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Concevoir un joint

Quel type de joint brasé devriez-vous concevoir ? Il existe plusieurs types de joints. Mais notre problème est simplifié par le fait qu'il n'y a que deux types de joints de base - bout à bout et par recouvrement. Les autres sont essentiellement des variantes de ces deux-ci. Voyons d'abord le joint bout à bout, tant pour les pièces plates que tubulaires.

Comme vous pouvez le voir, le joint bout à bout vous donne l'avantage d'une seule épaisseur de joint. La préparation de ce type de joint est généralement simple et il aura suffisamment de résistance à la traction pour un bon nombre d'utilisations. Toutefois, la résistance du joint bout à bout a des limites. Cela dépend, en partie, de la surface à braser et dans un joint bout à bout la zone de soudage ne peut pas être plus importante que la section transversale de l'élément le plus mince.

Maintenant, nous le comparons avec le joint par recouvrement, pour des pièces planes et tubulaires.

La première chose que vous remarquerez est que, pour une épaisseur donnée de métaux de base, la zone à braser du joint par recouvrement peut être supérieure à celle d'un joint bout à bout. Avec des zones plus grandes, les joints par recouvrement peuvent habituellement porter de plus grandes charges.

Le joint par recouvrement vous donne une double épaisseur au niveau du joint, mais dans de nombreux cas (raccords de plomberie, par exemple) cette double épaisseur n'est pas un problème. De plus, le joint par recouvrement est généralement autoportant au cours du processus de brasage. Poser un élément à plat sur l'autre est généralement suffisant pour maintenir un jeu de joint uniforme. Et, lors de joints tubulaires, enfoncer un tube dans l'autre les maintient dans l'alignement approprié pour le brasage. Cependant, supposons que vous vouliez un joint qui a les avantages des deux types; une seule épaisseur au niveau du joint avec une résistance mécanique à la traction maximale. Vous pouvez obtenir cette combinaison par la conception de joints semi-recouverts.

Il est vrai que le joint semi-recouvert représente généralement un peu plus de travail à préparer que les joints plats ou à recouvrement, mais le travail supplémentaire peut être payant. Vous vous retrouvez avec une seule épaisseur de joint avec une résistance maximale. Et le joint est généralement autoportant lors de l'assemblage par brasage.

Détermination de la longueur appropriée du recouvrement

De toute évidence, vous n'avez pas à calculer la surface à souder d'un joint bout à bout. Il s'agira de la section la plus mince de l'élément et c'est tout. Mais les joints de recouvrement sont souvent variables. Leur longueur peut être augmentée ou diminuée. Combien doit mesurer un joint de recouvrement? La règle d'or consiste à concevoir le joint de recouvrement trois fois plus long que l'épaisseur de l'élément le plus mince à joindre.

Un recouvrement plus large gaspillera du métal d'apport de brasage et utilisera plus de métaux de base que ce qui est vraiment nécessaire, sans donner une augmentation proportionnelle de la résistance du joint. Et un recouvrement plus court abaissera la résistance du joint. Pour la plupart des utilisations, vous pouvez être sûr du résultat en suivant la "règle de trois". Plus précisément, si vous connaissez les résistances de traction approximatives des éléments de base, la longueur du recouvrement nécessaire pour une résistance optimale du joint d'argent brasé se présente comme suit :

Tensile strength of weakest member
Lap length = factor x W
(W = thickness of weakest member)

35,000 psi - 241.3 MPa
2 x W
60,000 psi - 413.7 MPa
3 x W
100,000 psi - 689.5 MPa
5 x W
130,000 psi - 896.3 MPa
6 x W
175,000 psi - 1,206.6 MPa
8 x W
Note: ksi x 6.8948 = 1 MPa

Si vous avez un grand nombre de pièces identiques à braser, ou si la résistance du joint est critique, elle contribuera à déterminer la longueur du recouvrement plus exactement, de gagner en résistance maximale avec une utilisation minimale de matériaux de brasage. Les formules proposées ci-dessous vous aideront à calculer la longueur de recouvrement optimal pour les joints plats et tubulaires.

Déterminer la longueur du recouvrement d'un joint plat.

X = longueur du recouvrement

T = résistance à la traction de l'élément le plus faible

W = épaisseur de paroi de l'élément le plus faible

C = facteur d'intégrité des joints de 0,8

L = résistance au cisaillement du métal brasé

Voyons comment cette formule fonctionne, en utilisant un exemple.

Problème: Quelle est la longueur du recouvrement que vous devez utiliser pour assembler une feuille Monel recuite de1,27 mm avec un métal de résistance ,égale ou supérieure?

Solution:

C = 0,8

T = 70 000 psi (Feuille Monel recuite)

W = 0,050 po.

L = 25 000 psi (Résistance au cisaillement typique pour le brasage des métaux d'apport en argent)

X = (70 000 x 0,050) /(0,8 x 25 000) = 0,18 po. de longueur de recouvrement

Problème: Quelle est la longueur du recouvrement que vous devez utiliser pour assembler une feuille Monel recuite de 1,27 mm. avec un métal de résistance égale ou supérieure?

Solution:

C = 0,8

T = 482,63 MPa (Feuille Monel recuite)

W = 1,27 mm

L = 25 000 MPa (Résistance au cisaillement typique pour le brasage des métaux d'apport en argent)

X = (482,63 x 1,27) /(0,8 x 172,37)

X = 4,5 mm (longueur de recouvrement)

Déterminer la longueur du recouvrement d'un joint plat.

X = longueur du recouvrement

W = épaisseur de paroi de l'élément le plus faible

D = diamètre de recouvrement

T = résistance à la traction de l'élément le plus faible

C = facteur d'intégrité des joints de 0,8

L = résistance au cisaillement du métal brasé

Encore une fois, l'exemple servira à illustrer l'utilisation de cette formule.

Problème :Quelle est la longueur du recouvrement que vous devez utiliser pour assembler un tube en cuivre de 3 / 4 po. (épaisseur de la paroi 0,064») à un tube d'acier I.D. de 3 / 4 po. ?

Solution:

W = 064 po.

D = 0,750 po.

C = 0,8

T = 33 000 psi (cuivre recuit)

L = 25 000 psi (valeur typique)

X = (0,064 x (0,75 - 0,064) x 33 000)/(0,8 x0,75 x 25 000)

X = 097 mm (longueur de recouvrement)

Problème chiffré : Quelle est la longueur de recouvrement que vous devez utiliser pour assembler un tube de cuivre de diamètre extérieur19,05 mm (épaisseur de la paroi 1,626 mm] avec un tube d'acier de diamètre intérieur de 19,05 mm ?

Solution:

W = 1,626 mm

W = 19,05 mm

C = 0,8

T = 227,53 MPa (cuivre recuit)

L = 172,37 MPa (valeur typique)

X = (1,626 x (19,05 - 1,626) x 33 000)/(8 x19,05 x 25 000)

X = 2,45 mm (longueur de recouvrement)

Concevoir une répartition des contraintes

Lorsque vous créez un joint brasé, de toute évidence vous avez l'intention de fournir au moins un minimum de résistance pour une utilisation donnée. Mais pour certains joints, la résistance mécanique maximale doit être votre principale préoccupation. Vous pouvez aider à assurer ce degré de résistance en le concevant pour éviter les concentrations de contraintes qui affaiblissent le joint. Devise - répartir les contraintes Découvrez le point qui subit la plus grande contrainte. Ensuite en ce point, donnez de la flexibilité à l'élément le plus lourd ou ajoutez de la résistance à l'élément le plus faible Les illustrations ci-dessous suggèrent un certain nombre de façons de répartir les contraintes dans un joint brasé.

Pour résumer - lorsque vous concevez un joint pour une résistance maximale, utilisez un recouvrement ou une entaille (pour augmenter la zone de jonction) plutôt qu'un joint bout à bout, cette conception aide à éviter que les contraintes sur la pièce soient concentrées en un seul point. Il existe une autre technique pour augmenter la résistance d'un joint brasé, souvent efficace dans le brasage de petites parties assemblées . Vous pouvez créer un filet de répartition de contraintes, en utilisant simplement un peu plus de métal d'apport de brasage que vous le feriez normalement ou en utilisant un alliage plus "épais" à braser. Habituellement, vous ne voulez pas ou n'avez pas besoin d'un filet dans un joint brasé car il n'améliore pas matériellement la résistance du joint. Mais là où il contribue à la répartition de contraintes sur le joint, il est utile de créer le filet.

Conception en fonction des conditions de mise en service

Dans de nombreux joints brasés, la principale exigence est la résistance. Et nous avons discuté de divers moyens d'atteindre la bonne résistance des joints. Mais il y a souvent des exigences de service autres qui peuvent influer sur la conception du joint ou la sélection du métal d'apport. Par exemple, vous pourriez être amené à concevoir un assemblage brasé qui doit être électriquement conducteur. Un métal d'apport de brasage en argent, en raison de sa teneur en argent, a une petite tendance à augmenter la résistance électrique d'un joint brasé correctement .Mais vous pouvez continuer à assurer une résistance minimale grâce à un nettoyage très précis du joint, pour garder la couche de métal d'apport aussi mince que possible. En outre, si la résistance n'est pas une considération primordiale, vous pouvez réduire la longueur du recouvrement. Au lieu de l'habituelle "règle de trois", vous pouvez réduire la longueur du recouvrement à environ 1-1/2 fois la section de l'élément le plus mince. Si l'ensemble brasé doit être étanche aux gaz ou aux liquides, un joint d'étanchéité est un must, car il résiste à une pression plus forte qu'un joint bout à bout. Et sa zone plus large de brasage permet de réduire les risques de fuite. Une autre considération dans la conception d'un joint à l'épreuve des fuites est de ventiler l'assemblage. Fournir une ventilation pendant le processus de brasage permet l'évacuation de l'air ou des gaz lorsque le métal d'apport fondu coule dans le joint. Ventiler l'assemblage empêche l'emprisonnement du flux dans le joint. Éviter les gaz ou flux piégés afin de réduire le risque de fuite. Si possible, l'assemblage devrait être auto-évacuant. Comme le flux a été conçu pour être déplacé par le métal d'apport liquide qui entre dans le joint, il ne devrait y avoir aucune entaille ou trou(s) caché(s) causant son emprisonnement. Le joint doit être conçu de sorte que le flux soit poussé complètement hors du joint par le métal d'apport. Lorsque cela n'est pas possible, de petits trous peuvent être percés dans les angles morts pour permettre la fuite du flux. Le joint est terminé lorsque le métal d'apport liquide apparaît à la surface de ces trous percés.

Afin de maximiser la résistance à la corrosion d'un joint, sélectionnez un métal d'apport de brasage contenant des éléments tels que l'argent, l'or ou le palladium, qui sont intrinsèquement résistants à la corrosion. Gardez les joints propres et utilisez le minimum de métal d'apport, de sorte que le joint fini laissera apparaître seulement une fine ligne de métal d'apport de brasage à l'atmosphère. Ce ne sont là que quelques exemples des exigences de service qui peuvent être requises par votre assemblage brasé. Comme vous pouvez le voir à la fois la conception et la sélection du métal d'apport doit être considéré conjointement. Heureusement, il existe de nombreux métaux d'apport et de flux mis à votre disposition - dans une large gamme de compositions, de propriétés et de températures de fusion. Les graphiques de sélection qui apparaissent plus tard dans ce livre peuvent vous aider à choisir les métaux d'apport et les flux qui répondent le mieux aux exigences de service des joints que vous concevez. Le service technique de Handy & Harman / Lucas-Milhaupt est à votre service pour répondre à toutes les questions que vous pourriez avoir à l'égard de votre demande particulière de brasage, la conception commune et / ou la sélection du métal d'apport.