Introduction au brasage sous vide de l'aluminium

Soudage

Le soudage va un peu plus loin dans l'assemblage des métaux. Au lieu de chauffer uniquement le métal d'apport, la soudure chauffe également les deux pièces métalliques à assembler de manière à ce que les deux métaux fusionnent. Vous avez peut-être déjà vu un soudeur à l'œuvre dans un atelier de carrosserie. Un accident de voiture peut déformer une pièce de métal qui doit être enlevée et remplacée. Le technicien de l'atelier de carrosserie peut alors utiliser un chalumeau à acétylène pour couper la pièce endommagée et la remplacer par une nouvelle pièce, coupée pour correspondre à l'originale et soudée en place.

Le soudage de deux métaux crée un lien solide, car les métaux des deux parties à la jonction ont fusionné. La structure cristalline des deux pièces distinctes s'est mélangée et peut agir comme si elles avaient toujours fait partie de la même structure. Pour que les conditions de soudage soient optimales, il faut que les deux pièces à souder aient une structure cristalline initiale similaire, ce qui signifie généralement qu'elles sont fabriquées à partir du même alliage métallique ou d'un alliage assez similaire.

AVERTISSEMENT : Ne regardez jamais directement une étincelle de soudage. La température au point de soudure peut dépasser largement les 6 000 degrés Fahrenheit et l'étincelle peut être plus brillante que le soleil !

Le matériau de brasage peut avoir des qualités similaires à celles du matériau d'origine, mais il est allié de manière à donner au matériau d'apport un point de fusion légèrement inférieur. Pour s'assurer que le matériau d'apport fond sans modifier la structure du matériau d'origine, le processus de brasage nécessite un degré plus élevé d'uniformité thermique et de contrôle du processus. En exerçant ces contrôles, le matériau d'apport peut agir de manière prévisible, en utilisant l'action capillaire pour remplir les joints ou les vides de manière suffisamment uniforme pour créer des liaisons solides et étanches.

Le brasage tend à laisser des joints propres et attrayants qui ne nécessitent généralement pas de traitement supplémentaire important. Une fois les pièces brasées, aucun autre traitement thermique n'est nécessaire pour restaurer les qualités métalliques d'origine de la pièce, car seul le matériau de brasage a été chauffé jusqu'au point de transformation en liquide - l'intégrité du métal dans les pièces d'origine n'a pas été affectée.

Les pièces brasées présentent un ménisque incurvé au niveau du joint, dont l'aspect rappelle souvent celui d'un cordon de calfeutrage frais autour d'une baignoire. Ce ménisque ajoute de la stabilité à la pièce, réduisant les concentrations de contraintes et améliorant les propriétés de fatigue au niveau du joint.

Pourquoi le brasage d'aluminium ?

Bien que de nombreux métaux différents puissent être utilisés pour braser des pièces (le cuivre, l'argent, le laiton et l'alliage de nickel sont des matériaux de brasage populaires), l'aluminium est un matériau léger mais solide qui peut se lier à une grande variété d'autres alliages métalliques.

Vous trouverez des pièces brasées en aluminium partout où il est nécessaire de transférer la chaleur d'un liquide à l'air ambiant dans un système liquide fermé. Il s'agit par exemple de radiateurs de voiture, de refroidisseurs intermédiaires, d'unités de climatisation ou d'évaporateurs. Les géométries complexes des tuyaux qui s'enroulent et se déroulent le long d'une trajectoire stricte avec une grande surface sont une situation idéale pour utiliser le brasage sous vide de l'aluminium afin de garantir une étanchéité complète dans les courbes et les vallées de la pièce.

Le brasage de l'aluminium sous vide est également intéressant pour les pièces qui exigent une grande propreté - composants aérospatiaux, appareils médicaux ou autres pièces de haute précision. Le nettoyage des pièces étant une étape nécessaire avant le processus de brasage, un processus sans atmosphère permettra probablement d'obtenir un produit fini propre et sans oxyde.

Pourquoi acheter un four de brasage sous vide dédié à l'aluminium ?

Le brasage de l'aluminium sous vide peut techniquement être réalisé dans pratiquement n'importe quel four sous vide doté d'une zone chaude métallique, mais ce n'est pas recommandé. Un four dédié au brasage d'aluminium sous vide, comme le four VAB d'Ipsen, possède des caractéristiques qu'un four sous vide standard n'a pas, et le processus est difficile pour un four d'une manière que beaucoup d'autres processus de traitement thermique ne sont pas.

Alors que la plupart des fours à vide d'Ipsen sont optimisés pour fonctionner à des températures comprises entre 540 °C et 1320 °C, le four VAB se concentre sur des opérations comprises entre 320 °C et 650 °C, là où se produit l'état liquide de la plupart des matériaux d'apport en aluminium.

Des contrôles supplémentaires par thermocouple garantissent que les températures dans l'ensemble de la chambre maintiennent une plage variable de 10 °C (50 °F) de l'avant à l'arrière et du haut au bas. Cette précision intense à basse température est nécessaire pour répondre aux normes rigoureuses d'industries telles que l'aérospatiale et l'aviation.

Lors du brasage de l'aluminium dans un four sous vide, l'un des principaux problèmes auxquels les opérateurs doivent faire face est l'accumulation d'oxyde de magnésium. Le magnésium est utilisé comme additif au matériau d'apport de l'aluminium, agissant comme un flux. Les alliages d'aluminium contenant du magnésium ont un point de fusion plus bas que l'aluminium pur ou d'autres alliages courants. Ensuite, lorsque le matériau de brasage chauffe, le magnésium libéré se vaporise et recherche les atomes d'oxygène restants dans le four sous vide, les éloignant ainsi du joint. Le magnésium attaque également l'oxyde d'aluminium présent à la surface de l'aluminium afin de garantir que le matériau de brasage restant adhère uniformément aux pièces.

Ces réactions chimiques se produisent lorsque le four atteint et dépasse 570 °C, créant un "magburst", c'est-à-dire un pic de dégazage. La conception optimale d'un four pour gérer ce pic de dégazage doit comporter un système de pompage suffisamment robuste pour maintenir un vide de 10^-4 à 10^-5 torr. Comme le four à vide continue de pomper les nouveaux gaz, le processus peut laisser des résidus de dégazage sur les parois de la zone chaude.

La manipulation des résidus d'oxyde de magnésium est délicate, car ces résidus ont une composition chimique similaire à celle d'une torche routière. La majeure partie du temps d'entretien d'un four sous vide destiné au brasage de l'aluminium sera consacrée au nettoyage de ces dépôts d'oxyde de magnésium. Le grattage des parois de la chambre et des écrans de la zone chaude doit être effectué avec un matériau de grattage non ferreux afin d'éviter de créer une étincelle qui enflammerait l'oxyde à combustion rapide. Si l'accumulation d'oxyde de magnésium est trop importante et difficile à gratter, il peut être nécessaire d'utiliser un cycle de combustion à l'air pour briser les amas d'oxyde de magnésium les plus importants. Une fois que la majorité des résidus a été éliminée, un cycle de combustion sous vide normal est nécessaire pour conditionner le four en vue d'une future production de brasage. Les pompes de diffusion doivent également être nettoyées régulièrement, conformément aux spécifications du fabricant.

Actuellement, Ipsen produit des fours VAB qui comprennent des plaques collectrices de magnésium. Cette innovation de conception aide les clients à réduire les temps d'arrêt pour maintenance et empêche l'accumulation de magnésium dans des zones telles que le passage de l'alimentation du four et les passages des thermocouples - des zones qui peuvent être difficiles à garder propres.

Voici quelques-unes des réactions chimiques qui se produisent au cours du processus de brasage de l'aluminium :
Mg + H2O → MgO + H2
Mg + O2 → 2 MgO
Mg + Al2O3 → MgO + Al
Mg + N2 → Mg3N2