Brasage

Assembler de pièces métalliques par la brasure

Il existe plusieurs techniques pour assembler des pièces métalliques entre elles. En fonction de la nature même de ces pièces, de la tenue mécanique souhaitée, des températures extrêmes de fonctionnement, de la conductivité thermique ou électrique désirée, on peut avoir recours à différentes techniques. On parle de brasage lorsqu’on procède à l’assemblage par capillarité de 2 pièces métalliques dont la température de fusion du métal d’apport est inférieure à celle des pièces à assembler. Le soudo-brasage est une technique d’assemblage de proche en proche avec également un métal d’apport dont la température de fusion est inférieure à celle des pièces à assembler. Enfin, on parle de soudage dans le cas d’un assemblage homogène ou hétérogène de pièces métalliques dont les métaux supports participent au bain de fusion. Le tableau ci-dessous reprend les principales caractéristiques des méthodes décrites précédemment.
L’apport d’un flux décapant est absolument nécessaire sauf pour le soudage électrique (autogène). Ce flux peut être présent avec le métal d’apport (fils ou baguettes enrobés ou fourrés) ou dans un conditionnement séparé (poudre, gel ou liquide). Le choix du flux dépend généralement de la température de fusion du métal d’apport et de la nature des pièces à assembler (type d’alliage et état de surface).
Vous trouverez dans nos fiches produits brasage tendre toute notre gamme de soudure à l’étain sous forme de fils et de barres. Ici, nous traiterons du brasage fort Cuivre/Phosphore et Cuivre/Zinc/Argent, du soudo-brasage par baguette laiton et de la soudure à l’arc électrique.

Le tableau ci-dessous reprend les principales caractéristiques des méthodes décrites précédemment :

Exemples d’applications utilisant des brasures ou du soudage à l’arc dans la tôlerie chaudronnerie, la construction navale et les échangeurs thermiques

Métal d’apportMétaux à assemblerT° à atteindreOutilsRemarques
Brasage tendreAlliages à base d’étainPresque tous200 – 450 °CFer à souder, Chalumeau monogazFlux décapant obligatoire, intégré (fil décapant) ou externe (liquide, gel ou crème)
Brasage fortAlliages à base de cuivre, argent, zincSauf zinc, plomb et étain600 – 850 °CChalumeau monogaz ou bi-gazFlux décapant obligatoire, intégré (phosphore ou enrobage) ou externe (poudre, gel ou crème)
Soudo-Brasage fortLaitonAcier, acier inox, fontes, cuivre850 – 920°CChalumeau bi-gazFlux décapant obligatoire, intégré (fourrage ou enrobage) ou externe (poudre, gel ou crème)
SoudageAdapté aux pièces à assemblerTous métaux supportant une température élevée1500 – 2000°CPoste électrique ou flammeNécessité d’avoir des pièces propres, le décapant est utilisé après le soudage pour préparer les traitements ultérieurs

Brasage fort

La principale différence entre le brasage tendre et le brasage fort réside dans la température de fusion du métal d’apport. Alors que les alliages de brasage tendre fondent à des températures moyennes de 180 à 250°C, les alliages de brasure forte fondent à 600-700°C. D’un point de vue normatif, on parle de brasage tendre en deçà de 450°C et de brasage fort au-delà de cette température. Cette différenciation amène deux conséquences importantes, d’une part l’outil qui va apporter la source de chaleur sera généralement différent et d’autre part, les pièces à braser devront, dans le cas du brasage fort, avoir un point de fusion supérieur au liquidus du métal d’apport. Le point commun demeure le principe de dépose de la brasure qui, sous l’effet de la source de chaleur, se répand par capillarité entre les pièces à assembler. Ces deux techniques sont surtout utilisées dans les assemblages de pièces
à jeu faible (0,05 à 0,2 mm) qui doivent supporter un effort au cisaillement trop important pour une brasure tendre. Les conduites de fluides sont généralement assemblées avec l’une ou l’autre de ces deux techniques.
Il existe deux grandes familles de brasures fortes. La première regroupe les alliages à base Cuivre/Phosphore (avec 2 à 15 % d’argent pour plus de fluidité et tenue des caractéristiques mécaniques à basse température) qui ont la particularité de ne pas nécessiter de décapant externe puisque le Phosphore possède des propriétés autodécapantes sur le Cuivre. Attention, dans le cas où l’on assemble des pièces en alliage de cuivre, un décapant externe ou un enrobage de la baguette est nécessaire. La seconde famille comprend les brasures à base d’Argent, majoritairement 40%. Le tableau suivant récapitule les différents types de brasure forte :

 Alliage brasure forteMétaux à assembler
Remarques
Cuivre/PhosphoreCuivre pur ou de plomberieLe phosphore joue le rôle de décapant. Pas besoin de décapant externe
Cuivre/PhosphoreAlliages cuivreux (laiton)Nécessité d’utiliser un décapant externe
Cuivre/Phosphore/ArgentCuivre et alliagesNécessite un décapant externe, plus fluide grâce à la présence d’argent qui préserve également les caractéristiques mécaniques à basse température
Argent 40%Métaux cuivreux, AciersNécessite un décapant externe, plus fluide et point de fusion inférieur grâce à la forte teneur en argent qui préserve également les caractéristiques mécaniques à basse température

Mode d’emploi

Avant tout brasage, il est impératif d’éliminer les couches oxydées ou comportant des impuretés telles que traces d’oxydation (rouille, calamine, vert de gris,…). Ceci peut être réalisé par procédé mécanique (brosse métallique, toile émeri, meuleuse, lime,…) et/ou par procédé chimique. Les couches épaisses de graisse ou d’huile sont à essuyer ou à éliminer avec des solvants (par ex. acétone) sur les pièces sensibles. Attention, l’emploi du trichloréthylène est à proscrire car il dégage un gaz mortel, le phosgène, lorsqu’il est chauffé. Afin de maintenir les pièces  à assembler dans la bonne position jusqu’à la solidification du métal d’apport, il est nécessaire de les fixer, en réglant entre elles une fente de brasage étroite, si possible entre 0,05 et 0,2 mm.
Si le flux est contenu dans l’enrobage ou si le métal d’apport est auto-décapant (alliage Cuivre-Phosphore pour braser du cuivre) on peut directement procéder à l’étape de brasage décrite ci-dessous. Sinon, appliquer le décapant externe en prenant garde de ne pas le mettre en contact avec la peau, en particulier en cas de blessures cutanées.
Afin que le métal d’apport puisse remplir la fente, les pièces à assembler doivent être chauffées à la température de travail du métal d’apport (environ 20 à 30% au delà de la température de liquidus). Dès que le flux s’est répandu de manière homogène et que la température de travail du métal d’apport est atteinte, appliquer ce dernier dans la fente de brasage. Le métal d’apport remplit la fente étroite et se répand dans l’espace entre les pièces à assembler par capillarité (la capillarité est inversement proportionnelle à la distance entre les pièces). La température de travail du métal d’apport doit être atteinte en 3 minutes maximum afin de ne pas brûler le flux, surchauffer le joint ou endommager le métal d’apport et les pièces.
Lorsque le métal d’apport a totalement rempli la fente de brasage, laisser refroidir la  pièce dans son support de fixation jusqu’à ce que l’alliage soit solidifié. Dès lors il est possible de dégager la pièce de sa fixation. Afin d’éviter la corrosion, il faut éliminer les résidus de flux après le brasage à l’aide d’une brosse ou d’un morceau de toile émeri.

Applications

La forte résistance mécanique de la brasure forte (40 à 50 kg/mm²) par rapport à la brasure tendre (5 kg/mm²) et sa relative simplicité de mise en œuvre lui ouvrent un champ d’application très large. Les principaux domaines d’applications sont, d’une part, dans le bâtiment pour l’assemblage des conduites d’eau ou de gaz, et d’autre part, dans l’industrie pour la fabrication ou la réparation de pièces dans les domaines tels que la chaudronnerie, la tôlerie, la serrurerie et la menuiserie métallique. Attention, seules les brasures certifiées “ATG” doivent être utilisées pour le brasage des conduites de gaz. On peut également l’utiliser dans les milieux industriels tels que chaudronnerie, tôlerie, serrurerie ou charpente. Plus résistante que la brasure tendre, la brasure forte agit par capillarité et de ce fait n’est pas adaptée à des assemblages à joint épais. Dans ce dernier cas, on peut utiliser un alliage de soudo-brasure, particulièrement résistant aux contraintes sévères.

 

Soudo-brasage

Le soudo-brasage n’agit pas par capillarité mais par accrochage pelliculaire de proche en proche. Il faut donc porter le métal à assembler à une température légèrement inférieure à sa température de fusion. Il est préconisé dans l’assemblage de pièces avec un joint en “V” ou un joint de forte largeur (> 0,5mm). Contrairement à la brasure dont le métal d’apport se répand entre (ou contre) les pièces à assembler, la soudo-brasure assure une fixation “de proche en proche” très solide mais nécessitant des  zones d’accrochage plus importantes. La soudo-brasure assure une très bonne tenue mécanique mais ne doit pas être utilisée pour assurer un assemblage étanche contrairement à la brasure forte ou tendre dont la  fluidité assure une étanchéité parfaite.

Mode d’emploi

La mise en oeuvre de la soudo-brasure est en tout point similaire à la mise en œuvre de la brasure forte. La seule différence est liée à la nature des pièces à assembler, à la forme du joint à réaliser et à la température de fusion nécessaire. Le comportement du métal d’apport, moins fluide est également différent, voire surprenant pour les personnes spécialisées dans le brasage tendre ou fort.

Applications

Les domaines d’application de la soudo-brasure sont en tous points identiques aux applications visées par la brasure forte. Cependant, la température de fusion plus importante et la solidité supplémentaire lui permettent de braser une plus large gamme de matériaux généralement demandeurs d’assemblages très résistants tels que les Fontes et les Aciers spéciaux.

 

Flux décapants

Toutes les techniques d’assemblage décrites ci-dessus font appel à un flux décapant qui, dans le cas de la soudure hétérogène (utilisation d’un métal d’apport) sert à préparer les pièces alors que dans le cas de la soudure autogène, il sert à nettoyer les cordons de soudure en éliminant les oxydes et la calamine. Dans le premier cas, l’action principale du décapant sera de diminuer les tensions superficielles pour un meilleur mouillage du métal d’apport, puis de réduire les résidus d’oxyde présents sur la pièce.
Dans le cas de la brasure forte et de la soudo-brasure, le décapant peut être intégré (baguettes enrobées ou éventuellement fourrées) ou externe. Lorsqu’il est intégré, son utilisation est transparente et ne requiert aucune mise en œuvre particulière. Lorsque le décapant est externe, s’il se présente sous forme liquide ou crème, il doit être appliqué au moyen d’un pinceau sur la pièce froide. S’il se présente sous forme de poudre, on trempe la baguette dans le pot afin de la revêtir du produit (on peut chauffer légèrement la baguette pour une meilleure accroche de la poudre). La plupart des flux sont légèrement corrosifs et ne doivent pas entrer en contact avec la peau, en particulier en cas de blessures cutanées. La première action du décapant sera d’assurer un nettoyage préliminaire afin de dissoudre les résidus d’oxyde présents sur la pièce.

 

Electrodes de soudage

Les électrodes sont utilisées pour le soudage électrique autogène dit “à l’Arc”. Elles sont composées d’une âme métallique et d’un enrobage. Elles permettent un assemblage d’une solidité équivalente à celle des métaux d’origine. Certaines électrodes permettent également de  compenser l’usure par rechargement de la zone usée ou, à titre préventif, de prévenir l’usure des zones sensibles. En effet, la soudure autogène consiste à mettre en fusion le métal des pièces à souder et à les assembler avec un métal d’apport mis en fusion lors du soudage. Pour obtenir ce type de réaction, il faut disposer d’un poste à souder qui est un générateur électrique permettant de  faire passer un courant d’une telle intensité que la température  au bout de l’électrode atteint immédiatement la température de fusion souhaitée lorsque celle-ci crée un arc avec la pièce à souder.
En fonction des matériaux à assembler, on trouve des électrodes à âme acier, inox ou fonte. L’enrobage peut être de type basique, cellulosique ou rutile en fonction de l’application. A la fin de l’opération de soudage, l’enrobage crée une enveloppe autour du cordon de soudure appelée “laitier”. Celui-ci doit être éliminé à la brosse ou au marteau à piquer.

Mode d’emploi

Nettoyer soigneusement les pièces à souder à l’aide d’une brosse métallique et, au besoin avec un dégraissant. Positionner ensuite les pièces de manière à ce qu’elles ne puissent pas bouger lors du soudage (l’élévation de température provoque de fortes contraintes qui s’opposent au positionnement initial).
Placer l’ensemble sur un support ininflammable et fixer la pince de masse sur les pièces à souder. Fixer l’électrode dans le porte électrodes du poste à souder. Allumer le poste à souder en réglant l’intensité en fonction du type d’électrode utilisée. Pour amorcer l’arc, frotter la pointe de l’électrode sur la pièce pour créer des étincelles. Éloigner ensuite l’électrode de 2 ou 3 mm pour créer l’arc et commencer à souder. Déplacer ensuite régulièrement l’électrode au dessus de la zone à souder pour réaliser un cordon de soudure. Après soudure, laisser refroidir puis éliminer la laitier à la brosse ou au marteau à piquer. Attention à porter un masque adapté dès que l’arc électrique apparaît.

Applications

Assemblage de toutes pièces en acier, acier inoxydable, nickel, fontes, alliages cuivreux, aluminium, bronze… D’une manière générale, tous les alliages métalliques peuvent être assemblés en soudage à l’arc. Il faut cependant que la nature des électrodes soit compatible avec les métaux de base.
Les applications principales sont concentrées dans les domaines suivants : chaudronnerie, tôlerie, serrurerie, charpentes métalliques, matériaux agricoles, maintenance, chantiers navals, tuyauterie, chaudières, chimie, pétrochimie, échangeurs thermiques, cuves alimentaires, bardages,… L’emploi des électrodes peut intervenir dans la production, la maintenance et le rechargement.