FR2729322A1

FR2729322A1 - Brazing carbon@ parts to each other or to metal or ceramic

Info

Publication number: FR2729322A1
Application number: FR9500673A
Authority: FR
Inventors: Jean Marc Nicolas Pasca Donzac; Francis Boutet
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1995-01-17
Publication date: 1996-07-19
Anticipated expiration: 2015-01-17
Also published as: FR2729322B1

Abstract

In a process for sealing by brazing carbon elements esp. to one another or to a metal or ceramic element, the novelty comprises (a) placing the two elements (2, 3) in contact or slightly spaced apart in the joint zone; (b) heating the joint-adjoining part of at least one of the elements (2) to an additive metal bonding temp in the range 400-800 deg C, depending on the additive metal and/or heated element type, in an inert atmos; (c) depositing liq additive metal onto at least the heated element in or near the zone of contact with the other element; and (d) slowly cooling the resulting assembly. Also claimed is an assembly obtained by the above process.

Description

PROCEDE DE SCELLEMENT PAR BRASAGE D'ELEMENTS A BASE
DE CARBONE ET ASSEMBLAGES AINSI OBTENUS
La présente invention se rapporte au scellement par brasage d'éléments à base de carbone et plus précisément le scellement d'un élément à base de carbone à un élément métallique, céramique ou un autre élément à base de carbone.METHOD OF SEALING BY BRAZING BASED ELEMENTS
OF CARBON AND ASSEMBLIES THUS OBTAINED
The present invention relates to the sealing by brazing of carbon-based elements and more precisely the sealing of a carbon-based element to a metallic, ceramic or other carbon-based element.

Par élément à base de carbone, on entend une pièce ou une structure dont le matériau est entièrement en carbone tel que les graphites polycristallins ou les pyrographites ou un composite carbone-carbone. The term “carbon-based element” is understood to mean a part or a structure the material of which is entirely of carbon such as polycrystalline graphites or pyrographites or a carbon-carbon composite.

Les assemblages par scellement de matériaux à base de carbone sont réalisés jusqu'à maintenant, soit à l'aide de résines organiques, chargées ou non, soit à l'aide de colles spéciales, soit par brasage. Sealing assemblies of carbon-based materials have so far been carried out either using organic resins, loaded or not, or using special adhesives, or by brazing.

Le brasage consiste à assembler des pièces de même nature ou non à laide d'un métal d'apport fusible à une température inférieure à la température de fusion des matériaux assemblés. Brazing consists in assembling parts of the same type or not using a fusible filler metal at a temperature below the melting temperature of the assembled materials.

Les procédés connus de scellement par brasage de matériaux carbonés, par exemple un composite carbone-carbone ou un graphite, nécessitent des équipements lourds de maniement difficile et donc peu pratiques, car l'ensemble des pièces traitées doit être chauffé par des moyens de chauffage extérieurs et les pièces doivent être pressées l'une contre l'autre. The known methods of sealing by brazing carbonaceous materials, for example a carbon-carbon composite or a graphite, require heavy equipment which is difficult to handle and therefore impractical, since all of the parts treated must be heated by external heating means. and the pieces should be pressed against each other.

Ces équipements sont coûteux et, de ce fait, ne permettent que le traitement de pièces de petite taille qui ne requièrent que des enceintes sous vide de volume restreint. These devices are expensive and, therefore, only allow the treatment of small parts which require only vacuum chambers of limited volume.

La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant une technique de scellement par brasage ne nécessitant ni la soumission de l'ensemble des éléments à assembler à des conditions de température, ni l'application de pression de contact entre lesdits éléments. The present invention seeks to overcome these drawbacks by proposing a technique of sealing by brazing which requires neither the submission of all of the elements to be assembled to temperature conditions, nor the application of contact pressure between said elements.

Plus précisément encore, l'invention vise à obtenir par un tel procédé des assemblages de pièces, notamment de deux pièces en matériau composite carbone-carbone ou d'une pièce à base de carbone avec une pièce métallique, capables de résister à des températures élevées pouvant atteindre ou dépasser 1400 OC tout en conservant une partie des propriétés mécaniques des matériaux à base de carbone. More precisely still, the invention aims to obtain by such a method assemblies of parts, in particular of two parts made of carbon-carbon composite material or of a part based on carbon with a metallic part, capable of withstanding high temperatures. can reach or exceed 1400 OC while retaining some of the mechanical properties of carbon-based materials.

L'invention vise enfin à proposer une technique permettant l'assemblage de pièces de grandes dimensions, notamment de pièces sur des ensembles ou sous-ensembles déjà réalisés, impossibles, de par leurs dimensions et/ou du fait qu'ils incorporent des éléments ou dispositifs sensibles à la chaleur, d'être placés en autoclave pour y être traités par brasage suivant les techniques connues. The invention finally aims to propose a technique allowing the assembly of large parts, in particular parts on assemblies or subassemblies already made, impossible, by their dimensions and / or the fact that they incorporate elements or heat sensitive devices, to be placed in an autoclave to be treated by brazing according to known techniques.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de scellement par brasage d'éléments à base de carbone, notamment d'un élément à base de carbone à un autre élément à base de carbone, ou à un élément métallique ou céramique, à l'aide d'un métal d'apport approprié, caractérisé en ce qu'il consiste
- à placer deux éléments à assembler en contact ou à
faible distance l'un de 1' autre dans la zone de j onction,
- à porter la partie contiguë à la jonction d'au moins
l'un des éléments à une température, dite d'accrochage
du métal d'apport, dans une plage de l'ordre de 400 à
8000C selon la nature dudit métal d'apport et/ou de
l'élément chauffé partiellement, l'apport de chaleur
étant effectué sous atmosphère neutre,
- à déposer, dès l'atteinte de ladite température
d'accrochage et en maintenant ladite atmosphère neutre,
le métal d'apport dans une phase liquide sur au moins
l'élément chauffé, dans la zone en contact avec l'autre
élément ou immédiatement voisine de ce dernier,
- et, enfin, à refroidir de manière lente l'assemblage
ainsi réalisé. To this end, the subject of the invention is a method of sealing by brazing of carbon-based elements, in particular from a carbon-based element to another carbon-based element, or to a metallic or ceramic element, using an appropriate filler metal, characterized in that it consists
- place two elements to be assembled in contact or
short distance from each other in the junction area,
- to carry the part contiguous to the junction of at least
one of the elements at a temperature, called attachment temperature
filler metal, in a range of the order of 400 to
8000C depending on the nature of said filler metal and / or
the partially heated element, the heat supply
being carried out in a neutral atmosphere,
- to deposit, upon reaching said temperature
attachment and maintaining said neutral atmosphere,
the filler metal in a liquid phase on at least
the heated element, in the area in contact with the other
element or immediately adjacent to it,
- and, finally, to slowly cool the assembly
thus realized.

Avantageusement, les éléments à assembler sont préparés, avant assemblage, dans la zone de jonction, en façonnant, de part et/ou d'autre du plan de jonction, la périphérie d'au moins l'un des éléments, en sorte de définir entre les deux éléments un ou plusieurs espaces en forme de coin facilitant la réception et la retenue du métal d'apport à l'état liquide. Advantageously, the elements to be assembled are prepared, before assembly, in the junction zone, by shaping, on either side of the junction plane, the periphery of at least one of the elements, so as to define between the two elements one or more wedge-shaped spaces facilitating the reception and retention of the filler metal in the liquid state.

Suivant un mode préféré de mise en oeuvre du procédé, le chauffage pour atteindre ladite température d'accrochage et pour le dépôt sous forme liquide du métal d'apport est réalisé à l'aide d'un dispositif de soudage à l'arc électrique avec balayage de gaz neutre de type conventionnel, le métal d'apport étant sous forme de braguette. According to a preferred embodiment of the method, the heating to reach said attachment temperature and for the deposition in liquid form of the filler metal is carried out using an electric arc welding device with conventional type neutral gas sweep, the filler metal being in the form of a fly.

Le métal d'apport est un métal réfractaire conventionnel choisi de préférence dans le groupe comprenant des alliages à base de nickel tels que Ni-Fe, Ni-B et du titane ou des alliages de celui-ci tels que Ag-In-Cu-Ti. The filler metal is a conventional refractory metal preferably chosen from the group comprising nickel-based alloys such as Ni-Fe, Ni-B and titanium or alloys thereof such as Ag-In-Cu- Ti.

Le procédé de l'invention permet de réaliser des assemblages par exemple de pièces en forme de plaque mince, plane ou non, bout-à-bout ou l'une rapportée -sur le flanc de l'autre, suivant toute incidence, ou encore de pièces allongées de section à contour curviligne ou polygonal placées bout à bout, ou encore de pièces de dimensions relativement réduites placées en superposition sur d'autres pièces ou parties d'ensembles ou de structures simples ou complexes. The method of the invention makes it possible to produce assemblies, for example of parts in the form of a thin plate, flat or not, end-to-end or one attached -on the side of the other, according to any incidence, or else elongated parts of curvilinear or polygonal contour section placed end to end, or parts of relatively small dimensions placed superimposed on other parts or parts of simple or complex assemblies or structures.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de mise en oeuvre du procédé de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels
- Figure 1 est un schéma illustrant une mise en
oeuvre du procédé de 1' invention par soudage à
l'arc électrique de deux plaques bout à bout, et
- Figures 2 à 10 illustrent différents types
d'assemblages réalisables conformément à
l'invention.Other characteristics and advantages will emerge from the description which follows of embodiments of the method of the invention, description given by way of example only and with reference to the appended drawings in which
- Figure 1 is a diagram illustrating a setting
work of the method of the invention by welding
the electric arc of two plates end to end, and
- Figures 2 to 10 illustrate different types
assemblies achievable in accordance with
the invention.

Sur la figure 1, on a représenté très schématiquement un poste de soudure électrique équipé d'un balayage argon comprenant une table de travail 1 conductrice de l'électricité, mise à la terre et portant deux plaques minces planes 2 et 3 à assembler. In Figure 1, there is shown very schematically an electric welding station equipped with an argon sweep comprising a work table 1 electrically conductive, grounded and carrying two thin flat plates 2 and 3 to be assembled.

Les plaques 2 et 3 sont par exemple des plaques de matériau composite carbone-carbone, placées bord à bord. Le générateur électrique de soudage, par exemple du type TIG (Tungstène Inert Gas), est symbolisé en 4. Le générateur, qui est mis à la terre, est relié à une cathode en tungstène thorié 5. The plates 2 and 3 are for example plates of carbon-carbon composite material, placed edge to edge. The electrical welding generator, for example of the TIG (Tungsten Inert Gas) type, is symbolized at 4. The generator, which is grounded, is connected to a thoriated tungsten cathode 5.

Le générateur 4 est capable de fournir une intensité variable, entre 2 et 350 ampères en courant continu et est susceptible par ailleurs de fournir un courant haute fréquence indispensable à un amorçage de l'arc évitant tout contact entre l'électrode 5 et les plaques 2, 3. En outre, le générateur 4 est programmable à la fois pour la séquence d'amorçage et pour la séquence d'évanouissement de l'arc en fin de soudure, comme on le verra plus loin. The generator 4 is capable of supplying a variable intensity, between 2 and 350 amperes in direct current and is moreover capable of supplying a high frequency current essential for striking the arc avoiding any contact between the electrode 5 and the plates 2 , 3. In addition, the generator 4 is programmable both for the ignition sequence and for the arc fading sequence at the end of the weld, as will be seen below.

Le générateur 4 est enfin muni d'un balayage de type pré-gaz et post-gaz à gaz neutre, l'argon en l'occurrence. The generator 4 is finally provided with a scan of the pre-gas and post-gas type with neutral gas, argon in this case.

On a représenté symboliquement en 6 la zone se trouvant localement en atmosphère confiné d'argon lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention. The area located locally in a confined argon atmosphere during the implementation of the method of the invention has been represented symbolically at 6.

Les plaques à assembler 2 et 3, par exemple en matériau composite carbone-carbone du type thermo-structural tissé haute densité, ont une épaisseur de quelques millimètres et sont placées côte à côte le long d'un de leurs bords, ce bord étant de préférence préparé en vue de l'assemblage, par un chanfreinage approprié. The plates to be assembled 2 and 3, for example in carbon-carbon composite material of the high density woven thermo-structural type, have a thickness of a few millimeters and are placed side by side along one of their edges, this edge being of preferably prepared for assembly, by appropriate chamfering.

La jonction des plaques 2, 3 est du type illustré par la figure 2, c'est-à-dire un assemblage bord à bord, les deux plaques étant en contact par une simple arête 7, les bords en regard des plaques étant chanfreinés à 450 sur les deux faces des plaques. The junction of the plates 2, 3 is of the type illustrated in FIG. 2, that is to say an edge-to-edge assembly, the two plates being in contact by a simple edge 7, the opposite edges of the plates being chamfered at 450 on both sides of the plates.

Les chanfreins obtenus de chaque côté de l'ensemble 2, 3 définissent deux rigoles, respectivement 8 et 9, dont les flancs sont à 900. The chamfers obtained on each side of the assembly 2, 3 define two channels, respectively 8 and 9, the sides of which are at 900.

On va maintenant décrire un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention appliqué à l'assemblage des plaques 2 et 3 des figures 1 et 2, avec un alliage de nickel et de fer (Ni 98 %, Fe 2 %) comme métal d'apport en baguette. We will now describe an embodiment of the process of the invention applied to the assembly of plates 2 and 3 of FIGS. 1 and 2, with an alloy of nickel and iron (Ni 98%, Fe 2%) as filler metal in rod.

Après avoir disposé sur la table 1 les plaques 2 et 3 comme illustré par la figure 1, on chauffe localement l'une des plaques, qui fait alors office d'anode, au voisinage de la jonction, à l'aide du dispositif de soudure à l'arc 4,5. After having placed on the table 1 the plates 2 and 3 as illustrated in FIG. 1, one of the plates is heated locally, which then acts as an anode, in the vicinity of the junction, using the welding device at the arc 4.5.

A cet effet, préalablement à l'amorçage de l'arc, un balayage d'argon est effectué sur la zone de soudure, à savoir, l'une des rigoles réalisées par chanfreinage. To this end, prior to striking the arc, an argon sweep is carried out over the weld zone, namely, one of the channels produced by chamfering.

L'amorçage est effectué en régime haute fréquence du générateur 4, puis ce dernier passe en continu pour porter la température locale de la plaque chauffée, par exemple la plaque 2, au seuil d'accrochage prédéterminé, le balayage d'argon étant bien entendu poursuivi pendant tout ce temps. The priming is carried out in high frequency mode of the generator 4, then the latter passes continuously to bring the local temperature of the heated plate, for example the plate 2, to the predetermined latching threshold, the argon sweep being of course continued during this time.

La zone de la plaque 2 qu'il est nécessaire de chauffer peut être celle réduite strictement à l'étendue couverte par le chanfrein concerné, c'est à dire la zone appelée à être en contact avec le métal d'apport. The zone of the plate 2 which it is necessary to heat can be that reduced strictly to the extent covered by the chamfer concerned, that is to say the zone called to be in contact with the filler metal.

Compte tenu de la nature de ce métal, un alliage nickelfer, ladite température d'accrochage appropriée est de l'ordre de 650 OC, Dès qu'approximativement cette température locale est atteinte, une telle détection pouvant être effectuée par tous moyens appropriés, y compris l'appréciation visuelle si l'opérateur est un soudeur expérimenté, la baguette de métal d'apport est amenée dans l'arc électrique pour obtenir la fusion de l'extrémité de la baguette. Given the nature of this metal, a nickelfer alloy, said appropriate bonding temperature is of the order of 650 OC. As soon as approximately this local temperature is reached, such detection can be carried out by any appropriate means, including including visual assessment if the operator is an experienced welder, the filler metal rod is brought into the electric arc to obtain the fusion of the end of the rod.

Les gouttelettes de métal d'apport fondu tombent dans la rigole 8 qui est chargée, d'une part, de les canaliser et les retenir et, d'autre part, d'augmenter la surface de contact entre le métal d'apport et les deux plaques à assembler. The droplets of molten filler metal fall into the channel 8 which is responsible, on the one hand, for channeling and retaining them and, on the other hand, for increasing the contact surface between the filler metal and the two plates to assemble.

Dès que les gouttelettes de métal d'apport entrent en contact avec le matériau des plaques 2, 3 qui se trouve à au moins ladite température d'accrochage, elles s'accrochenta la paroi du matériau composite et commencent à se solidifier. As soon as the droplets of filler metal come into contact with the material of the plates 2, 3 which is at at least said attachment temperature, they catch on the wall of the composite material and begin to solidify.

La dépose du métal d' apport provoque bien entendu une élévation locale de la température qui peut atteindre en fin de soudage environ 9000C. The deposition of the filler metal naturally causes a local rise in temperature which can reach around 9000C at the end of welding.

Dès que, localement, la quantité désirée de métal d'apport est déposée, l'arc est déplacé en sorte de combler progressivement la rigole 8 sur toute sa longueur, comme lors d'un assemblage par soudage ordinaire, avec ou sans métal d'apport. As soon as, locally, the desired quantity of filler metal is deposited, the arc is moved so as to gradually fill the channel 8 over its entire length, as during an assembly by ordinary welding, with or without bring.

Lorsque la rigole 8 est comblée, et si seulement celle ci doit l'être, l'arc est éteint, mais suivant un évanouissement progressif à la manière connue, pour éviter les chocs thermiques et le balayage d'argon de la zone soudée est maintenu un temps suffisant pour que la température soit redescendu en dessous du seuil, de l'ordre de 5000C, d'oxydation ou de dégradation des qualités mécaniques du matériau composite. Ce seuil est apprécié dans les mêmes conditions que celles exposées plus haut à propos de la température d'accrochage. When the channel 8 is filled, and if only this one has to be filled, the arc is extinguished, but following a gradual fading in the known manner, to avoid thermal shocks and the scanning of argon from the welded zone is maintained sufficient time for the temperature to drop below the threshold, of the order of 5000C, oxidation or degradation of the mechanical qualities of the composite material. This threshold is assessed under the same conditions as those set out above with regard to the attachment temperature.

A partir de l'arrêt de l'arc électrique, commence la phase de refroidissement du scellement. Conformément à l'invention, ce refroidissement est conduit de manière contrôlée et régulière, à savoir à une vitesse lente, de l'ordre de 15 à 25 OC par minute. A cet effet, l'assemblage peut être par exemple enfoui dans un matériau isolant réfractaire particulaire tel que de la vermiculite. From the stopping of the electric arc, begins the cooling phase of the sealing. According to the invention, this cooling is carried out in a controlled and regular manner, namely at a slow speed, of the order of 15 to 25 OC per minute. To this end, the assembly can for example be buried in a particulate refractory insulating material such as vermiculite.

Le temps de refroidissement est par exemple de l'ordre de 15 à 25 mn. The cooling time is for example of the order of 15 to 25 min.

Si l'on veut également déposer du métal d'apport dans 1'autre rigole, lorsque la rigole 8 est comblée et avant d'entrer dans la phase de refroidissement du métal d'apport qui vient d'y être déposé, l'assemblage des plaques 2, 3 est retourné pour aussitôt combler l'autre rigole 9. If we also want to deposit filler metal in the other channel, when the channel 8 is filled and before entering the cooling phase of the filler metal which has just been deposited there, the assembly plates 2, 3 is returned to immediately fill the other channel 9.

Le matériau composite des parois de la rigole 9 étant déjà à une température supérieure à ladite température d'accrochage, on procède directement à la dépose du métal d'apport. The composite material of the walls of the channel 9 is already at a temperature above said attachment temperature, the filler metal is directly deposited.

Ce n'est qu'après le comblement de la rigole 9 que l'on procédera à l'extinction de l'arc et au refroidissement, conformément aux explications données plus haut. It is only after the filling of the channel 9 that the arc will be extinguished and the cooling will be carried out, in accordance with the explanations given above.

L'assemblage final présente l'aspect d'un assemblage par brasage habituel, les rigoles 8 et 9 étant comblées par un cordon de brasure symbolisé en B sur la figure 2. The final assembly has the appearance of a usual brazing assembly, the channels 8 and 9 being filled with a brazing bead symbolized at B in FIG. 2.

La figure 3 illustre une variante de préparation de l'interface des éléments à assembler. FIG. 3 illustrates a variant of preparation of the interface of the elements to be assembled.

Les deux plaques représentées, 12 et 13, sont aboutées et chanfreinées de manière à conserver un méplat 14 de largeur plus ou moins importante et qui délimitera une surface de contact cormraine entre les deux plaques 12 et 13, si ces dernières sont mises en contact, car il est possible bien entendu de laisser entre les deux plaques, comme illustré par la figure 3, un léger intervalle pendant l'opération de scellement, cet intervalle étant rempli par le métal d'apport. Les chanfreins réalisés sur les plaques 12, 13 sur leurs bords opposés sont par exemple à 450. The two plates shown, 12 and 13, are butted and chamfered so as to retain a flat 14 of greater or lesser width and which will delimit a cormraine contact surface between the two plates 12 and 13, if the latter are brought into contact, because it is of course possible to leave between the two plates, as illustrated in FIG. 3, a slight gap during the sealing operation, this gap being filled with the filler metal. The chamfers made on the plates 12, 13 on their opposite edges are for example 450.

La figure 4 illustre le scellement de deux pièces tubulaires 22, 23, par exemple en matériau composite carbonecarbone. Les deux pièces, de mêmes dimensions, sont aboutées. FIG. 4 illustrates the sealing of two tubular parts 22, 23, for example made of carbon-carbon composite material. The two pieces, of the same dimensions, are abutted.

Des chanfreins, par exemple à 450, réalisés de part et d'autre du plan de jonction dans les extrémités en regard des pièces déterminent une rigole circulaire périphérique 24 qui recevra le métal d'apport.Chamfers, for example at 450, made on either side of the junction plane in the opposite ends of the parts determine a peripheral circular channel 24 which will receive the filler metal.

La figure 5 illustre l'assemblage d'une plaque 32 par sa tranche contre l'une des faces d'une seconde plaque 33. Dans ce cas, la plaque 32 est chanfreinée par exemple comme l'une des plaques 12, 13 et placée contre la plaque 33 à angle droit. FIG. 5 illustrates the assembly of a plate 32 by its edge against one of the faces of a second plate 33. In this case, the plate 32 is chamfered, for example like one of the plates 12, 13 and placed against plate 33 at right angles.

Les chanfreins définissent de part et d'autre de la plaque 32 une rigole 34 de réception du métal d'apport. The chamfers define on either side of the plate 32 a channel 34 for receiving the filler metal.

La figure 6 illustre un assemblage du- même type que celui de la figure 5, avec des plaques 42, 43, mais formant entre elles un angle différent de 900, par exemple un angle de 450. Au niveau du plan de jonction, la plaque 42 peut, comme les plaques 32, 33 d'ailleurs, ne pas être chanfreinée sur ses bords comme illustré par la figure 6. Le métal d'apport est déposé directement dans l'angle du dièdre formé par les deux faces concernées des plaques. FIG. 6 illustrates an assembly of the same type as that of FIG. 5, with plates 42, 43, but forming between them an angle different from 900, for example an angle of 450. At the level of the junction plane, the plate 42 may, like the plates 32, 33 moreover, not be chamfered on its edges as illustrated in FIG. 6. The filler metal is deposited directly in the angle of the dihedral formed by the two concerned faces of the plates.

Sur la figure 7, les plaques 52, 53 sont mises bord à bord en formant entre elles en angle droit. Les tranches des deux plaques sont biseautées en 54 et 55 pour définir une rigole 56 de réception du métal d'apport. In FIG. 7, the plates 52, 53 are placed edge to edge, forming a right angle between them. The edges of the two plates are bevelled at 54 and 55 to define a channel 56 for receiving the filler metal.

La figure 8 illustre un aboutage de deux plaques 62, 63 dont les tranches en regard sont biseautées en U de manière complémentaire, un léger intervalle 64 étant conservé entre les plaques pour recevoir le métal d'apport. FIG. 8 illustrates a jointing of two plates 62, 63, the facing edges of which are bevelled in a complementary U-shape, a slight gap 64 being preserved between the plates to receive the filler metal.

Les deux plaques ou éléments à assembler des figures 1 à 8 sont dans le même matériau composite carbone-carbone ou non. The two plates or elements to be assembled in FIGS. 1 to 8 are made of the same carbon-carbon composite material or not.

L'un peut être en composite carbone-carbone et l'autre en métal, du cuivre ou de l'acier inoxydable par exemple, ou en graphite ou en céramique. One may be made of carbon-carbon composite and the other of metal, copper or stainless steel for example, or graphite or ceramic.

Les deux peuvent être en graphite, sous réserve toutefois que sa conductivité électrique soit suffisante, par exemple du graphite présentant une densité au moins égaie à 1,8. Both can be made of graphite, provided however that its electrical conductivity is sufficient, for example graphite having a density at least equal to 1.8.

Le métal d'apport dépend de la nature des éléments à assembler et des tenues mécanique et en température attendues de l'assemblage. The filler metal depends on the nature of the elements to be assembled and the mechanical and temperature resistance expected from the assembly.

Outre l'alliage nickel-fer, on peut utiliser du titane dont la température dite d'accrochage est de l'ordre de 5000C, soit légèrement inférieure à celle de l'alliage
Nickel-fer. Le titane a la particularité de bien mouiller mais, dans le cas de matériau à base de carbone, il peut se produire au delà de 500 à 6000C des oxydations avec formation de dérivés tels que du carbure de titane.In addition to the nickel-iron alloy, titanium can be used, the so-called bonding temperature is of the order of 5000 ° C., which is slightly lower than that of the alloy.
Nickel-iron. Titanium has the particularity of wetting well but, in the case of carbon-based material, oxidation can occur beyond 500 to 6000C with the formation of derivatives such as titanium carbide.

Le métal d'apport peut être aussi un alliage à base de titane, notamment l'alliage Argent 62, 25 % - Indium 9,5 %
Cuivre 27 % - Titane 1,25 %, dont la température d'accrochage est encore plus basse, de l'ordre de 500 OC ou en deçà.The filler metal can also be a titanium-based alloy, in particular the alloy Silver 62, 25% - Indium 9.5%
Copper 27% - Titanium 1.25%, whose bonding temperature is even lower, of the order of 500 OC or below.

Un tel métal sera préféré en présence notamment de matériau composite carbone-carbone, car plus les températures mises en oeuvre au cours du scellement seront basses et moins seront dégradées les qualités mécaniques du matériau composite. Such a metal will be preferred in the presence in particular of carbon-carbon composite material, because the lower the temperatures used during the sealing will be and the less the mechanical qualities of the composite material will be degraded.

Le métal d'apport peut également être un alliage de nickel-bore dont la température d'accrochage est toutefois sensiblement plus élevée, de l'ordre de 800 OC. The filler metal can also be a nickel-boron alloy, the bonding temperature of which is however appreciably higher, of the order of 800 OC.

Dans le cas d'assemblage de matériau à base de carbone et d'acier inoxydable, il suffit de chauffer le matériau carboné car l'acier inoxydable accroche le métal d'apport à toute température. In the case of assembly of carbon-based material and stainless steel, it suffices to heat the carbonaceous material because the stainless steel catches the filler metal at any temperature.

Les pièces ou éléments à assembler ne nécessitent pas, au préalable, de préparation chimique ou physique particulière, si ce n'est, éventuellement, la réalisation de chanfreins conne on l'a vu plus haut. The parts or elements to be assembled do not require, beforehand, any particular chemical or physical preparation, if not, possibly, the production of conical chamfers as we have seen above.

Le procédé de l'invention s'applique à des plaques relativement minces de l'ordre de quelques millimètres, planes ou non et de formes simples ou complexes. Une plaque mince peut être assemblée à une pièce massive. il est possible également d'assembler des pièces massives, sous réserve toutefois de pouvoir amener toute la masse de la zone de scellement aux températures requises et, ce, de manière relativement homogène. The method of the invention applies to relatively thin plates of the order of a few millimeters, flat or not and of simple or complex shapes. A thin plate can be assembled to a solid piece. it is also possible to assemble massive parts, subject however to being able to bring the whole mass of the sealing zone to the required temperatures and, this, relatively homogeneously.

Pour le comblement progressif d'une extrémité à l'autre des rigoles de réception du métal d'apport, on peut avantageusement recourir à des machines à souder automatiques classiques. For progressive filling from one end to the other of the channels for receiving the filler metal, it is advantageous to use conventional automatic welding machines.

D'autres moyens de chauffage localisé que l'arc électrique peuvent être envisagés. Other localized heating means than the electric arc can be envisaged.

Par exemple, on pourrait utiliser une torche à plasma d'argon pour le pré-chauffage ainsi que la fusion du métal d'apport, ce moyen de chauffage étant aussi localisé que l'arc électrique et permettant en outre de mettre en oeuvre le procédé sur des graphites peu conducteurs. For example, an argon plasma torch could be used for preheating as well as for melting the filler metal, this heating means being as localized as the electric arc and also making it possible to carry out the process. on poorly conductive graphites.

Lorsque les pièces à assembler sont de petites dimensions, le temps de pré-chauffage sera très court. When the parts to be assembled are small, the preheating time will be very short.

Par contre, dans le cas de pièces ou structures massives à assembler, où des masses relativement importantes doivent être amenées à ladite ladite température d'accrochage, on pourra recourir à un moyen de pré-chauffage de nature différente de celui assurant la fusion du métal d'apport. On the other hand, in the case of massive parts or structures to be assembled, where relatively large masses must be brought to said said attachment temperature, it will be possible to use a preheating means of a different nature from that ensuring the melting of the metal. of input.

C'est ainsi que, dans un tel cas, ledit pré-chauffage pourra être assuré par induction électro-magnétique ou par émission infra-rouge, grâce à un four électrique mobile. Thus, in such a case, said preheating can be ensured by electromagnetic induction or by infrared emission, using a mobile electric oven.

Une bobine d'induction mobile peut permettre d'obtenir localement et en profondeur les températures désirées, la bobine suivant progressivement, avec la baguette de métal d'apport, le tracé de la rigole à combler. A mobile induction coil can be used to obtain the desired temperatures locally and in depth, the coil progressively following, with the filler metal rod, the layout of the channel to be filled.

Dans le cas de pré-chauffage aux infra-rouges, les pièces portées à la température désirée seront extraites progressivement de la zone chaude du four mobile afin d'être assemblées. In the case of infrared preheating, the parts brought to the desired temperature will be gradually extracted from the hot zone of the mobile oven in order to be assembled.

Les éléments à assembler, ou l'un deux, peuvent être une pièce déjà réalisée, dont les dimensions et la complexité peuvent être plus ou moins grandes. Le procédé permet ainsi de réparer ou monter in situ une structure, cest-a-dire sans être obligé de l'amener dans un lieu particulier. Ceci est actuellement impensable avec les techniques connues de brasage qui nécessitent de placer l'ensemble des pièces à assembler dans une enceinte chauffante. The elements to be assembled, or one of them, can be a part already produced, the dimensions and complexity of which can be greater or less. The method thus makes it possible to repair or mount a structure in situ, that is to say without being obliged to bring it to a particular place. This is currently unthinkable with known brazing techniques which require placing all of the parts to be assembled in a heating chamber.

La technique de 1' invention permet de conserver à l'assemblage sa conductivité électrique et sa tenue aux hautes températures, la résistance mécanique étant toutefois substantiellement réduite par rapport aux qualités intrinsèques notamment des matériaux composites de type carbone-carbone. The technique of the invention allows the assembly to retain its electrical conductivity and its resistance to high temperatures, the mechanical resistance however being substantially reduced compared to the intrinsic qualities, in particular of carbon-carbon type composite materials.

La figure 9 illustre un exemple de réalisation d'un assemblage comprenant en superposition une plaquette de cuivre 72 de dimensions 14 mm x 14 Tin x 4 mm, sur un bloc 73 de matériau composite carbone-carbone du type thenno- structural tissé haute densité, de dimensions 14 UKEL x 14 mm x 22 mm. FIG. 9 illustrates an exemplary embodiment of an assembly comprising a superimposed copper plate 72 of dimensions 14 mm × 14 Tin × 4 mm, on a block 73 of carbon-carbon composite material of the high density woven thermo-structural type, of dimensions 14 UKEL x 14 mm x 22 mm.

Une rigole périphérique 74 est ménagée par chanfreinage à 450, à hauteur du plan de jonction entre les deux éléments 72, 73 superposés. Le métal d'apport à été une baguette de
Ni 98 % - Fe 2 %.A peripheral channel 74 is formed by chamfering at 450, at the height of the junction plane between the two superimposed elements 72, 73. The filler metal was a rod of
Ni 98% - Fe 2%.

La montée en température du pré-chauffage a été effectuée préférentiellement sur l'élément en cuivre 72, jusqu'à 700 OC, avant de mettre le métal d'apport. The rise in temperature of the pre-heating was preferably carried out on the copper element 72, up to 700 ° C., before putting the filler metal.

A l'extinction de l'arc, le flux d'argon a été maintenu sur le cordon de métal dans la rigole 74 pendant quelques secondes, puis l'assemblage a été enfoui iuinédiatement dans des copeaux de vermiculite. When the arc was extinguished, the argon flow was maintained on the metal cord in the channel 74 for a few seconds, then the assembly was buried immediately in vermiculite shavings.

Le refroidissement a duré une vingtaine de minutes. The cooling lasted about twenty minutes.

La température au cours des opérations de dépose du métal d'apport a oscillé entre 700 OC et 900 C environ. The temperature during the operations of depositing the filler metal oscillated between 700 OC and 900 C approximately.

La figure 10 illustre un second exemple d'assemblage bord à bord réalisé à l'aide d'une plaquette 82 en matériau composite carbone-carbone similaire à celui de l'élément 72 et de dimensions 20 mm x 10 mm x 3 mm et d'une plaquette 83 en acier inoxydable de type 18-10 de dimensions 20 un x 10 mm x 2mm. FIG. 10 illustrates a second example of edge-to-edge assembly produced using a wafer 82 made of carbon-carbon composite material similar to that of element 72 and of dimensions 20 mm × 10 mm × 3 mm and d '' a plate 83 in stainless steel type 18-10 of dimensions 20 un x 10 mm x 2mm.

Le métal d'apport était identique à celui de l'exemple de la figure 9. The filler metal was identical to that of the example in FIG. 9.

Une rigole périphérique 84 a été ménagée par chanfreinage à 450 des éléments 82, 83 au niveau de leur jonction. A peripheral channel 84 has been formed by chamfering 450 of the elements 82, 83 at their junction.

Le pré-chauffage a été effectué uniquement sur l'élément composite 82 jusqu'à une température située entre 600 et 7000C. Le balayage d'argon après dépose du métal d'apport et le refroidissement ont été effectués dans les mêmes conditions que dans 1' exemple précédent. Preheating was carried out only on the composite element 82 up to a temperature between 600 and 7000C. The scanning of argon after depositing the filler metal and the cooling were carried out under the same conditions as in the previous example.

Conformément au procédé de l'invention, des éprouvettes ont été réalisées par assemblage du type de la figure 2 entre deux éléments plats de même matériau que celui de la figure 2, les éprouvettes ayant une épaisseur de trois millimètres, une longueur entre talons de 38 millimètres et une largeur de 14 millimètres, le métal d'apport étant un alliage Ni 98 g - Fe 2 W. In accordance with the method of the invention, test pieces were produced by assembling the type of FIG. 2 between two flat elements of the same material as that of FIG. 2, the test pieces having a thickness of three millimeters, a length between heels of 38 millimeters and a width of 14 millimeters, the filler metal being an alloy Ni 98 g - Fe 2 W.

Des essais en traction sur de telles éprouvettes ont révélé des résistances à la rupture pouvant atteindre 12 a 19 MPa à l0000C et de 5 à 8 MPa entre 1300 et 14000C. On rappellera pour mémoire que l'alliage NI-Fe fond à 1440 C. Tensile tests on such specimens have revealed tensile strengths of up to 12 to 19 MPa at l0000C and from 5 to 8 MPa between 1300 and 14000C. As a reminder, the NI-Fe alloy melts at 1440 C.

Enfin, l'invention n'est évidewnent pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes, à la fois en ce qui concerne les nature, forme et dimensions des éléments à assembler et la nature du métal d'apport, et en ce qui concerne les modalités, notamment du pré-chauffage de l'un des éléments à sceller, ou des deux, de dépose du métal 'd'apport et de refroidissement. Finally, the invention is obviously not limited to the embodiments described above but on the contrary covers all variants thereof, both as regards the nature, shape and dimensions of the elements to be assembled and the nature filler metal, and as regards the methods, in particular of the pre-heating of one of the elements to be sealed, or of both, of depositing the filler metal and of cooling.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1. A method of sealing by brazing of carbon-based elements, in particular from a carbon-based element to another carbon-based element, or to a metallic or ceramic element, using a filler metal suitable, characterized in that it consists

- placing two elements to be assembled (2,3) in contact or

close to each other in the area of

junction,

- to carry the part contiguous to the junction of at least

one of the elements (2) at a temperature, called

of attachment of the filler metal, in a range of the order

from 400 to 8000C depending on the nature of said filler metal

and / or the partially heated element, the contribution of

heat being carried out in a neutral atmosphere,

- to deposit, upon reaching said temperature

attachment and maintaining said neutral atmosphere,

the filler metal in a liquid phase on at least

the heated element, in the area in contact with the other

element or immediately adjacent to it,

- and, finally, to slowly cool the assembly

thus realized.

2. Method according to claim 1, characterized in that the elements to be assembled (2,3) are prepared, before assembly, in the junction zone, by shaping, on either side of the junction plane, the periphery of at least one of the elements, so as to define between the two elements one or more wedge-shaped spaces facilitating the reception and retention of the filler metal in the liquid state.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the heating to reach said bonding temperature and for the deposition in liquid form of the filler metal is carried out using a welding device with the electric arc with neutral gas sweep (4, 5, 6) of conventional type, the filler metal being in the form of rod

4. Method according to claim 3, characterized in that an argon sweep is carried out on the assembly zone prior to said heating to reach said attachment temperature, in that at the end of the deposition of the metal input, the electric arc is extinguished according to a determined fading process and in that after the extinction of the arc the argon sweep is maintained until the temperature of the carbon-based material is lowered below a determined threshold.

5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the filler metal is a refractory metal chosen from the group comprising nickel-based alloys such as Ni-Fe, Ni-Bo and titanium or alloys thereof such as Ag-In-Cu-Ti.

6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that said cooling of the assembly is carried out at a speed of the order of 15 to 25 OC per minute.

7. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the heating to reach said bonding temperature and for said deposit in liquid form of the filler metal is carried out using an argon plasma torch .

8. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the heating to reach said attachment temperature is carried out using an electromagnetic induction coil or by infrared emission.

9. Method according to one of claims 1 or 2 and claim 8, characterized in that, upon reaching said bonding temperature, the filler metal is deposited using a welding device to the electric arc with neutral gas sweep or an argon plasma torch.

10. Assembly obtained in accordance with the method according to any one of claims 1 to 9.

11. The assembly of claim 10, comprising two plates (2, 3; 12, 13) relatively thin, planar or not, at least one of which is made of carbon-carbon composite material, sealed end to end, the filler metal being deposited in channels (8, 9) formed by chamfering the edges of said plates, the latter being in contact or at a short distance from each other.

12. The assembly of claim 10, comprising two plates (32, 33; 42, 43; 52, 53) relatively thin, planar or not, at least one of which is made of carbon-carbon composite material, sealed in the form of a moon by relative to the other an angle, right or not, chamfers possibly being made on at least one of the plates to receive the filler metal.

13. The assembly of claim 10, comprising two tubular elements (22, 23) at least one of which is made of carbon-carbon composite material, sealed end to end, said elements being in contact or at a short distance one of 1 other and provided with an external peripheral chamfer defining a channel (24) for receiving the filler metal.