FR2883783A1 - Procede de fabrication d'un echangeur de chaleur brase, notamment pour vehicules automobiles, et echangeur ainsi obtenu - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur (10) comprenant les opérations consistant à assembler des composants (22, 24) en alliage d'aluminium et à braser lesdits composants sous une atmosphère contrôlée au niveau de zones de brasage desdits composants. Selon l'invention, on applique une pression de contact suffisante pour créer des surfaces de contact homogènes (40, 42) au niveau de tout ou partie desdites zones de brasage, et seules les éventuelles zones de brasage ne présentant pas des surfaces de contact homogènes sont revêtues d'un flux de brasage. Application notamment aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles.

Description

VCL1579.FRD

Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur brasé, notamment pour véhicules automobiles, et échangeur ainsi obtenu L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles.

Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur, comprenant les opérations consistant à assembler des composants en alliage d'aluminium, et à braser lesdits composants sous une atmosphère contrôlée au niveau de zones de brasage desdits composants.

Dans un tel procédé, les composants de l'échangeur de chaleur sont assemblés et maintenus lors de l'opération de brasage, qui s'effectue habituellement dans un four de brasage. De plus en plus, cette opération de brasage s'effectue en continu et en une seule fois, c'est-à-dire par un seul passage dans le four de brasage, pour réaliser la fusion d'un apport de brasage, habituellement un alliage d'aluminium, et assurer ainsi une liaison définitive des composants entre eux. Les composants de l'échangeur sont assemblés au préalable puis mainte-nus assemblés par un outil de serrage approprié, appelé "chaise", pendant toute l'opération de brasage, l'outil de serrage étant généralement disposé à plat sur un tapis roulant traversant le four de brasage.

Le brasage de tels composants 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 composants. Il s'agit du procédé connu appelé NOCOLOK (marque déposée). Cependant, pour un tel procédé de brasage, il est nécessaire de faire appel à un flux comportant du fluor qui est fondu lors de l'opération de brasage et qui a pour principale fonction de dissoudre la couche d'oxyde (ici de l'alumine) qui se forme naturellement sur la surface des composants de l'échangeur. En outre, ce flux a aussi pour fonction de mouiller les composants 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 composants à assembler.

Avec les compositions actuelles, l'addition d'un tel flux présente un certain nombre d'inconvénients. Il s'agit d'un matériau coûteux, qu'il soit ajouté séparé-ment ou formé déjà sur le composant à assembler. Lorsque le flux est ajouté in situ, il requiert un traitement complexe, donc coûteux, pour l'élimination de poussières et de déchets. L'utilisation du flux a tendance à encrasser le four de brasage. Ce flux ne permet pas de détecter d'éventuelles fuites dues au colmatage d'ouvertures par le flux lui-même. Enfin, l'utilisation du flux nécessite un traitement de finition de l'échangeur de chaleur, en particulier un traitement de surface, pour le respect de normes de qualité.

On connaît aussi des procédés de brasage sous-vide qui permettent de se dispenser de l'utilisation d'un flux. Toutefois, de tels procédés de brasage sous vide ne peuvent être mis en oeuvre que de façon discontinue et ils exigent en outre un niveau élevé de propreté du matériel. En définitive, un tel procédé de brasage sous vide s'avère extrêmement coûteux et ne peut concurrencer le procédé de brasage sous atmosphère contrôlée.

D'autres procédés de brasage sous atmosphère contrôlée évitent l'application de flux par l'ajout de substances telles que du magnésium dans les matériaux à braser. Au delà du coût représenté par cet ajout, la concentration de cette substance doit être strictement contrôlée pour éviter une détérioration de la qualité générale de brasage.

L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités.

Elle vise en particulier à proposer un procédé de brasage sous atmosphère 30 contrôlée, qui soit d'une mise en oeuvre plus simple que les procédés connus jusqu'à présent.

L'invention vise encore à procurer un tel procédé, dont la mise en oeuvre s'avère moins coûteuse, et qui permet cependant d'obtenir un niveau de qualité comparable à ceux des procédés de la technique antérieure.

Elle vise encore à procurer un tel procédé qui convient tout particulièrement à la fabrication d'échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles.

L'invention propose à cet effet un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur, du type défini en introduction, dans lequel on applique une pression de contact suffisante pour créer des surfaces de contact homogènes au niveau de tout ou partie des zones de brasage, et dans lequel seules les éventuelles zones de brasage ne présentant pas des surfaces de contact homogènes sont revêtues d'un flux de brasage.

Autrement dit, l'opération de mise en contact comprend l'application d'une pression de contact suffisante pour créer des surfaces de contact homogènes, résultant d'une compression homogène, et l'opération de brasage desdites surfaces de contact homogènes est réalisée sans utilisation d'un flux de brasage, tout en maintenant la pression de contact pendant le brasage.

Il a été constaté de façon surprenante que l'on pouvait réaliser un brasage sans flux entre des surfaces en contact de différents composants d'un échangeur de chaleur, à condition d'assurer une pression de contact suffisante entre les surfaces de contact afin d'obtenir une compression homogène desdites surfaces de contact, et cela pendant tout le cycle de brasage. Par l'expression "surfaces de contact homogènes", on veut signifier que les surfaces de contact sont maintenues en contact et qu'il existe une pression de contact suffisamment élevée à froid pour assurer un contact intime des surfaces à braser. On peut aussi qualifier ces surfaces de "surfaces de contact isostatiques" dans la mesure où la pression de contact est réalisée dans des conditions d'équilibre statique.

Sans vouloir être lié à une théorie particulière, il semble que l'application de cette pression mécanique sur les surfaces de contact, c'est-à-dire sur la jonction à braser, exerce au moins trois fonctions principales.

Une première fonction est d'éviter une atmosphère d'oxygène entre la jonction des deux composants à braser. La pression mécanique permet d'expulser l'oxygène de la zone de contact. Même si le taux d'oxygène à l'intérieur du four est faible, la pression mécanique garantit que l'apport de brasage fondu soit en contact avec le coeur même des composants à braser. A ce stade, la diffusion du matériau d'apport à l'intérieur des matériaux respectifs des composants peut démarrer et garantir leur brasage. La couche d'oxyde (c'est-à-dire d'alumine) est repoussée à l'extérieur à mesure que la diffusion du matériau d'apport et de l'alliage d'aluminium augmente.

Une deuxième fonction de cette pression mécanique est de maintenir un certain niveau de craquelures ou de fissures sur la surface externe de l'alumine. La température du cycle de brasage favorise le mouvement de la couche d'alumine sous l'effet de la dilatation différentielle entre l'alumine et le matériau à braser et, par conséquent, la diffusion du matériau d'apport vers l'âme des matériaux à braser.

Une troisième fonction est d'assurer un contact physique entre les deux composants à braser, favorisant la fissuration de la couche d'alumine et le mouillage des composants à braser par l'apport de brasage à l'état fondu.

Dans le procédé de l'invention, la pression de contact est maintenue pendant l'opération de brasage. Elle peut cependant être relâchée lorsque les deux composants sont en contact et que la diffusion entre le coeur de ces deux composants a démarré.

La pression de contact à exercer résulte d'un certain nombre de facteurs, dont en particulier l'effort de serrage, la géométrie et la configuration de l'assemblage à braser, la matière de l'outil de serrage et la température de brasage. La limite supérieure de la pression est donnée par les déformations, hors tolérances, des composants sous pression, associées à la dilatation thermique. Au contraire, la limite inférieure est donnée par l'impossibilité d'assurer un contact entre les composants à braser juste avant la fusion du matériau d'apport.

Dans l'invention, l'atmosphère contrôlée est avantageusement une atmosphère à base d'azote, cette dernière pouvant contenir une faible proportion d'oxygène, par exemple inférieure à 100 parties par million en masse.

La pression de contact résulte avantageusement d'un effort de serrage des composants à braser, qui est supérieur à 100 Newton, générant des pressions de contact entre 0 et 100 bars, à la température ambiante, c'est-à-dire avant le brasage, et dans le cas où l'effort de serrage est assuré par des outils de 1 o serrage en acier.

Habituellement, un échangeur de chaleur comporte des composants de structures différentes, par exemple des tubes, des plaques, des ailettes ou intercalaires ondulés, etc. L'effort de serrage mentionné précédemment permet de créer des surfaces de contact homogènes entre certains types de composants. Toutefois, cet effort peut aussi créer des surfaces de contact non homogènes pour d'autres types de composants. Dans ce cas, l'opération de brasage peut comprendre aussi l'utilisation d'un flux de brasage pour des surfaces de contact non homogènes qui, elles, sont comprimées de manière non homogène.

Autrement dit, le procédé de l'invention permet aussi d'utiliser un flux de manière sélective, le flux étant omis pour les surfaces de contact homogènes et étant au 25 contraire utilisé pour les surfaces de contact non homogènes.

Le procédé de l'invention trouve un intérêt tout particulier dans le cas où il comprend une opération d'empilement des composants dans une direction d'empilement, la pression de contact étant alors appliquée dans cette direction d'empilement.

Ainsi, le procédé de l'invention s'applique en particulier au cas des échangeurs de chaleur comportant des composants empilés, par exemple aux échangeurs de chaleur comportant des paires de plaques et des intercalaires ondulés, ces derniers étant appelés aussi des ailettes ondulées.

En ce cas, l'opération d'empilement consiste à empiler des paires de plaques, délimitant à chaque fois une lame de circulation de fluide, en alternance avec des intercalaires ondulés comportant des ondulations venant en contact avec des faces extérieures de deux plaques en vis-à-vis. Les surfaces de contact homogènes comprennent alors les surfaces de contact entre les ondulations des intercalaires ondulés et les faces extérieures des plaques.

Ces surfaces de contact homogènes peuvent comprendre en outre des surfaces de contact entre des bossages respectifs de deux plaques en vis- à-vis qui assurent une communication de fluide d'une lame à une autre. Dans un tel échangeur de chaleur, les plaques de chaque paire de plaques ont habituelle- ment des faces intérieures formant des surfaces de contact périphériques destinées à être brasées mutuellement pour délimiter une lame de circulation de fluide.

Il a été constaté que l'effort de serrage est le plus souvent insuffisant pour que ces surfaces de contact périphériques soient comprimées de manière homo-gène. En pareil cas, le brasage des surfaces de contact périphériques doit alors être réalisé avec utilisation d'un flux de brasage.

Autrement dit, dans un échangeur de chaleur du type précité, on pourra réaliser sélectivement, d'une part, un brasage sans flux du côté des faces extérieures des plaques et également du côté des bossages, et, d'autre part, un brasage avec flux du côté des faces intérieures des plaques, c'est-à-dire du côté où s'effectue la circulation du fluide.

En variante, les paires de plaques peuvent être remplacées respectivement par des tubes plats. En ce cas, l'empilement de composants consiste à empiler des tubes plats, en alternance avec des intercalaires ondulés comportant des ondulations venant en contact avec des faces extérieures des tubes plats en vis-à-vis. Les surfaces de contact homogènes comprennent alors les surfaces de contact entre les ondulations des intercalaires ondulés et les faces extérieures des tubes plats.

Dans un tel échangeur de chaleur, l'apport de brasage est avantageusement réalisé sous la forme d'un placage appliqué seulement sur les plaques, ou sur les tubes plats, ce qui permet d'utiliser des intercalaires ondulés dénués de tout placage.

De préférence, les composants ont une âme formée d'un alliage d'aluminium choisi dans la série des alliages 3000, tandis que l'opération de brasage est réalisée avec un apport de brasage éventuel formé d'un alliage d'aluminium choisi dans la série des alliages 4000.

Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur pouvant 15 être obtenu par la mise en oeuvre du procédé défini précédemment.

Dans une forme de réalisation préférée, cet échangeur de chaleur comprend une pluralité de composants empilés dans une direction d'empilement.

En particulier, cet échangeur de chaleur peut comprendre des paires de plaques, délimitant à chaque fois une lame de circulation de fluide, empilées en alternance avec des intercalaires ondulés comportant des ondulations venant en contact avec des faces extérieures de deux plaques en vis-à-vis, le brasage entre les ondulations des intercalaires ondulés et les faces extérieures des plaques ayant été réalisé sans utilisation d'un flux.

Dans ce cas particulier, les plaques ont avantageusement des bossages issus de leurs faces extérieures, les bossages respectifs de deux plaques en vis-à-vis ayant des surfaces de contact qui délimitent une ouverture assurant une communication de fluide d'une lame à une autre, dont le brasage a été réalisé sans l'utilisation d'un flux.

Les plaques de chaque paire de plaques ont des faces intérieures formant des surfaces de contact périphériques, et il est avantageux que le brasage de ces surfaces de contact périphérique ait été réalisé avec utilisation d'un flux de brasage.

En variante, l'échangeur de chaleur peut comprendre des tubes plats empilés en alternance avec des intercalaires ondulés comportant des ondulations venant en contact avec des faces extérieures de deux tubes en vis-à-vis, le brasage entre les ondulations des intercalaires ondulés et les faces extérieures des tubes plats ayant été réalisé sans utilisation d'un flux.

L'échangeur de chaleur de l'invention peut être réalisé notamment sous la forme d'un évaporateur pour un circuit de climatisation.

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 schématique en plan d'un assemblage de composants destinés à réaliser un échangeur de chaleur, l'assemblage étant maintenu sous pression par un outil de serrage en vue d'une opération de brasage par un procédé selon l'invention; - la figure 2 est un détail à échelle agrandie de l'échangeur de chaleur de la figure 1 montrant des zones de contact pour un brasage sans flux et des zones de contact pour un brasage avec flux; - la figure 3 est une vue de côté d'une plaque courante de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2; - la figure 4 est une vue en plan du côté intérieur de la plaque de la figure 3; - la figure 5 est une vue de côté d'une plaque d'extrémité de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2; - la figure 6 est une vue en perspective d'un insert propre à être placé entre des bossages de deux plaques en vis-à-vis dans l'empilement; - les figures 7 à 9 sont des vues partielles en coupe, à échelle agrandie, d'un intercalaire ondulé et d'une plaque, au cours de différentes phases du procédé de brasage; - les figures 10 à 12 sont des vues prises au microscope électronique représentant la surface d'une ailette, respectivement avec une haute densité de flux recristallisé, avec une faible densité de flux recristallisé, et sans flux; - la figure 13 est un graphique faisant ressortir la variation du pourcentage de surfaces brasées entre deux surfaces de contact homogènes en fonction de l'effort de serrage appliqué à froid à un assemblage incorporant ces surfaces; et - le figure 14 représente l'application de l'invention à un échangeur de chaleur 15 dont la surface d'échange est constituée de tubes plats et d'intercalaires.

On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre un échangeur de chaleur 10 formé d'une pluralité de composants empilés dans une direction d'empilement D et maintenus assemblés par un outil de serrage 12, communément appelé "chaise". Cet outil, représenté ici schématiquement, est formé de deux appuis 14 et 16 généralement parallèles entre eux, encadrant l'échangeur de chaleur 10, et sollicités l'un vers l'autre par deux tirants 18 et 20 de manière à exercer une action de serrage (flèches P) sur les composants de l'échangeur de chaleur 10 dans la direction de l'empilement.

L'échangeur de chaleur 10 est, dans l'exemple, un échangeur du type à plaques comportant des paires de plaques 22 assemblées entre elles pour délimiter à chaque fois une lame de circulation d'un fluide, qui alternent avec des intercalai- res ondulés 24. Ces intercalaires ondulés 24, appelés aussi des ailettes ondulées, présentent des ondulations 26 destinées à venir au contact à chaque fois avec une face extérieure 28 d'une plaque. La forme des intercalaires est représentée ici de manière schématique par une ligne brisée. II s'agit, le plus souvent, d'une forme sensiblement sinusoïdale ou carrée dans laquelle les ondulations ont des zones de contact arrondies ou plates avec la plaque associée.

Par ailleurs, chacune des plaques 22 comporte deux bossages 30, les bossages 30 d'une plaque venant en contact avec les bossages 30 d'une plaque en vis-à-vis pour assurer ainsi une communication de fluide d'une lame à une autre. L'échangeur comporte deux plaques d'extrémité particulières 32 comportant deux bossages 34, mais qui ne sont pas associés à une plaque homologue. Les plaques d'extrémité sont reçues respectivement contre les appuis 14 et 16 de l'outil de serrage.

En outre, deux inserts 36 et 38 sont insérés entre deux paires de bossages 30 en vis-à-vis pour permettre une arrivée ou une sortie de fluide, de manière en soi connue. Les bossages ont alors une hauteur plus faible (dans la direction d'empilement) que les autres bossages pour permettre leur montage.

Comme on le voit sur le détail de la figure 2, l'outil de serrage 12 exerce un effort suffisant sur l'assemblage pour réaliser des surfaces de contact homogènes, que l'on peut appeler aussi des surfaces de contact isostatiques, c'est-à-dire des surfaces maintenues en contact avec une pression suffisante pour assurer un contact intime entre elles. Ces surfaces de contact homogènes sont créées au niveau de tout ou partie de zones de brasage des composants. Dans le cas particulier de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2, ces surfaces de contact homogènes comprennent des surfaces de contact homogènes 40 dans la zone de jonction des ondulations 26 et des faces extérieures 28 des plaques et des surfaces de contact homogènes 42 dans la zone de jonction des bossages.

Ces surfaces de contact homogènes sont comprimées de manière suffisante pour réaliser un contact surfacique uniforme qui permet de réaliser un brasage sans flux. Au contraire, l'effort exercé par l'outil de serrage n'est pas suffisant pour permettre de réaliser des surfaces de contact homogènes dans d'autres régions de l'échangeur. Ainsi, les surfaces 44 entre les plaques 22 d'une même paire ne sont pas homogènes. Il en est de même pour les surfaces de contact respectives 46 de part et d'autre d'un insert 36 ou 38. Il en résulte que l'utilisation d'un flux est nécessaire pour les surfaces 44 et 46.

La figure 3 montre, en vue de côté, une plaque 22 avec ses bossages 30. Un flux F est appliqué seulement du côté de la face intérieure 44 (côté droit de la figure) alors qu'aucun flux n'est appliqué du côté de la face extérieure 28 et des surfaces de contact homogènes 42 des bossages 30 (côté gauche de la figure). Ce flux F est appliqué par des techniques en soi connues, par exemple par pulvérisation ou par enduction.

La figure 4 montre la plaque de la figure 2 vue du côté de sa face intérieure 44, où un flux est appliqué. La plaque 22 possède une forme générale rectangulaire avec un bord périphérique 48 relié à deux bords annulaires 50 et à une nervure centrale 52 s'étendant sur une partie de la hauteur de la plaque 22. Les deux plaques d'une même paire sont ainsi réunies par leurs bords respectifs 48, 50 et 52 pour définir une lame de circulation d'un fluide. Dans cette lame, le fluide pénètre par l'un des bossages et quitte la lame par l'autre bossage en adoptant un trajet de circulation en U comme montré par la flèche 54. Un flux doit être appliqué sur les bords 48, 50 et 52 étant donné que la pression de contact assurée par l'outil de serrage 22 ne permet pas de réaliser une compression homogène.

La figure 5 est une vue de côté d'une plaque d'extrémité 32. Dans ce cas, un flux F est appliqué du côté de la face extérieure, c'est-à-dire également du côté de la 25 face comportant le bossage 34. II en résulte que les ondulations 26 doivent être brasées avec flux sur les plaques d'extrémité.

La figure 6 est une vue en perspective d'un insert 36, de structure en soi connue, propre à être intercalé dans l'empilement entre deux paires de bossa- ges. II comporte deux faces opposées 53 munies d'ouvertures de passage et une tubulure latérale 55 pour l'entrée ou la sortie d'un fluide, par exemple d'un fluide réfrigérant lorsque l'échangeur est réalisé sous la forme d'un évaporateur pour un circuit de climatisation.

L'outil de serrage 12 doit exercer un effort suffisant pour former des surfaces de contact homogènes. Cet effort dépend d'un certain nombre de facteurs, comme indiqué précédemment. Il induira généralement des pressions de contact entre 0 et 100 bars à température ambiante, c'est-àdire avant le brasage.

Les fonctions de cette pression mécanique seront expliquées maintenant en référence aux figures 7 à 9, pour ce qui concerne le brasage des ondulations 26 d'un intercalaire ondulé avec la face extérieure 28 d'une plaque.

La plaque 22 est réalisée avec une âme en alliage d'aluminium, typiquement un alliage choisi dans la série 3000. La plaque 22 possède, dans l'exemple, une épaisseur El de 0,408 mm et est recouverte, du côté de sa face extérieure 28, d'un apport de brasage 56 sous la forme d'un placage ayant une épaisseur E2 qui, dans l'exemple, est de 0,051 mm. Cet apport de brasage est formé d'un alliage à base d'aluminium et de silicium choisi dans la série 4000. Sur cette couche de placage 56 se forme naturellement une couche d'alumine 58 dont l'épaisseur est typiquement de 0,01 micromètre.

L'intercalaire ondulé 24 est formé d'un alliage à base d'aluminium, typiquement le même que celui de la plaque 22. Dans l'exemple, il possède une épaisseur E4 de 0,1 mm. L'intercalaire est revêtu naturellement, des deux côtés, d'une couche d'alumine 60 qui a typiquement une épaisseur E5 de 0,01 micromètre. Une seule des deux couches d'alumine est représentée sur la figure 7.

Avant brasage, et sous l'action de la pression mécanique exercée par l'outil de serrage, chaque ondulation 26 vient en contact avec la plaque 22. En réalité, c'est la couche d'alumine 60 de l'intercalaire ondulé qui vient en contact avec la couche d'alumine 58 qui recouvre la couche de placage 56 de la plaque 22. L'opération de brasage s'effectue dans un four (non représenté) sous une atmosphère contrôlée comportant essentiellement de l'azote, mais aussi de l'oxygène. Le brasage s'effectue à une température suffisante pour faire fondre la couche d'apport de brasage 56, la température étant généralement de l'ordre de 600 C.

L'application de la pression mécanique sur la jonction des deux composants permet de remplir au moins trois fonctions. Une première fonction est d'éviter une atmosphère d'oxygène dans la zone de jonction des deux composants à braser. En effet, la pression mécanique expulse l'oxygène de la zone de contact.

Même si le taux d'oxygène dans le four est faible, cette pression fait en sorte que le matériau de l'apport de brasage (placage 56) fonde et vienne en contact avec le coeur même de la plaque 22 et de l'intercalaire ondulé 24. A ce stade, la diffusion du matériau d'apport au sein des deux coeurs des matériaux peut démarrer et garantir le brasage des deux éléments. Du fait de la pression mécanique, les couches d'alumine respectives 58 et 60 sont expulsées à mesure que la diffusion du matériau de l'apport et de l'alliage d'aluminium augmente.

Une deuxième fonction de la pression est de maintenir un niveau élevé de fissures ou craquelures sur la surface externe de la couche d'alumine, comme on le voit schématiquement sur la figure 8 (fissures 62). Ces fissurations sont également favorisées par l'action de la température, qui facilite le déplacement de la couche d'alumine par la dilatation thermique différentielle entre l'alumine et le matériau qui la supporte.

Une troisième fonction de cette pression mécanique est de favoriser l'aptitude au mouillage des deux composants vis-à-vis du matériau d'apport.

La figure 9 montre la configuration obtenue après brasage. Le matériau d'apport a fondu et forme une jonction brasée 64 diffusant au sein des matériaux respectifs des deux composants en repoussant en même temps les couches d'alumine 58 et 60. L'effort de serrage génère une pression de contact qui est avantageusement de l'ordre de 0 à 100 bars à la température ambiante, c'est-à-dire avant le brasage. Cette pression est maintenue pendant le brasage et peut être supprimée lorsque les deux matériaux des composants sont en contact et que la diffusion entre les deux composants a démarré.

L'effort initial exercé sur l'assemblage dépend de l'épaisseur du placage de brasage, de l'outil de serrage utilisé (le coefficient de dilatation thermique d'un outil en acier inoxydable est différent du coefficient de dilatation thermique de l'alliage d'aluminium), de la géométrie et de la configuration de l'assemblage à braser. Dans l'exemple montré précédemment, l'apport de brasage est réalisé sous la forme d'un placage sur la plaque, mais il serait possible en variante, de prévoir un tel placage sur l'intercalaire ondulé.

Des analyses métallographiques ont été effectuées d'une part sur des échangeurs de chaleur obtenus conformément à l'invention et, d'autre part, sur des échangeurs de chaleur obtenus par un procédé classique de brasage sous atmosphère contrôlé du type NOCOLOK (Marque déposée). La jonction brasée 64, dans le cas de l'invention, assure des performances mécaniques et thermiques comparables, même si la longueur L de cette jonction est un peu plus faible que dans le cas du procédé classique (figure 9).

Ces mêmes observations métallographiques ont permis de constater que la jonction brasée de l'invention est une jonction "pure" sans flux. Par comparaison, une zone de jonction brasée réalisée dans des conditions analogues avec un procédé classique, montre la présence d'un flux sous forme cristallisée, les cristaux résultant essentiellement d'éléments contenus dans le flux, tels que par exemple du potassium et du fluor.

La figure 10 est une vue prise au microscope électronique représentant la surface d'un intercalaire ondulé, ou ailette, dans le cas d'un brasage selon l'art antérieur avec utilisation d'un flux de brasage. L'échelle indiquée représente 50 micromètres. Une haute densité de flux recristallisé sous la forme de plaquettes microscopiques de KAIF4-K3AIF6est présente à la surface de l'intercalaire ondulé.

La figure 11 est une vue analogue à la figure 10 dans le cas où l'on utilise une solution selon l'invention avec un faible taux de flux. Une faible densité de flux recristallisé sous la forme d'aiguilles de KMgF3 est présente à la surface de l'intercalaire ondulé.

La figure 12 est une vue analogue aux figures 10 et 11 dans le cas où l'on utilise aucun flux de brasage sur des surfaces de contact homogènes conformément à l'invention. La surface de contact ne présente aucun résidu de brasage, donc aucune trace de flux recristallisé.

II en résulte que, dans un échangeur de chaleur selon l'invention, seules les éventuelles zones de brasage ne présentant pas des zones de contact homogènes pourront présenter des résidus de brasage du type plaquettes microscopiques de KAIF4-K3AIF6.

Ainsi, ces essais métallographiques ont montré que le procédé de l'invention pouvait avantageusement remplacer un procédé classique mettant en oeuvre un flux.

La figure 13 montre les variations du pourcentage de surfaces brasées pour les surfaces de contact de deux composants (plaques et intercalaires ondulés) en fonction de la force de compression exprimée en Newton à température ambiante. Cet essai est réalisé ici avec six sandwichs formés chacun d'une paire de plaques et d'un intercalaire ondulé. On constate qu'avec une force de compres- sion de 100 Newton, le pourcentage de surfaces brasées est de 82,3 et que pour une force de 500 Newton, le pourcentage est de 87,1. Pour une force de 1000 Newton, ce pourcentage atteint 89,7 et il passe à 96,9 pour une force de 1500 Newton. Au-delà, le pourcentage monte à 97,5 pour une force de 2000 Newton, soit une pression de l'ordre de 40 bars exercée sur l'assemblage. Ceci montre clairement l'augmentation des surfaces brasées en fonction de l'effort de serrage, donc de la pression appliquée. Cette amélioration est due, entre autres, à une augmentation des micro-fissures des couches d'aluminium et aussi à une compensation des défauts géométriques de la hauteur des ondulations et/ou de planéité de la plaque.

L'invention s'applique tout particulièrement à des échangeurs de chaleur du type à plaques et intercalaires ondulés, qui peuvent constituer notamment des évaporateurs pour circuits de climatisation ou encore d'autres types d'échangeurs.

Dans un exemple de réalisation, les paramètres de l'échangeur de chaleur sont les suivants: - hauteur de plaque: 200 à 250 mm - nombre de sandwichs: 3 à 30 - hauteur de l'intercalaire ondulé : 6,6 à 7,5 mm épaisseur de l'intercalaire ondulé : 0,08 à 0,1 mm - pas des ondulations: 1,4 et 1,7 mm - forme des ondulations: sinusoïdale ou carrée - épaisseur de la plaque: 0,51 mm - effort de serrage sur l'assemblage: 1500 N matériau d'apport: choisi dans la série 4000, par exemple 4243 ou 4045 épaisseur du matériau d'apport: 0,051 mm sur chaque face - matériau de l'outil de serrage: acier inoxydable 316 L'invention trouve une application à d'autres types d'échangeurs de chaleur, par exemple à des échangeurs de chaleur comportant un assemblage entre des tubes plats 66 et des intercalaires ondulés 24, empilés en alternance, comme indiqué en figure 14. Les tubes plats 66 débouchent ici, à l'une au moins de leurs extrémités, dans une boîte collectrice 70. Les ondulations 26 des intercalaires ondulés viennent en contact avec des faces extérieures 68 des tubes plats en vis-à-vis. Les surfaces de contact homogènes comprennent ici les surfaces de contact 40 entre les ondulations 26 des intercalaires ondulés 24 et les faces extérieures 68 des tubes 66. Le brasage de ces surfaces de contact est donc réalisé sans flux de brasage.

D'autre part, un brasage sans flux peut être aussi envisagé dans le cas où la pression exercée entre des surfaces de contact de deux composants résulte de la géométrie même des composants, sans qu'il soit obligatoirement nécessaire d'appliquer une pression externe. Ceci peut être le cas notamment lorsqu'un insert de forme ondulée est introduit dans un tube plat.

Les échangeurs de chaleur de l'invention trouvent une application toute particulière dans le cas des véhicules automobiles.

Claims (20)

Revendications

1. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur, comprenant les opérations consistant à assembler des composants (22, 24; 66, 24) en alliage d'aluminium, et à braser lesdits composants sous une atmosphère contrôlée au niveau de zones de brasage desdits composants, caractérisé en ce que l'on applique une pression de contact suffisante pour créer des surfaces de contact homogènes (40, 42) au niveau de tout ou partie desdites zones de brasage, et en ce que seules les éventuelles zones de brasage ne présentant pas des surfaces de contact homogènes sont revêtues d'un flux de brasage.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère 15 contrôlée est une atmosphère à base d'azote.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la pression de contact résulte d'un effort de serrage des composants à braser, qui est supérieur à 100 Newton à la température ambiante.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une opération d'empilement des composants (22, 24; 66, 24) dans une direction d'empilement (D), et en ce que la pression de contact est appliquée dans la direction d'empilement (D).

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'opération d'empilement consiste à empiler des paires de plaques (22), délimitant à chaque fois une lame de circulation de fluide, en alternance avec des intercalaires ondulés (24) comportant des ondulations (26) venant en contact avec des faces extérieures (28) de deux plaques (22) en vis-à-vis, et en ce que les surfaces de contact homogènes comprennent les surfaces de contact (40) entre les ondulations (26) des intercalaires ondulés (24) et les faces extérieures (28) des plaques (22).

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les surfaces de contact homogènes comprennent en outre des surfaces de contact (42) entre des bossages respectifs (30) de deux plaques (22) en vis-à-vis qui assurent une communication de fluide d'une lame à une autre.

7. Procédé selon les revendications 5 et 6, prises en combinaison, dans lequel les plaques (22) de chaque paire de plaques ont des faces intérieures formant des surfaces de contact périphériques (44), caractérisé en ce que la pression de contact est insuffisante pour que ces surfaces de contact périphériques soient comprimées de manière homogène, et en ce que le brasage desdites surfaces de contact périphériques (44) est réalisé avec utilisation d'un flux de brasage.

8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'utilisation d'un apport de brasage qui est réalisé sous la forme d'un placage (56) appliqué seulement sur les plaques (22).

9. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'opération d'empilement consiste à empiler des tubes plats (66) en alternance avec des intercalaires ondulés (24) comportant des ondulations (26) venant en contact avec des faces extérieures (68) des tubes plats en vis-à-vis, et en ce que les surfaces de contact homogènes comprennent les surfaces de contact (40) entre les ondulations (26) des intercalaires ondulés (24) et les faces extérieures (68) des tubes plats (66).

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend l'utilisation d'un apport de brasage qui est réalisé sous la forme d'un placage (56) appliqué seulement sur les tubes (66).

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les composants ont une âme formée d'un alliage d'aluminium choisi dans la série des alliages 3000, et en que l'opération de brasage est réalisée avec un apport de brasage éventuel formé d'un alliage d'aluminium choisi dans la série des alliages 4000.

12. Echangeur de chaleur brasé (10) pouvant être obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 11.

13. Echangeur de chaleur selon la revendication 12, caractérisé en ce que seules les éventuelles zones de brasage ne présentant pas des zones de contact homogènes présentent des résidus de brasage du type plaquettes microscopiques de KAIF4-K3AIF6

14. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de composants (22, 24; 66, 24) empilés dans une direction d'empilement (D) .

15. Echangeur de chaleur selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend des paires de plaques (22), délimitant à chaque fois une lame de circulation de fluide, empilées en alternance avec des intercalaires ondulés (24) comportant des ondulations (26) venant en contact avec des faces extérieures (28) de deux plaques (22) en vis-à-vis, le brasage entre les ondulations (26) des intercalaires ondulés (24) et les faces extérieures (28) des plaques (22) ayant été réalisé sans utilisation d'un flux.

16. Echangeur de chaleur selon la revendication 15, caractérisé en ce que les plaques (22) ont des bossages (30) issus de leurs faces extérieures (28) et en ce que les bossages respectifs (30) de deux plaques (22) en vis-à-vis ont des surfaces de contact (42) qui assurent une communication de fluide d'une lame à une autre, dont le brasage a été réalisé sans l'utilisation d'un flux.

17. Echangeur de chaleur selon les revendications 15 et 16, prises en combinaison, caractérisé en ce que les plaques (22) de chaque paire de plaques ont des faces intérieures (44) formant des surfaces de contact périphériques, et en ce que le brasage de ces surfaces de contact périphériques a été réalisé avec utilisation d'un flux de brasage.

18. Echangeur de chaleur selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend des tubes plats (66) empilées en alternance avec des intercalaires ondulés (24) comportant des ondulations (26) venant en contact avec des faces extérieures (68) de deux tubes (66) en vis-à-vis, le brasage entre les ondulations (26) des intercalaires ondulés (24) et les faces extérieures (68) des tubes plats (66) ayant été réalisé sans utilisation d'un flux.

19. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 12 à 18, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un évaporateur pour un circuit de climati-10 sation.

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