FR2896175A1 - Composition de metal d'apport comprenant un melange de poudres et procede de brasage mettant en oeuvre une telle composition de metal d'apport - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à une composition de métal d'apport comprenant un mélange de poudres constitué d'une poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi et d'une poudre de nickel présente dans une proportion allant de 5 à 15% en poids dans le mélange de poudres.L'invention concerne également un procédé de brasage mettant en oeuvre une telle composition de métal d'apport.
Description
COMPOSITION DE METAL D'APPORT COMPRENANT UN MELANGE DE POUDRES ET PROCEDE
DE BRASAGE METTANT EN îUVRE UNE TELLE COMPOSITION DE METAL D'APPORT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte de façon 10 générale à une composition de métal d'apport comprenant un mélange de poudres, ainsi qu'à un procédé de brasage mettant un oeuvre une telle composition de métal d'apport afin d'obtenir au moins une brasure entre un premier élément et un second élément à assembler. 15 L'invention s'applique de façon préférentielle mais en aucun cas limitative au domaine de l'aéronautique, et plus précisément à celui de l'assemblage d'éléments de turbomachine, tels que des éléments d'un redresseur de compresseur haute pression 20 d'une turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE L'assemblage à l'aide de brasures d'éléments réalisés à base de nickel est mis en application depuis de nombreuses années dans le domaine 25 de l'aéronautique. Pour l'assemblage par brasure d'éléments réalisés dans un alliage INC0718 tels que ceux habituellement rencontrés dans les compresseurs de turbomachine, le métal d'apport de la composition de 30 métal d'apport généralement utilisée est du type poudre5 d'alliage à base nickel NiCrBSi, dont le point de fusion est de l'ordre de 1000 C. Cette composition s'est jusqu'à présent révélée relativement satisfaisante, dans la mesure où elle est capable de générer une brasure à faible coût, et présentant des propriétés mécaniques performantes. Cependant, un inconvénient lié à cette composition de métal d'apport est constitué par le fait qu'elle est limitée à l'assemblage d'éléments présentant un jeu d'assemblage inférieur à 200 pm. En effet, il a été remarqué qu'au-delà de la valeur précitée, l'importante fluidité de la composition de métal d'apport à la température de brasage implique que la composition en fusion s'échappe du jeu par coulures, ce qui peut la rendre inapte à exercer une montée par capillarité au sein de ce même jeu. Par conséquent, l'emploi de cette composition de métal d'apport à bas coût requiert une importante précision d'usinage et de fabrication des éléments à assembler, pour faire en sorte que les jeux d'assemblage obtenus ne soient pas supérieurs à 200 pm. Lorsque ces tolérances ne sont pas suffisamment importantes et que les jeux d'assemblage rencontrés deviennent de ce fait supérieurs à 200 pm, il est alors inéluctablement rencontré un taux de retouches et de rebuts élevé, qui vient bien évidemment alourdir le coût de production de la turbomachine. A ce titre, comme cela vient d'être évoqué, la brasure peut même s'avérer irréalisable lorsque le jeu prend une dimension trop importante.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a donc pour but principal de proposer une composition de métal d'apport remédiant aux inconvénients mentionnés ci-dessus relatifs aux réalisations de l'art antérieur. Pour ce faire, l'invention a pour objet une composition de métal d'apport comprenant un mélange de poudres constitué d'une poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi, c'est-à-dire comprenant du nickel, du chrome, du bore et du silicium, et d'une poudre de nickel présente dans une proportion allant de 5 à 15% en poids dans le mélange de poudres. Ainsi, la présente invention propose de mélanger la poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi qui était habituellement utilisée jusqu'à présent, avec une poudre de nickel dont le but essentiel est de réduire la fluidité du mélange de poudres obtenu, à la température de brasage. Ces deux poudres constituent de préférence la partie métal d'apport de la composition selon l'invention, ce qui veut dire, en d'autres termes, qu'il n'y a préférentiellement pas d'autres éléments métalliques dans la composition. Il est noté que l'adjonction de la poudre de nickel dans la proportion indiquée ci-dessus permet de créer une multitude de jeux fins entre les diverses particules de nickel pur, ces jeux fins étant alors comblés par la poudre en fusion d'alliage à base de nickel NiCrBSi. Pour que la viscosité du mélange de poudres à la température de brasage soit la plus satisfaisante possible, il est de préférence fait en sorte que la température de brasage mise en oeuvre soit 3 d'une valeur inférieure au point de fusion du nickel, de manière à ce que les particules de nickel restent à l'état solide durant le procédé de brasage. Néanmoins, il est tout de même précisé que le mélange de poudres selon l'invention pourrait être mis en oeuvre avec une température de brasage supérieure au point de fusion du nickel, sans sortir du cadre de l'invention, étant donné que la viscosité de ce mélange fondu continuerait à être bien supérieure à celle d'une poudre en fusion d'alliage à base de nickel NiCrBSi. La fluidité réduite de la composition de métal d'apport en fusion permet alors avantageusement aux forces de capillarité de remplir des jeux d'assemblage largement supérieurs à 200 pm. En effet, il a été remarqué qu'un mélange de poudres constitué d'une poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi et d'une poudre de nickel présente dans une proportion allant de 5 à 15% en poids permettait de remplir de façon satisfaisante, par montée par capillarité, des jeux d'assemblage allant jusqu'à 700 pm. Cela est d'autant plus intéressant que les essais réalisés ont permis de démontrer que le brasage à l'aide de la composition de métal d'apport selon l'invention pouvait être effectué sans modifier les cycles thermiques de brasage habituellement mis en oeuvre pour des compositions intégrant seulement de la poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi comme métal d'apport. En outre, le mélange de poudres utilisé dans l'invention présente un coût sensiblement identique à celui de la poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi, et permet d'obtenir des brasures dont les propriétés mécaniques sont similaires à celles des brasures obtenues à l'aide d'une composition de métal d'apport comprenant uniquement de la poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi comme métal d'apport.
Enfin, il est précisé que la faculté offerte de pouvoir remplir des jeux d'assemblage de grandeur plus élevée à l'aide du mélange de poudres précité permet avantageusement d'envisager de fabriquer les éléments à assembler avec des tolérances moins élevées, sans pour autant risquer d'augmenter le taux de retouches et de rebuts. De préférence, la poudre de nickel est présente dans une proportion d'environ 8% en poids dans le mélange de poudres. Cela permet d'obtenir un mélange optimal en termes de poids total de la composition et de viscosité résultante à la température de brasage. Cette proportion d'environ 8% en poids de poudre de nickel est tout à fait adaptée pour assurer la montée de la brasure par capillarité dans un jeu d'assemblage de l'ordre de 500 pm. De préférence, la poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi dispose d'un point de fusion de l'ordre de 1000 C, la température de brasage de la composition étant alors fixée préférentiellement aux alentours de 1040 C. De maniere préférentielle, la poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi comporte 85,5% de nickel, 7% de chrome, 4,5% de silicium et 3% de bore. Par ailleurs, on prévoit préférentiellement que la partie métal d'apport de la composition, c'est-à-dire la partie métallique, est uniquement constituée par le mélange de poudres précité. La composition peut alors également comporter un liant organique, permettant par exemple à celle-ci de se présenter sous la forme d'une pâte, propice à la réalisation ultérieure d'un cordon de métal d'apport. A titre indicatif, la pâte destinée à former un cordon de métal d'apport est telle qu'elle peut être déposée directement à l'aide d'une seringue, ou bien être stockée de façon bobinée. Dans le cas où le dépôt de la pâte pour obtenir le cordon s'effectue à l'aide d'une seringue, il est noté que cette pâte peut indifféremment être déposée à l'entrée ou directement dans le jeu capillaire à remplir. Le liant organique retenu est de préférence du type couramment utilisé dans le domaine du brasage en four sous vide, comme par exemple ceux vendu dans le commerce sous les appellations Braz Binder Gel VITTA et NICROBRAZ Cement. L'invention a également pour objet un cordon de métal d'apport réalisé avec une composition de métal d'apport telle que celle qui vient d'être décrite, et se présentant donc de préférence sous la forme d'une pâte. L'invention a aussi pour objet un assemblage comportant un premier élément et un second élément raccordés fixement l'un à l'autre à l'aide d'au moins une brasure obtenue à partir d'une telle composition de métal d'apport ou d'un tel cordon de métal d'apport.
Un autre objet de la présente invention concerne l'utilisation d'une telle composition de métal d'apport ou d'un cordon de métal d'apport, pour la réalisation d'une brasure. Enfin, l'invention a également pour objet un procédé de brasage visant à assembler un premier élément avec un second élément par l'intermédiaire d'au moins une brasure réalisée à l'aide d'une telle composition de métal d'apport ou d'un tel cordon de métal d'apport. De préférence, le procédé comporte une étape de chauffage au four de la composition de métal d'apport, mise en oeuvre de façon à obtenir une température de brasage supérieure à 1000 C et inférieure à 1200 C, et préférentiellement d'environ 1040 C.
De préférence, la température de brasage est maintenue durant environ dix minutes. De plus, on prévoit préférentiellement que l'étape de chauffage est mise en oeuvre de manière à ce que la température de brasage soit atteinte à une vitesse comprise entre environ 10 et 20 C/minute. Toujours de manière préférentielle, le procédé est mis en oeuvre de manière à réaliser une brasure entre le premier et le second éléments espacés d'un jeu d'assemblage allant jusqu'à 700 pm.
Les premier et second éléments à assembler par brasage sont de préférence des éléments d'une turbomachine, tels que des éléments d'un redresseur de compresseur de turbomachine. Enfin, il est indiqué que les premier et second éléments à assembler par brasage sont des éléments réalisés dans un alliage INCO718.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; - les figures la, lb et 1c schématisent différentes étapes d'un procédé de brasage selon un mode de réalisation préféré de la présente invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS En référence aux figures la, lb et 1c, on peut voir la schématisation de différentes étapes d'un procédé de brasage selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, visant à assurer l'assemblage de deux éléments tels que des éléments d'un redresseur de compresseur haute pression de turbomachine. Les deux éléments 1, 2 à assembler fixement à l'aide d'au moins une brasure sont chacun réalisés dans un alliage à base de nickel tel qu'un alliage INC0718. Il peut par exemple s'agir d'une aube de redresseur et de son support. Dans ce mode de réalisation préféré, les deux éléments 1, 2 sont disposés l'un par rapport à l'autre de manière à obtenir un jeu d'assemblage 3 entre ceux-ci d'une grandeur de l'ordre de 500 pm. Bien entendu, la grandeur du jeu précitée correspond à l'écartement entre les deux éléments 1, 2. Ce jeu 3 est destiné à être comblé par une brasure réalisée à partir d'une composition de métal d'apport ou composition de brasure qui va à présent être détaillée et qui est également objet de la présente invention. Tout d'abord, il est noté que cette composition de métal d'apport, comportant de préférence un liant organique, est mise sous la forme d'un cordon de métal d'apport, que l'on dispose par exemple en partie basse du jeu 3, entre les deux éléments 1 et 2 comme cela est montré sur la figure lb. Plus précisément, la composition est constituée d'un mélange de poudres métalliques formant la partie métal d'apport, ainsi donc que d'un liant organique permettant notamment à cette composition de se présenter sous la forme d'une pâte facile à manipuler pour obtenir un cordon de métal d'apport. Le mélange de poudres est constitué par une poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi comportant préférentiellement 85,5% de nickel, 7% de chrome, 4,5% de silicium et 3% de bore, et par une poudre de nickel pur se présentant dans une proportion d'environ 8% en poids dans ce mélange de poudres. De plus, la poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi dispose d'un point de fusion de l'ordre de 1000 C. A ce titre, il est noté que sur la figure lb, le cordon de brasure 14 a été représenté schématiquement de manière à laisser apparaître le liant organique 16 et le mélange de poudre 18, ce dernier étant constitué par la poudre d'alliage 20 à base de nickel NiCrBSi et par la poudre de nickel pur 22. Ce cordon 14 obtenu à partir de la composition de métal d'apport précitée peut donc être déposé en partie basse du jeu 3 comme montré sur la figure lb à partir d'une seringue, ou bien simplement provenir d'une bobine de cordon de métal d'apport. Lorsque ce cordon est en place sur les éléments 1, 2 à assembler, il est ensuite mis en oeuvre une étape de chauffage au four de ce cordon, de préférence sous vide secondaire ou sous pression partielle d'argon. L'étape de chauffage est effectuée de manière à ce que la température de brasage, qui est ici de préférence de l'ordre de 1040 C, soit atteinte à une vitesse comprise entre environ 10 et 20 C/minute. Une fois la température de brasage atteinte, celle-ci est conservée durant environ 10 minutes pendant lesquelles la composition est en fusion. Plus précisément, c'est la poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi qui est en fusion, tandis que la poudre de nickel pur reste quant à elle à l'état solide afin de former entre les particules de nickel une multitude de jeux fins comblés par la poudre en fusion d'alliage à base de nickel NiCrBSi. C'est cette spécificité qui permet d'obtenir une viscosité renforcée de la composition de métal d'apport à la température de brasage, et qui rend donc possible la réalisation de brasures dans des jeux d'assemblage de grandeurs importantes pouvant avoisiner 500 pm, voire 700 pm. Ainsi, durant l'étape de chauffage, la composition initialement située au-dessous du jeu d'assemblage pénètre en partie basse de celui-ci pour remonter progressivement par capillarité vers la partie haute, jusqu'à combler entièrement ce même jeu d'assemblage comme cela est visible sur la figure 1c.
Il est noté que du fait de l'importante viscosité de la composition à la température de brasage, aucune coulure ne se forme en fond de jeu, malgré l'espacement important entre les deux éléments 1 et 2.
Par ailleurs, il est précisé que le liant organique 16 permet la liaison du mélange de poudres 18 durant la phase de montée à la température de fusion de la poudre NiCrBSi 20. Une fois cette température de fusion atteinte, se sont les forces de capillarité qui permettent la remontée du métal liquide au sein du jeu 3. Une fois l'étape de chauffage achevée, un refroidissement peut être opéré. On obtient alors une brasure 4 comblant entièrement le jeu initial, et participant à la formation d'un assemblage 6 comportant les deux éléments 1 et 2 assemblés fixement par cette brasure 4, et éventuellement à l'aide d'autres brasures (non représentées). A cet égard, il est noté que le jeu d'assemblage 3 peut s'étendre autour d'une ligne fermée entourant l'élément 1. Dans un tel cas, il se peut effectivement que plusieurs cordons soient disposés sur le jeu, tout autour de la ligne précitée, de manière à créer ensuite plusieurs brasures situées dans la continuité les des autres.
Enfin, sur la figure 1c, il a été représenté schématiquement les particules de nickel 22 qui ne sont pas entrées en fusion durant l'étape de chauffage. Ces particules 22 se présentent alors sous forme de nodules de rayons plus faibles que les rayons des mêmes particules rencontrées dans la composition de métal d'apport avant le brasage, et sont à présent réparties sensiblement uniformément au sein d'un bloc solide métallique 10 constitué par l'alliage à base de nickel NiCrBSi, et provenant du refroidissement de la poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi qui était quant à elle en fusion durant l'étape de chauffage. A titre indicatif, les particules de nickel 22 au sein de la brasure 4 peuvent disposer d'un diamètre de l'ordre de 63 pm. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier au procédé de brasage et la composition de métal d'apport qui viennent d'être décrits, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.15
Claims (18)
1. Composition de métal d'apport comprenant un mélange de poudres constitué d'une poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi et d'une poudre de nickel présente dans une proportion allant de 5 à 15% en poids dans ledit mélange de poudres.
2. Composition de métal d'apport selon la revendication 1 dans laquelle ladite poudre de nickel est présente dans une proportion d'environ 8% en poids dans ledit mélange de poudres.
3. Composition de métal d'apport selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans laquelle ladite poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi dispose d'un point de fusion de l'ordre de 1000 C.
4. Composition de métal d'apport selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle ladite poudre d'alliage à base de nickel NiCrBSi comporte 85,5% de nickel, 7% de chrome, 4,5% de silicium et 3% de bore.
5. Composition de métal d'apport selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte également un liant organique.
6. Cordon de métal d'apport réalisé avec une composition de métal d'apport selon l'une quelconque des revendications précédentes.
7. Cordon de métal d'apport selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une pâte.
8. Assemblage comportant un premier élément et un second élément raccordés fixement l'un à l'autre à l'aide d'au moins une brasure obtenue à partir d'une composition de métal d'apport selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou d'un cordon de métal d'apport selon la revendication 6 ou la revendication 7.
9. Utilisation d'une composition de métal d'apport selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou d'un cordon de métal d'apport selon la revendication 6 ou la revendication 7, pour la réalisation d'une brasure.
10. Procédé de brasage visant à assembler un premier élément avec un second élément par l'intermédiaire d'au moins une brasure réalisée à l'aide d'une composition de métal d'apport selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou d'un cordon de métal d'apport selon la revendication 6 ou la revendication 7.30
11. Procédé de brasage selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de chauffage au four de ladite composition de métal d'apport, mise en oeuvre de façon à obtenir une température de brasage supérieure à 1000 C et inférieure à 1200 C.
12. Procédé de brasage selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite étape de chauffage au four de ladite composition de métal d'apport est mise en oeuvre de façon à obtenir une température de brasage d'environ 1040 C.
13. Procédé de brasage selon la revendication 11 ou la revendication 12, caractérisé en ce que ladite température de brasage est maintenue durant environ dix minutes.
14. Procédé de brasage selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que ladite étape de chauffage est mise en oeuvre de manière à ce que ladite température de brasage soit atteinte à une vitesse comprise entre environ 10 et 20 C/minute.
15. Procédé de brasage selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre de manière à réaliser une brasure entre le premier et le second éléments espacés d'un jeu d'assemblage allant jusqu'à 700 pm.
16. Procédé de brasage selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce lesdits premier et second éléments à assembler par brasage sont des éléments d'une turbomachine.
17. Procédé de brasage selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce lesdits premier et second éléments à assembler par brasage sont des éléments d'un redresseur de compresseur de turbomachine.
18. Procédé de brasage selon l'une quelconque des revendications 10 à 17, caractérisé en ce lesdits premier et second éléments à assembler par brasage sont des éléments réalisés dans un alliage INCO718.
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|---|---|---|---|---|
| WO2013128124A1 (fr) | 2012-03-02 | 2013-09-06 | Snecma | Procédé d'assemblage de deux pièces métalliques par brasage |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| GB890998A (en) * | 1957-12-24 | 1962-03-07 | Gen Electric | Improvements in metallic powder mixture for brazing |
| US3632319A (en) * | 1969-07-11 | 1972-01-04 | Gen Electric | Diffusion bonding of superalloy members |
| EP1226896A2 (fr) * | 2001-01-29 | 2002-07-31 | General Electric Company | Matériau pour brasage à base de nickel et procédé de réparation par brasage |
-
2006
- 2006-01-16 FR FR0650130A patent/FR2896175B1/fr active Active
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