Qu’est-ce que le brasage à l’arc ?

Dans le brasage à l’arc, un arc électrique assemble des tôles d’acier minces avec un fil à base de cuivre, le plus souvent CuSi3Mn1 ou CuAl8. Le métal d’apport fond à environ 1 000 °C, l’acier seulement à environ 1 500 °C. Le matériau de base reste donc solide, le métal d’apport liquide ne fait que le mouiller. L’installation est presque la même que pour le soudage MIG/MAG.

La forme la plus courante est le brasage MIG : le fil à base de cuivre est dévidé dans le faisceau comme un fil de soudage et fond dans l’arc. Il existe aussi le brasage TIG et le brasage plasma, dans lesquels le fil arrive hors courant dans l’arc, et, comme procédé apparenté, le brasage par faisceau laser. Aucun de ces procédés n’a besoin de flux, car l’arc nettoie et active lui-même la surface.

Physiquement, il s’agit de brasage fort : la liaison se forme par mouillage et diffusion à l’interface, et non par un bain de fusion commun. Contrairement au brasage au four ou à la flamme, la capillarité ne joue presque aucun rôle. Le métal d’apport ne remplit pas un jeu étroit, il forme un joint comme en soudage, le plus souvent un cordon d’angle sur un assemblage à recouvrement. Une préparation des bords n’est en général pas nécessaire.

Les procédés existants et leurs différences sont présentés dans Les procédés en un coup d’œil.

Pourquoi brase-t-on les tôles galvanisées au lieu de les souder ?

Parce que le zinc fond à 419 °C et se vaporise à 907 °C, donc bien en dessous de la température de fusion de l’acier. En soudage, le zinc se vaporise sur une large surface, la vapeur perturbe l’arc et provoque des porosités et des projections. En brasage, la température reste plus basse, la couche de zinc n’est endommagée que sur une bande étroite.

À côté d’un joint brasé sur tôle galvanisée, on observe selon DVS 0938-1 deux zones : directement contre le joint, une zone sans zinc, où le zinc s’est vaporisé, et à côté une zone sombre, où il a seulement fondu puis s’est resolidifié. Avec un bon réglage, seule la zone sombre se forme à l’envers de la tôle. La couche de zinc y reste fermée et continue de protéger.

Il en découle les avantages connus :

  • La couche anticorrosion est en grande partie préservée, y compris à l’envers et dans les corps creux, où l’on ne peut pas reprotéger.
  • Presque pas de projections ni de porosités dues à la vapeur de zinc, moins de retouches.
  • Faible apport de chaleur, donc peu de déformation et presque pas de percement sur les tôles minces.
  • Le joint brasé lui-même ne se corrode pas comme l’acier, car il est constitué d’un alliage de cuivre.
  • Bonne aptitude à combler les jeux, surtout avec l’arc pulsé.

Selon DVS 0938-1, les tôles avec des revêtements de zinc jusqu’à 15 µm se brasent en général sans problème. Des couches plus épaisses, par exemple sur des pièces galvanisées à chaud après fabrication, demandent des essais spécifiques. Pour en savoir plus : Matériaux de base et revêtements.

Brasage ou soudage MAG : la comparaison directe

Caractéristique Brasage à l’arc (brasage MIG) Soudage MAG
Métal d’apport fil à base de cuivre, p. ex. CuSi3Mn1 ou CuAl8 fil d’acier, p. ex. G3Si1
Température de fusion du métal d’apport environ 900 à 1 070 °C environ 1 500 °C
Matériau de base pas ou à peine fondu est fondu
Couche de zinc à côté du joint zone étroite, l’envers reste en grande partie protégé vaporisée sur une large surface, reprotection nécessaire
Projections, porosités dues à la vapeur de zinc peu nettement plus
Déformation faible plus importante
Résistance du joint limitée par le métal d’apport, résistance à la traction supérieure à 340 MPa (CuSi3Mn1) identique à celle de l’acier
Épaisseur de tôle jusqu’à environ 3 mm sans cette limite
Couleur du joint cuivrée à dorée comme l’acier

Valeurs indicatives. Intervalles de fusion et résistance des métaux d’apport selon DVS 0938-1, tableau 5 (données des fabricants pour le métal d’apport pur). L’importance des dégâts sur la couche de zinc dépend surtout des paramètres de réglage.

Où se situent les limites du brasage à l’arc ?

Dans la résistance, la température et l’épaisseur de tôle. Le métal d’apport est moins résistant que les aciers à haute résistance, les métaux d’apport à base de cuivre fluent à des températures de service élevées, et le procédé est conçu pour des tôles jusqu’à environ 3 mm. Les zones formées et sollicitées en traction sont sujettes à la fissuration au brasage.

  • Résistance : dans le métal d’apport pur, CuSi3Mn1 atteint une limite d’élasticité supérieure à 200 MPa et une résistance à la traction supérieure à 340 MPa, CuAl7 (anciennement CuAl8) plus de 380 MPa. Pour les aciers doux d’emboutissage, cela suffit ; à l’essai de traction-cisaillement, c’est alors la tôle qui cède et non le joint. Avec les aciers à plus haute résistance, le métal d’apport est le maillon faible. DVS 0938-2 montre déjà avec H260LA en 1 mm un cas limite qu’il faut impérativement vérifier.
  • Température de service : selon DVS 0938-1, la résistance au fluage des métaux d’apport à base de cuivre est assurée jusqu’à environ 250 °C ; au-delà, ils peuvent fluer. La fiche technique DVS 0938-2, plus ancienne, ne recommande pas encore le brasage à l’arc au-delà de 180 °C. Les métaux d’apport à base de cuivre résistent à l’oxydation jusqu’à environ 450 °C. Aux basses températures, en revanche, il n’y a pas de limite : les matériaux en cuivre ne se fragilisent pas.
  • Épaisseur de tôle : les deux fiches techniques DVS s’appliquent aux tôles jusqu’à 3 mm. Au-delà, le brasage perd son avantage, car la chaleur nécessaire endommage de toute façon le revêtement.
  • Fissuration au brasage : sous contrainte de traction, le métal d’apport liquide peut pénétrer dans l’acier le long des joints de grains (fragilisation par métal liquide). D’où la règle : ne pas braser sur des contours formés soumis à une contrainte de traction et laisser le joint se rétracter librement. Pour les aciers austénitiques CrNi présentant des contraintes résiduelles, DVS 0938-2 déconseille le brasage à l’arc. Pour en savoir plus : Défauts et fissuration au brasage.
  • Aspect : le joint est de couleur cuivrée à dorée. Sur des surfaces visibles en acier inoxydable ou en acier non peint, cela se remarque.

Un joint brasé ne doit jamais être resoudé, même après meulage. Du cuivre dans le bain de fusion de l’acier entraîne une fragilisation et des fissures (DVS 0938-2). Les retouches se font uniquement avec le même métal d’apport.

Où utilise-t-on le brasage à l’arc ?

Partout où des tôles minces galvanisées sont assemblées durablement et où la protection anticorrosion doit être préservée : en construction de carrosseries, en ventilation et climatisation, dans la construction d’armoires électriques et de conteneurs, sur les garde-corps, clôtures et façades, dans le chauffage et les systèmes d’échappement, ainsi qu’en construction navale.

  • Construction automobile : c’est là que le procédé a commencé, et c’est là que se trouvent aujourd’hui encore la plupart des applications. DVS 0938-2 présente un pavillon de carrosserie brasé plasma de façon automatisée, en DC05 galvanisé de 0,8 mm avec CuSi3. Les joints visibles de la peau extérieure sont aujourd’hui souvent brasés au laser, voir Brasage laser et hybride.
  • Systèmes d’échappement : un silencieux en acier inoxydable ferritique 1.4510 de 0,4 à 0,8 mm d’épaisseur de paroi est brasé MIG de façon automatisée, avec CuAl5Ni2 sous argon (exemple tiré de DVS 0938-2).
  • Construction navale : à l’université de Rostock, des tuyauteries d’eau de mer galvanisées à manchons à recouvrement ont été brasées MIG au lieu d’être soudées. La reprotection n’était plus nécessaire, la couche de zinc à l’intérieur du tube n’a présenté aucune anomalie à l’essai de corrosion, et les coûts de fabrication ont baissé d’environ 30 % (Wanner, Henkel, Anders, Hein, DVS-Berichte 275, 2011).
  • Ventilation, bâtiment, mobilier : gaines de ventilation, vérandas, garde-corps, armoires électriques et structures de meubles en tôle ou tube galvanisé. Là où le joint reste visible, on choisit souvent CuAl8, car sa couleur dorée paraît plus homogène.

Braser ou souder ? Une aide à la décision

Le brasage est rentable lorsqu’on assemble des tôles galvanisées ou revêtues d’une autre façon jusqu’à environ 3 mm, que la protection anticorrosion doit être préservée et que la résistance du métal d’apport suffit. Le soudage est le meilleur choix pour les pièces épaisses ou à haute résistance, les températures de service élevées et partout où le joint doit être aussi résistant que l’acier.

 

Plutôt braser

  • tôles minces galvanisées, aluminiées ou dotées d’un autre revêtement métallique
  • épaisseur de tôle jusqu’à environ 3 mm, cordon d’angle sur assemblage à recouvrement, joint à bord relevé
  • envers ou corps creux impossible à reprotéger
  • peu de déformation et peu de projections exigées
  • température de service jusqu’à environ 180 °C, avec justification jusqu’à environ 250 °C

Plutôt souder

  • tôles et profilés de plus de 3 mm, pièces galvanisées à chaud avec une couche de zinc épaisse
  • aciers à haute résistance pour lesquels le joint doit atteindre la résistance de la tôle
  • températures de service élevées en permanence
  • joint de même couleur et discret, sans peinture

En cas de doute, un essai sur la pièce d’origine tranche : des essais de traction-cisaillement, de pelage ou de pliage montrent si c’est la tôle ou le joint qui cède. Selon DVS 0938-2, un brasage est adapté lorsque la rupture se situe dans le matériau de base et non dans le joint.

Quel fil de brasage convient ?

Pour les tôles galvanisées, CuSi3Mn1 est la référence, la plus répandue en Allemagne. On prend CuAl8 pour les tôles aluminiées, pour l’acier inoxydable et lorsque le joint reste visible. Les deux sont le plus souvent utilisés en 1,0 mm.

  • ML CuSi3 : fil cuivre-silicium pour tôles d’acier galvanisées, existe aussi en ML CuSi28L de même composition.
  • ML CuAl8 : bronze d’aluminium pour tôles aluminiées, acier inoxydable et joints décoratifs.

Tous les fils de cuivre en un coup d’œil : Fil à souder en alliages de cuivre. La normalisation des métaux d’apport et l’usage de chacun sont expliqués dans Métaux d’apport et désignations normalisées.

Questions fréquentes

Le brasage à l’arc est-il un brasage fort ou un brasage tendre ?

Un brasage fort. Les métaux d’apport à base de cuivre fondent à environ 900 à 1 070 °C, bien au-dessus de la limite de 450 °C à partir de laquelle on parle de brasage fort.

Faut-il un flux pour le brasage MIG ?

Non. L’arc nettoie et active la surface, le gaz de protection protège le métal d’apport liquide. Les tôles doivent toutefois être propres et exemptes d’huile, de cire et de colle.

Puis-je braser avec mon poste MIG/MAG ?

Le plus souvent, oui. La source de courant doit cependant fonctionner de façon stable dans la plage basse, d’environ 25 à 100 A, et le fil de cuivre tendre demande une gaine en plastique et des galets d’entraînement adaptés. Les postes pulsés modernes proposent des courbes caractéristiques dédiées pour CuSi3 et CuAl8. Pour en savoir plus : Brasage MIG et Dévidage du fil.

Quelle est la résistance d’un joint brasé ?

Le métal d’apport pur en CuSi3Mn1 atteint une résistance à la traction de plus de 340 MPa. Sur des tôles douces d’emboutissage, c’est généralement la tôle qui se rompt à côté du joint lors de l’essai de traction-cisaillement. Avec les aciers à plus haute résistance, l’aptitude doit être vérifiée.

Peut-on souder plus tard un joint brasé ?

Non. Un joint brasé ne doit pas être resoudé, même meulé, car le cuivre peut fragiliser l’acier. Les reprises se font avec le même métal d’apport.

Pour aller plus loin : articles sur le brasage à l’arc

La série suit l’ordre dans lequel les questions se posent en pratique : du procédé au joint terminé, en passant par le métal d’apport, le gaz et le matériau de base. Pour une vue d’ensemble, voir Le brasage à l’arc.

  1. Les procédés en un coup d’œil
  2. Brasage MIG
  3. Brasage TIG et plasma
  4. Brasage laser et hybride
  5. Métaux d’apport et désignations normalisées
  6. Gaz de protection
  7. Matériaux de base et revêtements
  8. Dévidage du fil
  9. Types d’assemblage et géométrie du joint
  10. Défauts et fissuration au brasage
  11. Contrôle, retouche, sécurité au travail

À propos de l’auteur

Robert Lahnsteiner, Ing., est ingénieur international en soudage (IWE) et gérant de MIGAL.CO GmbH. Après une formation en télécommunications et en électronique à la HTL de Braunau, il a travaillé dix-huit ans dans les techniques de soudage chez Fronius à partir de 1983. Depuis 2001, il dirige avec Martin Erl MIGAL.CO, le fabricant de fil de soudage en aluminium établi à Landau an der Isar. Ses domaines de prédilection sont les métaux d’apport en aluminium, la fabrication et le dévidage du fil ainsi que la surveillance des procédés de soudage. Au sein du DVS, il participe depuis une trentaine d’années au comité technique FA03 « Soudage à l’arc » et préside le groupe de travail 2.4.4 « Soudage MIG de l’aluminium ».

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