FR3104472A1

FR3104472A1 - Brazing process

Info

Publication number: FR3104472A1
Application number: FR1914249A
Authority: FR
Inventors: Luc FAURE; Yannick FOURCAUDOT
Original assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Current assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2021-06-18

Abstract

Procédé de brasage L’invention concerne un procédé de brasage pour l’assemblage d’au moins deux pièces métalliques, comprenant les étapes suivantes : - réalisation d’au moins un contour d’arrêt (3), avantageusement fermé, sur au moins une des pièces, le long du joint de brasage, apte à empêcher un écoulement d’alliage d’apport, - accostage des pièces, - dépôt d’alliage d’apport sur le joint de brasage, - brasage, où le contour d’arrêt (3) comprends une bande où l’état de surface du matériau est modifiée. Figure d’abrégé : Figure 4Brazing method The invention relates to a brazing method for assembling at least two metal parts, comprising the following steps: - production of at least one stop contour (3), advantageously closed, on at least one parts, along the brazing joint, capable of preventing filler alloy flow, - docking of the parts, - deposit of filler alloy on the brazing joint, - brazing, where the stop contour (3) include a strip where the surface finish of the material is changed. Abstract figure: Figure 4

Description

Brazing process

L’invention concerne le domaine de l’assemblage de pièces métalliques par brasage et plus particulièrement un procédé de brasage, réalisant un contour d’arrêt permettant de contenir efficacement le flot de l’alliage d’apport.The invention relates to the field of the assembly of metal parts by brazing and more particularly to a brazing process, producing a stop contour making it possible to effectively contain the flow of the filler alloy.

Il est connu de mettre en œuvre un procédé de brasage pour l’assemblage d’au moins deux pièces métalliques. Un tel procédé comprend les étapes suivantes. Au cours d’une première étape est réalisé au moins un contour d’arrêt. Ce contour d’arrêt est avantageusement fermé, disposé sur au moins une des pièces, le long du joint de brasage, et est apte à contenir le flot de l’alliage d’apport en empêchant un écoulement de l’alliage d’apport. Une autre étape antérieure ou postérieure, réalise un accostage des pièces, afin de les placer en position souhaitée d’assemblage. Ceci fait apparaître, à l’interface entre les pièces, un joint de brasage. Au cours d’une étape ultérieure, il est réalisé un dépôt d’alliage d’apport au niveau du joint de brasage. Vient ensuite une étape de brasage proprement dite, typiquement par passage au four, avantageusement sous vide ou sous atmosphère protectrice. Le brasage, réalisé lors du passage au four, permet de faire fondre l’alliage d’apport. Ceci permet de réaliser le brasage, l’alliage d’apport, en refroidissant, se solidifie et réalise l’assemblage entre les pièces. La fusion de l’alliage d’apport peut aussi conduire à un flot d’alliage d’apport qui peut alors s’écouler. Le contour d’arrêt, réalisé préalablement au brasage, permet d’éviter qu’une éventuelle coulure issue de l’alliage d’apport ne s’étende, en confinant l’alliage d’apport du côté du contour d’arrêt où il est déposé.It is known to implement a brazing process for assembling at least two metal parts. Such a method comprises the following steps. During a first step, at least one stop contour is produced. This stop contour is advantageously closed, arranged on at least one of the parts, along the brazing joint, and is able to contain the flow of the filler alloy by preventing a flow of the filler alloy. Another anterior or posterior step brings the parts together in order to place them in the desired assembly position. This causes a solder joint to appear at the interface between the parts. During a subsequent step, a deposit of filler alloy is made at the level of the brazing joint. Next comes a brazing step proper, typically by passing it through the oven, advantageously under vacuum or under a protective atmosphere. The brazing, carried out during the passage in the furnace, makes it possible to melt the alloy of contribution. This makes it possible to carry out the brazing, the alloy of contribution, by cooling, solidifies and carries out the assembly between the parts. The melting of the filler alloy can also lead to a flood of filler alloy which can then flow. The stop contour, produced prior to brazing, makes it possible to prevent any run-out from the filler alloy from spreading, by confining the filler alloy to the side of the stop contour where it is deposited.

Il est connu pour réaliser un tel contour d’arrêt, de réaliser un encrage, au moyen d’une encre, avantageusement déposée par un feutre marqueur ou un pinceau. Cette approche est simple à mettre en place et fonctionne bien. Les principaux inconvénients de cette approche est que les encres proposées commercialement sont protégées par brevet, vendues très chères et contenant des solvants toxiques et polluants. Aussi il est recherché une solution alternative, économiquement et écologiquement, pour la réalisation d’un contour d’arrêt.It is known to produce such a stop contour, to produce an inking, by means of an ink, advantageously deposited by a marker pen or a brush. This approach is simple to set up and works well. The main disadvantages of this approach is that the inks offered commercially are protected by patents, sold at very high prices and contain toxic and polluting solvents. Also, an alternative solution, economically and ecologically, is sought for the realization of a stop contour.

Afin de réaliser un contour d’arrêt, l’invention propose de modifier la surface du matériau, de manière à ce que cette surface s’oppose aux flots d’alliage d’apport.In order to produce a stop contour, the invention proposes to modify the surface of the material, so that this surface opposes the flows of filler alloy.

Aussi, l’invention a pour objet un procédé de brasage pour l’assemblage d’au moins deux pièces métalliques, comprenant les étapes suivantes:
- réalisation d’au moins un contour d’arrêt, avantageusement fermé, sur au moins une des pièces, le long du joint de brasage, apte à empêcher un écoulement d’alliage d’apport,
- accostage des pièces,
- dépôt d’alliage d’apport sur le joint de brasage,
- brasage,
où le contour d’arrêt comprend une bande où l’état de surface du matériau est modifié.Also, the invention relates to a brazing process for assembling at least two metal parts, comprising the following steps:
- production of at least one stop contour, advantageously closed, on at least one of the parts, along the brazing joint, capable of preventing a flow of filler alloy,
- docking of parts,
- filler alloy deposit on the brazing joint,
- brazing,
where the stop contour comprises a band where the surface state of the material is modified.

Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- le brasage est réalisé par passage au four, avantageusement sous vide ou sous atmosphère protectrice,
- le contour d’arrêt présente une largeur d’au moins 100 µm, une profondeur d’au moins 10 µm et une rugosité Ra d’au moins 0,8 µm,
- le contour d’arrêt est réalisé par usinage laser, par rayurage, par usinage plasma ou par micro-percussion,
- l’usinage laser emploie un laser continu de puissance 150 W, avançant à 1 m/min et focalisé à 0 mm, ou de puissance 600 W, avançant à 0,3 m/min et focalisé à 20 mm,
- le brasage est du type brasage fort, réalisé avec un alliage d’apport et à une température supérieure à 450°C, préférentiellement supérieure à 1000°C,
- les pièces sont en matériau ferreux, préférentiellement de l’acier, encore préférentiellement de l’acier inoxydable.Particular characteristics or embodiments, which can be used alone or in combination, are:
- the brazing is carried out by passage in the oven, advantageously under vacuum or under a protective atmosphere,
- the stop contour has a width of at least 100 µm, a depth of at least 10 µm and a roughness Ra of at least 0.8 µm,
- the stop contour is produced by laser machining, by scribing, by plasma machining or by micro-percussion,
- laser machining uses a continuous laser with 150 W power, advancing at 1 m/min and focused at 0 mm, or 600 W power, advancing at 0.3 m/min and focused at 20 mm,
- the brazing is of the hard brazing type, made with a filler alloy and at a temperature above 450°C, preferably above 1000°C,
- the parts are made of ferrous material, preferably steel, more preferably stainless steel.

Dans un deuxième aspect, l’invention concerne une pièce réalisée par un tel procédé.In a second aspect, the invention relates to a part produced by such a process.

Dans un troisième aspect, l’invention concerne un échangeur thermique comprenant deux coupelles et au moins un tube les reliant, où l’assemblage dudit au moins un tube avec au moins une des coupelles est réalisé par un tel procédé.In a third aspect, the invention relates to a heat exchanger comprising two cups and at least one tube connecting them, where the assembly of said at least one tube with at least one of the cups is carried out by such a method.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :The invention will be better understood on reading the following description, given solely by way of example, and with reference to the appended figures in which:

montre, en vue perspective, un élément de radiateur, réalisé selon l’invention, shows, in perspective view, a radiator element, produced according to the invention,

montre, en vue de profil coupée, un détail de l’élément de radiateur de la figure précédente, shows, in cut side view, a detail of the radiator element of the previous figure,

montre, en vue perspective, un détail de la pièce de l’élément de radiateur des figures précédentes recevant le contour d’arrêt, shows, in perspective view, a detail of the part of the radiator element of the previous figures receiving the stop contour,

montre, en vue perspective, un profil de contour d’arrêt, fortement grossi, shows, in perspective view, a stop contour profile, greatly magnified,

montre, en vue de face un radiateur, shows, in front view, a radiator,

montre, en vue de profil coupée, une extrémité du radiateur de la Fig. 5, shows, in cut side view, one end of the radiator of FIG. 5,

montre, en vue perspective, le radiateur des Fig. 5 et 6. shows, in perspective view, the radiator of FIGS. 5 and 6.

L’invention concerne un procédé de brasage pour l’assemblage d’au moins deux pièces métalliques 1, 2. Afin d’illustration, la description est donnée pour un procédé appliqué à la réalisation d’un élément de radiateur. Tel qu’illustré aux figures 1-3, l’élément de radiateur est obtenu par assemblage d’un cadre 1 et d’une pluralité de tubes 2 oblongs. Le cadre 1 est percé de lumières 5 oblongues apte à chacune accueillir un tube 2.The invention relates to a brazing method for assembling at least two metal parts 1, 2. For the purpose of illustration, the description is given for a method applied to the production of a radiator element. As illustrated in Figures 1-3, the radiator element is obtained by assembling a frame 1 and a plurality of oblong tubes 2. The frame 1 is pierced with oblong slots 5 each able to accommodate a tube 2.

Lors d’une étape d’accostage, au moins un tube 2, avantageusement tous, est placé en contact du cadre 1, son extrémité engagée dans une lumière 5, dans la position finale où il est souhaité au final. La zone où un tube 2 est en regard du cadre 1 est dénommée joint de brasage 4. Dans cette zone joint de brasage 4 est déposée l’alliage d’apport. La disposition de pré-assemblage/accostage est maintenue par un outillage, non représenté, jusqu’à la fin du procédé. L’outillage peut être retiré lorsque le brasage est terminé et que la pâte à braser est refroidie.During a docking step, at least one tube 2, advantageously all of them, is placed in contact with the frame 1, its end engaged in a slot 5, in the final position where it is ultimately desired. The zone where a tube 2 faces the frame 1 is called the brazing joint 4. In this zone, the brazing joint 4 is deposited the filler alloy. The pre-assembly/docking arrangement is maintained by a tool, not shown, until the end of the process. Tooling can be removed when soldering is complete and the solder paste has cooled.

Il est souhaité empêcher, ou du moins limiter au maximum, les coulures issues de l’alliage d’apport, pouvant se produire lors de l’étape de brasage.It is desired to prevent, or at least limit as much as possible, drips from the filler alloy, which may occur during the brazing step.

Pour cela, selon une étape du procédé, il est réalisé au moins un contour d’arrêt 3. Ce contour d’arrêt 3 est avantageusement fermé, autour d’au moins une des pièces 1, 2, et le long du joint de brasage 4. Le contour d’arrêt 3 peut longer le joint de brasage 4 par l’intérieur ou par l’extérieur. Ainsi dans l’exemple illustré, le contour d’arrêt 3 entoure, collectivement, tous les tubes 2, protégeant ainsi le cadre 1 contre toute coulure d’alliage d’apport. Le contour d’arrêt 3 peut être réalisé à tout moment précédent l’étape de brasage. Il peut être réalisé avant ou après l’accostage, avant ou après le dépôt de l’alliage d’apport.For this, according to a step of the process, at least one stop contour 3 is produced. This stop contour 3 is advantageously closed, around at least one of the parts 1, 2, and along the brazing joint 4. The stop contour 3 can run along the solder joint 4 from the inside or from the outside. Thus in the example illustrated, the stop contour 3 surrounds, collectively, all the tubes 2, thus protecting the frame 1 against any dripping of filler alloy. The stop contour 3 can be made at any time before the brazing step. It can be carried out before or after docking, before or after depositing the filler alloy.

Lors d’une étape de dépôt de l’alliage d’apport, l’alliage d’apport est mis en place dans la zone du joint de brasage 4, à l’interface entre les pièces, tube(s) 2 et cadre 1. L’alliage d’apport comprend typiquement une poudre de matériau métallique, constituant plus de 80%, et un liant, tel un polymère.During a step of depositing the filler alloy, the filler alloy is placed in the zone of the brazing joint 4, at the interface between the parts, tube(s) 2 and frame 1 The filler alloy typically comprises a powder of metallic material, constituting more than 80%, and a binder, such as a polymer.

Au cours d’une autre étape, il est procédé au brasage, comprenant essentiellement un chauffage, typiquement par passage au four, avantageusement sous vide ou sous atmosphère protectrice. Le vide est typiquement un vide d’au moins 10-5 bars. L’atmosphère protectrice peut être une atmosphère d’Argon. Le brasage chauffe l’alliage d’apport de manière à fondre la poudre métallique et à évaporer le liant. La poudre métallique fondue issue de l’alliage d’apport occupe alors intimement le joint de brasage 4. Lors d’un refroidissement successif, la poudre métallique fondue durcit et assure l’assemblage des pièces 1, 2, ici les tubes 2 et le cadre 1.During another step, brazing is carried out, essentially comprising heating, typically by passing through an oven, advantageously under vacuum or under a protective atmosphere. The vacuum is typically a vacuum of at least 10-5 bar. The protective atmosphere can be an Argon atmosphere. Brazing heats the filler alloy to melt the metal powder and evaporate the binder. The molten metal powder from the filler alloy then intimately occupies the brazing joint 4. During successive cooling, the molten metal powder hardens and ensures the assembly of the parts 1, 2, here the tubes 2 and the frame 1.

Selon une caractéristique de l’invention, le contour d’arrêt 3 comprend une bande où l’état de surface du matériau est modifié. Cette bande est avantageusement continue, selon un contour fermé et elle entoure avantageusement au moins une des pièces 1, 2, de manière à entourer le joint de brasage 4. Selon la conformation de l’assemblage au moins un deuxième contour d’arrêt 3 peut être réalisé, sur la même pièce, par exemple le cadre 1 et/ou sur l’autre pièce, par exemple un tube 2.According to one characteristic of the invention, the stop contour 3 comprises a strip where the surface condition of the material is modified. This band is advantageously continuous, along a closed contour and it advantageously surrounds at least one of the parts 1, 2, so as to surround the solder joint 4. Depending on the conformation of the assembly, at least one second stop contour 3 can be made, on the same part, for example the frame 1 and/or on the other part, for example a tube 2.

Ainsi là où l’art antérieur propose une approche chimique avec une encre apte à arrêter une coulure sur une surface encrée, l’invention propose une approche physique avec un état de surface apte à arrêter une coulure sur une surface modifiée, principalement par augmentation de la rugosité et dégradation/perturbation de l’état de surface.Thus, where the prior art proposes a chemical approach with an ink able to stop running on an inked surface, the invention proposes a physical approach with a surface condition able to stop running on a modified surface, mainly by increasing roughness and degradation/disturbance of the surface condition.

Selon une caractéristique préférentielle, plus particulièrement illustrée à la figure 4, le contour d’arrêt 3 présente une largeur L au moins égale à 100 µm, typiquement comprise entre 100 et 300 µm, une profondeur P au moins égale à 10 µm, typiquement comprise entre 10 et 30 µm et une rugosité Ra au moins égale à 0,8 µm, typiquement comprise entre 0,8 et 1 µm. De telles dimensions permettent avantageusement de contenir une éventuelle coulure issue d’une quantité d’alliage d’apport habituellement déposée en vue de réaliser un brasage ou du moins d’empêcher le franchissement du contour d’arrêt 3 par une éventuelle coulure.According to a preferred characteristic, more particularly illustrated in FIG. 4, the stop contour 3 has a width L at least equal to 100 μm, typically comprised between 100 and 300 μm, a depth P at least equal to 10 μm, typically comprised between 10 and 30 μm and a roughness Ra at least equal to 0.8 μm, typically between 0.8 and 1 μm. Such dimensions advantageously make it possible to contain any run-out resulting from a quantity of filler alloy usually deposited with a view to carrying out brazing or at least to prevent the crossing of the stop contour 3 by a possible run-out.

Un contour d’arrêt 3 peut être réalisé par toute technique de mise en œuvre. Notamment pour obtenir les caractéristiques dimensionnelles précédemment indiquées, il est possible d’utiliser les techniques d’usinage laser, de rayurage, d’usinage plasma ou encore de micro-percussion.A stop contour 3 can be produced by any implementation technique. In particular, to obtain the dimensional characteristics indicated above, it is possible to use laser machining, scribing, plasma machining or micro-percussion techniques.

L’usinage laser est la technique préférée en ce qu’elle permet aisément de réaliser notamment les caractéristiques dimensionnelles précédentes et en ce qu’elle présente une grande facilité et une souplesse de mise en œuvre, à toute étape du procédé, préalable au brasage. Le contour d’arrêt peut être réalisé par usinage laser y compris après l’étape d’accostage et/ou après l’étape de dépôt de l’alliage d’apport.Laser machining is the preferred technique in that it makes it easy to achieve the above dimensional characteristics in particular and in that it is very easy and flexible to implement, at any stage of the process, prior to brazing. The stop contour can be produced by laser machining, including after the docking step and/or after the filler alloy deposition step.

Les caractéristiques dimensionnelles précédentes sont, par exemple, obtenues, dans une pièce 1, 2 en acier inoxydable, au moyen d’un laser continu présentant une puissance de 150 W, une vitesse d’avance de 1 m/min et une focalisation de 0 mm. Alternativement, elles peuvent être obtenues au moyen d’un laser présentant une puissance de 600 W, une vitesse d’avance de 0,3 m/min et une focalisation de 20 mm.The above dimensional characteristics are, for example, obtained, in a stainless steel part 1, 2, by means of a continuous laser having a power of 150 W, a feed rate of 1 m/min and a focusing of 0 mm. Alternatively, they can be obtained using a laser with a power of 600 W, a feed rate of 0.3 m/min and a focus of 20 mm.

L’invention concerne plus particulièrement un brasage de type brasage fort, soit un brasage réalisé avec un alliage d’apport et nécessitant une température de chauffage supérieure à 450°C, préférentiellement supérieure à 1000°C.The invention relates more particularly to a brazing of the hard brazing type, i.e. a brazing produced with a filler alloy and requiring a heating temperature greater than 450°C, preferably greater than 1000°C.

Le procédé est plus particulièrement applicable à des pièces 1, 2 en matériau ferreux, préférentiellement de l’acier, encore préférentiellement de l’acier inoxydable, tel de l’acier inoxydable 316L.The process is more particularly applicable to parts 1, 2 made of ferrous material, preferably steel, even more preferably stainless steel, such as 316L stainless steel.

L’invention concerne encore toute pièce réalisée par un procédé selon l’un quelconque des modes de réalisation ou caractéristiques précédents.The invention also relates to any part produced by a process according to any one of the preceding embodiments or characteristics.

L’invention concerne encore un échangeur thermique comprenant deux coupelles et au moins un tube les reliant, où l’assemblage dudit au moins un tube avec au moins une des coupelles est réalisé par un tel procédé.The invention also relates to a heat exchanger comprising two cups and at least one tube connecting them, where the assembly of said at least one tube with at least one of the cups is carried out by such a method.

Tel qu’illustré aux figures 5-7 un tel échangeur comprend deux coupelles 10 extrémales. Ces coupelles 10 sont percées de lumières allongées aptes à accueillir les extrémités de même forme de tubes 2, ici au nombre de cinq. Ainsi, à chaque extrémité des tubes est disposée une coupelle 10. Un corps relie encore les deux coupelles 10. Les extrémités des tubes 2 sont assemblées à chacune des coupelles 10 par des plans de joint 4. Les coupelles 10 sont assemblées au corps 12 par un plan de joint 14. Les plans de joint 4 sont protégés par un premier contour 3 qui les entoure globalement. Le plan de joint 14 est protégé par un deuxième contour 13 disposé inscrit dans le plan de joint 14. Ainsi le procédé de l’invention est appliqué deux fois au brasage de réalisation du radiateur.As illustrated in Figures 5-7, such an exchanger comprises two end cups 10 . These cups 10 are pierced with elongated openings able to accommodate the ends of the same shape of tubes 2, here five in number. Thus, at each end of the tubes is arranged a cup 10. A body further connects the two cups 10. The ends of the tubes 2 are assembled to each of the cups 10 by joint planes 4. The cups 10 are assembled to the body 12 by a joint plane 14. The joint planes 4 are protected by a first contour 3 which generally surrounds them. The joint plane 14 is protected by a second contour 13 arranged inscribed in the joint plane 14. Thus the process of the invention is applied twice to the brazing for the production of the radiator.

L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.The invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description. This must be considered as illustrative and given by way of example and not as limiting the invention to this description alone. Many variant embodiments are possible.

1: première pièce, cadre,1: first piece, frame,

2: deuxième pièce, tube,2: second piece, tube,

3: contour d’arrêt,3: stop contour,

4: joint de brasage,4: solder joint,

5: lumière,5: light,

10: coupelle,10: cup,

12: corps,12: body,

13: deuxième contour d’arrêt,13: second stop contour,

14: deuxième joint de brasage,14: second solder joint,

L: largeur du contour d’arrêt,L: width of the stop contour,

P: profondeur du contour d’arrêtP: stop contour depth

Claims

Brazing method for joining at least two metal parts (1, 2), comprising the following steps:
- production of at least one stop contour (3), advantageously closed, on at least one of the parts (1, 2), along the solder joint (4), capable of preventing a flow of alloy from bring,
- docking of the parts (1, 2),
- filler alloy deposit on the brazing joint (4),
- brazing,
characterized in that the stop contour (3) comprises a strip where the surface condition of the material is modified.

Process according to the preceding claim, in which the brazing is carried out by passing it through an oven, advantageously under vacuum or under a protective atmosphere.

Method according to one of the preceding claims, in which the stop contour (3) has a width (L) of at least 100 µm, a depth (P) of at least 10 µm and a roughness Ra of at least less than 0.8 µm.

Method according to any one of the preceding claims, in which the stop contour (3) is produced by laser machining, scoring, plasma machining or micro-percussion.

Process according to the preceding claim, in which the laser machining employs a continuous laser with a power of 150 W, advancing at 1 m/min and focused at 0 mm, or a power of 600 W, advancing at 0.3 m/min and focused at 20 mm .

Process according to any one of the preceding claims, in which the brazing is of the hard brazing type, carried out with a filler alloy and at a temperature above 450°C, preferably above 1000°C.

Method according to any one of the preceding claims, in which the parts (1, 2) are made of ferrous material, preferably steel, more preferably stainless steel.

Part produced by a process according to any one of the preceding claims.

Heat exchanger comprising two cups (10) and at least one tube (2) connecting them, characterized in that the assembly of said at least one tube (2) with at least one of the cups (10) is carried out by a method according to any of claims 1 to 7.