Brevet FR2886185A1 — publié le 20061201

VCL1597.FRD Procédé de brasaqe d'un tube plié d'échanqeur de chaleur, notamment pour véhicules automobiles, et tube ainsi obtenu L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un procédé de brasage d'un tube plié d'échangeur de chaleur, comprenant les opérations consistant à mettre en contact une première partie de tube contre une surface d'appui d'une deuxième partie de tube au niveau d'une zone de contact, et à braser les première et deuxième parties de tube au niveau de cette zone de contact, avec utilisation d'un apport de brasage et d'un flux de brasage, pour former une liaison brasée. Un tel procédé de brasage convient tout particulièrement à la fabrication de tubes d'échangeur de chaleur présentant une section générale en forme de B et délimitant deux canaux parallèles de circulation de fluide. Cependant, ce procédé de brasage peut être utilisé aussi pour la fabrication d'autres types de tubes à partir d'un ou plusieurs feuillards métalliques. Dans les procédés de brasage connus de ce genre, la première et la deuxième parties de tube sont maintenues en contact pendant l'opération de brasage, qui s'effectue habituellement par passage dans un four de brasage. Pour cela, plusieurs tubes sont habituellement assemblés avec des intercalaires ondulés ou autres types d'ailettes d'échange de chaleur, pour former un faisceau. Le brasage s'effectue avec un apport de brasage, le plus souvent réalisé sous la forme d'un placage sur l'une au moins des faces du ou des feuillards métalliques servant à former le tube. Ce placage est un composé eutectique, dont la température de fusion est inférieure à celle de l'âme des composants à braser entre eux. En outre, le brasage s'effectue avec un flux de brasage qui est fondu lors de l'opération de brasage et qui a pour principale fonction de dissoudre la couche d'oxyde qui se forme naturellement sur les surfaces à assembler. Ce flux de brasage a aussi pour fonction de mouiller les parties à braser et de permettre ainsi à l'apport de brasage de se répandre sur les surfaces de contact et à diffuser au coeur même des parties à braser. Jusqu'à présent, le flux de brasage est appliqué, avant l'opération de brasage, dans la zone de contact entre la première partie de tube et la deuxième partie de tube. Autrement dit, ce flux est appliqué sur la surface d'appui de la deuxième partie de tube au niveau de la zone ou s'effectuera le contact. Un tel brasage s'effectue maintenant, de plus en plus, sous une atmosphère contrôlée, à savoir sous une atmosphère d'azote, ce qui améliore l'aptitude au brasage des parties à assembler. Il s'agit du procédé connu appelé Nocolok . On connaît différents procédés de brasage du type précité. Ainsi, le brevet US 6 119 341 propose d'appliquer un flux de brasage liquide sur la surface intérieure d'un feuillard métallique et de sécher ensuite ce flux préalablement à l'opération de brasage. Le brevet US 6 412 174 décrit un procédé consistant à 5 appliquer une solution de flux à l'intérieur d'un tube plié, pendant son formage, seulement sur la zone à braser. La demande de brevet US 2003/145465 décrit un autre procédé pour appliquer un flux sur la surface interne d'un tube plié à section en forme de B. Dans ce procédé connu, le flux est appliqué en solution pendant la formation du tube sur la zone à braser. Dans tous ces procédés connus, le flux de brasage est appliqué sous la forme d'une solution ou suspension, ou encore sous la forme d'une pâte, dans la zone de contact qui deviendra la zone de brasage. Ces solutions connues présentent un certain nombre 20 d'inconvénients. Tout d'abord le dépôt du flux de brasage sur la zone à braser forme un revêtement qui peut induire une surépaisseur, spécialement lorsque ce flux est sous forme pâteuse. Lorsque les tubes sont ensuite empilés pour former un faisceau d'échangeur de chaleur, les surépaisseurs respectives des tubes s'ajoutent, conduisant à un augmentation de dimension. Cet effet est d'autant plus accentué que le nombre de tubes utilisés est élevé. Ces solutions connues peuvent donc soulever des problèmes d'insertion des ailettes lors de l'assemblage du faisceau en raison de la surépaisseur induite par le flux de brasage dans les différents tubes. À l'inverse, un dimensionnement de l'espace entre les tubes, visant à compenser cette surépaisseur, est susceptible de causer un mauvais brasage de la liaison tube/intercalaire. De plus, ces solutions connues peuvent entraîner une consommation élevée de flux de brasage du fait de l'épaisseur du revêtement de flux de brasage. En outre, ces solutions ne permettent pas d'appliquer le flux de façon convenable sur la zone à braser. Elles ne permettent pas une application précise et elles rendent souvent impossible l'application du flux de brasage dans la réalisation d'un tube plié dirigé vers le bas. Ces solutions ne permettent pas une reproductibilité du procédé, ce qui se traduit par un défaut de fiabilité sur la géométrie du tube plié. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un procédé de brasage du type défini en introduction, dans lequel on applique au préalable le flux de brasage sur la surface d'appui de la deuxième partie de tubes, dans des conditions contrôlées, à une distance proche de la zone de contact. Ainsi, contrairement aux solutions connues, dans lesquelles le flux de brasage est appliqué sur la zone même où s'effectuera le contact, le procédé de l'invention applique le flux de brasage à faible distance de cette zone, donc en dehors de celle-ci. 2886185 5 Il a été constaté, de manière surprenante, que le flux de brasage réalise néanmoins ses fonctions habituelles, bien que n'étant pas situé dans la zone de contact et donc de brasage. Sans vouloir être lié à une théorie particulière, il semble que le flux de brasage, qui est fondu lors de l'opération de brasage, migre dans la zone de contact des parties à braser, ce qui lui permet de dissoudre la couche d'oxyde et de mouiller les parties à braser. Cela suppose bien entendu que la distance entre le flux de brasage, formant revêtement, et la zone de contact soit 15 proche, donc contrôlée. Avantageusement, cette distance est comprise entre 0 et 6 mm. Le flux de brasage peut être appliqué soit d'un côté de la zone de contact, soit encore des deux côtés de la zone de contact. Dans tous les cas, le flux de brasage est avantageusement 25 appliqué sous la forme d'une bande ayant une largeur comprise entre 0,5 et 3 mm. Dans l'invention, le flux de brasage est avantageusement appliqué sous la forme d'une pâte, par exemple au moyen 30 d'un rouleau applicateur. Ce flux de brasage est appliqué selon une densité contrôlée, c'est-à-dire avec une quantité contrôlée par unité de surface. Dans une forme de réalisation préférée, le flux de brasage est un flux pour brasage sous atmosphère contrôlée et la densité est comprise entre 2 et 120 grammes par mètre carré. Dans une application préférentielle, la première partie de tube est une extrémité repliée d'un feuillard métallique, tandis que la deuxième partie de tube est une face intérieure du feuillard. Un tel tube est avantageusement réalisé sous la forme d'un tube à section transversale en forme de B, présentant deux canaux de circulation. L'invention s'applique tout particulièrement aux tubes 20 formés à partir d'au moins un feuillard métallique, avantageusement en aluminium. L'apport de brasage est avantageusement un placage appliqué sur l'une et/ou l'autre des deux faces d'un feuillard 25 métallique. Cependant, dans une variante de réalisation de l'invention, l'apport de brasage et le flux de brasage peuvent être appliqués conjointement sous la forme d'un mélange. Il en résulte pour avantage la possibilité d'appliquer, à la place du flux de brasage cité précédemment, un mélange qui joue à la fois la fonction d'apport de brasage et de flux de brasage, ce qui permet de se passer de placage sur la surface du tube. Dans une application préférentielle de l'invention, le 5 brasage est réalisé sous une atmosphère contrôlée à base d'azote. Sous un autre aspect, l'invention concerne un tube d'échangeur de chaleur pouvant être obtenu par la mise en 10 oeuvre du procédé défini précédemment. Ce tube est avantageusement réalisé à partir d'un seul feuillard métallique et présente une section transversale sensiblement en forme de B. Bien entendu, l'invention s'applique aussi à la réalisation d'autres types de tubes pliés, à partir d'un ou de plusieurs feuillards métalliques. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un tube d'échangeur de chaleur, à section générale en forme de B, après pliage et avant brasage au moyen d'un procédé selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle à échelle agrandie du tube de la figure 1; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 dans une variante de réalisation; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 dans une autre variante de réalisation; - la figure 5 est une représentation schématique de la face 5 intérieure d'un tube selon l'invention; et - la figure 6 est un graphique montrant les variations de la viscosité d'un flux de brasage pâteux en fonction de la température. On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre, en vue en coupe, un tube 10 d'échangeur de chaleur, une fois formé par pliage et avant brasage. Le tube 10 est réalisé à partir d'un feuillard métallique, avantageusement à base d'aluminium, et présente deux grandes faces généralement parallèles 12 et 14 réunies par deux petites faces 16 et 18 à section en U. Le tube comprend une première partie 20 obtenue par repliage d'une première région marginale du feuillard et venant en appui contre une surface d'appui d'une deuxième partie 22 du tube. Cette deuxième partie de tube est formée ici sur la surface intérieure de la grande face 12. Cette partie 22 est orientée vers le bas comme on le voit sur la figure 1 et sur la vue agrandie de la figure 2. L'autre région marginale 24 du feuillard est repliée et appliquée contre une partie 26 du feuillard pour former conjointement une cloison 28, ce qui permet de définir deux canaux parallèles 30 de circulation de fluide. La forme générale de la section transversale d'un tel tube est en ellemême connue. On observera que la première partie de tube 20 vient s'appliquer au niveau d'une zone de contact Z (figure 2) qui constituera ultérieurement une zone de brasage. Le brasage d'un tel tube s'effectue classiquement avec utilisation d'un apport de brasage et d'un flux de brasage. L'apport de brasage est formé le plus souvent d'un placage appliqué sur la face intérieure et/ou la face extérieure du feuillard. Ici, ce placage est avantageusement appliqué sur la face intérieure du feuillard, c'est-à-dire aussi sur la deuxième partie de tube 22. Comme indiqué précédemment, on utilise aussi un flux de brasage pour améliorer le procédé de brasage. Comme on le voit sur la figure 1, et plus particulièrement sur la vue agrandie de la figure 2, le procédé de l'invention consiste à appliquer au préalable un flux de brasage 32 sur la surface d'appui de la deuxième partie de tube 22, dans des conditions contrôlées, et à une distance D proche de la zone de contact Z. Cette distance D est contrôlée et est avantageusement comprise entre 0 et 6 mm. Dans l'exemple des figures 1 et 2, le flux de brasage 32 est appliqué d'un côté de la zone de contact Z, c'est-à-dire ici du côté droit. Le flux de brasage est appliqué sous la forme d'une bande étroite ayant une largeur L comprise entre 0,5 et 3 mm. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le flux de brasage est appliqué sous la forme d'une pâte, dans des conditions contrôlées. De façon surprenante, il a été constaté que lors du brasage, qui s'effectue dans un four à une température suffisante pour faire fondre l'apport de brasage, ce flux de brasage vient migrer dans la région de la zone de contact et remplir ses fonctions habituelles. Ainsi, le flux de brasage, une fois fondu, vient dissoudre la couche d'oxyde formée naturellement sur la surface des parties à assembler. En outre, le flux vient mouiller les parties à braser et permet ainsi à l'apport de brasage de se répandre sur les surfaces de contact. Cette migration du flux de brasage fondu est également favorisé par la pression de contact qui sollicite les parties de tube 20 et 22 l'une vers l'autre. Du fait que le flux de brasage 32 est appliqué en dehors de la zone de contact Z, il ne conduit pas à des surépaisseurs susceptibles de modifier la dimension en largeur du tube, c'est-à-dire la distance entre les faces 12 et 14. Ceci est particulièrement important lorsque l'on réalise un brasage, en une seule opération, d'un faisceau de tubes comportant un nombre important de tubes et d'ailettes ou intercalaires ondulés disposés à chaque fois entre deux tubes successifs. Le fait de ne pas entraîner une surépaisseur dans la zone de contact du tube, permet de garantir une répétabilité du procédé et une dimension reproductible des tubes et donc du faisceau d'échange de chaleur. La figure 3 montre une autre variante de réalisation dans laquelle le flux de brasage 32 est appliqué de l'autre côté de la zone de contact Z, c'est-à-dire du côté gauche dans l'exemple représenté. La figure 4 montre encore une autre variante de réalisation dans laquelle le flux de brasage 32 est appliqué sous la forme de deux bandes parallèles respectivement des deux côtés de la zone de contact Z. Le procédé de l'invention s'effectue avantageusement sous une atmosphère contrôlée, en particulier sous une atmosphère d'azote, par le procédé dit Nocolok . Il est avantageux en ce cas d'utiliser un mélange pâteux comprenant un flux de brasage connu pour le procédé Nocolok, en mélange avec un liant et un épaississant. Dans l'invention, le flux de brasage est appliqué selon une densité contrôlée, c'est-à-dire en quantité contrôlée généralement comprise entre 2 et 120 g/m2. Plus la distance D est importante, plus la densité de flux doit être élevée. Ainsi, par exemple, si l'on applique le flux pâteux à une distance de 6 mm de la zone Z, il faut soit augmenter la largeur du revêtement (3 mm de largeur pour une densité d'application de 20 g/m2), soit augmenter la densité d'application du flux de brasage (0,5 mm de largeur pour une densité d'application de 120 g/m2). L'application du flux de brasage est avantageusement réalisée en continu sur un banc de fabrication au moyen d'un rouleau applicateur. Le flux de brasage est alors appliqué sur un feuillard métallique non dégraissé, déroulé en continu à partir d'une bobine. Le feuillard est ensuite plié sur le banc de fabrication pour lui conférer la section transversale souhaitée, puis découpé en tronçons constituant des tubes individuels. Les tubes ainsi obtenus sont ensuite assemblés avec des ailettes, par exemple des intercalaires ondulés, pour former un faisceau qui peut être brasé en une seule opération par passage dans un four de brasage. A titre d'exemple, on utilise une formulation pâteuse 5 comprenant les ingrédients suivants dans les proportions pondérales indiquées: % ( 1 %) d'un flux Nocolok % (.1- 0,5 %) de N-méthyl-2-pyrrolidone % (t 0,5 %) de 2-butoxyéthanol % ( 1 %) d'eau déminéralisée. Dans l'exemple d'un tube tel que décrit précédemment, le revêtement de flux de brasage est appliqué sous la forme d'une bande sur une largeur L de 1,5 mm et à une distance D de la zone Z comprise entre 2 et 2,5 mm. Le flux de brasage sous forme de pâte est appliqué par enduction au rouleau sur une surface huileuse. La densité d'application du flux de brasage est ici de 49 g/m2. La figure 5 illustre les variations de la viscosité du mélange pâteux en fonction de la température et de la vitesse d'agitation du mélange. On a représenté sur la figure 5 différentes courbes C1 à c5 montrant les variations de la viscosité exprimée en centipoises (cP) en fonction de la température ( C) pour différentes valeurs moyennes d'agitation, à savoir 3 tours/mn (courbe C1), 6 tours/mn (courbe C2), 12 tours/mn (courbe C3), 30 tours/mn (courbe C4) et 100 tours/mn (courbe C5). Plus la vitesse d'agitation est élevée et plus la viscosité est basse. Les viscosités s'échelonnent d'environ 2000 à environ 15000 cP à 15 C et d'environ 1000 à environ 8000 cP à 55 C. On comprend que l'on peut ainsi contrôler la viscosité du mélange pâteux qui sera appliqué sur le tube avant brasage. Différents essais ont été réalisé sur des tubes d'échange de chaleur obtenus par le procédé de l'invention et ont permis de constater que ces tubes présentaient des résistances à l'éclatement comparables à celles des tubes obtenus par des procédés connus, c'est-à-dire dans lesquels le flux de brasage est appliqué sur la zone de contact des parties à braser. La figure 6 montre schématiquement une partie d'un tube selon l'invention, ici le côté intérieur de la face 12, sur laquelle on a représenté la zone de contact Z et la région du flux de brasage 32. La largeur intérieure du tube est typiquement de 27 mm ou davantage. Elle est divisée symboliquement en huit régions R1 à R$ sous la forme de bandes parallèles de la gauche vers la droite sur le dessin. Le flux de brasage est appliqué sur une partie de la région R4, l'emplacement de la deuxième partie de tube 22 est représenté par une ligne en trait mixte entre les régions R4 et R5. Dans les régions R4 et R5 proches de l'emplacement du flux de brasage, un examen par analyse macroscopique montre la présence du flux. On trouve, en effet, dans la région R4 de nombreuses plaquettes et aiguilles traduisant la présence du flux. Dans les régions R3 et R5 situées de part et d'autre de la région R4, l'analyse révèle des aiguilles et peu de plaquettes traduisant encore une présence de flux. Par contre, dans les autres régions R1 et R2 (côté gauche) et R6, R7 et R8 (côté droit) on ne trouve aucune trace d'aiguilles traduisant la présence du flux. Les observations montrent que le flux qui était appliqué dans la région Z a migré de part et d'autre de cette région, sur une étendue limitée, et a pu ainsi exercer ses fonctions habituelles. Comme indiqué précédemment, il est possible d'appliquer conjointement l'apport de brasage et le flux de brasage sous le forme d'un mélange, ce qui permet alors de se dispenser de placage. Dans le cas où le tube à braser est en aluminium, ce mélange comportera un composé de silicium, permettant lors du brasage, de réaliser un produit eutectique avec l'aluminium de l'âme. Dans ce cas, l'application du mélange près du point à braser évite d'avoir à plaquer l'ensemble de la surface à braser. Ce mélange est avantageusement choisi parmi les possibilités suivantes: - un mélange appelé "Silflux" comportant en masse 33 % de poudre de silicium, du flux Nocolok100 et 66 % de liant, appliqué à raison de 3 à 6 grammes de silicium par m2 de surface; - un composé A1Si12, comportant du flux Nocolok , et un composé proche de l'autectique A1Si12, appliqué à raison de 25 4 à 10 grammes d'A1Si12 par m2 de surface; et - une pâte à braser comportant de l'AlSi12 sous forme de pâte et un flux de brasage. L'invention permet ainsi de réaliser différents types de tubes d'échangeur de chaleur. Il peut s'agir de tubes obtenus chacun avec un seul feuillard ou avec plusieurs feuillards. En dehors de tubes à section en B, on peut réaliser des tubes présentant une partie formant insert avec des ondulations pour définir une multitude de canaux parallèles. En ce cas, la partie qui forme les ondulations peut être réalisée sous la forme d'un insert séparé à partir d'un autre feuillard, ou à partir du même feuillard. De même, l'on peut former des tubes comportant plusieurs canaux adjacents, délimités par des parois constituées par des plis formés dans la matière de la paroi externe du tube. L'invention trouve une application particulière aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles. Revendications 1. Procédé de brasage d'un tube plié d'échangeur de chaleur, comprenant les opérations consistant à mettre en contact une première partie de tube (20) contre une surface d'appui d'une deuxième partie de tube (22) au niveau d'une zone de contact (Z) et à braser les première et deuxième parties de tubes au niveau de cette zone de contact, avec utilisation d'un apport de brasage et d'un flux de brasage, pour former une liaison brasée, caractérisé en ce que l'on applique au préalable le flux de brasage (32) sur la surface d'appui de la deuxième partie de tubes (22) dans des conditions contrôlées, à une distance (D) proche de la zone de contact (Z). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance (D) est comprise entre 0 et 6 mm. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le flux de brasage (32) est appliqué d'un côté de la zone de contact (Z). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, 25 caractérisé en ce que le flux de brasage (32) est appliqué des deux côtés de la zone de contact (Z). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le flux de brasage (32) est appliqué sous la forme d'une bande ayant une largeur (L) comprise entre 0,5 et 3 mm. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le flux de brasage (32) est appliqué sous la forme d'une pâte. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le flux de brasage (32) est appliqué selon une densité contrôlée. 8. Procédé selon les revendications 6 et 7, prises en combinaison, caractérisé en ce que le flux de brasage (32) est un flux pour brasage sous atmosphère contrôlée et la densité est comprise entre 2 et 120 g/m2. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la première partie de tube (20) est une extrémité repliée d'un feuillard métallique, tandis que la deuxième partie de tube (22) est une face intérieure du feuillard. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le tube (10) est formé à partir d'au moins un feuillard métallique, avantageusement en aluminium. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'apport de brasage est un placage. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'apport de brasage et le flux de brasage sont appliqués conjointement sous la forme d'un mélange. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le brasage est réalisé sous une atmosphère contrôlée à base d'azote. 14. Tube d'échangeur de chaleur pouvant être obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 13. 15. Tube d'échangeur de chaleur selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il est réalisé à partir d'un seul feuillard métallique et présente une section transversale sensiblement en forme de B.