FR2630361A1 - Procede de brasage avec auto-evacuation de l'air d'un joint a braser - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de brasage avec auto-évacuation de l'air d'une virole extérieure en acier au carbone et d'une virole intérieure en acier inoxydable. Selon l'invention, on met une ébauche plate 9 enroulée avec un recouvrement dans la virole extérieure 1 avec un jeu 12, on met de la brasure dans ce jeu 12, puis on serre la paroi de l'ébauche plate 9 contre la surface intérieure de la virole extérieure 1, on soude les bords longitudinaux de l'ébauche plate 9, on évacue l'air du jeu 12, on soude les extrémités 4, 5 des viroles 1, 2 par des soudures d'angle annulaires étanches au vide 6, ensuite on chauffe pour le brasage et on refroidit les viroles extérieure et intérieure 1, 2. L'invention s'applique notamment à l'assemblage de deux métaux.

Description

La présente invention concerne le domaine de la réalisation des

assemblages de deux métaux et a notamment pour objet le.brasage de deux viroles dans un four en vue de la production d'un article bimétallique cylindrique et, en particulier, se rapporte à un procédé de brasage de deux viroles avec auto-évacuation de l'air: une virole extérieure à paroi épaisse et une virole intérieure à paroi

mince, de préférence, d'un grand diamètre.

L'invention peut trouver son application dans la production d'énergie, dans l'industrie chimique, dans les constructions des machines pour l'industrie pétrochimique, dans la production de différents réservoirs, réacteurs,

tubes ou tubulures.

On connait un procédé de production d'articles bimé-

talliques par rechargement électrique à l'arc ("Technolo-

gie du soudage électrique des métaux et des alliages par

fusion" sous la révision de B.E.Paton, 1974, Mashinostroe-

nie (Moscou), pages 694, 726 à 728) selon lequel on appli-

que une couche de revêtement par rechargement électrique à l'arc avec un fil ou bande électrode en plusieurs couches

avec un préchauffage ou un chauffage simultané d'un arti-

cle du fait qu'on utilise bien souvent des aciers suscepti-

bles de la formation de fissures lors du rechargement en

qualité de couche de base, ensuite la surface de la cou-

che rechargée est soumise à l'usinage.

Parmi les avantages de ce procédé, il convient de noter l'adhésion sûre de la couche de base et de la couche

plaquée ainsi que la possibilité d'application du revête-

ment (couche de placage ou couche anticorrosive) sur un article cylindrique, par exemple, sur une virole. Toutefois, le procédé d'application d'un revêtement inoxydable par

rechargement électrique à l'arc est caractérisé par un fai-

ble rendement et une main d'oeuvre importante. De plus, les

conditions de travail sont difficiles du fait que l'opéra-

teur (soudeur) se trouve au voisinage immédiat d'une grande

masse d'un métal chauffé. La couche rechargée est caracté-

risée par une épaisseur irrégulière et des défauts tels

que des inclusions de scories, des pores, des craquelures.

De plus, le procédé décrit n'assure pas la stabilité des propriétés anticorrosives de la couche rechargée (couche de placage), c'est-à-dire, la haute qualité de la couche

de revêtement.

On connaît également un procédé de brasage, avec auto-évacuation de l'air, d'articles cylindriques de grand encombrement ("Brasage à haute température avec auto-évacuation d'air par L.G. Puzrin et autres, 1974,

Znanie (Kiev) pages 8 à 10) selon lequel on effectue l'as-

semblage des pièces cylindriques à braser en positionnant une pièce dans l'autre et en formant un jeu non capillaire,

au-dessus duquel on met une brasure. On forme un jeu spé-

cialement non capillaire de sorte que l'alliage de brasure

ne puisse pénétrer qu'en coulant sous l'action de son pro-

pre poids et ne puisse y pénétrer sous l'action des forces capillaires. On sait ("Guide-mémoire de brasage" sous la révision de I.E. Petrunin, 1984, Mashinostroenie (Moscou), page 21), qu'un alliage de brasure fondu coulant à travers

un jeu capillaire ne peut pénétrer à une profondeur requise.

Pour cette raison, pour que l'alliage de brasure puisse atteindre une profondeur requise, il est nécessaire que ce

jeu soit non capillaire.

D'après l'essentiel technique et l'effet obtenu, le procédé de brasage avec auto-évacuation de l'air (US,A, 3370930) est le plus proche du procédé revendiqué selon l'invention. Il est utilisé pour le brasage d'une virole extérieure en acier au carbone et d'une virole intérieure en acier inoxydable, l'épaisseur de la paroi de la virole extérieure étant plus gr.ande de 10 fois que l'épaisseur de la paroi de la virole intérieure. Ce procédé est appliqué

pour la production de gros articles cylindriques bimétal-

liques. Dans ce cas, au cours de'l'assemblage, on forme la

virole intérieure à paroi mince en acier inoxydable, à par-

tir d'un tube fini ou enenroulant une ébauche plate en acier inoxydable. On soude alors ses bords longitudinaux par

une soudure longitudinale et on effectue, ensuite, l'usi-

nage de sa surface extérieure. Ceci fait, on met la virole intérieure dans la virole extérieure en acier au carbone de façon à former un jeu. On met unalliage de brasure en forme de feuille dans ce jeu. Il convient de noter que le mode le plus commode de montage de l'alliage de brasure consiste à le fixer au préalable à la surface extérieure de la virole intérieure. On détermine la valeur du jeu entre les viroles de façon à garder, entre la surface intérieure de la virole extérieure en acier au carbone et la couche de brasure, un espace libre, dont la largeur est égale à la valeur de la différence de dilatation thermique des viroles en direction radiale, au cours du chauffage

ultérieur. Dans ce cas, le coefficient de dilatation ther-

mique de la virole intérieure en acier inoxydable est plus grand,alors que le coefficient de dilatation thermique de la virole en acier au carbone est plus bas. On relie les

extrémités des viroles par des soudures annulaires étan-

ches au vide, par l'intermédiaire d'éléments annulaires élastiques (compensateurs) qui permettent aux extrémités de la virole intérieure de se déplacer, à la suite du

chauffage, par rapport à la virole extérieure, en direc-

tion axiale, à la suite des dilatations thermiques linéai-

res dans cette direction. on évacue l'air (on crée une dépression) de l'espace clos, c'est-à-dire, du jeu entre la virole extérieure en acier au carbone et la virole intérieure en acier inoxydable sur laquelle est appliquée une couche de brasure et, ensuite, on chauffe cette unité assemblée dans un four jusqu'à la température de brasage en continuant à puiser les gaz de l'espace entre la virole extérieure et la virole intérieure à l'aide d'une pompe à vide. Au cours du chauffage, le jeu entre les viroles et l'alliage de brasure est progressivement éliminé et les

viroles viennent en contact l'une avec l'autre par l'inter-

médiaire de l'alliage de brasage, tandis que la présence des éléments annulaires élastiques permet l'allongement libre de la virole à paroi mince en acier inoxydable en direction axiale. A la température de brasage, l'alliage

de brasure fond en reliant alors les surfaces des viro-

les. Ensuite, l'unité assemblée est refroidie.

La nécessité d'assurer un jeu annulaire précis en-

tre les viroles extérieure et intérieure est imposée prin-

cipalement par la technologie du mode d'assemblage car, selon ce mode, on met une virole intérieure finie en acier

inoxydable dans une virole extérieure en acierau carbone.

I1 convient de noter que la valeur de ce jeu est stricte-

ment limitée par la valeur de la différence des dilatations thermiques des viroles en direction radiale. La nécessité

de la formation d'un jeu et, en particulier,.d'un jeu an-

nulaire, dont la largeur serait égale sur toute la lon-

gueur des viroles, impose de respecter un certain nombre d'exigences. Toutefois, pour satisfaire chacune de ces exigences, il faut résoudre un problème difficile du point de vue de la technologie. Ces exigences sont: - la nécessité de respecter une haute précision de l'usinage des pièces à assembler, tant en ce qui concerne leur forme que leurs dimensions; il est particulièrement

difficile de satisfaire cette exigence pour la virole inté-

rieure en acier inoxydable qui n'est pas une pièce rigide car son diamètre est sensiblement supérieur à l'épaisseur de sa paroi - la nécessité d'évacuer l'air du jeu (création de la dépression) au cours du chauffage; cette opération n'est pas commode et est difficile à réaliser du point de vue technologique du fait qu'elle impose de créer des

fours spéciaux assurant la sortie à l'extérieur des con-

duites reliant l'unité à assembler à une pompe à vide et

crée des difficultés supplémentaires qui doivent être sur-

montées lors du montage d'une unité assemblée pour le bra-

sage dans un four; - la nécessité d'assurer une haute précision du

montage, qui est compliqué par l'emploi des éléments annu-

laires élastiques, en particulier, par la nécessité de réaliser un grand nombre de soudures étanches au vide et d'assurer une valeur strictement déterminée du jeu entre

les surfaces à braser car autrement il y a manque de péné-

tration du côté d'un jeu augmenté. Toutes ces exigences

décrites compliquent le procédé de brasage avec auto-

évacuation de l'air et limitent son emploi dans l'indus-

trie sur une large échelle.

En outre, en employant ce procédé connu, on ne peut obtenir un assemblage brasé de haute qualité par suite de la formation de contraintes résiduelles et de ruptures

éventuelles d'un assemblage brasé à la suite du déplace-

ment axial des parties extrêmes de la virole intérieure en acier inoxydable par rapport à la virole extérieure en

acier au carbone pendant la compression lors du refoidisse-

ment, ce qui est particulièrement grave dans le cas de vi-

roles de grande longueur.

Pendant le brasage, il y a également des manques de brasure du fait que la virole intérieure ne s'applique pas étroitement à la virole extérieure, ce qui diminue, bien évidemment, la qualité de l'assemblage brasé. Dans le cas de l'utilisation d'alliages de brasage qui contiennent des constituants facilement évaporables, par exemple, du

manganèse ou du zinc, il y a également manque de pénétra-

tion dû à l'augmentation de la température de fusion et de la diminution de la fluidité des alliages de brasage, par

suite de l'entraînement de ces constituants à l'évacua-

tion des gaz pendant le chauffage pour le brasage.

On s'est donc proposé de mettre au point un procédé

de brasage, avec auto-évacuation de l'air, de viroles exté-

rieure et intérieure, comprenant des modes de montage et de soudage permettant de réaliser l.'application étroite de la virole intérieure à la virole extérieure, supprimant

leur déplacement mutuel au cours du brasage et du refroi-

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dissement, de réduire le nombre de joints soudés et de supprimer la nécessité de respecter un jeu précis entre

les viroles extérieure et intérieure, sur toute leur lon-

gueur, lors de leur montage, en assurant ainsi la simpli-

fication du. brasage avec auto-évacuation de l'air et la réduction de la main d'oeuvre nécessaire à sa réalisation, l'amélioration de la qualité et de la résistance mécanique de l'assemblage brasé entre les viroles extérieure et

intérieure et l'élargissement du nombre d'alliages de bra-

sure.

Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un

procédé de brasage avec auto-évacuation de l'air consis-

tant à monter une virole intérieure, avec un jeu, dans la virole extérieure en ayant formé au préalable la virole

intérieure en enroulant une ébauche plate en acier inoxy-

dable, à mettre un alliage de brasure, à relier les extré-

mités des viroles extérieure et intérieure par des soudu-

res annulaires étanches au vide, à évacuer l'air du jeu entre les viroles intérieure et extérieure, à chauffer

pour le brasage et à refroidir, caractérisé, selon l'inven-

tion, en ce qu'en formant l'ébauche plate de la virole

intérieure, on l'enroule avec un recouvrement, on met l'ébau-

che plate enroulée dans la virole extérieure, on serre les

parois de l'ébauche plate enroulée contre la surface inté-

rieure de la virole extérieure, on effectue le soudage de ses'bords longitudinaux par une soudure longitudinale et on réalise les joints soudés annulaires étanches au vide

par des soudures d'angle.

Il est avantageux que, dans le procédé selon l'in-

vention, les joints soudés annulaires étanches au vide soient réalisés avec des cathètes,la longueur de l'une des cathètes, mesurée en direction radiale,étant égale au moins à une épaisseur de la paroi de la virole intérieure et la longueur de l'autre cathète, mesurée en direction éongitudinale, étant égale au moins à deux épaisseurs de

la paroi de la virole intérieure.

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Dans le procédé, selon lequel les viroles exté-

rieure et intérieure sont disposées verticalement, il est admissible, selon l'invention, que l'alliage de brasure soit disposé à la partie supérieure de la virole extérieure au niveau de l'extrémité de la virole intérieure, qu'un ta- mis, réalisé à partir d'un fil d'acier, dont le diamètre est égal à au moins à 0,25 mm, soit mis, avant le soudage, dans le jeu entre la virole extérieure et l'ébauche plate roulée de la virole intérieure et que l'évacuation de

l'air soit réalisée avant le chauffage pour le brasage.

Dans le procédé selon l'invention, il est avanta-

geux que, dans le cas de l'utilisation du cuivre en qualité de brasure, le diamètre du fil d'acier du tamis soit choisi

dans la plage de 0,25 mm à 1 mm.

Dans le le procédé selon l'invention, dans le cas de l'utilisation d'un alliage contenant 60% de manganèse

et 40% de nickel en tant qu'alliage de brasure, il est as-

sez admissible que le diamètre du fil d'acier du tamis

soit choisi dans la plage de 0,36 à 1,2 mm.

Dans le procédé selon l'invention, dans le cas de l'utilisation d'un alliage contenant 75%D de manganèse, 15% de nickel et 10% de cuivre, en tant qu'alliage de brasure, il est raisonnable que le diamètre du fil d'acier soit

choisi dans la plage de 0,32 à 1,0 mm.

Le procédé revendiqué de brasage avec auto-évacua-

tion de l'air permet d'améliorer sensiblement la qualité du joint soudé entre les viroles extérieure et intérieure et sa résistance mécanique. Cela est obtenu grâce à ce

qu'en mettant une ébauche plate de la virole intérieure, enrou-

lée avec un recouvrement, dans la virole extérieure,et en appliquant ensuite ses parois, on assure son application étroite par l'intermédiaire de la couche de brasure contre la surface intérieure de la virole extérieure, sans aucune

partie qui ne soit pas remplie de la brasure, ce qui per-

met de supprimer le déplacement mutuel pendant le brasage

et le refroidissement.

Dans le procédé revendiqué de brasage avec auto-

évacuation de l'air, on a simplifié les procédés de mon-

tage et de soudage des viroles extérieure et intérieure et on a également réduit la main d'oeuvre pour leur réalisa-

tion, du fait qu'on met l'ébauche plate de la virole inté-

rieure enroulée avec un recouvrement dans la virole exté-

rieure et que le soudage de ses bords longitudinaux est réalisé après que ses parois ont été serrées intimement contre la surface intérieure de la virole extérieure, ce

qui permet de supprimer les conditions technologiques com-

pliquées imposées par les exigences selon lesquelles il est nécessaire de respecter précisement la valeur du jeu entre les viroles extérieure et intérieure, sur toute leur longueur; de plus on a réduit le nombre de joints soudés du fait qu'on a besoin de réaliser uniquement un seul

joint soudé longitudinal, lors du soudage des bords longi-

tudinaux de l'ébauche plate, et deux joints soudés annu-

laires étanches du vide, sans fixer d'éléments annulaires

élastiques.

La réalisation des joints soudés annulaires étan-

ches au vide par des soudures d'angle, c'est-à-dire, par des soudures ayant, en section transversale, la forme d'un angle, dont les cathètes sont d'une-valeur imposée, permet d'élever la résistance mécanique de toute l'unité assemblée et, améliore, en définitive, la qualité du joint soudé et la fiabilité d'un article bimétallique tubulaire, obtenu à

l'aide du procédé revendiqué de brasage avec auto-évacua-

tion de l'air.

Le procédé revendiqué de brasage avec auto-évacua-

tion de l'air permet de supprimer l'opération d'évacuation de l'air du jeu entre les viroles extérieure et intérieure, réalisée auparavant par l'évacuation ou par le puisage des

gaz lors du brasage, et offre, par cela même, la possibi-

lité d'utiliser des alliages de brasure contenant des cons-

tituants facilement évaporables, c'est-à-dire, d'élargir'la

nomenclature des alliages de brasure utilisés.

On l'obtient par l'évacuation totale de l'air du

jeu pendant le serrage étroit de la virole intérieure con-

tre la virole extérieure ainsi que par le soudage des ex-

trémités des viroles extérieure et intérieure, avant le -brasage, par des soudures d'angle annulaires, étanches au vide. En outre, en réduisant le nombre de soudures, on

augmente la fiabilité du procédé de brasage avec auto-

évacuation de l'air, car on diminue le risque de désétan-

chéification d'un joint à souder pendant le brasage et le

refroidissement. De plus, on élève notablement la résis-

tance mécanique des joints soudés annulaires étanches au

vide grâce à l'utilisation des soudures d'angle.

Le procédé revendiqué de brasage avec auto-évacua-

tion de l'air permet également d'augmenter la fiabilité du procédé de brasage et de l'assemblage soudé lui-même des viroles extérieure et intérieure, grâce à la diminution du nombre de joints soudés et l'augmentation de la résistance mécanique car dans le procédé revendiqué, on n'a besoin de réaliser que deux joints soudés annulaires étanches au vide ayant, en section longitudinale, une forme angulaire avec des cathètes dont la valeur est imposée. En réliant les extrémités des viroles extérieure et intérieure par des soudures d'angle, dont la cathète qui se joint à la virole intérieure à paroi mince en acier au carbone est

égale à son épaisseur et la cathète qui se joint à la vi-

role extérieure est égale au moins à ses deux épaisseurs, on prévient le déplacement de la virole intérieure à paroi

mince en acier inoxydable par rapport à la virole exté-

rieure à paroi mince en acier à carbone et, par conséquent, la formation de contraintes résiduelles et de ruptures du

joint brasé dues à ce déplacement.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la

lumière de la description explicative'qui va suivre de dif-

férents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente, en coupe longitudinale, des viroles extérieure et intérieure assemblées pour le brasage, selon l'invention;

- la figure 2 représente une vue de face d'une ébau-

che plate enroulée avec un recouvrement à échelle réduite, selon l'invention; - la figure 3 représente, en coupe longitudinale, les viroles extérieure et intérieure avec un tamis réalisé à partir de fils d'acier, assemblés pour le brasage, selon l'invention; et

- la figure 4 représente un ensemble A sur la fi-

gure 3, à échelle agrandie, selon l'invention.

La figure 1 montre une virole extérieure 1 dans

laquelle est placée une virole intérieure 2 (coupe longi-

tudinale). La virole extérieure 1 est fabriquée en un acier au carbone et la virole intérieure 2 est en acier inoxydable. L'épaisseur de la paroi de la virole extérieure 1 est supérieure, de dix fois, à l'épaisseur de la paroi de la virole intérieure 2. Une couche 3 d'un alliage de brasure, par exemple une couche d'alliage contenant 75% de manganèse, 15% de nickel et 10% de cuivre, est posée entre les viroles extérieure et intérieure 1, 2, tandis que leurs extrémités 4 et 5 sont soudées par des soudures annulaires

d'angle 6 étanches au vide.

Comme on le sait, par soudures d'angle on entend des soudures (dans ce cas ce sont les soudures angulaires étanches du vide 6) dont la section longitudinale a la

forme d'un triangle. Dans l'invention revendiquée, la di-

mension d'une cathète 7 de la soudure mesurée dans la di-

rection radiale est égale au moins à une épaisseur de la paroi de la virole intérieure 2 et la dimension de l'autre cathète 8, mesurée en direction longitudinale, est égale au moins

à deux épaisseurs de la paroi de la virole intérieure 2.

il

Pour la réalisation du procédé revendiqué de bra-

sage avec auto-évacuation de l'air, on forme au préalable la virole intérieure 2, en enroulant une ébauche plate 9 (figure 2) en acier inoxydable avec un recouvrement, par exemple à l'aide d'une machine à cintrer les tôles jusqu'à un diamètre "d" qui est quelque peu inférieur au diamètre "D" de la virole 2 (figure 1), formée à partir de cette ébauche plate 9 (figure 2). A cet effet, on roule cette

ébauche plate 9 de sorte que les tronçons 10 qui se joi-

gnent aux bords longitudinaux opposés de l'ébauche plate 9, soient appliqués l'un sur l'autre dans la zone- "a" de contact avec possibilité de se déplacer l'un par rapport à

l'autre suivant la circonférence (flèche "b").

On applique une couche 3 de brasure (figure 1) sur la surface extérieure de l'ébauche plate enroulée 9 soit par pulvérisation, soit en lui fixant au préalable une feuille

fabriquée à partir d'une brasure à l'aide de soudage élec-

trique par points. Pour le montage de la couche 3 de bra-

sure, il est possible d'utiliser d'autres modes, par exem-

ple, on peut la fixer à la surface intérieure de la vi-

role extérieure 1. On met l'ébauche plate enroulée 9 (figure 2) de la virole intérieure dans la virole extérieure 1

(figure 1) avec un jeu 12 et on serre étroitement les pa-

rois de l'ébauche plate 9 (figure 2) de la virole inté-

rieure contre la surface intérieure de la virole exté-

rieure 1 (figure 1), par exemple, à l'aide d'entretoises

(non représentées sur la figure). Après le serrage des pa-

rois de l'ébauche plate 9 (figure 2), ses bords longitudi-

naux 11 se déplacent dans des sens opposés (voir flèche "b"), la zone de contact "a" disparaît pratiquement et les bords longitudinaux 11 se joignent. Grâce à ce qu'don

a enroulé, au préalable, l'ébauche plate 9 avec un recou-

vrement, il est possible, non seulement d'appliquer étan-

chément l'ébauche plate 9 à la surface intérieure de la virole extérieure 1 (figure 1), mais on garantit aussi le contact des bords longitudinaux ll de l'ébauche plate 9 (figure 2) nécessaire au soudage ultérieur. Par le serrage

des parois de l'ébauche plate sous l'effet de leur appli-

cation étroite contre la surface intérieure de la virole extérieure 1, on effectue l'évacuation de l'air du jeu 12 qui est ainsi totalement rempli de la couche 3 de brasure. Ensuite, on soude les bords longitudinaux ll de l'ébauche plate 9 par la soudure longitudinale 13. Après cela, on

achève la formation de la virole intérieure 2.

Ensuite, on effectue le soudage des extrémités 4 et 5 des viroles 1 et 2 par les soudures annulaires 6

étanches au vide. Ceci fait, on chauffe les viroles exté-

rieure et intérieure 1, 2, en une unité assemblée, jusqu'à la température de brasage à laquelle la brasure fond et les viroles s'associent. Après le brasage, on effectue le

refroidissement de l'unité assemblée pour obtenir un arti-

cle cylindrique bimétallique et notamment un tube à paroi épaisse en acier au carbone avec un revêtement intérieur

en acier inoxydable.

Exemple 1.

On enroule une ébauche plate 9 (figure 2) pour la virole intérieure en acier inoxydable de 5 mm d'épaisseur,

l00 mm de largeur et 3140 mm de longueur, avec un recou-

vrement, jusqu'à un diamètre "d" voisin de 950 mm (l'éten-

due de la zone "a" de contact, mesurée suivant la circonfé-

rence,est de l'ordre 79 mm). On soude, au préalable, à la

surface extérieure de l'ébauche plate 9, par soudage élec-

trique par points, la couche 3 (figure 1) de la feuille de

0,3 mm d'épaisseur fabriquée, au préalable, à par-

tir d'une bande de brasure élastique par lami-

nage dont la température de fusion est de 1060 C, et ayant la composition suivante 75%

de manganèse, 15%:de nickel, 10% de cuivre.

On met l'ébauche plate 9 (figure 2) dans la virole

extérieure 1 (figure 1) en acier au carbone, dont le dia-

mètre intérieur est de 1000 mm, la longueur est de 1025 mm et l'épaisseur de paroi est de 220 mm, on serre les parois de l'ébauche plate 9 (figure 2), à l'aide des serre-joints, contre la surface intérieure de la virole extérieure 1 (figure 1) en effectuant l'application intime de l'ébauche plate 9 (figure 2) contre celle-ci. On soude les bords longitudinaux 11 de l'ébauche plate 9 bout à bout (figure 1) par une soudure longitudinale 13 (figure 1). Le soudage est réalisé par des électrodes destinées au soudage des

aciers austénitiques. On soude les extrémités 5, 4 des vi-

roles intérieure 2 et extérieure 1 par des soudures d'an-

gle annulaires étanches au vide 6. Les cathètes des soudu-

res d'angle, mesurées dans la direction radiale sont de ,3 mm c'est-àdire, du côté de la virole intérieure 2, et

dans la direction longitudinaleisont de 12 mm, c'est-à-

dire, du côté de la virole extérieure 1. Pour le soudage, on utilise des électrodes destinées au soudage en différentes nuances d'acier. On chauffe l'unité ainsi assemblée dans un four thermique sans faire appel à une atmosphère protectrice jusqu'à une température de brasage

de 1060 + 20 C et, ensuite, on refroidit con-

*jointement avec le four.

La qualité de l'assemblage a été contrôlée par

ultrasons et essais mécaniques.

Le contrôle par ultrasons a été réalisé à l'aide d'un détecteur, dont le pouvoir discriminateur était de

3 mm2. On n'a décelé aucun manque de pénétration. Les es-

sais de flexion pendant lesquels la couche de placage a

été placée sous contrainte, tant de l'extérieur que de l'in-

térieur,n'ont pas provoqué d'exfoliation, ni rupture, ni

autres défauts. L'angle de cintrage était de 180 0. A l'es-

sai de cisaillement d'une couche de placage de dix-huit

échantillons on a obtenu le coefficient de résistance sui-

vant: 10 - 380 MPa L'essai de séparation de la couche de placage de

dix-huit échantillons a déterminé le coefficient de résis-

tance suivant:

= 309 - 404 MP

374

Ces données prouvent que la résistance de liadhé-

sion des couches dans un assemblage brasé est élevée. Comme l'a fait apparaître la coupe micrographique, les surfaces assemblées ont été mouillées parfaitement de la brasure et

n'ont présenté aucun manque de pénétration.

Avant de procéder à la réalisation du procédé de

brasage avec auto-évacuation de l'air décrit dans l'exem-

ple 1, on a réalisé un certain nombre d'expériences en vue

de déterminer les paramètres optimaux des soudures annu-

laires 6 étanches au vide réalisées aux extrémités 4, 5 des viroles. Lesexpériences ont. été réalisées sur des modèles constitués par des tiges d'acier de 2020 mm de longueur, de 38 mm de diamètre et des tubulures d'acier (douilles) de 45 mm de diamètre extérieur, de 2000 mm de longueur et dont l'épaisseur de la paroi était de 3 mm. Ces pièces ont

été assemblées coaxialement.

Les deux extrémités de la tubulure ont été soudées à la tige par une soudure d'angle étanche au vide, par des électrodes pour différentes nuances d'acier. Les unités

assemblées ont été chauffées à une température de 1100 C.

Dans ce cas, on a constaté des déteriorations de différen-

tes natures des soudures aux endroits de la liaison avec

la tige ou la tubulure en fonction des valeurs des cathè-

tes de la soudure annulaire étanche au vide, ayant lieu à la suite de chauffage des unités assemblées,à cause de la différence des coefficients de dilatation thermique:des

matériaux de la tige et de la tubulure.

Les résultats sont résumés au tableau 1 qui suit.

TABLEAU 1

N Dimension de la cathète Endroit de la déterioration d'ordre de la soudure annulaire de la soudure annulaire étanche au vide, mm étanche au vide 5.mesurée mesurée en en direc- direction tion ra- longitudinale diale 1 3 3 à l'endroit de la jonction avec la tige,

2 3 6 la soudure n'est pas dété-

riorée 3 2 6 à l'endroit de la liaison avec la douille 4 3 5 à l'endroit de la jonction avec la tige 2,5 6 à l'endroit de la jonction avec la douille En se fondant sur les expériences réalisées, on a déterminé les dimensions optimales des cathètes d'un joint soudé annulaire 6 étanche au vide réalisé par une soudure d'angle comme cela est recommandé dans l'invention, et

notamment, la dimension de la cathète 7 mesurée en direc-

tion radiale doit être égale au moins à une épaisseur de la paroi de la virole intérieure 2 tandis que la dimension de l'autre cathète 8, mesurée en direction longitudinale, doit être au moins égale à deux épaisseursde la paroi de

la virole intérieure 2.

L'invention revendiquée permet de simplifier nota-

blement le procédé de brasage avec auto-évacuation de-

l'air et d'augmenter la fiabilité du joint brasé. Cela est

obtenu en simplifiant la technologie du procédé d'assem-

blage des viroles extérieure et intérieure 1,2, dans le-

quel on n'a plus besoin de respecter les exigences sévè-

res auxquelles doit satisfaire la valeur du jeu 12 entre

celles-ci. De plus, en serrant les parois de l'ébauche an-

nulaire 9 (figure! 2) de la virole intérieure 2, on donne la possibilité de serrer étroitement celle-ci, à travers la couche 3 de brasure, contre la virole extérieure 1, en supprimant ainsi l'éventualité de la formation de cavités et en effectuant simultanément l'évacuation de l'air du jeu 12. Grâce à cela, après le soudage des extrémités 4,5 des viroles extérieure 1 et intérieure 2 par les soudures annulaires 6 étanches au vide, on assure l'étanchéité du jeu 12 et on n'a pas besoin de créer une dépression

(d'évacuer les gaz) pendant le chauffage pour le brasage.

Ceci assure, à son tour, l'obtention d'un joint brasé solide sans défaut ni manque de pénétration. En supprimant

le procédé de création du vide dans l'unité assemblée pen-

dant le brasage, il est possible d'utiliser des alliages

de brasure contenant des constituants facilement évapora-

bles, c'est-à-dire, d'en élargir la nomenclature. L'appli-

cation étroite des viroles extérieure 1 et intérieure 2 et

le soudage susmentionné de leurs extrémités 4,5 permet-

tent de supprimer le déplacement mutuel des viroles 1,2 pendant le brasage et le refroidissement, les dimensions des cathètes 7, 8 du joint soudé annulaire 6 étanche au vide étant choisies de manière à supprimer la nécessité du montage d'éléments élastiques annulaires spéciaux et de la réalisation d'opérations de soudage pour la fixation de ces éléments aux viroles extérieure 1 et intérieure 2 d'une manière analogue à l'antériorité la plus proche. On réduit ainsi le nombre de soudures et, par conséquent, on

élève la fiabilité tant du procédé que de l'article bimé-

tallique cylindrique fabriqué par ce procédé.

la figure 3 représente un unité assemblée compor-

tant une virole extérieure 1 et une virole intérieure 2

(coupe longitudinale), montées verticalement. D'une ma-

nière analogue à la variante décrite à la figure 1, la virole extérieure 1 est à paroi épaisse et en acier au carbone, la virole intérieure 2 est à.paroi mince et en acier inoxydable. La fabrication de la virole intérieure à partir d'une ébauche plate 9 (figure 2) a été décrite en détail ci-dessus. Toutefois, dans le cas décrit, on place un tamis en fil d'acier 14 entre les viroles extérieure 1 (figure 3) et intérieure 2. Une cavité annulaire 15 est

pratiquée dans la partie supérieure de la virole exté-

rieure 1, au niveau de l'extrémité supérieure de la virole intérieure 2, par exemple, cette cavité est alésée. Elle est destinée à recevoir un alliage de brasure et est liée,

à travers un orifice 16, d'une manière étanche, à une tubu-

lure 17. Les viroles extérieure 1 et intérieure 2 sont soudées à leurs extrémités 4, 5 par les soudures d'angle annulaires6 étanches au vide, dont les cathètes mesurées en direction radiale sont égales au moins à une épaisseur de la virole intérieure 2, c'est-à-dire que la soudure

annulaire 6 étanche au vide se joint à la virole inté-

rieure 2 sur toute son épaisseur des cathètes,et celles mesurées dans la direction longitudinale sont égales au moins à deux épaisseurs de la virole intérieure 2. Pour la réalisation du procédé revendiqué, on enroule l'ébauche plate 9 (fiure 2) de la virole 2 avec un recouvrement, par

exemple, à l'aide d'une machine à cintrer jusqu'à un dia-

mètre "d" inférieur au diamètre intérieur "D" (figure 1) de la virole extérieure 1. Par des serre-joints, on serre le tamis 14 (figure 3) contre la surface intérieure de la virole extérieure 1 ou la surface extérieure de l'ébauche

plate enroulée 9 (figure 1). On met l'ébauche plate enrou-

lée 9 de la virole intérieure 2 avec le tamis 14 (figure3)

dans la virole extérieure 1 et on serre à l'aide des serre-

joints ou de dispositifs simples d'entretoisement contre la surface intérieure de la virole extérieure. Ensuite, on soude les bords longitudinaux 11 de l'ébauche plate 9 par une soudure longitudinale 13. On réalise les soudures annulaires 6 étanches au vide, puis on relie l'unité assem-

blée par la tubulure 14 à une pompe à vide (non représen-

tée sur la figure) et on évacue l'air du jeu 12 formé en-

tre les viroles 1 et 2. Ceci fait, on étanchéifie la tubu-

lure 17 par soudage, on la sépare de la pompe à vide et on

chauffe l'unité assemblée jusqu'à la température de bra-

sage, dans un four. Le brasage étant terminé, on refroidit

l'unité assemblée, obtenant en définitive un article cy-

lindrique bimétallique.

La figure 4 représente un ensemble A (figure 3), c'est-à-dire, une partie du jeu 12 avec le tamis 14 en fils d'acier. De l'examen du dessin, on comprend que la valeur du jeu 12 après le serrage et le soudage des bords ll (figure 3) de l'ébauche plate 9 (figure 2) est égale à

deux diamètres d'un fil d'acier du tamis 14. Sur ce des-

sin, on voit nettement la structure alvéolaire du tamis 14

ob chaque maille de tamis a une largeur "1" approximative-

ment égale à deux diamètres du fil d'acier du tamis 14.

Exemple 2

On enroule une ébauche plate 9 (figure 2) en acier

inoxydable de 5 mm d'épaisseur, 1570 mm de largeur et ap-

proximativement 4416 mm de longueur avec recouvement, jusqu'à un diamètre extérieur "d" voisin de 1350 mm

(l'étendue de la zone de contact "a" est approximative-

ment de 84 mm). On soude au préalable le tamis 14 (figu-

re 3) en fil d'acier de 0,36 mm de diamètre, ayant des

mailles, dont la dimension 1 est égale à 0,6 mm, à la sur-

face extérieure, par soudage électrique par points. Après avoir posé l'alliage de brasure à base de manganèse et nickel contenant, en poids, 60% de manganèse et 40% de nickel, dans la cavité annulaire 15, on pose l'ébauche

plate enroulée 9 de la virole intérieure 2 en acier inoxy-

dable dans la virole extérieure en acier au carbone, dont le diamètre est de 1400 mm, la hauteur est de 1600 mm, l'épaisseur de la paroi est de 220 mm. On serre ses parois contre la surface intérieure de la virole extérieure 1 à

l'aide des serre-joints.

On soude les bords longitudinaux ll de l'ébauche

plate 9 de la virole intérieure 2 par soudage semi-automa-

tique bout à bout dans l'atmosphère d'un gaz protecteur par un fil électrode d'addition destiné au soudage des

aciers austénitiques alors que le soudage des joints annu-

laires soudés 6 étanches au vide (figure 2) est réalisé d'une manière analogue, à l'aide du fil électrode destiné

au soudage de différents matériaux. Dans ce cas, les sou-

dures annulaires 6 se joignent à la virole intérieure 2

en acier inoxydable suivant toute son épaisseur (la ca-

thète étant égale à 5 mm) et du côté de la virole exté-

rieure 1 en acier un carbone,la cathète de la soudure 6

est égale à 12 mm.

Avant de procéder au chauffage pour le brasage, on crée le vide dans le jeu 12 (on évacue l'air), ensuite on étanchéifie la tubulure 17 par soudage et on la sépare de la pompe à vide. Ensuite, on chauffe l'unité assemblée dans un four thermique jusqu'à la température de brasage de 1020+20 C, que l'on maintient pendant une demi-heure,

puis on refroidit avec le four.

Pour la vérification de la qualité du joint brasé, on utilise des méthodes de contrôle par ultrasons et des essais mécaniques. Le contrôle par ultra-sons à l'aide d'un détecteur, dont le pouvoir de discrimination est de 3 mm2, témoigne de 100% de la continuité du joint. On n'a constaté aucune exfoliation ni rupture de l'assemblage brasé. Des échantillons, dont la couche de placage est orientée vers l'intérieur et l'extérieur, ont été essayés

à la flexion, l'angle de pliage étant de 180 . Les ré-

sultats des essais de seize échantillons à la séparation

et au cisaillement de la couche de placage sont les sui-

vants: 380 - 409 MPa 394 p 399 - 425 MPa Ic - 412 MPa

o:, sont les coefficients de résistance au cisail-

lement et à la séparation. On constate des arrachements du

-métal de base dans la zone de détérioration des échantil-

lons, ce qui prouve que le procédé revendiqué permet d'ob-

tenir un joint, dont la résistance est voisine de celle du

métal de base. En comparaison avec l'exemple 1 décrit pré-

cédemment, on obtient une résistance de la jonction des viroles extérieure 1 et intérieure 2 qui est encore plus élevée et stable. Cet effet positif est obtenu grâce à ce qu'on place, dans le jeu 12, le tamis 14, constituant en soi une grande surface supplémentaire de cristallisation, ainsi que grâce à ce que tout le volume de la brasure qui

se cristallise est partagé en une multitude de microvolu-

mes limités par les mailles du tamis 14. Dans ces condi-

tions, la cristallisation s'effectue pratiquement sans re-

trait de la brasure. En outre, on utilise, pour la réali-

sation du procédé décrit dans ce dernier exemple, des al-

liages de brasure qui sont moins coûteux, en ce qui con-

cerne leurs constituants, et plus simples en fabrication.

Il n'y a aucun doute qu'il est plus facile de fabriquer un alliage de brasure en fondant un alliage d'une composition requise et, par exemple, de le couler dans des moules que de fabriquer une feuille. La fabrication d'une feuille nécessite plusieurs opérations comprenant le laminage et

le traitement thermique pour l'élimination de l'écrouis-

sage. De plus, il existe des alliages qui ne peuvent être mis en forme d'une feuille. Ce'sont les alliages difficiles à déformer. L'emploi de la présente invention décrite à l'exemple 2 offre la possibilité d'utiliser ces alliages de brasure, ce qui élargit sensiblement la nomenclature

des brasures utilisées.

Des travaux expérimentaux sur des modèles ont été réalisés avant qu'on ait procédé à la réalisation du mode décrit dans le dernier exemple 2. Ils ont permis de réa-

liser le brasage avec un tamis 14 de différentes dimen-

sions types. Le tamis a été posé entre les parois en acier

au carbone et en acier inoxydable.

Les valeurs des jeux non capillaires minimaux pour ces matériaux et des alliages de brasure ont été obtenues par voie expérimentale et sont données aux tableau 2 avec

les résultats du brasage expérimental.

TABLEAU 2

N Composition de Jeu non Paramètres du Résistance du d'ordre l'alliage de capil- tamis joint brasé au brasure, % en laire mi- cisaillement, poids nimal, mm diamè- dimen- MPa tre sion du d'une fil, maille, mm mm 1 60% de manga- 0,36 0,36 1,4 286 - 348 nèse 40% de 329 nickel 2 -""t- -t""- 0,36 0,6 382 - 401 3 "" - -""-tt 0,40 0,8 373 - 393

4 ""- -""- 1,0 2,0 300 - 321

""- -""- 1,2 6,0 135 - 290

6 _-" "- -""- 1,5 3,0 166 - 248

7 75% de manga- 0,32 0,32 0,6 377 - 400 nèse 392 % de nickel % de cuivre

8 -"' - -""- 0,36 0,6 365 - 389

9 - ' -""- 1,0 2,0 396 - 320

-"",- -,,- 1,2 6,0 109 - 226

11 cuivre 0,25 0,25 0,5 389 - 401

12 -""- -""- 0,25 1,0 334 - 351

0.25 l'o 342 13 _l_-""- -""- 0,36 0,6 352 - 370 14 -""lt- -""- 10 2,0 165 - 300

-""- -""- 1,2 6,0 121 - 190

___ _ _ 139

Les renseignements cités au tableau 2 prouvent que,

pour obtenir la résistance maximale possible dans ces con-

ditions d'assemblage brasé, il est nécessaire de choisir les dimensions types du tamis 14 en considérant qu'il faut respecter une valeur du jeu non capillaire minimal ou què cette valeur augmente jusqu'aux limites qui assurent la résistance minimale requise de l'assemblage. Il convient de noter que l'augmentation de la largeur et du volume du jeu 12 nrest pas raisonnable car on augmente, dans ce cas,

la consommation de l'alliage de brasure. L'examen du ta-

bleau 2 fait ressortir les diamètres les plus optimaux du fil d'acier à partir duquel a été fabriqué le tamis 14

pour les différents alliages de brasure.

Ainsi, par exemple, pour le cuivre utilisé en tant que brasure, il est indispensable que le diamètre du fil

d'acier soit choisi dans la plage de 0,25 à 1 mm.

Dans le cas de l'utilisation de l'alliage contenant % de manganèse et 40% de nickel en tant que brasure, le diamètre du fil d'acier doit être choisi dans la plage de

0,36 à 1,2 mm.

Dans le cas de l'utilisation de l'alliage contenant % de manganèse 15% de nickel en tant que brasure, le diamètre du fil d'acier doit être choisi dans la plage de 0,32 à 1 mm. Ces dimensions du fil d'acier assurent les meilleures caractéristiques de la résistance du joint brasé.

Le procédé revendiqué est caractérisé par une résis-

tance plus élevée et plus stable de l'assemblage brasé et la suppression de la nécessité d'utiliser une brasure en forme de feuille, ce qui permet d'utiliser des brasures difficilement déformables et d'élargir la nomenclature

des brasures utilisées.

En outre, en montant le tamis 14 en fil d'acier dans le jeu 12, on peut garder des dimensions de jeu qui satisfont aux exigences d'un jeu non capillaire minimal ce qui assure, d'une part, la pénétration de la brasure fondue suivant toute la hauteur du jeu 12 et, d'autre

part, previent la consommation excédentaire de brasure.

L'invention revendiquée permet d'augmenter la fia-

bilité du procédé de brasage avec auto-évacuation, de sim-

plifier le procédé d'assemblage des viroles extérieure et intérieure, sans leur déplacement réciproque pendant le

brasage. Le procédé permet d'améliorer la qualité de l'as-

semblage brasé, grâce à ce qu'on supprime l'éventualité de la formation de cavités dans le jeu entre les viroles pendant leur montage et la nécessité de la création du

vide au cours du brasage.

Claims (6)

R E V E N D I C A T I O NS

1. Procédé de brasage, avec auto-évacuation de l'air, d'une virole extérieure en acier au carbone et d'une virole intérieure en acier inoxydable,du type consistant à monter la virole intérieure avec un jeu dans la virole extérieure, en ayant formé au préalable la virole inté-

rieure en enroulant une ébauche plate en acier inoxyda-

ble, à poser un alliage de brasure, à relier les extrémi-

tés des viroles extérieure et intérieure par des soudures annulaires étanches au vide, à évacuer l'air du jeu entre les viroles intérieure et extérieure, à chauffer pour le brasage et à refroidir, caractérisé en ce que pour former la virole intérieure (2), on enroule l'ébauche plate (9) de la virole intérieure avec un recouvrement, on met l'ébauche plate (9) enroulée dans la virole extérieure (1), on serre les parois de l'ébauche plate enroulée (9) contre

la surface intérieure de la virole extérieure (1), on ef-

fectue le soudage des bords latéraux (11) de l'ébauche plate (9) par une soudure longitudinale (13) en formant la virole intérieure (2), et on effectue les joints soudés

annulaires (6) étanche au vide par des soudures d'angles.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise des soudures annulaires (6) étanches au vide avec des cathètes (7, 8), dont la longueur, pour l'une, mesurée en direction radiale, est égale au moins à une épaisseur de la paroi de la virole intérieure (2) et

la longueur de l'autre, mesurée en direction longitudi-

nale, est égale au moins à deux épaisseurs de la paroi de

la virole intérieure (2).

3. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 2, dans lequel les viroles sont disposées ver-

ticalement, caractérisé en ce que l'alliage de brasure est disposé à la partie supérieure de la virole extérieure (1), au niveau de l'extrémité de la virole intérieure (2),

en ce qu'on met, dans le jeu (12) entre la virole exté-

rieure (1) et l'ébauche plate enroulée (9) en acier inoxy-

dable, un tamis (14) en fil d'acier, dont le diamètre est égal au moins à 0,25 mm et en ce qu'on évacue l'air du jeu (12) formé entre les viroles extérieure et intérieure (1, 2) avant le chauffage pour le brasage.

4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'en cas d'utilisation du cuivre en qualité d'alliage de brasure, le diamètre du fil d'acier du tamis (14) doit

être choisi dans la plage de 0,25 mm à 1 mm.

5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'en cas d'utilisation d'un alliage contenant 60%" de manganèse et 40% de nickel, comme alliage de brasure, le diamètre du fil d'acier du tamis (14) doit être choisi

dans la plage de 0,36 mm à 1,2 mm.

6. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'en cas d'utilisation d'un alliage contenant 75% de manganèse, 15% de nickel et 10% de cuivre comme alliage de brasure, le diamètre du fil d'acier du tamis (14) doit

être choisi dans la plage de 0,32 mm à 1,0 mm.