Brevet FR2759931A1 — publié le 19980828

DESCRIPTION La présente invention se rapporte de façon générale au brasage, et, plus particulièrement, au brasage sans décapant d'aluminium non plaqué. Des métaux à base d'alliage d'aluminium non plaqué sont soudés grâce à un procédé de brasage utilisant un apport métallique, dans lequel les métaux sont chauffés à une température proche de l'eutectique, à laquelle les métaux s'assemblent pour former une soudure. Le brasage sous atmosphère contrôlée d'échangeurs de chaleur en aluminium est mis en pratique dans la fabrication des automobiles. Dans les échangeurs de chaleur, l'alliage à braser est constitué de façon caractéristique d'un rouleau d'une couche à plaquer d'alliage d'aluminium de la série 4 000, appliqué sur un alliage de base en aluminium de la série 3 000, lequel est embouti sous forme de composants individuels, assemblés pour former des échangeurs de chaleur, décapé, et brasé dans un four à braser atmosphérique en continu, en utilisant l'azote comme gaz de couverture afin d'éviter l'oxydation. L'application d'un décapant de fluoro-aluminate de potassium afin de réduire la couche d'oxyde natif sur l'alliage d'aluminium est une étape critique pour obtenir une brasure solide, de haute qualité. Un matériau de feuille à braser contenant des teneurs élevées en magnésium supérieures à 0,25 % en poids ne peut pas être brasé en utilisant un décapant de fluoro-aluminate, et l'on doit utiliser des décapants à base de chlorure plus agressifs. Malheureusement, les décapants à base de chlorure plus agressifs, sont fortement corrosifs vis-à-vis des composants d'aluminium après brasage. Il est souhaitable d'utiliser un alliage d'aluminium de la série 6 000 au lieu de la série 3 000 en raison de sa résistance mécanique après brasage plus élevée. Cependant, la présence de 0,9 à 1,2 % en poids de magnésium dans l'alliage de la série 6 000 empêche son utilisation en raison de la réactivité du magnésium avec le décapant de fluorure, ce qui résulte en une brasure de mauvaise qualité. Il existe un procédé pour déposer par galvanoplastie une couche mince d'un alliage de nickel ou de cobalt sur des alliages de feuilles brasées plaquées, tels qu'un placage d'un alliage de la série 4 000 sur un matériau de base d'un alliage de la série 3 000, pour un brasage sous gaz inerte sans décapant d'échangeurs de chaleur en aluminium. Les revêtements d'alliage de nickel et de cobalt sont appliqués directement sur la bobine de feuille brasée plaquée lors d'une opération de placage dans un bain en continu. Dans ce procédé, la totalité du composant est revêtue, ce qui rend le procédé de fabrication relativement onéreux. En conséquence, on se rendra compte qu'il serait fortement souhaitable de fabriquer de façon économique un échangeur de chaleur d'automobile ou autre composant en utilisant des alliages d'aluminium de la série 6 000 sans utiliser de décapant. La présente invention a pour but de surmonter un ou plusieurs des problèmes exposés ci-dessus. En résumé, conformément à un premier aspect de la présente invention, un procédé destiné à braser sans décapant de l'aluminium non plaqué comprend les étapes consistant à former des premier et second composants d'aluminium non plaqué devant être assemblés, définir des régions de surface sélectionnées desdits premier et second composants à l'endroit o lesdits premier et second composants doivent être assemblés, déposer un métal élémentaire sur lesdites régions de surface sélectionnées des premier et second composants en plaquant ainsi lesdites régions de surface sélectionnées, amener en contact lesdits premier et second composants le long desdites surfaces plaquées en formant un joint à braser, disposer un apport d'aluminium autour dudit joint à braser, et chauffer lesdits premier et second composants et ledit apport d'aluminium et souder lesdits composants et le métal d'apport. L'utilisation d'un brasage sans décapant permet d'utiliser un alliage d'aluminium plus résistant de la série 6 000, à la place d'un alliage de la série 3 000. Lors du brasage sans décapant, la teneur plus élevée en magnésium de l'alliage d'aluminium de la série 6 000 ne pose pas de problème, du fait qu'il n'y a pas de fluoro-aluminate de potassium qui réagit avec l'aluminium après que l'assemblage soit réalisé. Le fait de ne revêtir que des régions sélectionnées des composants à assembler, économise du matériau et du temps, ce qui diminue les coûts de fabrication. Ces aspects ainsi que d'autres aspects, buts, caractéristiques et avantages de la présente invention seront plus clairement compris et estimés après un examen de la description détaillée suivante des modes de réalisation préférés et des revendications jointes, et en faisant référence aux dessins annexés. Le dessin est une vue en perspective simplifiée d'un mode de réalisation préféré d'un échangeur de chaleur comportant des composants d'aluminium non plaqués revêtus de façon sélective d'un film mince de métal et assemblé en utilisant un brasage sans décapant conformément à la présente invention. Si l'on se réfère au dessin, un échangeur de chaleur 10 comprend un distributeur 12 muni d'une pluralité d'ouvertures 14 afin de recevoir une pluralité de tubes 16. Un tube 18 est représenté séparé, afin de mieux illustrer le revêtement sur des parties sélectionnées de la surface du tube et autour de l'ouverture du distributeur. Un anneau de métal d'apport 20 facilite la formation d'une liaison uniforme à l'endroit o les tubes et le distributeur sont joints. Le distributeur et les tubes représentés sont constitués d'un alliage d'aluminium de la série 6 000 et ne sont pas plaqués. Après que le distributeur et les tubes soient fabriqués, ils sont lavés dans un bain alcalin qui attaque légèrement leur surface, ce qui facilite le processus de soudage. Du fait que les tubes sont soudés au distributeur à des endroits précis le long de leur surface, il n'est pas nécessaire de nettoyer ou d'attaquer la totalité du tube ou du distributeur. Tout ce qui est nécessaire est le nettoyage et l'attaque à l'endroit o la liaison doit être réalisée. Les assemblages classiques tube/collecteur de distributeur sont construits à partir d'alliages de la série 3 000 de résistances inférieures, qui sont essentiellement dépourvus de magnésium. Les composants sont assemblés en insérant les tubes à l'intérieur du bloc du distributeur, en fixant un anneau de métal d'apport à braser autour du tube, puis en décapant la surface externe au moyen d'un décapant de fluoro-aluminate de potassium destiné au brasage sous atmosphère contrôlée (CAB), ou en appliquant un décapant à base de chlorure destiné à un brasage au chalumeau. La présente invention utilise le placage sélectif d'une couche multiple de cuivre, de nickel ou de cuivre/nickel sur la zone du tube et du distributeur o le joint à braser doit être formé. De préférence, une machine de galvanoplastie du commerce est utilisée afin de plaquer de façon économique l'extrémité du tube et l'ouverture dans le distributeur à l'endroit o le joint à braser et le distributeur doit être réalisé. L'utilisation d'un anneau à braser de la série 4 000 et ensuite d'un brasage sous atmosphère contrôlée ou d'un brasage au chalumeau, procure une brasure sans décapant de haute qualité. Un avantage de ce procédé, que l'on utilise un film mince déposé par galvanoplastie, par autocatalyse ou par dépôt physique en phase vapeur (PVD) est que, non seulement il diminue le coût des pièces en permettant l'utilisation d'un alliage d'aluminium de la série 6 000 à haute résistance d'épaisseur plus mince, mais il élimine le besoin d'utiliser un décapant à base de chlorure pour obtenir une brasure de haute qualité. La présente invention est utile pour braser des alliages d'aluminium non plaqué des séries 1 100, 3 000 et 6 000, en utilisant une technique de placage de zone sélective, afin de déposer un revêtement élémentaire d'un revêtement à couches multiples de cuivre, de nickel ou de cuivre/nickel, sur des alliages d'aluminium non plaqués dans un but de brasage sous gaz sans décapant. Le placage sélectif de zones peut être utilisé dans le but de revêtir des formes complexes telles que des tubes, des distributeurs ainsi que des composants usinés plus importants qui de façon caractéristique ne sont pas emboutis, à partir d'une réserve de feuille à braser en bobine. L'utilisation d'alliages d'aluminium de la série 6 000 à plus haute résistance procure des avantages de conception et de produit, en ce qui concerne la résistance obtenue après brasure, dans le cas o un alliage à résistance plus élevée est nécessaire dans un but de durabilité étendue. Le placage sélectif de zones peut être réalisé en utilisant un placage par galvanoplastie ou autocatalytique, ou par dépôt physique en phase vapeur, tel qu'une évaporation par faisceau électronique, un dépôt par pulvérisation ou similaire. Le revêtement déposé de façon sélective supprime la formation d'oxyde de magnésium durant le chauffage au four, et forme une phase d'aluminium eutectique à faible point de fusion à la surface de l'alliage d'aluminium de la série 6 000 ou d'un autre alliage d'aluminium non plaqué avant le brasage. Conformément à un second aspect de l'invention, le procédé de brasage peut comprendre les étapes consistant à former des premier et second composants d'aluminium non plaqué devant être assemblés, attaquer des régions de surface sélectionnées desdits premier et second composants, déposer un métal élémentaire sur lesdites régions de surface sélectionnées desdits premier et second composants en plaquant ainsi lesdites régions de surface sélectionnées, amener en contact lesdits premier et second composants le long desdites surfaces plaquées en formant un joint à braser, appliquer un apport d'aluminium autour dudit joint à braser, et chauffer lesdits premier et second composants et ledit apport d'aluminium et souder lesdits composants et le métal d'apport. Un alliage métallique d'appoint de la série 4 000, tel que le 4 047, le 4 054 ou le 4 104, entre des composants en correspondance de la série 6 000 est un moyen efficace d'assemblage par brasage de composants à haute résistance dans un environnement sans décapant. Les composants à assembler sont nettoyés au préalable dans une solution alcaline afin d'éliminer l'huile résiduelle et attaquer légèrement la surface, suivi d'un revêtement élémentaire d'une couche multiple soit de cuivre, de nickel, soit de cuivre/nickel, chaque couche étant d'une épaisseur de 1 à 50 microns. Un dépôt de couches alternées d'une épaisseur de 1 à 50 microns de cuivre et de nickel élémentaires peut être effectué sur une épaisseur totale comprise dans une plage de 2 à 50 microns. Le brasage est obtenu en utilisant un alliage de la série 4 000 sous la forme d'une feuille mince ou d'un anneau à braser en fonction du composant devant être brasé. Des conditions typiques de procédé de brasage sous atmosphère contrôlée sont utilisées, par exemple, un pré-chauffage et un brasage desdits 1er et 2nd composants et dudit apport d'aluminium dans la plage de température allant de 575 C à 600 C. Le revêtement empêche la formation d'oxyde de magnésium, et forme un eutectique d'aluminium à faible point de fusion (d'aluminium- cuivre, d'aluminium-nickel ou d'aluminium-cuivre-nickel) par chauffage desdits premier et second composants entre 548 C et 600 C, en fonction des combinaisons de revêtements de films minces appliqués sur l'alliage d'aluminium de la série 6 000. Le procédé ci-dessus est également caractérisé en ce qu'il comprend le chauffage desdits premier et second composants et dudit apport d'aluminium dans une atmosphère contrôlée. On se rendra compte maintenant que l'on a présenté un procédé de brasage sans décapant d'aluminium non plaqué. Le procédé comprend les étapes consistant à former des premier et second composants devant être assemblés en aluminium non plaqué, choisis parmi de l'aluminium non plaqué des séries 1 100, 3 000 et 6 000, nettoyer lesdits premier et second composants dans une solution alcaline et attaquer des régions de surface sélectionnées desdits premier et second composants, déposer un métal élémentaire choisi parmi les métaux de cuivre et de nickel sur lesdites régions de surface sélectionnées desdits premier et second composants sous forme d'un revêtement ou film mince présentant une épaisseur située dans une plage d'environ 1 à 50 microns. Le placage sélectif de zones présente plusieurs avantages. Moins de région de surface est plaquée, ce qui réduit les coûts, moins de solution de placage est utilisée, ce qui réduit l'impact sur l'environnement, et moins d'aluminium est utilisé du fait que des alliages à haute résistance plus minces sont utilisés. Ledit procédé comprend ensuite, en outre, les étapes consistant à amener en contact lesdits premier et second composants le long desdites surfaces revêtues ou plaquées en formant un joint à braser, appliquer un apport d'aluminium de la série 4 000 autour dudit joint à braser, et chauffer lesdits premier et second composants ainsi que ledit apport d'aluminium jusqu'à une température située dans une plage d'environ 575 C à 600 C et souder lesdits composants et le métal d'apport. On suppose que la mise en oeuvre de la présente invention est évidente d'après la description précédente et les dessins, mais on ajoutera quelques mots à titre de complément. Une brasure sans décapant a été formée entre deux alliages d'aluminium de référence 6 061, lesquels ont été plaqués par une couche plaquée de nickel de 10 à 50 microns et brasés avec un alliage plaqué de référence 4 047 dans un four de brasage sous atmosphère contrôlée, avec pour résultat que la soudure était homogène, uniforme et dépourvue de piqûres. Le fait d'être dépourvu de piqûres est critique pour des échangeurs de chaleur utilisés dans le système de refroidissement d'un véhicule. Bien que l'invention ait été décrite en faisant référence à des alliages d'aluminium des séries 1 100, 3 000 et 6 000, il est évident que l'invention peut être facilement adaptée à d'autres alliages d'aluminium. Et, bien que l'invention ait été décrite en faisant référence à des placages de cuivre et de nickel, d'autres placages peuvent être utilisés pour s'adapter à un besoin ou une condition particulière. Comme il est évident d'après la description précédente, certains aspects de l'invention ne sont pas limités aux détails particuliers des exemples illustrés, et il est envisagé que d'autres modifications et applications pourront apparaître à l'homme de l'art. Il est par conséquent sous-entendu que les revendications couvriront toutes telles modifications et applications comme ne s'écartant pas de l'esprit et de la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de brasage sans décapant d'aluminium non plaqué, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: former des premier et second composants d'aluminium non plaqué devant être assemblés, définir des régions de surface sélectionnées desdits premier et second composants à l'endroit o lesdits premier et second composants doivent être assemblés, déposer un métal élémentaire sur lesdites régions de surface sélectionnées des premier et second composants en plaquant ainsi lesdites régions de surface sélectionnées, amener en contact lesdits premier et second composants le long desdites surfaces plaquées en formant un joint à braser, disposer un apport d'aluminium autour dudit joint à braser, et chauffer lesdits premier et second composants et ledit apport d'aluminium et souder lesdits composants et le métal d'apport. 2. Procédé de brasage sans décapant d'aluminium non plaqué, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à a: former des premier et second composants d'aluminium non plaqué devant être assemblés, attaquer des régions de surface sélectionnées desdits premier et second composants, déposer un métal élémentaire sur lesdites régions de surface sélectionnée desdits premier et second composants en plaquant ainsi lesdites régions de surface sélectionnées, amener en contact lesdits premier et second composants le long desdites surfaces plaquées en formant un joint à braser, appliquer un apport d'aluminium autour dudit joint à braser, et chauffer lesdits premier et second composants et ledit apport d'aluminium et souder lesdits composants et le métal d'apport. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la sélection dudit aluminium non plaqué est faite parmi un aluminium des séries 1 100, 3 000 et 6 000. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dépôt de cuivre élémentaire est effectué sur une épaisseur comprise dans une plage de 1 à 50 microns. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dépôt de nickel élémentaire est effectué sur une épaisseur comprise dans une plage de 1 à 50 microns. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dépôt de couches alternées d'une épaisseur de 1 à microns de cuivre et de nickel élémentaires est effectué sur une épaisseur totale comprise dans une plage de 2 à microns. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend le chauffage desdits composants jusqu'à une température comprise dans une plage d'environ 548 C à 600 C et la formation d'un eutectique d'aluminium. 8. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend le chauffage desdits premier et second composants et dudit apport d'aluminium jusqu'à une température comprise dans une plage d'environ 575 C à 600 C. 9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend le chauffage desdits premier et second composants et dudit apport d'aluminium dans une atmosphère contrôlée. 10. Procédé de brasage sans décapant d'aluminium non plaqué, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à a: former un premier composant d'aluminium non plaqué devant être assemblé parmi un aluminium non plaqué des séries 1 100, 3 000 et 6 000, former un second composant d'aluminium non plaqué devant être assemblé parmi un aluminium non plaqué des séries 1 100, 3 000 et 6 000, nettoyer lesdits premier et second composants dans une solution alcaline et attaquer des régions de surface sélectionnées desdits premier et second composants, déposer un métal élémentaire parmi un métal de cuivre et de nickel sur lesdites régions de surface sélectionnées desdits premier et second composants sous forme d'un revêtement présentant une épaisseur comprise dans une plage d'environ 1 à 50 microns, amener en contact lesdits premier et second composants le long desdites surfaces revêtues en formant un joint à braser, appliquer un apport d'aluminium de la série 4 000 autour dudit joint à braser, et chauffer lesdits premier et second composants et ledit apport d'aluminium jusqu'à une température comprise dans une plage d'environ 575 C à 600 C et souder lesdits composants et le métal d'apport.