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" Perfectionnements au brasage 'des métaux légers "
L'invention est relative à la technique de la liaison de pièces métalliques, et plus particulièrement au brasage des pièces en métaux légers . L'expression "métaux légers't sert ici à désigner aussi bien l'aluminium et le magnésïum de pureté commerciale que les alliages contenant au moins 50 % en poids de l'un ou l'autre de ces métaux.
Le brasage, dans le sens que l'on donne en général à ce terme dans la technique, consiste à joindre des pièces métalliques par fusion d'un métal à point de fusion infé- rieur entre les deux pièces sans qu'il y ait fusion appré- @ ciable du métal constituant ces pièces .
Il se distingue
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d'une part de la soudure en ce que il ne se produit sensi- blement aucun fusion du métal constitutif, et il se distin- gue d'autre part de la soudure douce en ce qu'il est réalisé à des températures plus élevées et à l'aide de types diffé- rents du métal d'apport. Dans une opération de brasage, lorsqu'on utilise un fondant, les pièces à joindre sont en général et d'abord enduites de fondant et unies avec un morceau du métal de brasage entre les parties juxtaposées ou au bord des zones à joindre .Comme variante , on peut ajouter le métal de brasage et d'apport sous forme de pou- dre, d'une pellicule, d'une bande, d'une feuille ou sous la forme ci'un.':
revêtement métallique sur les parties à join- dre .Lorsqu'on veut braser de grandes quantités d'objets, les objets à unir sont placés dans un four ou autre/ moyen de chauffage qui entraîne la fusion du fondant ainsi que du métal de brasage .Il y a lieu de distinguer le brasage de la soudure usuelle, qui est mise en oeuvre à des températures beaucoup plus basses où la soudure fondue est fournie aux zones à joindre en même temps qu'un fon- dant, et les substances fluides souvent travaillées sur toute l'étendue de la zone de soudure au moyen d'un outil appro- prié .Ainsi la solidité du point soudé peut dépendre en partie de l'agitation mécanique du fondant de la soudure, alors que dans le brasege il faut se fier uniquement au bon comportement du fondant et du métal fondu et non à une agitation extérieure quelconque .
Un fondant de brasage satisfaisant doit, en général, présenter les propriétés physiques suivantes : il doit être bien fluide, à une température quelque peu inférieure au point de fusion du métal de brasage; il doit adhérer aux surfaces des métaux à joindre, ou mouiller ces surfaces; il doit faciliter la distribution et l'alliage du métal de brasage fondu sur les surfaces des parties métalliques à joindre ; il doit aussi enlever toute couche d'oxyde
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ou autre matière étrangère adhérente présente sur les parties métalliques afin d'établir un contact métal à métal entre le métal de brasage et les parties à braser, mais il ne doit pas sensiblement attaquer le métal, et il doit aussi protéger les surfaces décapées contre une réoxydation;
enfin, tout résidu de fondant pouvant subsister après achèvement du joint doit être aisément enlevé . Ce résidu de fondant, s'il n'.est pas enlevé, risque de provo- quer une corrosion du métal et du joint brasé par exposi- tion prolongée à une atmosphère humide ou autre milieu avec lequel l'objet brasé peut entrer en contact .
Il n'a pas été jusqu'ici possible de braser les objets en aluminium ou en magnésium ou en alliage renfermant des proportions prédominantes de ces métaux , surtout en raison de la difficulté rencontrée pour enlever la couche adhérente et tenace d'un oxyde rencontré à la surface de ces métaux . En outre, certains alliages qui seraiant satisfai- sants en tant que matières de joint, du point de vue de la résistance à la corrosion, offrent des points de fusion,. trop élevés pour pouvoir être utilisés avec les fondants de soudure, tandis que par ailleurs, dans bien des cas, les points de fusion des alliages convenant au brasage sont trop bas pour poàvoir être utilisés avec succès avec les fondants de soudure connus .
Le problème posé par l'en- lèvement du fil d'oxyde se pose avec plus d'acuité dans le brasage que dans la soudure, parce que dans la soudure des métaux légers, le fondant ainsi que la soudure sont en géné- ral agités par l'outil de soudure eu par la vaporisation des quantités abondantes de produitsvolatils de la réaction.
Cette agitation contribue à diviser et à chasser le fil d'oxyde et permet à la soudure d'entrer immédiatement en contact intime avec le métal léger aux endroits où l'oxyde en
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a été enlevé . Un tel processus n'est pas possible dans le brasage, parce que la fusion de métal d'apport est en général effectuée dans un four ou autre milieu qui interdit l'agita- tion par un outil . Ici, le fondant de brasage doit agir de son propre chef pour enlever entièrement la couche d'oxyde; lorsque cet enlèvement a été effectué, le fondant assure la distribution uniforme du métal de brasage fondu entre et sur les surfaces à joindre .
Les fondants de soudure se sont révélés inaptes aux besoins du brasage . Un grand nombre d'entre eux sont instables aux températures plus élevées usitées dans le brasage En effet, ou bien ils se vaporisent ou bien ils se décompo- sent ou s'écoulent avant que la température de brasage n'ait été atteinte .D'autres fondants de soudure sont du type des fondants dits fondants à réaction et contiennent des proportions relativement importantes de sels de métaux lourds de chlorure de zinc par exemple .Ces sels de métaux lourds se décomposent et provoquent le dépôt du métal lourd qui, s alors, ou bien sert de soudure ou de couche interticielle entre la soudure et les surfaces métalliques à joindre, ou bien se combine avec la soudure pour former un alliage et altère les propriétés de la soudure .
Dans le brasage des métaux légers, un tel dépôt de métaux lourds est nuisible parce qu'il affaiblit le joint et le rend plus susceptible de corrosion.
La présente invention a pour objet une méthode de brasage des pièces en métaux légers .L'invention vise aussi un fondant de brasage, qui sans agitation extérieure, enlè- ve la couche oxyde ainsi que toute matière étrangère adhérente présente sur les surfaces en métaux légers, avec un très haut degré d'efficacité . Un autre objet de l'inven- tion consiste à favoriser l'étalement ou la distribution du métal de brasage fondu sur les parties métalliques à
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joindre, au moyen d'un fondant assurant un contact intime entre le métal de brasage et la surface du métal à assem- bler.
En 9utre, suivant l'invention, le fondant permet d'utiliser comme matière d'apport les alliages résistants à la corrosion tels que les alliages à base d'aluminium ou de magnésium à des températures plus basses que celles ré- gnant dans les opérations de soudure . Un autre objet consiste en un fondant convenant aux opérations de brasage au four.
Suivant l'invention, le fondant pour le brasage des métaux légers contient en poids, de 1 à 30 % d'au moins un fluorure: de métal alcalin, mais non pas plus de 15 % en tout de fluorure normal, au moins deux chlorures de métal alcalin du groupe comprenant le chlorure de sodium, la chlorure de potassium et le chlorure de lithium , dans des , proportions comprises entre 5 à 60 % de chlorure de sodium, de 5 à 60 % de chlorure de potassium et de 5 à 80 % de chlorure de lithium et entre 0,01 et 0,5 % d'au moins xxun halogénure des métaux situés au-dessous de l'aluminium dans la série électro-motrice à l'exception du zinc et du cadmium, la proportion totale de ces halogénures ne dépassant pas
0,5 % environ, ce fondant étant susceptible d'enlever la pellicule d'oxyde sur les pièces,
sans qu'il y ait prati- quement de dépôt métallique à partir des halogénures du groupe de métaux susnommé situé en-dessous de la.l'aluminium dans la série électromotrice. Ce fondant exerce une action de décapage très efficace sur les surfaces à braser et enlèveoute pellicule d'oxyde et toute matière étrangère adhérente , telle que la graisse, tans exiger d'agitation par des moyens externes . Grâce à ce fondant, il a été possi- ble de joindre des pièces en métaux légers en quelques minu- tes seulement, les joints résultants étant résistants et sains. Dans le cas des joints en T, le métal de brasage
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forme un cordon bien arrondi .
Dans les demandes de brevet simultanément en instance, on a décrit des fondants de brasage qui contiennent des halogénures de zinc et de cadmium en même temps que des chlorures et un fluorure de métaux alcalins,,la teneur en zinc de ces fondants étant inférieure à 7,7% environ et la teneur en cadmium étant inférieure à 9,8 % environ.
Le zinc et le cadmium se distinguent des autres métaux placés en-dessous de l'aluminium dans la série électromo- trice, surtout en ce qu'il est possible de les utiliser avan- tageusement, en plus forte proportion dans les fondants de brasage . La quantité des autres métaux situés en- dessous de l'aluminium dans la série électromotrice dans un fondant dedbrasage pour les métaux légers doit être limitée à de très faibles proportions si l'on veut obtenir$ni joint brasé satisfaisant . Si l'on en utilise des proportions im- portantes, on obtient un joint médiocre ou on n'obtient pas de joint du tout.
En raison de la différence de comportement entre le zinc et le cadmium d'une part et les autres métaux de l'autre ainsi que de l'analogie du comportement de ces derniers métaux, on les considère comme un groupe de substan - ces équivalentes . Ce groupe seompose des métaux suivants: manganèse, chrome, cobalt, nickel, étain, plomb, cuivre, arsenic, bismuth , antimoine, mercure, argent, palladium, platine et or . Les sels de palladium, de platine et d'or sont, en général, trop coûteux pour justifier leur utilisation industrielle . Les sels de mercure introduisent un risque de corrosion dans le cas de la jonction des métaux légers, tandis que l'emploi des sels d'arsenic offre un risque d'empoisonnement.
La proportion de ces métaux pouvant être utilisés avec succès dans un fondant de'brasage ne doit pas dépasser la - pro-
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portion présente dans 0,5% de l'halogénure . La propor- tion des halogénures de ces métaux que l'on peut utiliser est comprise entre 0,01 et 0,5 % enboids de l'ensemble du fondant , les limites préférées sont 0,05 et 0,3 %. Lors- qu'on utilise deux ou plusieurs de ces'halogénures leur proportion totale ne doit pas dépasser 0,5%environ . L'uti- lisation de proportions aussi faibles de ces,hamogénures métalliques est, autant que la demanderesse le sait nouvelle dans la technique du brasage des métaux légers. Cette pro- portion est si faible qu'il ne se produit virtuellement aucun dépôt du constituant métallique de l'halogénure ' sur la surface des métaux légers .
L'enlèvement de la couche d'oxyde de la surface des métaux légers paraît s'accomplir en partie par suite d'une tendance du.constituant métalli- que de l'halogénure à se déposer , plutôt que du dépôt réel de ce métal . Il a été constaté que 0,01 % au moins de l'halogénure est nécessaire pour obtenir l'effet recher- ché, mais une quantité supérieure à 0,5 % environ est inu- tile dans ce but .
Malgré le fait qu'ilssoient ajoutés en proportion relativement faible , ces sels d'halogénures paraissent faciliter la pénétration et l'enlèvement de la pellicule d'oxyde de la surface du métal ; en conjonction avec le fluo- rure alcalin, ils exercent une.action d'équilibre pour préparer la surface métallique et faciliter la distribution du métal de brasage fondu . Ceci est particulièrement im- portant dans le cas où l'on brase un grand nombre d'objets dans un four et que l'on désire une grande uniformité dans les résultats .
La proportion des autres constituants du fondant peut être variable . Une marge satisfaisante pour le fluorure alcalin est comprise entre, 1.--et 15% environ du poids total du fondant, mais on préfère utiliser de 2 à 8 % de ce consti- /
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tuant . On a constaté qu'un pour cent au moins du fluorure doit être présent pour assurer le décapage correct de la sur'Lare métallique, mais une proportion supérieure à 15 % élève le point de fusion au delà de la marge pouvant être utilisée pour le brasage . On peut utiliser dans le fon- dant aussi bien les fluorures normaux que les fluorures acides des métaux alcalins, ces deux espèces de fluorures étant visées par l'expression fluorures de métaux alcalins.
Si l'on utilise un ou plusieurs de ces fluorures normaux, leur total ne doit pas dépasser 15 % environ . Dans le cas de l'utilisation des fluorures acides le total ne doit pas dépasser 30 % Une proportion supérieure élève le point de fusion du fondant à une température trop élevée pour le brasage . Si l'on utilise des fluoruses normaux et acides ensembles , leur total ne doit pas dépasser 30 % environ ; et dans ce total le fluorure normal ne doit pas dépasser
15 %.
Les propriétés p hysiques du fondant sont déterminées dans une large mesure par la composition du véhicule qui constitue en général au moins les 50 % en poids du fondant tout entier . Les proportions relatives des constituants de ce véhicule doivent être réglées pour fournir le point de fusion convenable eu égard au métal particulier utilisé pour former le joint, mais le point de fusion ne doit en aucun cas dépasser 638 C environ , si le point de fusion du métal d'apport est 650 C ou au-dessus. Si par ailleurs le métal d'apport offre un point de fusion trop bas;la composition du fondant doit être réglée de manière à réduire le point de fusion du fondant à une température basse en conséquence .
Autrement dit, le point de fusion du fondant doit toujours être inférieur à celui du métal d'apport, afin d'assurer l'action correcte du fondant . En général, les fondants dont le point de fusion est compris entre 510et
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595 C seront satisfaisants, pour le brasage de la plupart des pièces en métaux légers. Le véhicule sert à amener les ingrédients actifs en contact avec le métal à joindre, et il a en outre pour effet d'entraîner les particules d'oxyde et autres matières que le fondant à détachées de la surface du métal . Pour le brasage, ce sont des chlorures alcalins qui constituent le véhicule le plus sa- tisfaisant, grâce à leur stabilité, leur propriété non oxydante , et les marches étendues du point de fusion de ces mélanges .
Les chlorures de sodium, de potassium et de lithium constituent ce que l'on appelle ici les chlorures alcalins ou les chlorures de métaux alcalins, et il faut utiliser deux quelcnques d'entre eux dans les marges de composition approximatives ci-après , en pourcent du poids total du fondant : %
NaCl 5-60
KCl 5-60
Licl 5-80 La quantité totale des chlorures ajoutés aux autres ingré- dients du fondant ne peut bien entendu dépasser 100 % ; autrement dit, si l'on utilise la proportion maximum de l'un des ingrédients, il faut réduire en conséquence les proportions des autres .
On peut utiliser divers métaux de.brasage ou d'apport pour former les joints de brasage réalisés suivant l'in- vention , pourvue qu'ils aient des points de fusion inférieurs à celui du métal que l'on brase , et en outre qu'ils présentent telles autres propriétés requises , comme l'adhérence au métal-mère par alliage ou combinaison. avec celui-ci, résistance mécanique et.résistance à la corrosion . En général le métal d'apport présente le même /
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constituant principal que le métal-mère, et offre, par suite, un point de fusion supérieur à celui des soudures douces. Ainsi la température à laquelle se forme le joint est en général comprise entre 510 C ou en tout cas le point de fusion du métal d'apport d'une part, et la tempé- rature du début de fusion du métal-mère .
Cependant, il est, en général, désirable de former le joint à une tem- pérature communiquant une fluidité appropriée au métal d'apport sans approcher du point de fusion du métal-mère de trop près car à cette température ce métal est mou et se déforme aisément . Dans la plupart des cas, on a constaté pguvoir obtenir des résultats très satisfaisants en prenant comme matière d'apport un alliage à base d'alu- minium pour la jonction des pièces en aluminium , en alliages à base'd'aluminium et un alliage à base de magnésium pour le brasage des pièces en magnésium ou en alliages à base de magnésium .
Certains alliages binaires à base d'alumi- nium contenant de 5 à 13 % de silicium et de 87 à 95 % d'aluminium contenant des impuretés usuelles, ont donné des résultats très satisfaisants.
Grâce à l'utilisation d'un fondant de brasage ayant la composition indiquée ci-dessus et d'un métal d'apport approprié, il devient ainsi possible d'obtenir dans tous les cas un joint brasé solide soit entre des pièces en métaux légers , soit entre ces métaux et d'autres tels que le fer ou le cuivre par exemple . Ce fondant est également applicable avec les métaux de brasege ou d'apport de compositions variables, notamment les alliages contenant de l'aluminium ou le magnésium en tant que constituants dominants . Les compositions da fondant mentionnées ci-des- sus présentent une marge de fusion qui permet d'utiliser un alliage résistant à la corrosion, en tant que métal de brasage ou d'apport .
Jusqu'ici les seuls fondants qui avaient
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pu être utilisés avec succès avec ces alliages résistant à la corrosion étaient ceux dont les points de fusion étaient si élevés que leur utilité se limitait à la soydure . En utilisant les fondants décrits ici , il devient ainsi possible d'obtenir des joints solides et résistants à la corrosion par une pération de brasage au four ordinaire, ainsi que par d'autres méthodes de brasage .
A titre de mode de réalisation particulier de l'in- vention , on donne comme exemple les deux compositions de fondants préférées ci-dessous :
1) 56% KCl, 36% LiCl, 8% NaF ,0,1% AgCl
2) 55,8% KCl, 36% LiCl, 8% NaF, 0,3% SbCl3 La température de brasage minimum pouvant être utilisée avec les fondants de ces compositions est d'environ 510 C, mais en faisant varier la proportion des constituants de véhicule, on peut préparer d'autres fondants similaires%, ayant différentes températures de brasage minima , suivant les exigences de la nature de l'alliage de brasage et des pièces brasées .
On peut donner deux exemples de la manière dont les pièces en aluminium et en magnésium ont été brasées avec succès sous la forme de joints en T. Dans ce cas, on a recouvert deux bandes de tôle d'aluminium de pureté commerciale au moyen du fondant (1) susmentionné sous la forme d'une pête aqueuse, le long des parties à joindre.
Ces bandes furent alors placées dans un montage pour main- tenir les pièces dans la position d'un T renversé et l'on plaça un fil de l'alliage de brasage (10% Si, 90% Al ) à la jonction des deux bandes . Tout l'assemblagedfut alors mis au four et chauffé à 608 C environ pendant 10 minutes.
Après avoir retiré l'assemblage du four et l'avoir laissé refroidir à la température ambiante , on put constater /
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que l'opération avait fourni un joint sain .Un cordon symétrique de métal de'brasage s'était formé des deux côtés du joint et il n'y avait aucun dépôt visible de métal lourd . Le résidu tout entier du fondant fut aisé- ment enlevé par lavage du joint nouvellement formé .
D'une manière similaire, on a brasé deux bandes de magnésium au moyen du fondant(2) précité et d'un métal d'apport en alliage à base de magnésium approprié .Les deux pièces de métal furent enduites d'une suspension aqueuse diluée du fondant le long des parties des bandes à assembler , puis placées dans un montage dans la position d'un T renversé . Un fil d'un alliage de brasage appro- prié fut placé le long des parties à souder . Tout l'en- semble fut alors placé dans un four chauffé à 595 C , pendant 10 minutes .Après avoir retiré l'assemblage du four , on constata que l'opération avait produit un joint sain, muni de cordons satisfaisants .
REVENDICATIONS.
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