Sélection du flux de brasage de l'aluminium : corrosif ou non corrosif pour des joints fiables

Un lot de noyaux d'aluminium fraîchement brasés est resté dans un entrepôt pendant deux semaines avant que de la poudre blanche n'apparaisse autour des joints. Au grossissement, la zone proche des filets présentait des piqûres. L'alliage de brasage était correct et le profil du four correspondait aux spécifications, mais les pièces ont quand même échoué. La cause était le flux. L'équipe de production avait choisi un flux agressif à base de chlorure pour un meilleur mouillage et a évité le rinçage à l'eau chaude car les noyaux avaient des canaux fermés qui rendaient le nettoyage peu fiable. Cette décision a transformé un brasage réussi en un échec de corrosion imminent.

La première question à laquelle il faut répondre lors de la sélection du flux de brasage pour l’aluminium n’est pas le prix ou la marque. Il s'agit de savoir si les résidus de flux peuvent être tolérés à l'intérieur de la pièce finie. Les flux corrosifs et non corrosifs se comportent très différemment après le cycle de brasage, et cette différence détermine si les pièces nécessitent une ligne de nettoyage après brasage, si les résidus peuvent être laissés en place et combien de temps le joint survivra en service. Cet article explique ces différences et donne des critères pratiques pour choisir et qualifier les flux pour la production.

Flux corrosif ou non corrosif : ce qui change réellement

Les flux corrosifs et non corrosifs représentent deux philosophies de production différentes. On suppose que les résidus seront éliminés. L’autre suppose que les résidus resteront.

Avant que le brasage puisse avoir lieu, le flux doit traverser la couche d'oxyde d'aluminium sur le métal de base. L'oxyde d'aluminium est stable et difficile à fondre, et il se forme presque instantanément sur une surface d'aluminium propre. Aucun métal d'apport ne peut mouiller le métal de base jusqu'à ce que ce film d'oxyde soit retiré ou perturbé. Le flux y parvient en attaquant chimiquement l'oxyde à la température de brasage, permettant à la charge fondue de s'écouler et de former un filet.

Les flux corrosifs sont généralement à base de sels de chlorure. Ils sont agressifs pour dissoudre l’oxyde d’aluminium et peuvent fonctionner dans une plus large gamme de conditions de four. Mais leurs résidus absorbent l’humidité de l’air, forment des électrolytes conducteurs et attaquent le métal de base en aluminium au fil du temps. Cela signifie que chaque pièce brasée doit être soigneusement lavée après le brasage, généralement à l'eau chaude sous agitation, parfois avec des additifs chimiques. Si des résidus restent dans une crevasse, un canal fermé ou un espace étroit entre les ailettes, la corrosion commencera à cet endroit.

Les flux non corrosifs sont à base de composés fluoroaluminate de potassium. Leurs résidus sont insolubles dans l’eau, n’absorbent pas l’humidité et sont généralement compatibles avec l’aluminium en service. Ils sont moins agressifs que les flux de chlorure, ils nécessitent donc une surface plus propre et une atmosphère de four plus contrôlée. Mais une fois le cycle de brasage terminé, les résidus peuvent rester en place sans risque immédiat de corrosion.

Le tableau suivant résume les différences pratiques.

Pourquoi le choix du flux est essentiel pour les échangeurs de chaleur en aluminium

Pour les échangeurs de chaleur à plaques et ailettes en aluminium, le flux non corrosif est le choix par défaut car la géométrie de la pièce rend l'élimination des résidus presque impossible.

Un noyau d'échangeur de chaleur à plaques et ailettes se compose d'une alternance de plaques plates et d'ailettes ondulées, avec de petits diamètres hydrauliques et des passages d'écoulement étroits. Une fois le noyau brasé, ces passages sont scellés sur plusieurs côtés. Un résidu de flux de chlorure piégé à l’intérieur d’un espace entre les ailettes ne peut pas être éliminé de manière fiable. Au fil du temps, l'humidité à l'intérieur de la boucle de refroidissement se condense sur les résidus, forme un électrolyte et initie des piqûres. Les produits de corrosion s'écaillent alors, obstruent le chemin d'écoulement et contaminent le fluide refroidi.

C'est pourquoi la plupart des échangeurs de chaleur en aluminium brasé sont aujourd'hui produits selon un procédé de flux de fluorure non corrosif. Le flux est appliqué sous forme de pâte à base d'eau sur les ailettes ou sous forme de revêtement sec, puis le noyau est ensuite assemblé et brasé dans une atmosphère d'azote à environ 590 à 615 degrés Celsius, les résidus étant laissés en place. Il n’est pas nécessaire de l’enlever car il ne provoque pas de corrosion. Pour les applications qui nécessitent une protection supplémentaire, un radiateur à plaques et ailettes en aluminium résistant à la corrosion combine ce processus avec la sélection des matériaux et le traitement de surface conçus pour une durée de vie prolongée.

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Si vous évaluez les spécifications des pièces d'un équipement de refroidissement, le lien entre le choix du flux et la résistance à la corrosion à long terme est direct. Une pièce brasée avec un flux corrosif et un nettoyage incomplet peut paraître parfaite à la livraison et échouer six mois plus tard. Pour un examen plus détaillé des choix de matériaux et de processus pour les environnements corrosifs, notre guide pratique de sélection de radiateurs à plaques et ailettes résistant à la corrosion passe en revue les paramètres clés.

Critères de sélection de flux au-delà de la corrosivité

Une fois la décision corrosive/non corrosive prise, la sélection du flux devient une tâche d'ingénierie consistant à adapter la fenêtre de flux au métal de base, au métal d'apport et à l'atmosphère du four.

Fenêtre de température

Le flux doit être pleinement actif à la température de brasage et sa plage efficace doit chevaucher la plage de fusion du métal d'apport. Les charges de brasage d'aluminium courantes telles que les alliages Al-Si commencent à fondre autour de 575 degrés Celsius. Le flux doit fondre et s'étaler avant que la charge n'atteigne sa pleine liquidité. Si le flux s'active trop tard, le mastic ne sera pas mouillé ; s'il s'active trop tôt, le flux peut sécher avant la formation du joint.

Pour les flux de fluoroaluminate de potassium non corrosifs, la plage active typique est d'environ 560 à 620 degrés Celsius. Cela couvre la plupart des applications de brasage de l'aluminium, mais vérifiez-le par rapport à la combinaison d'alliage spécifique que vous utilisez.

Taille des particules de poudre et support

Le flux est souvent appliqué sous forme de bouillie, de pâte ou de couche pré-enduite. La taille des particules de poudre affecte l’uniformité de l’application et le comportement du revêtement pendant le chauffage. La poudre grossière est plus facile à manipuler mais peut rester inégale ; la poudre fine donne un revêtement plus uniforme mais peut être plus difficile à mélanger et à contrôler. Le système de transport est également important : les boues à base d'eau nécessitent un séchage constant, tandis que les systèmes à base de solvants peuvent nécessiter une manipulation différente. Si vous brasez des assemblages d'ailettes avec des espaces étroits, une couche de flux mince et uniforme est généralement plus importante que l'activité maximale du flux.

Ambiance du four

Le flux non corrosif fonctionne mieux dans une atmosphère inerte et sèche, généralement de l'azote. L'atmosphère doit être sèche pour empêcher la repousse de l'oxyde et le point de rosée doit normalement être inférieur à moins 40 degrés Celsius. Les niveaux d'oxygène et d'humidité dans le four affectent directement l'efficacité du flux. Si l'atmosphère est pauvre, le flux se consumera en combattant l'oxyde au lieu de permettre le brasage, ce qui entraînera des joints affamés. Les flux corrosifs tolèrent mieux la qualité de l'atmosphère, ce qui explique en partie leur utilisation pour les applications de brasage manuel et au chalumeau.

Qualifier un flux avant production

Aucun flux ne devrait être produit en série sans un essai en petits lots incluant des tests de comportement des résidus. Les spécifications chimiques à elles seules ne vous indiquent pas comment le flux se comportera dans votre four, sur la géométrie de vos ailettes, avec votre processus de nettoyage et d'assemblage.

Les étapes pratiques de qualification comprennent :

• Vérifiez le certificat d'analyse du contenu actif et des impuretés. Les niveaux de fer, de cuivre et de zinc supérieurs aux limites spécifiées peuvent affecter la qualité des joints et le comportement à la corrosion.
• Vérifiez la cohérence d’un lot à l’autre. La température de brasage est une fenêtre étroite, et un lot de flux qui s'active 10 degrés plus haut peut provoquer des congés incomplets sur l'ensemble d'un cycle de production.
• Contrôler les conditions de stockage. Les poudres flux absorbent l’humidité si les emballages restent ouverts. L'humidité provoque des grumeaux et réduit l'activité. Utilisez des contenants scellés et vérifiez la durée de conservation.
• Exécutez un brasage en petit lot avec le même métal de base, la même charge, la même charge de flux et la même atmosphère que ceux qui seront utilisés dans la production. Inspectez la formation des filets, l’apparence des résidus et la propreté des canaux.
• Effectuez un test d’exposition à l’humidité sur des échantillons brasés finis. Exposez les échantillons à des conditions chaudes et humides pendant une période définie et inspectez les produits de corrosion. Il s’agit du moyen le plus direct de confirmer que la combinaison flux/processus est sûre.

Ces étapes peuvent sembler lourdes pour un matériau consommable, mais le flux est la principale variable qui peut transformer un bon processus de brasage en un problème de fiabilité sur le terrain. Pour notre propre fabrication, nous traitons la qualification des flux dans le cadre de la revue de conception du produit, en particulier lorsque l'échangeur de chaleur sera utilisé dans des applications exigeantes telles que le refroidissement hydraulique ou la gestion thermique du groupe motopropulseur.

La sélection du flux est une décision de fiabilité et non une décision de coût des consommables.

Dans le brasage de l'aluminium, le métal d'apport et le profil du four retiennent le plus l'attention, mais le flux détermine si le joint survivra à sa première année de service. Le flux fluoré non corrosif élimine le plus grand risque : les résidus piégés qui absorbent l’humidité et corrodent le joint de l’intérieur. Pour les noyaux d’échangeurs de chaleur et autres structures fermées, cela en fait le bon choix par défaut. Lors de l'achat du flux, confirmez la fenêtre de température, les exigences en matière d'atmosphère et le comportement des résidus, puis validez par un essai de production réel.

Si vous concevez ou achetez des produits de refroidissement en aluminium brasé, un refroidisseur à plaques et ailettes en aluminium construit avec un processus de flux non corrosif contrôlé est la base de référence à laquelle s'attendre.

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