Menu X

Le brasage pour le secteur automobile

Assemblage de métaux : Soudage vs. brasage dur vs. brasage tendre

Assemblage de métaux : Soudage vs. brasage dur vs. brasage tendre

Il existe plusieurs méthodes disponibles pour assembler des métaux, notamment le soudage, le brasage dur et le brasage tendre. Quelle est la différence entre le soudage et le brasage ? Quelle est la différence entre le brasage dur et le brasage tendre ? Examinons les différences, les avantages comparatifs et les applications courantes. Cette discussion approfondira votre compréhension de l'assemblage de métaux et vous aidera à identifier l'approche optimale pour votre application.

Comment fonctionne le soudage

Le soudage permet de relier des métaux en les faisant fondre et fusionner ensemble, généralement avec l'ajout d'un métal d'apport. Les joints produits sont solides, en général aussi solides que les métaux assemblés, ou même plus solides. Pour fondre les métaux, vous appliquez une chaleur concentrée directement sur la zone du joint. Cette chaleur doit être d'une température élevée pour faire fondre les métaux de base (les métaux à assembler) et les métaux d'apport. Par conséquent, les températures de soudage commencent au point de fusion des métaux de base.

Le soudage convient généralement à l'assemblage de grands ensembles lorsque les deux profilés métalliques sont relativement épais (0,5"/12,7 mm) et assemblés en un seul point. Le cordon d’un joint soudé étant irrégulier, le soudage n’est en général pas utilisé dans les produits nécessitant des joints cosmétiques. Les domaines d’applications comprennent le transport, la construction, la fabrication et les ateliers de réparation. Par exemple : assemblages robotiques, fabrication de réservoirs sous pression, ponts, structures de bâtiments, aéronefs, wagons et voies ferrées, pipelines, etc.

Avantages comparatifs. La chaleur de soudage étant intense, elle est généralement ciblée et localisée. Il n'est pas pratique de l'appliquer uniformément sur une vaste surface. Cet aspect de ciblage possède ses avantages. Par exemple, si vous souhaitez assembler deux petites bandes de métal en un seul point, une approche de soudage par résistance électrique est pratique. C'est un moyen rapide et économique de créer des joints solides et permanents par centaines et par milliers.  

Cependant, si le joint est linéaire plutôt que localisé en un seul point, cela devient plus problématique. La chaleur localisée du soudage peut devenir un inconvénient. Par exemple, si vous souhaitez souder bout à bout deux pièces de métal, vous commencez par chanfreiner les bords des pièces de métal pour laisser de la place au métal d'apport de soudure. Ensuite, vous souder, en chauffant d’abord une extrémité de la zone de jonction à la température de fusion, puis en déplaçant lentement la chaleur le long de la ligne de jonction, en déposant du métal d’apport en synchronisation avec la chaleur. Il s'agit d'une opération de soudage conventionnelle typique. Bien fait, ce joint soudé est au moins aussi solide que les métaux assemblés.  

Cependant, cette approche de soudage linéaire par assemblage présente des inconvénients. Les joints sont fabriqués à des températures élevées, suffisamment élevées pour faire fondre les métaux de base et les métaux d'apport. Ces températures élevées peuvent causer des problèmes, par exemple, elles peuvent provoquer une distorsion et une déformation des métaux de base ou des contraintes autour de la zone de soudure. Ces dangers sont minimes lorsque les métaux à assembler sont épais, mais cela peut devenir problématique lorsque les métaux de base sont des sections minces. De plus, la génération de température élevée est très peu économique. Plus vous aurez besoin de chaleur pour former le joint, plus le coût de production du joint sera élevé.

Considérons maintenant le processus de soudage automatisé. Que se passe-t-il lorsque vous décidez de jointer non un, mais des centaines ou des milliers d'assemblages ? Le soudage, de par sa nature, pose des problèmes d'automatisation. Un joint de soudure par résistance réalisé en un seul point est relativement facile à automatiser. Cependant, lorsque le point devient une ligne, c’est à dire un joint linéaire, une ligne doit être tracée. Il est possible d'automatiser cette opération de traçage, en déplaçant, par exemple, la ligne de jonction le long d'une station de chauffage et en alimentant automatiquement du fil d’apport à partir de grandes bobines. Il s'agit toutefois d'une configuration complexe et exigeante, garantie uniquement lorsque vous avez de grandes séries de production de pièces identiques.

N'oubliez pas que les techniques de soudage ne cessent de s'améliorer. Vous pouvez souder, à un niveau de production, par faisceau d'électrons, décharge de condensateurs, friction et avec encore d’autres méthodes. Ces processus sophistiqués nécessitent généralement des équipements spécialisés et coûteux, ainsi que des installations complexes et longues à réaliser. Déterminez si ces processus sont utiles pour des cycles de production plus courts, pour des modifications de la configuration de l’assemblage ou des conditions d’assemblage au jour le jour typiques.

Comment fonctionne le brasage dur

Un joint brasé est réalisé d'une manière complètement différente d'un joint soudé. La première grande différence est la température, le brasage dur (ou brasage) ne fait pas fondre les métaux de base. Ceci signifie que les températures de brasage sont invariablement inférieures aux points de fusion des métaux de base. Les températures de brasage sont également nettement plus basses que les températures de soudage pour les mêmes métaux de base, ce qui consomme moins d'énergie.

Si le brasage ne fait pas fondre les métaux de base pour les fusionner, comment les assembler ? Il crée une liaison métallurgique entre le métal d'apport et les surfaces des deux métaux à assembler. Le principe par lequel le métal d'apport est aspiré à travers le joint pour créer cette liaison est appelé l'action capillaire. Lors d'une opération de brasage, vous appliquez largement une chaleur élevée sur les métaux de base. Le métal d'apport est ensuite mis en contact avec les pièces chauffées. Il est fondu instantanément grâce à la chaleur des métaux de base et est complètement aspiré à travers le joint par capillarité. C'est de cette manière qu'un joint brasé est réalisé.

Les applications du brasage sont utilisées dans le domaine de l'électronique et de l'électricité, l'aérospatiale, l'automobile, le chauffage, la ventilation et la climatisation, la construction et bien plus encore. Les exemples sont très variés : du système de climatisation pour automobile aux aubes de turbines à réaction très sensibles, en passant par les composants des satellites et la haute joaillerie. Le brasage offre un avantage significatif dans les applications nécessitant l'assemblage de métaux de base de nature différente, y compris le cuivre et l'acier, ainsi que de non-métaux tels que le carbure de tungstène, l'alumine, le graphite et le diamant.

Avantages comparatifs. Premièrement, un joint brasé est un joint solide. Un joint brasé correctement réalisé (tout comme un joint soudé) sera dans de nombreux cas aussi solide que les métaux assemblés, voir plus. Deuxièmement, le joint est fabriqué à des températures relativement basses, allant d'environ 1150°F à 1600°F (620°C à 870°C).

Plus important encore, les métaux de base ne sont jamais fondus. Puisque les métaux de base ne sont pas fondus, ils peuvent généralement conserver la plupart de leurs propriétés physiques. Cette intégrité du métal de base est caractéristique de tous les joints brasés, y compris les joints à section mince et à section épaisse. De plus, la chaleur plus faible minimise le risque de déformation ou de gauchissement du métal. Il faut également tenir compte du fait que des températures plus basses nécessitent moins de chaleur et sont donc un facteur d'économie important.

Un autre avantage important du brasage est la facilité d'assembler des métaux de nature différente à l'aide d'alliages fourrés/revêtus de flux. Si vous n'avez pas besoin de faire fondre les métaux de base pour les assembler, il importe peu qu'ils aient des points de fusion très différents. Vous pouvez braser l'acier au cuivre aussi facilement que l'acier à l'acier. Concernant le soudage, c’est une autre histoire, car il faut faire fondre les métaux de base pour les fusionner. Cela signifie que si vous essayez de souder du cuivre (point de fusion 1981°F/1083°C) à de l'acier (point de fusion 2500°F/1370°C), vous devez utiliser des techniques de soudage assez sophistiquées et coûteuses. Cette facilité d'assemblage de métaux différents grâce aux procédés de brasage conventionnels vous permet de choisir les métaux les mieux adaptés à la fonction de l'assemblage, sachant que vous n'aurez aucun problème à les assembler, quelle que soit leur température de fusion.

De plus, un joint brasé a un aspect lisse et esthétique. Le filet net d'un joint brasé et le cordon épais et irrégulier d'un joint soudé sont comme le jour et la nuit. Cette caractéristique est particulièrement importante pour les joints des produits de consommation, où l'apparence est essentielle. Un joint brasé peut presque toujours être utilisé « tel quel », sans aucune opération de finition, c’est encore une autre économie de coûts.

Le brasage offre un autre avantage important par rapport au soudage : il est plus facile d’acquérir rapidement des compétences en brasage qu’en soudage. La raison réside dans la différence inhérente entre les deux processus. Un joint soudé linéaire doit être tracé avec une synchronisation précise de l'application de chaleur et du dépôt de métal d'apport. Un joint brasé, par contre, a tendance à « se former lui-même » par action capillaire. En fait, une part considérable des compétences nécessaires au brasage est enracinée dans la conception et l'ingénierie du joint. La rapidité relative de la formation d’opérateurs hautement qualifiés est un facteur de coût important.

Enfin, le brasage est relativement simple à automatiser. Les caractéristiques du procédé de brasage, notamment les applications thermiques étendues et la facilité de positionnement du métal d'apport, permettent d'éliminer les problèmes potentiels. Il existe de nombreuses façons de chauffer un joint automatiquement, de nombreuses formes de métal d'apport et de nombreuses façons de les déposer afin d’automatiser facilement une opération de brasage pour presque tous les niveaux de production.

Comment fonctionne le brasage tendre

Le brasage tendre permet d'assembler des matériaux, généralement des métaux, en fondant et en plaçant un métal d'apport (la brasure) dans le joint, le métal d'apport ayant un point de fusion inférieur à celui du métal adjacent. Les brasages tendres actuels utilisent des alliages sans plomb pour des applications dans le domaine de l’électronique et de la plomberie utilisant des métaux tels que l’or, l’argent, le cuivre, le laiton et le fer.

Quelle est la différence entre le brasage dur et le brasage tendre ? L'American Welding Society (AWS) définit le brasage dur comme un ensemble de processus d'assemblage qui fusionne des matériaux en les chauffant à la température de brasage et en utilisant un métal d'apport (brasure) ayant un liquidus supérieur à 840 °F (450 °C) et inférieur au solidus des métaux de base.

L’AWS définit le brasage tendre de la même manière que le brasage dur, sauf que le métal d'apport utilisé a un liquidus inférieur à 840 °F (450 °C) et inférieur au solidus des métaux de base. Le brasage tendre peut être considéré comme le cousin du brasage à basse température.

Avantages comparatifs. Bien qu'il existe des similitudes entre le brasage dur et le brasage tendre, la différence de température entre les processus donne un comportement différent. Les métaux de base impliqués dans le brasage tendre sont généralement plus résistants que le brasage tendre lui-même et sous la contrainte et la fatigue du fonctionnement, une défaillance peut se produire au niveau du joint de brasage. Cela signifie qu'un assemblage brasé à la brasure tendre peut présenter une résistance de joint et une résistance à la fatigue inférieure à celle d'un assemblage brasé à la brasure forte

Choisir le bon procédé d'assemblage des métaux

Si vous avez besoin de joints à la fois permanents et résistants, votre réflexion sur l'assemblage de métaux se terminera surement entre le soudage ou le brasage dur. Le soudage et le brasage dur utilisent tous les deux de la chaleur et des métaux d'apport. Ils peuvent tous deux être réalisés sur une base de production. Cependant, la ressemblance s'arrête là. Ils fonctionnent différemment, prenez donc bien en compte ces considérations entre le soudage et le brasage dur :

  • taille de l'assemblage ;
  • épaisseur des profilés de métal de base ;
  • exigences relatives aux joints en un point ou en ligne ;
  • métaux à assembler ;
  • quantité d’assemblage finale nécessaire.

Autres options ? Les joints fixés mécaniquement (filetés, piquetés ou rivetés) ne se comparent généralement pas aux joints brasés en termes de force, de résistance aux chocs et aux vibrations ou d’étanchéité. Le collage et le brasage tendre fournissent des liaisons permanentes, mais en général, ni l'un ni l'autre ne peuvent offrir la résistance d'un joint brasé, égale ou supérieure à celle des métaux de base eux-mêmes. Ils ne peuvent pas non plus, en règle générale, produire des joints qui offrent une résistance à des températures supérieures à 200°F (93°C). Lorsque vous avez besoin de joints permanents et robustes métal sur métal, le brasage est un atout de taille.

top