Brasage de l'acier au carbone et de l'acier faiblement allié

1. Matériau de brasage

 (1)Le brasage de l'acier au carbone et des aciers faiblement alliés comprend le brasage tendre et le brasage dur. La brasure la plus couramment utilisée en brasage tendre est la brasure étain-plomb. L'adhérence de cette brasure à l'acier augmente avec la teneur en étain ; il convient donc d'utiliser une brasure à haute teneur en étain pour l'étanchéité des joints. Une couche de composé intermétallique FeSn₂ peut se former à l'interface étain-acier dans la brasure étain-plomb. Afin d'éviter la formation de ce composé, la température et la durée de brasage doivent être rigoureusement contrôlées. Le tableau 1 présente la résistance au cisaillement des joints en acier au carbone brasés avec différentes brasures étain-plomb. Parmi celles-ci, la résistance des joints brasés avec 50 % en poids de FeSn₂ est la plus élevée, et la résistance des joints soudés avec une brasure sans antimoine est supérieure à celle des joints soudés avec antimoine.

Tableau 1 : résistance au cisaillement des joints en acier au carbone brasés à l’étain-plomb

Lors du brasage de l'acier au carbone et de l'acier faiblement allié, on utilise principalement du cuivre pur, du cuivre-zinc et du cuivre-zinc argenté comme métaux d'apport. Le cuivre pur, de par son point de fusion élevé, oxyde facilement le métal de base pendant le brasage. Il est principalement utilisé pour le brasage sous protection gazeuse et le brasage sous vide. Toutefois, il convient de noter que l'écart entre les joints brasés doit être inférieur à 0,05 mm afin d'éviter les problèmes de remplissage incomplet dus à la bonne fluidité du cuivre. Les joints en acier au carbone et en acier faiblement allié brasés au cuivre pur présentent une résistance élevée. Généralement, la résistance au cisaillement se situe entre 150 et 215 MPa, tandis que la résistance à la traction est comprise entre 170 et 340 MPa.

Comparé au cuivre pur, le point de fusion de la brasure cuivre-zinc diminue en raison de l'ajout de zinc. Afin d'éviter l'évaporation du zinc pendant le brasage, il est possible d'ajouter une petite quantité de silicium à la brasure cuivre-zinc. Par ailleurs, des méthodes de chauffage rapide, telles que le brasage à la flamme, le brasage par induction et le brasage par immersion, sont nécessaires. Les joints en acier au carbone et en acier faiblement allié brasés avec un métal d'apport cuivre-zinc présentent une bonne résistance et une bonne plasticité. Par exemple, la résistance à la traction et la résistance au cisaillement des joints en acier au carbone brasés avec la brasure b-cu62zn atteignent respectivement 420 MPa et 290 MPa. Le point de fusion de la brasure argent-cuivre est inférieur à celui de la brasure cuivre-zinc, ce qui facilite le soudage à l'aiguille. Ce métal d'apport convient au brasage à la flamme, au brasage par induction et au brasage au four de l'acier au carbone et de l'acier faiblement allié. Toutefois, lors du brasage au four, la teneur en zinc doit être réduite au minimum et la vitesse de chauffage augmentée. Le brasage de l'acier au carbone et de l'acier faiblement allié avec un métal d'apport argent-cuivre-zinc permet d'obtenir des joints présentant une bonne résistance et une bonne plasticité. Les données spécifiques sont présentées dans le tableau 2.

Tableau 2 : résistance des joints en acier à faible teneur en carbone brasés avec de la soudure argent-cuivre-zinc

(2) Flux : un flux ou un gaz de protection doit être utilisé pour le brasage de l’acier au carbone et des aciers faiblement alliés. Le choix du flux dépend généralement du métal d’apport et du procédé de brasage. Lors de l’utilisation de soudure étain-plomb, un mélange liquide de chlorure de zinc et de chlorure d’ammonium, ou un autre flux spécifique, peut servir de flux. Les résidus de ce flux sont généralement très corrosifs ; le joint doit donc être soigneusement nettoyé après brasage.

Lors du brasage avec un métal d'apport cuivre-zinc, il convient de sélectionner le flux fb301 ou fb302, c'est-à-dire du borax ou un mélange de borax et d'acide borique ; en brasage à la flamme, un mélange de borate de méthyle et d'acide formique peut également être utilisé comme flux de brasage, dans lequel la vapeur de B2O3 joue le rôle d'élimination du film.

Lorsqu'on utilise un métal d'apport pour le brasage argent-cuivre-zinc, on peut choisir les flux de brasage fb102, fb103 et fb104, c'est-à-dire un mélange de borax, d'acide borique et de fluorures. Les résidus de ce flux sont corrosifs et doivent être éliminés après le brasage.

2. Technologie de brasage

La surface à souder doit être nettoyée par des procédés mécaniques ou chimiques afin d'éliminer complètement la couche d'oxyde et les matières organiques. La surface nettoyée ne doit pas être trop rugueuse et ne doit pas présenter de limaille ni d'autres impuretés.

L'acier au carbone et l'acier faiblement allié peuvent être brasés par diverses méthodes de brasage courantes. Lors du brasage à la flamme, il convient d'utiliser une flamme neutre ou légèrement réductrice. Pendant l'opération, il est essentiel d'éviter autant que possible le chauffage direct du métal d'apport et du flux par la flamme. Les méthodes de chauffage rapide, telles que le brasage par induction et le brasage par immersion, sont particulièrement adaptées au brasage des aciers trempés et revenus. Par ailleurs, il est important de choisir une température de trempe ou de brasage inférieure à celle du revenu afin d'éviter le ramollissement du métal de base. Lors du brasage d'aciers faiblement alliés à haute résistance sous atmosphère protectrice, un gaz de haute pureté est indispensable, ainsi que l'utilisation d'un flux gazeux pour assurer le mouillage et l'étalement du métal d'apport sur la surface du métal de base.

Les résidus de flux peuvent être éliminés par des méthodes chimiques ou mécaniques. Les résidus de flux de brasage organique peuvent être essuyés ou nettoyés avec de l'essence, de l'alcool, de l'acétone ou d'autres solvants organiques. Les résidus de flux fortement corrosifs, tels que le chlorure de zinc et le chlorure d'ammonium, doivent d'abord être neutralisés dans une solution aqueuse de NaOH, puis nettoyés à l'eau chaude et froide. Les résidus d'acide borique et de flux d'acide borique sont difficiles à éliminer et ne peuvent être traités que par des méthodes mécaniques ou par une immersion prolongée dans de l'eau chaude.