Auteur: Karl D’haveloose

Chacune de ces deux méthodes d'assemblage a son utilité, sa place, ses applications... mais peu d'ingénieurs semblent comprendre que le brasage est une méthode qui permet de réaliser des assemblages métalliques résistants et permanents à moindre coût. Nous allons ici délibérément laisser de côté la méthode du brasage tendre (qui est p. ex. utilisée pour les circuits électriques), dans la mesure où nous comptons nous concentrer sur la question de la résistance des joints, qui n'est pas vraiment un critère essentiel lorsque l'on parle de brasage tendre.

Les ingénieurs disposent d'un impressionnant éventail de techniques permettant d'assembler deux pièces métalliques. Celles-ci comprennent l'utilisation d'adhésifs, d'écrous et de boulons, ainsi qu'une multitude d'autres moyens de fixation mécaniques. Mais lorsque les ingénieurs doivent absolument créer un joint résistant et permanent, il semble qu'il ne leur reste plus que deux possibilités, à savoir le soudage et le brasage.

Le soudage permet d'assembler des pièces métalliques en les faisant fondre et en les fusionnant. Des produits d'apport sont également ajoutés au joint. Pour que les deux pièces puissent être fusionnées, de la chaleur est appliquée au joint, la température devant être supérieure au point de fusion du métal et du matériau d'apport. Les joints ainsi obtenus sont généralement aussi résistants, voire plus résistants, que les matériaux de base.

Le brasage, quant à lui, s'effectue à des températures beaucoup plus basses que le soudage, et les métaux de base ne fondent pas. Au lieu de cela, la chaleur utilisée fait fondre un métal d'apport, qui s'infiltre dans le joint par capillarité. Cette technique permet donc de créer une liaison métallique entre le métal d'apport et la surface des pièces à assembler.

Les critères de choix adéquats en fonction des différentes applications

À l'instar des joints soudés, les joints brasés sont souvent plus résistants que les pièces individuelles. Un joint en acier brasé peut p. ex. présenter une résistance à la traction supérieure à 130.000 psi. En outre, les températures plus basses du brasage, qui sont généralement comprises entre 1.150 et 1.600 °F, permettent de conserver la plupart des propriétés physiques de l'acier. Une déformation et une flexion minimales peuvent se produire, réduisant ainsi les contraintes dans le joint et son environnement. Des températures plus basses impliquent également une consommation d'énergie moindre, de sorte que le brasage revient moins cher que le soudage.

Le soudage et le brasage permettent tous deux de créer des joints durables et permanents. Mais quelle est la meilleure solution pour une application donnée ? Voici quelques points essentiels à prendre en compte pour aider les équipes de conception à faire leur choix :

Taille de l'assemblage

Le soudage est plus adapté à l'assemblage de pièces de grande taille. Le brasage implique de chauffer une large zone, souvent l'ensemble de la pièce à assembler. Les pièces de grande taille diffusent la chaleur, ce qui fait qu'il est difficile d'atteindre la température du point de fusion du matériau d'apport. Le soudage utilise une chaleur locale intense, ce qui permet de contourner l'inconvénient du brasage.

Épaisseur

Si les deux pièces métalliques devant être assemblées ont une épaisseur supérieure à 0,5 pouce, les deux méthodes peuvent être utilisées. Toutefois, pour les pièces plus fines, le brasage est la méthode à privilégier. Un joint en T entre une tôle de 0,005 pouce d'épaisseur et un acier de 0,5 pouce d'épaisseur, par exemple, sera plus facile à réaliser en faisant appel à la technique du brasage. En effet, si l'on devait recourir au soudage, la chaleur intense risquerait de brûler ou de déformer la pièce de faible épaisseur. La zone de chauffage plus large et la température plus basse du brasage permettent d'assembler les pièces sans les déformer.

Soudage linéaire et par points

Les deux méthodes d'assemblage permettent de réaliser des joints par points. Mais le soudage est basé sur la chaleur localisée, ce qui présente certains avantages. Par exemple, lorsqu'il s'agit d'assembler deux bandes de métal en un seul point, le soudage par résistance électrique est une méthode rapide et économique.

Toutefois, les joints linéaires sont généralement plus faciles à réaliser par brasage que par soudage. Dans le cas du soudage, l'une des extrémités du joint linéaire doit être chauffée jusqu'au point de fusion du matériau. Le technicien chauffe lentement la longueur du joint et ajoute du métal d'apport lorsqu'une partie du joint a atteint la bonne température. Cette opération requiert une certaine maîtrise. Dans le cas du brasage, le métal d'apport s'infiltre aussi bien dans les joints droits que dans les joints courbes ou irréguliers. Le technicien doit simplement fournir la chaleur ; il est inutile qu'il trace le joint à l'aide du chalumeau.

Matériaux

Le brasage est plus efficace que le soudage pour assembler des métaux dissemblables. Il permet de former des joints résistants sans modifier de manière significative les propriétés des deux métaux. Bien entendu, une compatibilité métallurgique entre le matériau d'apport et les deux métaux est indispensable, de même qu'un point de fusion inférieur à celui des deux métaux. Le brasage permet donc aux ingénieurs de spécifier les métaux les mieux adaptés à une application, indépendamment des différences de température de fusion, plutôt que de déterminer la paire de métaux qui conviendrait le mieux au soudage.

Les problèmes posés par l'assemblage de métaux dissemblables par soudage peuvent être illustrés par l'exemple d'une tentative de soudage d'une pièce en cuivre sur une pièce en acier. Le processus de soudage devrait faire fondre les deux métaux. Mais le cuivre fond à 1.981 °F et l'acier à 2.500 °F. Même si l'on devait utiliser des techniques de soudage sophistiquées et coûteuses, le cuivre fondrait très probablement avant que l'acier n'atteigne la température de soudage.

Volume de production

Si seuls quelques assemblages sont nécessaires, il est probable que ceux-ci seront réalisés manuellement. Le choix entre le soudage et le brasage doit dans ce cas se faire sur la base de la taille, de l'épaisseur, de la configuration et des matériaux.

En revanche, lorsque des centaines ou des milliers d'assemblages doivent être réalisés, les méthodes de production et les coûts deviennent des facteurs décisifs. Le soudage et le brasage peuvent être automatisés, mais le brasage offre une plus grande flexibilité. Le soudage est généralement une solution de type 'tout ou rien', dans le sens où soit vous soudez les pièces à assembler une par une, à la main, soit vous installez des équipements onéreux et complexes capables de prendre en charge de grandes séries d'assemblages identiques. Il est rare qu'il existe une solution intermédiaire qui soit véritablement pratique.

Le brasage se prête plus facilement à différents degrés d'automatisation. Pour la production de séries moyennes, par exemple, des techniques d'automatisation simples telles que des assemblages pré-soudés et des pièces de métal d'apport pré-positionnées peuvent accélérer la production. Pour la production de séries plus importantes, les assemblages peuvent être déplacés le long de bancs équipés de brûleurs, et des robots peuvent appliquer des quantités prédéterminées de métal d'apport.

Aspect du joint

Le brasage permet d'obtenir un petit joint régulier, qui n'a rien à voir avec le bourrelet irrégulier obtenu lorsque l'on réalise un joint par soudure. Ceci est particulièrement important dans le cas des produits destinés au grand public, dont l'aspect visuel est d'une importance cruciale. En outre, les joints brasés peuvent presque toujours être utilisés tels quels ; aucun traitement ultérieur n'est nécessaire.

Quand opter pour le brasage ?

Souvent, les pièces fabriquées en tant que pièces uniques peuvent être fabriquées de manière plus efficace et à moindre coût en assemblant plusieurs pièces. Cette dernière approche permet d'éviter les opérations coûteuses de moulage, de forgeage et d'usinage, mais aussi d'économiser des matériaux. Souvent, les entreprises peuvent utiliser des formes de stock peu coûteuses telles que des tôles, des tubes, des tiges, des pièces embouties et des pièces extrudées. Cela permet de réduire le poids et d'améliorer les résultats, à condition que le matériau de chaque pièce soit adapté à sa fonction spécifique. Ci-dessous, vous trouverez 4 exemples dans lesquels le brasage s'avère un meilleur choix que le soudage.

Simplification de cylindres. Une entreprise fabrique des milliers de petits cylindres métalliques fermés. Pendant des années, les cylindres ont été obtenus à partir de tiges massives, ce qui nécessitait un travail considérable pour percer les trous borgnes. Quelqu'un a un jour fait remarquer que les cylindres n'étaient au final rien de plus que des tubes et des bouchons, et a suggéré à l'entreprise de fabriquer les bouchons à partir d'un matériau rond et de les souder à des longueurs de tubes standards. Cette méthode s'est avérée beaucoup moins coûteuse et n'a absolument rien enlevé à l'efficacité des pièces ainsi obtenues.

Mise en place d'une came sur un arbre. La came en acier trempé et l'arbre pourraient être fabriqués comme une pièce monolithique à partir d'une barre massive d'acier à outils. Mais cette solution serait trop coûteuse. Une seule pièce d'arbre à cames pourrait également être forgée, puis usinée. Mais cela demanderait trop de main-d'œuvre. La came et l'arbre pourraient également être fabriqués séparément et fixés mécaniquement à l'aide d'un écrou de blocage. L'arbre pourrait ainsi être fabriqué en acier laminé à froid (qui est moins coûteux), mais il faudrait tout de même procéder à quelques opérations d'usinage, sans parler du fait que l'écrou de blocage pourrait se desserrer sous l'effet des vibrations. En soudant la came et l'arbre, on obtient un assemblage résistant, permanent et insensible aux vibrations, qui peut être réalisé avec un minimum de matériaux et de main-d'œuvre.

Plaque avec raccord. Une plaque de base avec un raccord fileté peut être coulée en une seule pièce. L'inconvénient est que le raccord doit être aplati, percé et taraudé, que le choix des matériaux est limité et que le poids peut être trop élevé. En soudant le raccord à une plaque de stock, le poids est réduit au minimum et n'importe quel matériau peut répondre aux exigences de la pièce.

Assemblage de métaux dissemblables. Lorsque deux métaux valent mieux qu'un seul, il est essentiel de pouvoir assembler des métaux dissemblables. Prenons l'exemple des outils de coupe en carbure : les fabriquer entièrement en carbure les rendrait trop chers. De plus, si le carbure est bon pour la coupe, il est également trop dur et trop cassant pour résister aux chocs au niveau de la tige de l'outil. Le brasage permet de réduire les coûts liés aux matériaux et d'obtenir du carbure dur au niveau de l'arête de coupe et de l'acier à outils insensible aux chocs au niveau de la tige.