FR2676016A1 - Method of brazing beryllium-based workpieces, at a temperature below 800 DEG C - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de brasage de pièces à base de béryLiju., à une teipérature inférieure à 8000 C. Process for brazing parts based on beryliju., At a temperature below 8000 C.
La présente invention concerne un procédé pour assembler par brasage des pièces en béryllium ou en alliage de béryllium à des pièces en matériau différent, par exemple en alliage de nickel. The present invention relates to a method for joining by brazing pieces of beryllium or beryllium alloy to pieces of different material, for example nickel alloy.
De façon plus précise, elle concerne le choix de brasures appropriées permettant de réaliser Le brasage à des températures inférieures à 8000C, tout en obtenant des jonctions satisfaisantes. More specifically, it relates to the choice of suitable brazing for performing brazing at temperatures below 8000C, while obtaining satisfactory junctions.
La technique habituelle pour réaliser le brasage de pièces en béryllium sur des pièces en matériaux différents, par exemple en Monel, consiste généralement à utiliser une brasure consti tuée -de t'eutectique argent-cuivre. The usual technique for carrying out brazing of beryllium parts on parts made of different materials, for example Monel, generally consists in using a brazing made up of silver-copper eutectics.
Bien que cette technique conduise à des assemblages satisfaisants, elle présente l'inconvé- nient d'exiger des températures d'environ 8500C, ce qui peut conduire à des déformations intolérables pour certaines applications des pièces en béryllium. Although this technique leads to satisfactory assemblies, it has the drawback of requiring temperatures of around 8500C, which can lead to intolerable deformations for certain applications of beryllium parts.
Plus récemment, on a envisagé d'utiliser des brasures en argent-cuivre-étain,
comme il est décrit par T.G. Glenn et al dans Weîding Research Supplement, Octobre 1982, p. 334 à 338.More recently, we have considered using silver-copper-tin solders,
as described by TG Glenn et al in Weîding Research Supplement, October 1982, p. 334 to 338.
Selon ces auteurs, un alliage à 60% d'argent, 30% de cuivre et 10% d'étain peut donner d'aussi bons résultats qu'un alliage à 72% d'argent et 28% de cuivre, à condition de pouvoir disposer l'alliage Ag-Cu-Sn sous la forme de feuilles entre
Les surfaces des pièces à assembler. Dans le cas de cet alliage Ag-Cu-Sn, la température de brasage peut être de 7000C.According to these authors, an alloy with 60% silver, 30% copper and 10% tin can give as good results as an alloy with 72% silver and 28% copper, provided they can arrange the Ag-Cu-Sn alloy in the form of sheets between
The surfaces of the parts to be assembled. In the case of this Ag-Cu-Sn alloy, the brazing temperature can be 7000C.
En revanche, avec l'alliage cuivre-argent, on peut utiliser un fil de brasure disposé au niveau des pièces à assembler et obtenir un assemblage satisfaisant, mais il faut revêtir au préalable les surfaces des pièces à assembler avec de l'hydrure de titane. Dans ce cas, on opère à des températures supérieures, par exemple de l'ordre de 8500c. On the other hand, with the copper-silver alloy, it is possible to use a solder wire placed at the level of the parts to be assembled and to obtain a satisfactory assembly, but the surfaces of the parts to be assembled must be coated beforehand with titanium hydride. . In this case, the operation is carried out at higher temperatures, for example of the order of 8500c.
Ainsi, les alliages argent-cuivre-étain qui permettent d'abaisser la température de brasage, ne donnent pas des résultats satisfaisants lorsqu'il est impossible# de les inclure préalablement sur toute la surface des pièces à assembler. Thus, the silver-copper-tin alloys which make it possible to lower the brazing temperature, do not give satisfactory results when it is impossible # to include them beforehand over the entire surface of the parts to be assembled.
Or, pour certaines applications, par exemple lors de l'assemblage de tiges de très faible diamètre en Monel dans les orifices correspondants d'une plaque de béryllium il est impossible de disposer préalablement La brasure sur toute la surface interne des orifices de La plaque. However, for certain applications, for example when assembling rods of very small diameter in Monel in the corresponding orifices of a beryllium plate it is impossible to have previously soldering over the entire internal surface of the orifices of the plate.
On ne peut donc utiliser cet alliage
Ag-Cu-Sn pour réaliser le brasage à une température inférieure à 8000 C. We cannot therefore use this alloy
Ag-Cu-Sn for brazing at a temperature below 8000 C.
Aussi, des recherches ont été poursuivies en vue de trouver d'autres brasures capables de convenir à des températures inférieures à 8O00C, tout en la conduisant à des joints ayant les propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion voulues. Also, research was continued with a view to finding other solders capable of being suitable for temperatures below 80 ° C., while leading to joints having the desired mechanical and corrosion resistance properties.
La présente invention a précisément pour objet, un procédé de brasage de pièces en béryllium ou en alliage de béryllium, qui permet de ne pas dépasser une température de 8000C lors du brasage, tout en conduisant à un assemblage possédant les propriétés requises
Selon l'invention, le procédé pour assembler par brasage une première pièce en béryllium ou en alliage de béryllium et une seconde pièce en matériau différent, se caractérise en ce que L'on utilise pour le brasage un alliage de brasure constitué de - 58 à 65% en poids d'argent, - 26 à 29% en poids de cuivre, - 9 à 13% en poids d'indium, et - 0 à 2% en poids de titane.The subject of the present invention is precisely a method of brazing parts made of beryllium or of a beryllium alloy, which makes it possible not to exceed a temperature of 8000C during brazing, while leading to an assembly having the required properties.
According to the invention, the method for assembling by brazing a first piece of beryllium or beryllium alloy and a second piece of different material, is characterized in that use is made for brazing of a brazing alloy consisting of - 58 to 65% by weight of silver, - 26 to 29% by weight of copper, - 9 to 13% by weight of indium, and - 0 to 2% by weight of titanium.
Grâce à leur bonne- mouillabilité vis-à-vis du béryllium, des alliages de brasure du type précité à base d'argent, de cuivre et d'indium permettent de réaliser l'assemblage de pièces en béryllium, à des températures inférieures à 8000C, même lorsqu'on les utilise sous la forme de fil au niveau du joint à réaliser. Thanks to their good wettability with respect to beryllium, brazing alloys of the aforementioned type based on silver, copper and indium allow the assembly of beryllium parts, at temperatures below 8000C. , even when used in the form of wire at the joint to be produced.
Généralement, la seconde pièce à assembler est en métal ou en alliage métallique ayant une température de fusion supérieure à 8000C. Generally, the second part to be assembled is made of metal or a metal alloy having a melting temperature above 8000C.
Il peut s'agir par exemple de pièces en cuivre ou en alliage de cuivre, ou encore en nickel ou en alliage de nickel tel que le Monel@. They may, for example, be parts made of copper or a copper alloy, or alternatively nickel or a nickel alloy such as Monel @.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'alliage de brasure comprend unique ment de l'argent, du cuivre et de I # i l'indium et il est constitué par exemple - d'environ 63% d'argent, - d'environ 27% en poids de cuivre, et - d'environ 10% en poids d'indium. According to a first embodiment of the invention, the brazing alloy only comprises silver, copper and I # i indium and it consists, for example - of approximately 63% silver, - approximately 27% by weight of copper, and - approximately 10% by weight of indium.
Selon un second mode de réalisation du procédé de l'invention, l'alliage de brasure comprend de l'argent, du cuivre, de l'indium et du titane. According to a second embodiment of the method of the invention, the brazing alloy comprises silver, copper, indium and titanium.
A titre d'exemple d'un tel alliage de brasure, on peut citer celui constitué d' - environ 59% en poids d'argent, - environ 27,25% en poids de cuivre, - environ 12,5% en poids d'indium, et - environ 1,25% en poids de titane. By way of example of such a brazing alloy, mention may be made of that consisting of - approximately 59% by weight of silver, - approximately 27.25% by weight of copper, - approximately 12.5% by weight of 'indium, and - about 1.25% by weight of titanium.
La présence de titane est intéressante car elle permet d'améliorer le mouillage du béryllium par La brasure et d'opérer ainsi à des températures plus faibles. The presence of titanium is interesting because it improves the wetting of beryllium by brazing and thus operates at lower temperatures.
Les alliages de brasure utilisés dans l'invention peuvent être préparés par des procédés classiques tels que ceux utilisés par les fabricants de brasures. The brazing alloys used in the invention can be prepared by conventional methods such as those used by the brazing manufacturers.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appara~tront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée bien entendu à titre illustratif et non limitatif, en référence à la figure unique annexée. Other features and advantages of the invention appear ~ tront better on reading the description which follows, given of course by way of illustration and not limitation, with reference to the single figure appended.
Cette figure représente de façon schématique le mode d'assemblage d'une première pièce en béryllium et d'une seconde pièce en Monel en utili sant un jonc en alliage de brasure conforme à l'invention. This figure schematically represents the method of assembling a first beryllium part and a second Monel part using a rod of brazing alloy according to the invention.
Sur cette figure, on voit une première pièce 1 en béryllium qui a la forme d'une plaque percée d'un orifice 3 et une deuxième pièce constituée par une tige 5 en Monel qui doit être scellée dans l'orifice 3 de la plaque 1. In this figure, we see a first part 1 made of beryllium which has the shape of a plate pierced with an orifice 3 and a second part constituted by a rod 5 made of Monel which must be sealed in the orifice 3 of the plate 1 .
Selon l'invention, ceci est effectué en utilisant un jonc de brasure 7 qui est disposé préalablement au dessus du joint à réaliser entre la tige 5 en Monel et la plaque -1 en béryllium. According to the invention, this is carried out using a solder ring 7 which is previously disposed above the joint to be produced between the rod 5 in Monel and the plate -1 in beryllium.
La réalisation de ce joint peut être effectuée de la façon suivante. The realization of this joint can be carried out as follows.
On soumet tout d'abord les surfaces de la plaque 1 et de la tige 5 à assembler à un traitement de surface. First of all, the surfaces of the plate 1 and of the rod 5 to be assembled are subjected to a surface treatment.
Pour la pièce 1 en béryllium ou en alliage de béryllium, ce traitement peut consister en un nettoyage par ultrasons suivi d'un dégraissage, d'un décapage et d'un lavage. For part 1 made of beryllium or beryllium alloy, this treatment may consist of cleaning by ultrasound followed by degreasing, pickling and washing.
Dans le cas de la pièce 5 en Monel, on peut également effectuer un nettoyage par ultrasons et un dégraissage en phase vapeur, suivis d'un traitement mêcanique d'abrasion. In the case of part 5 in Monel, it is also possible to carry out ultrasonic cleaning and degreasing in the vapor phase, followed by a mechanical abrasion treatment.
Le but de ces traitements est de favoriser le mouillage par la brasure des surfaces à assembler. The purpose of these treatments is to promote wetting by soldering of the surfaces to be assembled.
Après ces traitements préalables, on dispose les pièces à assembler dans leur position d'assemblage et l'on place le jonc de brasure 7 au niveau de la jonction à réaliser. After these preliminary treatments, the parts to be assembled are placed in their assembly position and the solder ring 7 is placed at the junction to be made.
On introduit ensuite l'ensemble dans un four sous vide (par ex. 5.10#4Pa ou moins) pour effectuer le brasage. On élève alors la température dans le four jusqu'à la température de brasage en maintenant un vide poussé, par exemple d'au moins 5.10~4pua, malgré le dégazage du béryllium qui se produit Lors du chauffage de la pièce 1. The assembly is then introduced into a vacuum oven (eg 5.10 # 4Pa or less) to perform the soldering. The temperature in the oven is then raised to the brazing temperature while maintaining a high vacuum, for example at least 5.10 ~ 4pua, despite the degassing of beryllium which occurs during the heating of the part 1.
La vitesse de montée en température est choisie en fonction de la géométrie et de La masse des pièces à assembler ainsi que du matériau constituant la seconde pièce. The rate of temperature rise is chosen according to the geometry and the mass of the parts to be assembled as well as the material constituting the second part.
La température de brasage qui est inférieure à 8000C est choisie de façon à obtenir un bon mouillage par la brasure des surfaces à assembler et la formation d'un joint sur la totalité des surfaces à assembler. The brazing temperature which is less than 8000C is chosen so as to obtain good wetting by the soldering of the surfaces to be assembled and the formation of a seal on all of the surfaces to be assembled.
Elle dépend en particulier de l'alliage de brasure utilisé et de la forme du joint à réaliser. It depends in particular on the brazing alloy used and the shape of the joint to be produced.
Généralement, la température de brasage est dans la gamme de 700 à 8000 C. Generally, the soldering temperature is in the range of 700 to 8000 C.
Lorsque l'on a atteint la température de brasage, on maintient l'ensemble à cette température pendant une durée appropriée pour la formation d'un joint satisfaisant, tout en choisissant Le temps le plus court possible pour éviter la formation de composés définis dans le joint de brasure. When the brazing temperature has been reached, the assembly is maintained at this temperature for a period suitable for the formation of a satisfactory joint, while choosing the shortest possible time to avoid the formation of compounds defined in the solder joint.
Généralement, cette durée n'excède pas 30 minutes. Elle est dans la plupart des cas de 5 à 7 minutes. Generally, this duration does not exceed 30 minutes. It is in most cases 5 to 7 minutes.
On refroidit ensuite l'ensemble à la température ambiante, de préférence sous balayage de gaz inerte tel que l'argon, pour favoriser le refroidissement. The assembly is then cooled to room temperature, preferably under an inert gas sweep such as argon, to promote cooling.
Les exemples suivants illustrent la réalisation d'assemblages au moyen des alliages de brasure de l'invention. The following examples illustrate the production of assemblies using the brazing alloys of the invention.
Exe.#Le 1 : Brasure à base d'alliage Ag-Cu-In. Exe. # Le 1: Solder based on Ag-Cu-In alloy.
On soumet tout d'abord la plaque de béryllium 1 à un traitement de surface consistant en un nettoyage par ultrasons, suivi d'un dégraissage en phase vapeur, d'une immersion dans une solution d'acide nitrique - NH4F2 et d'un rinçage à l'eau et à l'acétone. De même, on soumet la tige de Monel à un nettoyage par ultrasons, un traitement d'abrasion mécanique puis à un traitement thermique sous vide à 9000C pendant Smin. First, the beryllium plate 1 is subjected to a surface treatment consisting of ultrasonic cleaning, followed by degreasing in the vapor phase, immersion in a solution of nitric acid - NH4F2 and rinsing. with water and acetone. Similarly, the Monel rod is subjected to ultrasonic cleaning, a mechanical abrasion treatment and then to a heat treatment under vacuum at 9000C for Smin.
Le Monel est un alliage de nickel comprenant : - 63,76% Ni - 32,5 % Cu - 2,09 % Fe - 1,0 % Mn - 0,11 % Co - 0,14 % C - 0,17 % Si, et - 0,003% S. Monel is a nickel alloy comprising: - 63.76% Ni - 32.5% Cu - 2.09% Fe - 1.0% Mn - 0.11% Co - 0.14% C - 0.17% If, and - 0.003% S.
Après ces traitements préalables, on dispose la tige de Monel 5 dans La plaque de béryllium 1 avec un jeu radial de 0,02mm en plaçant au niveau de L'assemblage à réaliser un jonc 7 d'alliage de brasure constitué de - 63% en poids d'argent, - 27% en poids de cuivre, et - 10% en poids d'indium. After these preliminary treatments, the rod of Monel 5 is placed in the beryllium plate 1 with a radial clearance of 0.02mm by placing at the level of the assembly to produce a rod 7 of brazing alloy consisting of - 63% in weight of silver, - 27% by weight of copper, and - 10% by weight of indium.
On place alors l'ensemble dans un four sous vide poussé 5.10'4Pa, puis on élève la température dans le four tout en maintenant celui-ci sous un vide de 5.10'4Pa malgré le dégazage du béryllium. Lorsqu'on atteint la température de 7800C, on maintient celle-ci pendant 7min, puis on procède au refroidissement de l'ensemble, sous balayage d'argon. The whole is then placed in a 5.10'4Pa high vacuum oven, then the temperature is raised in the oven while maintaining it under a 5.10'4Pa vacuum despite the degassing of beryllium. When the temperature of 7800C is reached, this is maintained for 7 min, then the assembly is cooled, while scanning for argon.
En fin d'opération, on constate que le béryllium a été mouillé parfaitement par La brasure et que le joint s'étend sur toute la longueur des surfaces à assembler. Par ailleurs, l'assemblage est parfaitement étanche. At the end of the operation, it can be seen that the beryllium has been wetted perfectly by the solder and that the joint extends over the entire length of the surfaces to be assembled. Furthermore, the assembly is perfectly sealed.
On teste ensuite les propriétés mécaniques de l'assemblage ainsi obtenu en réalisant un essai de poussée de la tige 5 en compression. Les résultats obtenus sont les suivants :
ExempLe 2 : Brasure à base d'alliage Ag-Cu-In-Ti. The mechanical properties of the assembly thus obtained are then tested by carrying out a thrust test of the rod 5 in compression. The results obtained are as follows:
Example 2: Solder based on Ag-Cu-In-Ti alloy.
Dans cet exemple, on suit le même mode opératoire que dans l'exemple 1 pour assembler une tige en Monel 5 dans une plaque de béryllium 1, le jeu radial étant de 0,023 mm, en utilisant la même température de brasage de 7800C et en la maintenant pendant 7min. In this example, the same procedure is followed as in Example 1 to assemble a Monel 5 rod in a beryllium plate 1, the radial clearance being 0.023 mm, using the same brazing temperature of 7800C and in now for 7min.
En fin d'opération, on constate que la mouillabilité du béryllium par la brasure est parfaite et que le joint de brasure est présent sur toutes les surfaces à assembler. La pièce est également étanche. Des essais de tenue mécanique du joint effectués dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1 ont donné les résultats suivants
ExempLe comparatif
Dans cet exemple, on suit le même mode opératoire que dans l'exemple 1, mais en utilisant comme jonc de brasure, un jonc en alliage argentcuivre-étain contenant 60% en poids d'argent, 30 % en poids de cuivre et 10% en poids d'étain et en réalisant le brasage à une température de 7350C pendant 7min.At the end of the operation, it is found that the wettability of the beryllium by the solder is perfect and that the solder joint is present on all the surfaces to be assembled. The part is also waterproof. Mechanical resistance tests of the joint carried out under the same conditions as in Example 1 gave the following results
Comparative example
In this example, the same procedure is followed as in Example 1, but using as a solder rod, a rod in silver-copper-tin alloy containing 60% by weight of silver, 30% by weight of copper and 10% by weight of tin and by performing brazing at a temperature of 7350C for 7min.
Dans ce cas, on constate que la brasure n'est pas parfaite car L'alliage mouille préférentiellement le Monel et privilégie ainsi l'accrochage sur La tige de Monel au détriment du béryllium. In this case, it can be seen that the solder is not perfect because the alloy preferentially wets the Monel and thus favors the attachment to the Monel rod to the detriment of beryllium.
Ainsi, on obtient uniquement des résultats satisfaisants avec les alliages de brasure de l'invention. Thus, only satisfactory results are obtained with the brazing alloys of the invention.
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1991
- 1991-04-30 FR FR9105300A patent/FR2676016B1/en not_active Expired - Fee Related
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| FR2676016B1 (en) | 1995-05-12 |
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