Suspension à utiliser pour le brasage d'objets métalliques et son utilisation
Selon la technique courante, on brase les surfaces de métaux cuivreux et ferreux en utilisant un revêtement ou une pellicule mince d'un alliage à braser. Cet alliage à braser est en général sous forme de poudre ou de paillettes mélangées dans un véhicule. La suspension d'alliage à braser dans le véhicule est appliquée sur la surface à braser et la surface ainsi recouverte est chauffée à la température de brasage pendant le temps nécessaire.
Le véhicule sert principalement à obtenir une suspension commode d'alliage à braser pour permettre de l'appliquer facilement sur la surface à braser. De plus, le véhicule doit être choisi de façon à permettre à la suspension d'adhérer facilement aux surfaces à braser.
Par exemple, on peut braser des pièces laminées en cuivre ou alliage de cuivre en utilisant une pellicule ou un revêtement mince d'un alliage à base de cuivre contenant une forte proportion de phosphore dans un véhicule constitué par une résine à base d'un méthacrylate polymérisé.
Les procédés de la technique antérieure n'étaient pas entièrement satisfaisants. Par exemple, ces procédés sont souvent coûteux et d'emploi peu commode. Souvent le mélange alliage à braser-véhicule doit être utilisé immédiatement et ne peut être mis de côté. Dans de bonnes conditions, souvent le mélange à braser-véhicule sèche de façon à former une masse solide friable ou gluante d'usage peu commode.
Ces procédés présentent d'autres inconvénients comme, par exemple, le fait que les véhicules classiques laissent souvent des résidus indésirables sur les surfaces brasées.
La présente invention a par conséquent pour objet une suspension à braser commode et facile à utiliser, utilisable, par exemple, pour le brasage des surfaces de métaux cuivreux et ferreux, facile à employer, peu coûteuse, se conservant bien et ne laissant pas de résidus gênants sur les surfaces brasées.
D'autres avantages de la suspension selon l'invention apparaîtront ci-après.
La suspension à braser selon l'invention est constituée par un mélange de poudre d'alliage à braser fondant au-dessus de 5380 C, sous forme de particules de dimensions inférieures ou égales à 175 microns, mélangées à 3 à 10 /o en poids d'un polyoxyalcoylène hydroxylé ou polythioalcoylène thiol, pratiquement exempt d'eau, bouillant entre 260 et 5400 C et ayant un poids moléculaire supérieur à 200 (compris de préférence entre 900 et 1400). On peut ajouter, facultativement, un solvant volatil à la température ordinaire, tel que l'acétone ou la méthyléthylcétone, pour obtenir la consistance désirée pour l'emploi envisagé; ce solvant doit être compatible avec le composé polyoxyalcoylène ou polythioalcoylène et doit s'évaporer après application du mélange sur les surfaces à assembler.
La présente invention concerne également l'utilisation de ladite suspension. caractérisée en ce qu'on choisit les surfaces de métal à assembler dans le groupe formé par le cuivre, les alliages à base de cuivre et les alliages ferreux, on applique ladite suspension sur ces surfaces que l'on met en contact intime, on chauffe l'assemblage ainsi réalisé à une température supérieure au point d'ébullition du composé polyoxyalcoylène ou polythioalcoylène et au point de fusion de la suspension mais inférieure au point de fusion des surfaces métalliques et on refroidit l'assemblage.
La suspension selon la présente invention présente de nombreux avantages importants. Premièrement, la suspension est sous forme d'un liquide visqueux facile à appliquer sur les surfaces à braser. On utilisait fréquemment dans la technique antérieure une suspension qui se transformait en séchant en un solide friable peu com mode. De plus, la suspension selon l'invention se conserve bien. Elle peut être conservée facilement pendant plusieurs jours et même plus sans risque de détérioration. Cette suspension est facile à préparer dans un tonneau ou tambour sans risque d'endommager ou d'encrasser l'équipement De plus, chose importante, le composé hydroxylé ne laisse pas de résidus indésirables sur l'assemblage brasé.
Dans l'utilisation de la suspension selon la présente invention, les surfaces à braser sont du cuivre ou des alliages à base de cuivre ou de fer. Evidemment, la surface particulière à braser dépendra de l'emploi choisi pour les composants. On peut employer du cuivre très pur ou des alliages à base de cuivre, tels ceux contenant comme apport d'alliage du nickel, du fer, du phosphore, du manganèse, du magnésium, de l'aluminium, etc. On peut utiliser n'importe quel alliage ferreux, tel que l'acier inoxydable ou des alliages à base de fer contenant du silicium, du manganèse, du phosphore, du chrome, du nickel, etc.
Les surfaces à assembler peuvent être sous une forme quelconque, par exemple sous forme de tôles ou de plaques, de rubans, de cornières, de tubes ou de barres. Un mode d'utilisation préféré consiste à utiliser la suspension à braser pour lier de la poudre ou de la grenaille de cuivre. Par conséquent, conformément à ce mode d'utilisation préféré, on enduit de la poudre ou grenaille de cuivre de la suspension à braser, on brase la grenaille ainsi revêtue dans un moule ou une pièce ayant la forme désirée et on chauffe le moule ou la pièce à une température supérieure au point d'ébullition du composé hydroxylé ainsi qu'au point de fusion de l'alliage à braser, mais inférieure au point de fusion des surfaces à assembler, si bien que la grenaille ou poudre est transformée par brasage en une masse cohérente et solide.
On peut faire varier évidemment les conditions de brasage pour conférer à la masse ainsi liée une porosité appropriée, autrement dit les particules liées sont en général liées en des emplacements séparés et non liées à d'autres endroits.
L'alliage à braser doit être sous forme pulvérulente et fondre à une température supérieure à 5380 C. Evidemment, on peut utiliser sans difficulté tout alliage à braser convenant pour le brasage des surfaces métalliques choisies. On peut citer, à titre d'exemple d'alliages à braser: le bronze phosphoreux contenant entre 5 et 15 /o de phosphore, les alliages à base de cuivre contenant des éléments tels que le manganèse et le nickel, des alliages à base de nickel pour braser des aciers et le cuivre de pureté industrielle pour braser des aciers, mais cette liste n'est pas limitative.
La quantité d'alliage à braser variera évidemment entre de larges limites suivant l'application envisagée.
Quand on brase des tôles de grandes dimensions, on emploie une faible proportion d'alliage à braser par rapport au poids de la tôle et quand on brase de petites pièces, la proportion d'alliage à braser employée est plus grande. Si l'on brase une poudre ou grenaille, on emploie 4 à 15 % du poids de cette grenaille, de préférence.
Les dimensions des particules de l'alliage à braser pulvérulent sont inférieures ou égales à 175 microns et, de préférence, inférieures ou égales à 147 microns. Une poudre contenant des particules assez grossières, par exemple entre 147 et 175 microns peut être utilisée de façon satisfaisante bien qu'étant plus difficile à employer.
Le polyoxyalcoylène hydroxylé ou polythioalcoylène thiol a une masse moléculaire en général inférieure à 4000 et de préférence comprise entre 900 et 1400 ; il bout entre 260 et 5400 C. Ce composé organique aura de préférence une viscosité comprise entre 50 et 125 centistokes à 380 C et doit se volatiliser à peu près complètement par chauffage au-dessus du point d'ébullition, de préférence sans craquage ni décomposition, autrement dit, il ne doit laisser pratiquement aucun résidu. De plus, il doit brûler facilement en donnant des produits non toxiques. Le composé hydroxylé organique doit être à peu près exempt d'eau et de préférence quasiment non hygroscopique.
Ces composés organiques sont des polymères de composés aromatiques ou aliphatiques hydroxylés tels que les phénols, les alcools substitués. Les groupes oxyalcoylènes peuvent être C2.H4O, C3H6O, C4H8O, etc., mais de préférence C2H4O et C3HGO. Parmi les produits typiques utilisés, on peut citer: les polypropylènediols, les polypropylènethiols, les produits d'addition du nonylphénol et de l'oxyde d'éthylène et les alcools supérieurs polyéthoxylés. Si on le désire, on peut ajouter un fondant à la suspension pour le brasage sans atmosphère protectrice.
L'alliage à braser et le composé organique sont mélangés de façon à former une suspension. On emploie 3 à 10 % en poids du composé organique dans ce mélange. Quand on brase de la grenaille, il est préférable d'utiliser 3 à 6 % en poids de composés organiques et, si l'on brase d'autres articles, tels que des tôles, des plaques ou bien des tubes à des collecteurs, etc., il est préférable d'en employer 6 à 10 %. On mélange intimement le composé organique et l'alliage à braser de façon à obtenir une suspension ayant la consistance désirée. On peut employer une solution moins consistante si l'on désire appliquer par peinture ou projection la suspension sur les surfaces métalliques à braser.
On peut facilement réduire la consistance en faisant varier la proportion de composés organiques et/ou en utilisant un solvant volatil à la température ambiante. En variante, la suspension peut être mise sous forme pâteuse ou visqueuse en utilisant une moindre quantité de composés organiques et/ou de solvant. On peut obtenir toute consistance désirée, suivant l'usage final, en restant toujours entre les limites indiquées ci-dessus des proportions de composé organique par rapport à l'alliage à braser. On applique ensuite la suspension sur les surfaces à braser et on réalise un assemblage en plaçant les surfaces à assembler en contact intime en intercalant la suspension. On chauffe ensuite l'ensemble à une température supérieure au point de fusion de l'alliage à braser, ce qui volatilise effectivement le composé organique et fond l'alliage à braser sur les surfaces à assembler.
La durée de chauffage à cette température est comprise entre 3 et 15 mn, de préférence.
En variante, si l'on veut braser de la grenaille on peut revêtir celle-ci avec la suspension, placer la grenaille ainsi revêtue dans le moule ou montage désiré et chauffer comme ci-dessus.
On refroidit ensuite l'ensemble de façon à obtenir un ensemble brasé et lié solidement.
La présente invention sera mieux comprise en étudiant les exemples ci-après.
Exemple 1
Cet exemple décrit le brasage d'une grenaille. On utilise quatre types de grenailles différentes: du cuivre de pureté industrielle passant au tamis de mailles de 1,17mm et ne passant pas au tamis de mailles de 0,833 mm; du cuivre de pureté industrielle passant au tamis de 0,246 mm mais ne passant pas au tamis de 0,175 mm; de l'acier inoxydable 304 (chrome 10 nickel 10 %) passant au tamis de mailles de 1,17 mm mais ne passant pas au tamis de mailles de 0,833 mm; et de l'acier inoxydable 304 passant au tamis de 0,246mm mais ne passant pas au tamis de 0,175 mm. La grenaille de cuivre utilisée comme alliage à braser est en un alliage à base de cuivre ayant une teneur en phosphore d'environ 8 %.
L'acier inoxydable utilisé comme alliage à braser est constitué par un alliage à base de nickel contenant: 0,36 % de carbone, 0,5 % de silicium, 0,2 % de fer, 2,9 t0 de bore, le reste étant du nickel.
La grenaille à braser est introduite dans un tonneau en même temps qu'une charge de polypropylènediol ayant une masse moléculaire nominale de 1000 et une viscosité de 75 centistokes à 380C. On utilise environ 4 mi de propylène glycol par kilo de grenaille. La grenaille et le polypropylènediol sont mélangés pendant environ 6 mn de façon à mouiller à fond la grenaille avec le polypropylènediol. On ajoute ensuite la poudre à braser dans les proportions ci-après: la poudre d'alliage à braser à base de nickel est ajoutée dans la proportion de 6 % en poids de la grenaille; et la poudre d'alliage à braser à base de nickel est ajoutée dans la proportion de 10 % en poids de la grenaille. L'alliage à braser est ajouté progressivement tout en ajoutant le mélange de polypropylènediol et de grenaille dans le tonneau.
On continue à agiter jusqu'à ce que les matières soient mélangées à fond. Le mélange ainsi obtenu est introduit dans un moule ayant la forme désirée puis placé dans un four à atmosphère protectrice. Ce four est chauffé à une température supérieure à 5380 C pendant 3 à 15 mn, la masse chaude est retirée du four et refroidie à la température ambiante. On obtient ainsi une matière poreuse bien liée et perméable à l'air ou aux gaz.
Exemple 2
Cet exemple décrit un brasage réalisé en appliquant la suspension à braser par peinture, aspersion ou extrusion sur les points d'assemblage, dans le cas de l'assemblage d'enveloppes, de tubes à un collecteur, etc.
On utilise dans cet exemple les mêmes matières que dans l'exemple 1, autrement dit les articles à braser sont du cuivre de pureté industrielle et de l'acier inoxydable 304, les alliages à braser et le composé organique hydroxylé étant les mêmes.
On mélange intimement la poudre d'alliage à braser et le polypropylènediol en utilisant 6 à 10 % en poids de diol par rapport à la poudre d'alliage à braser. Les matières de départ sont mélangées à fond de façon à obtenir une pâte d'une consistance telle qu'elle ne s'écoule pas si elle est appliquée sur une surface verticale. Le mélange obtenu est stable à la conservation.
Juste avant l'emploi, on ajoute de l'acétone comme solvant, dans la proportion nécessaire pour obtenir un mélange suffisamment fluide pour être mis en oeuvre.
On applique ce mélange sur l'assemblage à braser, par exemple des tubes de cuivre à assembler à un collecteur en cuivre. L'acétone s'évapore presque immédiatement, laissant une pâte suffisamment épaisse pour rester en place. On place l'ensemble dans un four à atmosphère protectrice, le chauffe au-dessus de 5380 C et le maintient à cette température pendant 3 à 15 mn. On retire la matière du four et la refroidit à la température ambiante. L'assemblage obtenu est très solide.