Quels défauts apparaissent en brasage à l’arc ?
Surtout des porosités, des projections, un brûlage du zinc à côté du joint et des défauts de forme comme un joint trop bombé. La fissuration au brasage est en outre typique du brasage : le métal d’apport pénètre dans l’acier le long des joints de grains.
DVS 0938-3 décrit les imperfections des joints brasés à l’arc en s’appuyant sur les catalogues du brasage fort (ISO 18279) et du soudage sous gaz de protection (ISO 5817), et associe des mesures à chaque défaut. Les défauts dus au flux ou au laitier n’existent pas, car on brase sans flux et le plus souvent en une seule passe.
| Défaut | cause fréquente | premier remède |
|---|---|---|
| Porosités | vapeur de zinc, salissures, protection gazeuse perturbée | moins de chaleur, espace d’évacuation, vérifier l’alimentation en gaz |
| Projections | vapeur de zinc, type d’arc inadapté, couche de zinc épaisse | arc pulsé au lieu d’arc court, programme de démarrage, buse propre |
| Brûlage du zinc, flocons blancs | énergie linéique trop élevée | réduire l’énergie, évacuer la chaleur par les mors de serrage |
| Manques de liaison et défauts de remplissage | position de la torche, jeu, soufflage magnétique | corriger la torche, vérifier le jeu, déplacer la prise de masse |
| Surépaisseur du joint | trop de métal d’apport, tension trop basse | augmenter la tension, adapter la quantité de métal d’apport |
| Dissolution du matériau de base, perforation | trop de chaleur | réduire l’énergie, corriger la position de la torche, gaz inerte |
| Fissures de cratère et fissures à chaud | retrait, bridage, joints longs | programme de cratère final, retrait libre, joints plus courts |
| Pénétration de métal d’apport, fissure de brasage | contrainte dans la tôle plus chaleur | réduire l’énergie, déplacer le joint hors des zones formées |
| Inclusion de tungstène | amorçage par grattage, électrode dans le bain | amorçage HF, garder la distance |
Résumé d’après DVS 0938-3:2012, tableau 1. Un défaut peut avoir plusieurs causes, et souvent plusieurs mesures aident.
Porosités : causes et remèdes
La cause la plus fréquente est la vapeur de zinc. Elle se forme sous l’arc et doit s’échapper avant que le métal d’apport ne se solidifie. Plus il y a de chaleur et plus l’espace est restreint, plus il y a de porosités.
- Chaleur : arc court, torche légèrement poussée, pas plus d’énergie que nécessaire. Laisser au bain le temps de dégazer. Paramètres de réglage : Brasage MIG.
- Conception : prévoir un espace d’évacuation pour la vapeur de zinc. Un jeu aide, mais au-delà de 0,5 mm le nombre de porosités augmente de nouveau nettement, voir Types d’assemblage et géométrie du joint.
- Propreté : éliminer l’huile, la cire et la colle sur la tôle. Le fil peut aussi provoquer des porosités : respecter les consignes de stockage du fabricant et éviter la condensation.
- Gaz : vérifier le tuyau, les raccords, l’eau de refroidissement, les courants d’air et le débit de gaz, voir Gaz de protection.
Quelle est la gravité des porosités ? Dans des essais sur le cordon d’angle sur assemblage à recouvrement, la porosité a joué un rôle secondaire pour la résistance tant que le joint était continu. Seules les porosités dans la surface de liaison entre le métal d’apport et la tôle étaient critiques (Kusch et Podlesak, DVS-Berichte 275, 2011). Les porosités débouchantes en surface restent néanmoins inadmissibles dans les zones visibles et les zones exposées à la corrosion.
Projections et brûlage du zinc
Les deux proviennent d’une énergie trop élevée ou d’un arc instable sur la couche de zinc. Des flocons blancs d’oxyde de zinc à côté du joint indiquent clairement que la puissance est trop élevée.
- Arc : arc pulsé au lieu d’arc court, là où c’est possible. Le brasage TIG et plasma est considéré comme exempt de projections. Un programme de démarrage aide contre les projections à l’amorçage.
- Couche de zinc : le type de galvanisation influence les projections et leur adhérence. DVS 0938-3 indique pour les tôles galvanisées à chaud si possible pas plus de 15 µm.
- Métal d’apport : pas de métaux d’apport contenant des constituants facilement vaporisables comme le zinc.
- Brûlage du zinc : réduire l’énergie linéique et évacuer la chaleur de la zone exposée par des mors de serrage ou des supports.
Les projections de brasage adhèrent à plat sur la tôle galvanisée, contrairement aux projections de soudage sphériques. Au marteau et au burin, elles ne partent guère ; sur les surfaces visibles, il faut meuler. Elles ne forment cependant pas d’amorces de rouille. La façon dont la bande sans zinc à côté du joint se corrode est expliquée dans Matériaux de base et revêtements.
Manques de liaison, défauts de remplissage et joints trop bombés
Les manques de liaison proviennent le plus souvent de l’angle de torche, du jeu ou du soufflage magnétique. Un joint trop bombé avec une transition abrupte est en revanche souvent une question de tension et de quantité de métal d’apport.
- Manques de liaison : corriger l’angle et la position de la torche, vérifier le jeu. Si le soufflage magnétique dévie l’arc, placer la prise de masse à un endroit plus favorable. Éviter que le métal d’apport ne coule en avant, par exemple en positions difficiles.
- Défauts de remplissage : par nature, le brasage à l’arc ne remplit pas un jeu en profondeur. Si le jeu est trop étroit, la pression de vapeur peut déformer le joint ; s’il est trop large, le métal d’apport ne suffit pas.
- Surépaisseur du joint : augmenter la tension de brasage, adapter la quantité de métal d’apport et le bridage. Les composants actifs du gaz abaissent la tension superficielle du bain et font mieux s’étaler le métal d’apport.
DVS 0938-3 souligne qu’une certaine surépaisseur et une transition non tangentielle sont typiques des procédés de brasage modernes à régulation d’énergie. Leur admissibilité doit être clarifiée au cas par cas, pour les pièces sollicitées en fatigue le cas échéant par des essais de fatigue.
Fissures de cratère et fissures à chaud
Elles apparaissent au refroidissement, lorsque le métal d’apport et la tôle ne peuvent pas se rétracter librement. Les joints longs, les pièces fortement bridées et la fin du joint sont exposés.
- Fin du joint : utiliser un programme de remplissage du cratère final, sinon réduire l’énergie à la main en fin de joint et rajouter un peu de métal d’apport.
- Longueur du joint : éviter les joints trop longs ; DVS 0938-3 cite comme exemple 70 mm pour les aciers pour emboutissage profond. Raccourcir les joints et optimiser la séquence de brasage.
- Bridage : un serrage parallèle au joint peut provoquer des fissures à chaud. Permettre un retrait libre, évacuer la chaleur par exemple avec des barres en cuivre.
- Conception : distance suffisante au bord de la tôle, augmenter le recouvrement, ne pas braser dans des zones fortement formées à froid.
Qu’est-ce que la fissuration au brasage ?
Le métal d’apport de cuivre liquide pénètre dans l’acier le long des joints de grains. Cela se produit surtout là où la tôle est soumise à une contrainte de traction, et d’autant plus que l’apport de chaleur est élevé. Les petites pénétrations ne sont souvent visibles qu’au microscope ; les plus grandes deviennent des fissures.
DVS 0938-3 classe la pénétration du métal d’apport comme pénétration de métal étranger ou de métal liquide, visible seulement à partir d’un grossissement de 50 fois. La SLV de Munich l’a étudiée systématiquement dans un projet AiF et l’a classée selon la profondeur : petite jusqu’à 70 µm, moyenne de 70 à 300 µm, grande au-delà de 300 µm (Aicher et Cramer, DVS-Berichte 244, 2007).
Ce qui influence la fissuration au brasage
- Métal d’apport : nettement plus d’endommagements aux joints de grains avec le bronze à l’étain CuSn10 qu’avec le CuAl8, et davantage avec le CuSi2Mn1 qu’avec le CuSi3.
- Matériau de base : jusqu’à 35 % d’endommagements en plus sur les aciers à très haute résistance dual-phase et complex-phase. Parmi les nuances douces, le DX54D était plus sensible que le H340LAD.
- Bridage : un bridage rigide augmente les contraintes résiduelles et a à peu près doublé le nombre de pénétrations de métal d’apport sur les tôles à très haute résistance.
- Formage à froid : le DX54D avec un taux d’étirage de 20 % a présenté des pénétrations et de petites fissures, pas avec 10 %. Sur les joints à bord relevé et les assemblages formés, les dommages se situaient dans la zone de contrainte de traction par flexion.
- Procédé : l’arc court, le pulsé DC et le pulsé avec composante AC étaient comparables entre eux. Le brasage TIG a causé moins d’endommagements aux joints de grains.
- Galvanisation : qu’elle soit à chaud ou électrolytique ne jouait guère de rôle.
- Recuit : un recuit de détente à 700 °C pendant 30 minutes a contré les endommagements.
Le remède selon DVS 0938-3 est bref : réduire l’apport d’énergie et déplacer le joint hors des zones fortement formées à froid. En optimisant les plages de travail, on obtient des joints de haute qualité aussi bien en brasage MIG qu’en brasage TIG. Pour le choix du métal d’apport : Métaux d’apport et désignations normalisées.
Ne jamais souder par-dessus un joint brasé, même meulé. Selon DVS 0938-2, le matériau de base risque sinon de se fragiliser et de se fissurer.
Comment les joints brasés sont-ils évalués ?
Il n’existe pas de système d’évaluation normalisé propre aux joints brasés à l’arc. DVS 0938-1 recommande de décider au cas par cas ou de s’appuyer sur ISO 18279 et ISO 5817.
La raison en est le double caractère du joint : du point de vue de la conception, il est construit comme une soudure ; du point de vue métallurgique, c’est un assemblage brasé. Dans les essais de Chemnitz, les imperfections n’ont que peu influencé la résistance tant que le joint était continu. Ce qui était déterminant, c’étaient la quantité de métal d’apport et la taille de la surface de liaison.
Méthodes de contrôle et valeurs limites : Contrôle, retouche, sécurité au travail.
Questions fréquentes
Pourquoi mon joint brasé a-t-il autant de porosités ?
Le plus souvent à cause de la vapeur de zinc : trop de chaleur, torche tirée, arc trop long ou jeu trop étroit sans espace d’évacuation. Ensuite, vérifier la propreté de la tôle et du fil, ainsi que l’alimentation en gaz.
Que signifie la fissuration au brasage ?
La pénétration de métal d’apport liquide dans l’acier le long des joints de grains, surtout dans les zones soumises à une contrainte de traction. Il peut en résulter des fissures dans le matériau de base à côté du joint.
Quel métal d’apport est le moins sujet aux fissures de brasage ?
Dans les essais de la SLV de Munich, le CuAl8 a présenté nettement moins de pénétrations de métal d’apport que le bronze à l’étain CuSn10, et le CuSi3 moins que le CuSi2Mn1.
À quoi reconnaît-on un excès de chaleur ?
Aux flocons blancs d’oxyde de zinc à côté du joint, à un large brûlage du zinc, à une tôle supérieure fondue et aux porosités.
Peut-on rebraser un joint brasé présentant des porosités ?
Oui, avec un métal d’apport de même nature. Souder par-dessus n’est en revanche jamais permis. Pour en savoir plus sur la retouche : Contrôle, retouche, sécurité au travail.
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.
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 ».