Brevet FR2801233A1 — publié le 20010525

Procédé de brasage un échangeur de chaleur à tubes pliés et échangeur de chaleur obtenu L'invention concerne un procédé de brasage d'un échangeur de chaleur comprenant un empilement alterné de tubes plats présentant chacun deux parois principales opposées, et d'intercalaires ondulés dont les crêtes d'ondulation viennent en contact avec lesdites parois principales, chaque tube étant réalisé à partir d'une bande de tôle pliée. De tels échangeurs sont utilisés en particulier comme radia teurs dans des véhicules automobiles, servant notamment au refroidissement du moteur thermique, au chauffage de l'habi tacle ou au refroidissement de l'air de suralimentation. Dans un premier mode de réalisation, chaque tube est réalisé à partir d'une bande de tôle pliée de manière que ses tranches latérales viennent sensiblement au contact de la face interne de 1 une des parois principales, des régions marginales de la bande, adjacentes auxdites tranches respec tivement, étant mutuellement accolées pour former une entretoise de renforcement et délimiter au moins deux canaux de circulation de fluide dans le tube. Dans un autre mode de réalisation, les régions marginales de la bande, adjacentes aux tranches, viennent se superposer mutuellement pour former la paroi fermée. Dans tous les modes de réalisation, au moins une face de la tôle est revêtue d'un alliage de brasage à base d'aluminium contenant du silicium de manière à assurer lors du brasage la liaison mécanique entre les tubes et les intercalaires, et la liaison mécanique et l'étanchéité au fluide entre les tranches et la paroi principale voisine et/ou entre les deux régions marginales. La bande de tôle formant les tubes peut être revêtue d'al liage de brasage soit sur sa face externe, soit sur sa face interne, soit sur ses deux faces. Chacune de ces possibilités présente des inconvénients qui seront exposés ci-après en se référant aux dessins annexés. La figure 1 est une vue en bout d'un tube plat 1 formé à partir d'une bande tôle, définissant deux canaux de circulation longitudinaux 2, 3 pour un fluide, séparés l'un de l'autre par une entretoise 4a, 4b qui sert également au renforcement mécanique du tube. L'entretoise est formée par deux régions marginales opposées 4a, 4b de la bande qui sont mutuellement accolées, les tranches latérales 5a, 5b de la bande, adjacentes respectivement aux régions 4a et 4b, venant sensiblement en appui sur la face interne de l'une 6 des deux parois principales opposées du tube, formée par une région médiane de la largeur la bande. L'autre paroi principale du tube est formée par deux régions intermédiaires 7a, 7b de la bande, amenées sensiblement dans un même plan parallèle au plan de la paroi 6 et raccordées respectivement aux régions 4a et 4b par des arrondis 8a et 8b entre lesquels subsiste un espace libre 9 de section sensiblement triangulaire. Le tube représenté sur la f igure 2 est à canal unique. Les régions marginales 4a et 4b de la bande sont mutuellement superposées pour former une paroi latérale du tube. La tranche 5a adjacente à la région 4a située vers l'intérieur du tube vient en contact avec la face interne d'une paroi principale 6 qui se raccorde à la région 4b située vers l'extérieur du tube, tandis que la tranche 5b adjacente à cette dernière région vient en contact avec la face externe de la paroi principale opposée 7 qui se raccorde à la région 4a par l'intermédiaire d'un décrochement incliné 7c auquel la tranche 5b fait face en définissant un intervalle 9. La f igure 3 montre un échangeur de chaleur comprenant un faisceau 10 formé par un empilement alterné de tubes plats 12 semblables au tube 1 de la figure 1 ou à celui de la figure 2, et d'intercalaires 14 ayant un profil ondulé, par exemple en forme de sinusoïde, les crêtes d'ondulation de chaque intercalaire venant en contact alternativement avec les parois principales des deux tubes qui l'encadrent. À chacune des extrémités supérieure et inférieure du faisceau, les extrémités des tubes pénètrent dans une boite à fluide ou boîte collectrice 16, 18, de manière à permettre une circula tion de fluide entre les canaux des tubes et l'intérieur des boîtes à fluide. À cet effet, les extrémités des tubes traversent des ouvertures respectives non représentées, ménagées dans des plaques collectrices 20, 22 délimitant les boites collectrices 16, 18. Deux tubulures 24, 26, situées sur une même boite collectrice ou sur les deux boites respectivement, permettent l'entrée et la sortie d'un fluide Fi, par exemple le fluide de refroidissement du moteur d'un véhicule automobile, qui circule à l'intérieur des tubes 12, tandis qu'un fluide F2, par exemple de l'air atmosphérique ou de l'air à réchauffer, circule entre les tubes en balayant les intercalaires de manière à échanger de la chaleur avec le fluide Fi. Habituellement, les tubes d'échangeurs chaleur sont revêtus, en vue du brasage, d'un alliage à base d'aluminium disponible dans le commerce sous la référence 4343, contenant 6, à 8,2 % en poids de silicium. Lorsque cet alliage recouvre seulement la face externe d'un tube plié selon les f igures 1 et 2, on constate, lors de l'assemblage par brasage de l'échangeur de chaleur, une migration du revêtement de brasure présent également sur les plaques collectrices ou collecteurs 20, 22 le long des intervalles 9 des tubes. Il en résulte que ces intervalles, après brasage, ne sont pas remplis de brasure au niveau de la traversée du collecteur, ce qui peut entraîner des défauts d'étanchéité et/ou un affaiblissement de la liaison entre les tubes et les collecteurs. De plus, le revêtement des collec teurs, en s'écoulant le long des intervalles 9, diffuse dans l'épaisseur des tubes, entraînant un affaiblissement mécani que, voire un percement de ceux-ci. Enfin, le joint brasé formé entre les tranches 5a, 5b et la paroi des tubes est pauvre en brasure et par conséquent peu résistant. La présence de l'alliage sur la seule face interne des tubes élimine au moins en partie les inconvénients ci-dessus. Elle entraîne cependant d'autres inconvénients. D'une part il n'est pas possible d'appliquer en outre un revêtement anti- corrosion à l'intérieur des tubes, ce qui est genant dans certaines applications. D'autre part, la liaison entre les tubes et les intercalaires nécessite alors l'application d'un alliage de brasage sur ceux-ci, ce qui augmente leur coût non seulement par l'opération de placage elle-même, mais par le fait qu elle rend plus difficile la mise en forme des intercalaires. En particulier, des intercalaires plaqués provoquent une usure accélérée des molettes de formage de ces intercalaires, ce qui nécessite leur remplacement fréquent entraînant un coût supplémentaire qui se répercute sur l'échangeur de chaleur. La solution consistant à munir de l'alliage de brasage les deux faces du tube n'est pas satisfaisante, car retrouve alors, moins en partie, les inconvénients de chacune des deux solutions précédentes. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités. une expérience a été réalisée en brasant des tubes revêtus extérieurement d'alliage du type 4343 et des collecteurs revêtus de ce même alliage, en l'absence d'intercalaires. On a obtenu un bon remplissage des intervalles 9 au niveau de la traversée des collecteurs, et une bonne liaison entre les tranches 5a, 5b et la paroi 6 des tubes. Cette différence de comportement entre les assemblages avec et sans intercalaire s'explique vraisemblablement par le fait que les zones de contact entre les tubes et les intercalaires attirent l'alliage fondu par capillarité, appauvrissant ainsi non seulement les intervalles 9, mais les intervalles entre les zones marginales 4a et 4b, qui ne peuvent plus alimenter suffisamment le joint entre les tranches 5a, 5b et les parois 6. L'invention vise notamment un procédé du genre défini plus haut, et prévoit que ledit alliage recouvrant au moins une face de la tôle contient plus de 8,2 % en poids de silicium. L'augmentation du taux de silicium delà de 8,2 % abaisse la température de liquidus de l'alliage et permet de fondre une plus grande quantité de celui-ci pendant un séjour d'une durée donnée dans un four à une température donnée. Cette quantité accrue d'alliage fondu permet d'en disposer en quantité suffisante à la jonction tubes/intercalaires ce qui a pour conséquence de limiter la migration de la brasure des collecteurs vers le faisceau. Les intervalles 9 sont convena blement remplis au niveau de la traversée des collecteurs et une bonne liaison des tranches 5a, est assurée malgré l'action capillaire des intercalaires. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Ledit alliage contient entre 8,5 et 15 % en poids de sili cium. - Les intercalaires sont exempts d'alliage de brasage. - L'autre face de la tôle est également revêtue dudit alliage. - L'autre face de la tôle est exempte d'alliage de brasage et est recouverte d'un revêtement. - Le revêtement de l'autre face est un revêtement anti- corrosion. - Simultanément au brasage des tubes et des intercalaires, on brase une extrémité au moins de chaque tube à une plaque collectrice délimitant une boîte collectrice dont le volume interne communique avec les tubes, de manière à assurer l'étanchéité de la traversée, par ladite extrémité, d'une ouverture correspondante prévue dans la plaque collectrice. - L'une au moins des faces de la plaque collectrice est revêtue d'un alliage de brasage. - L'alliage de brasage recouvrant la plaque collectrice est un alliage à base d'aluminium contenant du silicium. L'invention porte également sur un échangeur de chaleur brasé par le procédé ci-dessus. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés. La figure 1 et 2 sont chacune vue en bout d'un tube plié. La figure 3 est une représentation schématique d'un échangeur de chaleur à tubes pliés et intercalaires ondulés. Ces figures ont déjà été décrites plus haut. On a obtenu d'excellents résultats en brasant un échangeur de chaleur conforme à la figure 3, comprenant des tubes confor mes à la figure 1, dont seule la face externe était revêtue d'un alliage à base d'aluminium commercialisé sous la référence 4045, ayant une teneur en silicium comprise entre 9 et 11 % en poids et un intervalle de fusion compris entre 577 et 595 'C, une face des collecteurs 20, 22 étant revêtue de l'alliage 4343 dont l'intervalle de fusion va de 577 à 613 'C, et les intercalaires 14 n'étant pas revêtus. En particulier, les intervalles 9 étaient entièrement remplis de brasure, et une excellente liaison était assurée entre les tranches 5a, 5b et la paroi 6 tubes. L'absence d'alliage de brasage à l'intérieur des tubes permet d'y appliquer, si nécessaire, un alliage anti-corrosion tel que celui commercialisé sous la référence 7072. Lorsqu'un tel alliage anti-corrosion n'est pas nécessaire, on peut appliquer sur la face interne le même type d'alliage de brasage que sur la face externe, de manière à renforcer encore la liaison entre l'entretoise et la paroi 6 des tubes. Revendications 1. Procédé de brasage d'un échangeur de chaleur comprenant un empilement alterné de tubes plats (1) présentant chacun deux parois principales opposées (6, 7a, 7b), et d'interca laires ondulés (14) dont les crêtes d'ondulation viennent en contact avec lesdites parois principales, chaque tube étant réalisé à partir d'une bande de tôle pliée dont au moins une face est revêtue d'un alliage de brasage à base d'aluminium contenant du silicium de manière à assurer lors du brasage la liaison mécanique entre les tubes et les intercalaires, et/ou la continuité de la paroi périphérique des tubes, caractérisé en ce que ledit alliage contient plus de 8012 % en poids de silicium. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit alliage contient entre 8,5 et 15 % en poids de silicium. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les intercalaires sont exempts d'alliage de brasage. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'autre face de la tôle est également revêtue dudit alliage. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'autre face de la tôle est exempte d'alliage de brasage et est recouverte d'un revêtement. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le revête ment de l'autre face est un revêtement anti-corrosion. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, simultanément au brasage des tubes (12) et des intercalaires (14), on brase une extrémité au moins de chaque tube à une plaque collectrice (20, 22) délimitant une boîte collectrice (16, 18) dont le volume interne communique avec les tubes, de manière à assurer l'étanchéité de la traversée, par ladite extrémité, d'une ouverture correspondante prévue dans la plaque collectrice. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'une au moins des faces de la plaque collectrice est revêtue d'un alliage de brasage. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'alliage de brasage recouvrant la plaque collectrice est un alliage à base d'aluminium contenant du silicium. 10. Échangeur de chaleur brasé par le procédé selon l'une des revendications précédentes.