour les raisons qui sont mentionnées ci-après. On a préparé des matériaux d'essai en modifiant la teneur en fer dans le métal de base et dans le matériau de brasage, comme indiqué dans le tableau 1 reproduit ci-après, et on a construit des échangeursde chaleur possédant une structure à plaques et à ailettes, du type représenté sur la figure 1, en utilisant des métaux de base et les matériaux d'essai représentés dans le tableau 2 reproduit ci-après, au moyen du brasage avec flux et du brasage sans flux, afin de mettre en oeuvre l'essai de rupture en leur appliquant une pression intérieure. Sur la figure 1, la référence 1 désigne des feuilles de brasage, la référence 2 désigne des ailettes, la référence3désigne un matériau de brasage, la référence 4 désigne des barres formant entretoises, la réfé- rence 5 désigne des trajets d'essai, la référence 6 désigne des trajets fictifs, la référence 7 désigne un élément central. Tableau 1: Composants chimiques des matériaux d'essai comDosar.ts que Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn.Ti At corres- alliage a 0,21 0,60 0,12 1,10 0,02 0,02 0, 04 0,01 le reste pond à 3003 " b 0,26 0,11 0,16 0,13 0,03 0,02 0,03 9,01 " corres- " c 0,27 0,63 0,18 123 1,07 0,01 0,04 0,01 pond à d3 0,25 0,15 0>19 1,21 1,22 0,02 0,05 0,01, " A 11,7 0,65 0,01 0,01 0,01 0>02 0,01 0,01 corres- B 11,3 0;15 0102 0,01 0,01 0,02 0,01 0,01 pond à 4047 " C 11,3 0,04 0,01 0,01 0,01 0,03 001 00 " " D 10,1 0,70 0,01 0,01 1,45 0103 0,01 001 corres-, co rres- " E 9>8 0,14 0,03 0,01 1,56 0,02 0,01 0t01 4004 102 0)02 2 0,01 149 003 001 001 F 10,2 0,02 0,02 0,01 1,49!0,03 0,01 0,1"____ Tableau 2: Résaltats des essais j îètx -1d a-S1Pr-ession pour dèt partie Prroc-édés;matériaux (métaux des échantillons d'essai rompue Ren-arques k?!asage de brasage No. ailettes)de rupture _ _ a (corres. 303 3Kg/cm G) joints to 4047) 3 ( iI t 4047)_ d C 0-) 3L5 _B f a-----w--Y - ---401 a401. 8 ailettes (Résistance eu -joint ! x ____f) _ Ibt" __ _408__ | non con rm iee) __" _) 408 " ( _ [ 5_ -- 410 ", -( "y a- b() 417 ( A 7 c corres. 351 joints |A [ ") _a 3o04) W8,8_--d (- 344 486 - ___._ >1 ( Sf 7; ailettes (Résistance u joint B()d. __40non confinmee) : lqi _ d ") _ 480 " ( " Irz_ _ 492 _ _......_.. " > C ( t) fo2 d( ( "501 _ (__rs 3a (corres. 289 joints D (corres. I 3003) 3003) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ toa 4004) 14 2b7'7 --2-- 27. o 15 a ( "_.).. 395. jailettes(eésistance du joint E () 165 tb")_ non confirmée) ___ __b(Y 406 () F ( ")'17 _a -- - - 403 "( ") m__ ___. 18 b( ") 403 " ( ") |19 c (corres. 339 joints D ( ") 3004) I_ _ _b 20 d 348 21 c () 492 ailettes(Résistance du joint C E ( ") non confizmée) 22 d( ' 490 " ( " F (" 23 c ( 505") ( ") 24 d () 494 ( ") Les résultats des essais sont représentés dans le tableau 2. Lors- que la teneur en fer dans le matériau de brasage est réduite à une valeur inférieure ou égale à 0,15 % en poids, la limite de rupture des joints brasés des ailettes augmente de 30 % à 49 % par rapport au cas o le fer est présent en une quantité proche de la limite supérieure de la valeur standardisée. C'est pourquoi la teneur en fer dans le matériau de brasage est spécifiée égale à une valeur inférieure ou égale à 0,15 % en poids. Conformément aux essais n 2, 8, 14 et 20 du tableau 2, les joints sont rompus bien que la teneur en fer dans le métal de base soit faible, parce que la teneur en fer dans le matériau de brasage se situe en dehors de la gamme spécifiée conformément à la présente invention. D'autre part, conformément aux essais n 3, 5, 9, 11, 15, 17, 21 et 23, la résistance au niveau des joints brasés est améliorée au point de devenir supérieure à la limite de rupture des ailettes, bien que le fer soit présent en des quantitésimportantes dans le métal de base, parce que la teneur en fer dans les matériaux de brasage se situe à l'intérieur de la gamme définie conformé- ment à la présente invention. En effet, la limite de rupture est faiblement affectée par la teneur en fer dans les métaux de base. La résistance des joints brasés est améliorée lorsque la teneur en fer dans le matériau de brasage est choisie inférieure ou égale à 0,15 % en poids, c'est-à-dire que l'on obtient de cette manière des joints possédant une résistance su- périeure à la limite de rupture des ailettes. Les effets mentionnés précédemment sont obtenus même lorsque l'on utilise un matériau du type Al-Si correspondant à JIS 4047, ou bien lorsque l'on utilise un matériau du type Al-Si-Ng correspondant à JIS 4004, et même lorsque du magnésium est présent dans le métal de base (métal des ailettes), avec lequel on doit effectuer la liaison. On a analysé le fer présent au niveau de la surface rompue du joint en utilisant un échantillon qui présentait des joints possédant une résis- tance supérieure à la limite de rupture des ailettes. On a observé que le fer était présent non pas sous la forme d'un composé, mais sous la forme d'une solution solide dans la phase alpha. On peut aisément supposer que la modification mentionnée plus haut contribue à accroître la ténacité des joints et à accro trela résistance des joints dans leur ensemble. La présente invention permet d'accroître la résistance de la struc- ture des joints de manière à satisfaire aux objectifs de la fabrication d'installations de grandes dimensions dans lesquelles le brasage est effectué dans des conditions difficiles et o une limitation est imposée à la taille des joints brasés. Bien que l'on croit d'une manière générale que les matériaux con- tenant du magnésium ne puissent pas être suffisamment soudés par brasage, l'utilisation de l'alliage conforme à la présente invention permet d'ac- croitre la résistance de la structure permettant de satisfaire aux objectifs indiqués. En outre, lorsqu'on utilise un matériau de brasage du type Al-Si-Mg, les joints deviennent cassants étant donné que du magnésium subsiste dans les joints brasés. Mais en réduisant la teneur en fer dans le matériau de brasage à une valeur inférieure ou égale à 0,15 % en poids, conformément à la présente invention, il est possible d'accroître la résistance de la structure pour atteindre les objectifs requis. REVENDICATION Alliage d'aluminium pour brasage avec et sans flux, caractérisé en ce que sa teneur en fer est réduite à une valeur inférieure ou égale à 0,15 % en poids.