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FR2936597A1 - Echangeur de chaleur a epaisseur de composant reduit et son procede de fabrication - Google Patents

Echangeur de chaleur a epaisseur de composant reduit et son procede de fabrication Download PDF

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FR2936597A1
FR2936597A1 FR0805415A FR0805415A FR2936597A1 FR 2936597 A1 FR2936597 A1 FR 2936597A1 FR 0805415 A FR0805415 A FR 0805415A FR 0805415 A FR0805415 A FR 0805415A FR 2936597 A1 FR2936597 A1 FR 2936597A1
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FR
France
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tubes
alloy
heat exchanger
thickness
spacers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
FR0805415A
Other languages
English (en)
Inventor
Yann Pichenot
Alain Bauerheim
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
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Priority to PCT/EP2009/062729 priority patent/WO2010037803A1/fr
Priority to EP09783620A priority patent/EP2334835A1/fr
Publication of FR2936597A1 publication Critical patent/FR2936597A1/fr
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Abstract

L'invention se rapporte à un échangeur de chaleur et son procédé de fabrication. L'échangeur comporte des composants essentiellement en aluminium (Al). Les composants comprenant un faisceau de tubes, des intercalaires entre et/ou dans les tubes dudit faisceau et au moins une plaque collectrice. Le procédé de l'invention comprend les étapes de choisir des tubes constitués d'un alliage d'âme à base d'aluminium et comportant du Magnésium (Mg) compris entre 0,3% et 3,0% en poids ainsi que d'autres éléments chimiques, choisir une épaisseur desdits tubes indépendamment de l'épaisseur desdites intercalaires, revêtir au moins une face de certains au moins desdits composants d'un alliage d'apport à base d'aluminium, et assembler lesdits composants par brasage sans flux sous atmosphère contrôlée à une température comprise entre 580°C et 620°C.

Description

Echanqeur de chaleur à épaisseur de composant réduit et son procédé de fabrication. L'invention se rapporte à un échangeur de chaleur comportant des composants essentiellement en aluminium, avec un faisceau de tubes, des intercalaires et au moins 5 une plaque collectrice, ainsi qu'à son procédé de fabrication. Généralement, les échangeurs de chaleur comportent classiquement un faisceau de tubes et deux plaques collectrices qui sont traversées par les extrémités des tubes du faisceau de tubes. Des intercalaires peuvent être prévus entre les tubes dudit faisceau pour améliorer l'échange de chaleur. Dans ce cas on se réfère auxdits intercalaires 10 généralement par ailettes. Des intercalaires peuvent également être prévus dans des tubes pour permettre une génération de turbulence du fluide circulant à l'intérieur dudit tube, dans ce cas on se réfère aux intercalaires généralement par générateurs de turbulence ou encore turbulateurs ou perturbateurs . Lorsqu'un échangeur est en fonctionnement, un premier fluide circule à l'intérieur des 15 tubes du faisceau de tubes, tandis qu'un second fluide balaye extérieurement le faisceau de tubes. Les variations de température du fluide circulant à l'intérieur des tubes peuvent provoquer des écarts de température qui engendrent une dilatation thermique entre l'entrée, la sortie et le centre de l'échangeur. II en résulte des contraintes mécaniques dans les tubes ainsi que dans les plaques collectrices. De telles contraintes peuvent 20 causer des ruptures et/ou des fissures au sein de l'échangeur, d'où des risques de fuite du fluide. Les intercalaires mentionnés plus haut et notamment leur épaisseur doit être sensiblement choisie en fonction des dimensions et épaisseur des tubes afin de ne pas participer activement aux contraintes mécaniques et d'appuyer le risque de rupture et/ou 25 de fissure. En effet, comme détaillé plus loin, les contraintes mécaniques sont directement liées à la triple synergie épaisseur de tube û modèle d'échangeur de chaleur û épaisseur d'intercalaire. Par ailleurs, pour limiter les coûts de fabrication des échangeurs de chaleur, on tend aujourd'hui de plus en plus vers une épaisseur de tubes relativement fine. Par 30 conséquent, les tubes sont de moins en moins résistants aux chocs thermiques mentionnés ci-dessus et ainsi les risques de rupture/fissure augmentent. Il convient donc de renforcer mécaniquement et/ou chimiquement les matériaux constituant les composants des échangeurs de chaleur.
Le magnésium est connu pour renforcer les composants d'un échangeur de chaleur. Toutefois, l'utilisation de magnésium détériore la qualité de brasage lors de l'assemblage des composants d'échangeurs de chaleur. De plus, l'utilisation de magnésium est incompatible avec les procédés de brasage dits à flux, ceci en raison de la réactivité entre magnésium et le fluor toujours présent dans les procédés de brasage à flux. L'invention vient améliorer la situation. L'utilisation de ce procédé et de ce matériau précités permet en l'occurrence de pouvoir, sur des échangeurs de chaleur de type Radiateurs de Refroidissement Moteur et Refroidisseurs d'Air de Suralimentation, diminuer très nettement les épaisseurs desdits tubes et desdits intercalaires. À cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur comportant des composants essentiellement en aluminium, lesdits composants comprenant un faisceau de tubes, des intercalaires entre et/ou dans les tubes dudit faisceau et au moins une plaque collectrice. Le procédé de l'invention comprend des étapes suivantes : - choisir des tubes constitués d'un alliage d'âme à base d'aluminium et comportant du Magnésium (Mg) compris entre 0,3% et 3,0% en poids ainsi que d'autres éléments chimiques, - choisir une épaisseur desdits tubes indépendamment de l'épaisseur desdites intercalaires, - revêtir au moins une face de certains au moins desdits composants d'un alliage d'apport à base d'aluminium, et - assembler lesdits composants par brasage sans flux sous atmosphère contrôlée à une température comprise entre 580°C et 620°C suivi d'un refroidissement (rapide et éventuellement, un revenu à une température comprise entre 80°C et 250°C). Le procédé permet l'obtention d'un échangeur de chaleur résistant aux contraintes mécaniques. Une haute teneur en magnésium (Mg) dans les tubes leur confère une forte résistance à la rupture. De plus, l'apport de magnésium permet l'utilisation de tubes d'épaisseur réduite.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'alliage d'âme a une composition en poids : Silicium (Si) compris entre 0,5% et 0,7% ; Fer (Fe) < 1,0% ; Cuivre (Cu) compris entre 0,3% et 1,0% ; Manganèse (Mn) compris entre 0,3% et 2,0% ; Zinc (Zn) < 6,0% ; Titane (Ti) < 0,1% ; Zirconium (Zr) < 0,3% ; Crome (Cr) < 0,3% ; Nickel (Ni) < 2,0% ; Cobalt (Co) < 2,0% ; Bismuth (Bi) < 0,5% ; Yttrium (Y) < 0,5% ; Magnésium (Mg) compris entre 0,3% et 3,0% ; autres éléments < 0,05% chacun et 0,15 au total ; reste Aluminium (Al), et l'alliage d'apport a une composition en poids : Silicium (Si) compris entre 4,0% et 15,0% ; l'un au moins des éléments suivants Argent (Ag), Béryllium (Be), Bismuth (Bi), Cérium (Ce), Lanthane (La), Plomb (Pb), Palladium (Pd), Antimoine (Sb), Yttrium (Y) ou de mischmetal compris entre 0,01% et 1,0% ; reste Aluminium (AI). Selon un mode de réalisation, l'alliage d'âme comporte une teneur en Magnésium (Mg) de 0,5%, une Silicium (Si) de 0,5%, une teneur en Cuivre (Cu) de 0,5%, une teneur en Manganèse (Mn) de 1,65%, une teneur en Titane (Ti) de 0,08% et une teneur en Bismuth (Bi) de 0,15%.
L'échangeur de chaleur peut être du type radiateur avec une épaisseur de tubes 5200pm. Il s'agit généralement d'un échangeur de type Gaz/Liquide. L'échangeur de chaleur peut être du type refroidisseur d'air de suralimentation avec une épaisseur de tubes 5270pm. Il s'agit généralement d'un échangeur de type Gaz/Gaz. Le procédé peut comprendre une étape d'utilisation d'intercalaires d'épaisseur choisie 20 dans une plage allant d'environ 50pm à environ 100pm. L'invention vise également un échangeur de chaleur du type radiateur et un échangeur de chaleur de type refroidisseur à air de suralimentation. L'échangeur de chaleur comportant des composants essentiellement en aluminium (AI). Les composants comprenant un faisceau de tubes, des intercalaires entre les tubes dudit faisceau et au 25 moins une plaque collectrice, lesdits intercalaires et lesdites plaques collectrices étant éloignés d'un écart minimal de contrainte. Selon l'invention l'épaisseur des tubes est 5200pm pour l'échangeur de chaleur du type radiateur et est 5270pm pour l'échangeur de chaleur de type refroidisseur à air de suralimentation. Selon un mode de réalisation l'écart minimal de contrainte est 53mm. Ceci augmente la 30 surface d'échange thermique et par conséquent accroît les performances de l'échangeur. Selon un autre mode de réalisation l'échangeur de chaleur comprend des intercalaires d'épaisseur choisie dans une plage allant d'environ 50pm à environ 100pm.
Les tubes de l'échangeur peuvent être constitués d'un alliage d'âme de composition en poids : Silicium (Si) compris entre 0,5% et 0,7% ; Fer (Fe) < 1,0% ; Cuivre (Cu) compris entre 0,3% et 1,0% ; Manganèse (Mn) compris entre 0,3% et 2,0% ; Zinc (Zn) < 6,0% ; Titane (Ti) < 0,1% ; Zirconium (Zr) < 0,3% ; Crome (Cr) < 0,3% ; Nickel (Ni) < 2,0% ; Cobalt (Co) < 2,0% ; Bismuth (Bi) < 0,5% ; Yttrium (Y) < 0,5% ; Magnésium (Mg) compris entre 0,3% et 3,0% ; autres éléments < 0,05% chacun et 0,15 au total ; reste Aluminium (Al). L'un au moins des composants peut être revêtu sur au moins une face d'un alliage d'apport essentiellement en aluminium de composition en poids : 10 Silicium (Si) compris entre 4,0% et 15,0% ; l'un au moins des éléments suivants Argent (Ag), Béryllium (Be), Bismuth (Bi), Cérium (Ce), Lanthane (La), Plomb (Pb), Palladium (Pd), Antimoine (Sb), Yttrium (Y) ou de mischmetal compris entre 0,01% et 1,0% ; reste Aluminium (AI). Selon un mode de réalisation, l'alliage d'âme a une teneur en Magnésium (Mg) de 0,5%. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique de face d'un échangeur de chaleur classique, - la figure 2 représente schématiquement l'épaisseur des tubes et des intercalaires, 20 - la figure 3 est relative à l'art antérieur et représente graphiquement la résistance à la rupture et le taux de brasage en fonction de la teneur en magnésium d'un alliage d'âme, - la figure 4 montre un organigramme d'un mode de réalisation du procédé de l'invention, - la figure 5 est relative à l'invention et représente graphiquement la résistance à la rupture et le taux de brasage en fonction de la teneur en magnésium d'un alliage d'âme, 25 - la figure 6 est relative à l'art antérieur et représente un graphique mettant en relation la distance minimale et maximale entre ailettes et plaques collectrices pour différentes classes d'échangeur de chaleur, - la figure 7 est relative à l'invention et représente un graphique mettant en relation la distance minimale et maximale entre ailettes et plaques collectrices pour différentes 30 classes d'échangeur de chaleur.
Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. La figure 1 représente une vue schématique de face d'un échangeur de chaleur 1 classique. Il apparaît différents composants et notamment un faisceau de tubes 2, des intercalaires 3 entre les tubes dudit faisceau et au moins une plaque collectrice 4, lesdits intercalaires 3 et lesdites plaques collectrices 4 étant éloignés d'un écart minimal de contrainte dcont. L'écart minimal de contrainte est prévu pour compenser les déformations mécaniques au voisinage des plaques collectrices. En effet, les plaques collectrices étant particulièrement sensibles aux déformations mécaniques un écart minimal de contrainte permet de protéger les tubes vis-à-vis de fissures et/ou ruptures. Sur la figure 1 on distingue deux types d'intercalaires 3 : des intercalaires de type ailettes 31 se trouvant entre les tubes 2 et dont le rôle principale est d'augmenter la surface d'échange entre les fluides, et des intercalaires de type générateurs de turbulence dit turbulateurs 32 se trouvant à l'intérieur des tubes 2 et dont le rôle principale est d'homogénéiser la surface de contact entre les fluide circulant à l'intérieur des tubes 2 et les parois de tubes. Les ailettes 31 et les turbulateurs 32 optimisent les performances d'un échangeur de chaleur. La figure 2 montre schématiquement ce que l'on entend dans la présente description par l'épaisseur des tubes etub. et l'épaisseur des intercalaires e;nt.. La figure 2 montre également ce que l'on entend ici par Hauteur de tube Htub et Largeur de tube LgtUb• On revient maintenant brièvement sur les techniques de brasage. On entend par brasage l'assemblage de composants à l'aide d'un alliage d'apport (encore appelé placage). L'alliage d'apport a une température de fusion inférieure à celle des composants à assembler. Généralement, l'assemblage par brasage se fait dans un four à air, sous atmosphère contrôlée ou sous vide. Dans le passé, le brasage était très couramment réalisé sous vide. Toutefois, ceci est associé à un coût très élevé en raison de la maintenance des fours sous vide. Une nouvelle technologie de brasage sous atmosphère contrôlée avec flux non corrosif, communément appelée Nocolok (marque déposée), a remplacé par la suite le brasage de type brasage sous vide. On entend par flux un mélange de produits chimiques permettant d'assurer un mouillage satisfaisant de l'alliage d'apport sur les composants à assembler. Le bon mouillage est notamment dû à l'élimination des oxydes présents sur les composants à assembler, la protection des composants à assembler de l'oxydation pendant la durée d'une opération de brasage et en abaissant la tension superficielle de l'alliage d'apport. Parmi les composants décrits ici, on trouve au moins un composant réalisé par un alliage dit alliage d'âme. Tout particulièrement il sera fait référence à des tubes constitués d'un alliage d'âme bien choisi (voir plus loin). Le procédé Nocolok impose toutefois des contraintes strictes sur l'utilisation des alliages. En effet les alliages comprenant du magnésium (Mg) sont sujets à des problématiques lors de l'utilisation d'un brasage à flux. En effet, le magnésium réagit avec d'autres éléments chimiques intervenant dans les brasages à flux et notamment avec le fluor, d'où un brasage à flux ineffectif à partir d'une teneur de magnésium de l'ordre de 0 ,3 % en poids dans la composition des composants à assembler. Au-delà de 0,3 % de magnésium, une quantité plus importante de flux serait nécessaire, ce qui rendrait l'opération de brasage plus coûteuse et plus difficilement maîtrisable. Le document WO 2005/061743 est venu introduire un procédé d'assemblage de tôle en alliage d'aluminium comportant un brasage sans flux sous atmosphère contrôlée dans lequel l'une au moins des tôles est constituée d'un alliage d'âme de composition bien choisie et dans lequel l'une au moins des tôles est revêtue sur au moins une face d'un alliage d'aluminium de brasage de composition bien choisie. La Demanderesse a découvert non sans surprise, que l'utilisation d'un procédé de brasage avec des conditions de température précises et un choix en pourcentage de la composition chimique des composants distincts d'un échangeur de chaleur permettait de réduire considérablement l'épaisseur desdits composants et ainsi un assemblage dimensionnel innovant d'échangeurs de chaleur. La résistance aux contraintes mécaniques décrites plus haut est directement liée au taux de brasage. Le taux de brasage correspond au pourcentage d'assemblage entre les composants à assembler lors de l'opération de brasage. Pour une bonne résistance aux contraintes mécaniques, il est particulièrement important d'avoir un bon assemblage entre intercalaires et tubes. Moins le taux de brasage est élevé, plus haut sera le risque de déformations mécaniques et de fissure et/ou rupture des tubes lorsque l'échangeur de chaleur se trouve en état de fonctionnement. On tend donc vers un taux de brasage >_95% pour assurer une résistance satisfaisante auxdites contraintes.
La figure 3 est relative à l'art antérieur et montre un graphique mettant en relation d'une part la résistance à la rupture (Rm) en fonction du pourcentage magnésium (Mg) dans un alliage d'âme d'une part et d'autre part la relation existant entre le taux de brasage et le pourcentage de magnésium (Mg) dans un alliage d'âme lorsqu'on utilise un procédé de brasage de type Nocolok . La résistance à la rupture (Rm) correspond à l'effort de traction à partir duquel l'alliage d'âme se brise en deux parties, il est exprimé en Mpa. II apparaît sur la figure 3 que la résistance à la rupture d'un alliage d'âme augmente proportionnellement avec la teneur en magnésium (Mg) dudit alliage d'âme. Toutefois, avec cette augmentation en teneur en magnésium (Mg) dans l'alliage d'âme le taux de brasage se trouve diminué jusqu'à atteindre un taux de brasage inférieure à 95 % pour une teneur d'environ 0,3 % en poids. Cela n'est pas satisfaisant pour assurer une résistance suffisante aux contraintes mécaniques survenant lorsque l'échangeur de chaleur est en fonctionnement. Pour compenser cette insuffisance à la résistance aux contraintes mécaniques, une solution est d'augmenter l'épaisseur du matériau formant les tubes. Mais ceci augmenterait directement le coût du procédé en raison du surplus en matériau. Le procédé de fabrication d'échangeur de chaleur selon l'invention permet d'augmenter la teneur en magnésium (Mg) dans les composants de l'échangeur de chaleur, et ce sans perturber le taux de brasage.
L'organigramme de la figure 4 montre un mode de réalisation du procédé de l'invention. L'opération 400 comprend la mise à disposition de composants pour former un échangeur de chaleur, à savoir notamment, des tubes, des intercalaires et des plaques collectrices. Les tubes sont sensiblement choisis d'un alliage d'âme spécifique lors d'une étape de sélection 402 et dont la teneur en magnésium (Mg) est comprise entre 0,3% et 3,0% en poids. L'alliage d'âme des tubes peut avoir la composition en poids suivante : Silicium (Si) = 0,5% ; Fer (Fe) < 1,0% ; Cuivre (Cu) = 0,5% ; Manganèse (Mn) = 1,65% ; Zinc (Zn) < 6,0% ; Titane (Ti) = 0,08% ; Zirconium (Zr) < 0,3% ; Crome (Cr) < 0,3% ; Nickel (Ni) < 2,0% ; Cobalt (Co) < 2,0% ; Bismuth (Bi) < 0,5% ; Yttrium (Y) < 0,5% ; Magnésium (Mg) = 0,5% ; autres éléments < 0,05% chacun et 0,15 au total ; reste Aluminium (AI). Cette composition d'alliage est connue sous le nom de alliage sans flux . Lors d'une opération suivante de sélection d'épaisseur 404, l'épaisseur des tubes etub est choisie. Lorsqu'il s'agit d'échangeurs de chaleur de type radiateur l'épaisseur e,ub est choisie entre 170pm et 230pm, et préférentiellement entre 170pm et 200pm. Lorsqu'il s'agit d'échangeurs de chaleur de type refroidisseur à air de suralimentation l'épaisseur etub est choisie entre 270pm et 400pm, et préférentiellement environ 270pm. L'opération de sélection d'épaisseur 404 comprend également la sélection d'épaisseur e;nt d'intercalaires. Les intercalaires de type ailettes sont choisis entre 50pm et 100pm, les intercalaires de type turbulateurs sont choisis entre 70pm et 100pm. Une étape de dépôt d'alliage d'apport 406 comprend le dépôt d'un alliage d'apport sur au moins une face de certains au moins des composants en vue de l'assemblage par brasage. L'alliage d'apport peut avoir la composition en poids suivante : Silicium (Si) compris entre 4,0% et 15,0% ; l'un au moins des éléments suivants Argent (Ag), Béryllium (Be), Bismuth (Bi), Cérium (Ce), Lanthane (La), Plomb (Pb), Palladium (Pd), Antimoine (Sb), Yttrium (Y) ou de mischmetal (alliage entre métaux et terres rares) compris entre 0,01% et 1,0% ; reste Aluminium (Al). L'opération suivante d'assemblage 408 comprend le positionnement mécanique des composants de l'échangeur de chaleur pour la réalisation de l'opération finale de brasage 410. La figure 5 montre la relation d'une part la résistance à la rupture (Rm) en fonction du pourcentage magnésium (Mg) dans un alliage d'âme d'une part et d'autre part la relation existant entre le taux de brasage et le pourcentage de magnésium (Mg) dans un alliage d'âme lorsqu'on met en oeuvre le procédé le l'invention comme décrit ci-dessus. Selon le mode de réalisation décrit ici, le procédé de l'invention utilise un alliage d'âme dont la teneur en magnésium (Mg) peut atteindre sans difficultés 0,5 % en poids tout en conservant un taux de brasage supérieur à 95%. La résistance à la rupture de l'alliage se situe alors aux environs de 220 Mpa. La figure 6 est relative à l'art antérieur et montre l'écart minimal doent et l'écart maximal d'un intercalaire de type ailette de différentes classes d'échangeurs de chaleur, lesquels ne seront pas détaillés dans la présente description. On note que la distance minimale entre ailettes et plaques collectrices est de 3mm. Comme mentionné plus haut, il s'agit d'une distance minimale de sécurité pour minimiser le risque de fissure et/ou de rupture lors d'une déformation mécanique au voisinage de la plaque collectrice.
La figure 7 est relative à l'invention et montre également l'écart minimal dcont et l'écart maximal d'un intercalaire de type ailette de différentes classes d'échangeurs de chaleur lorsque l'échangeur de chaleur est assemblé par le procédé de l'invention. On constate que l'assemblage d'un échangeur de chaleur avec le procédé de l'invention permet d'abaisser l'écart minimal dcont de sécurité entre plaques collectrices et intercalaires de type ailettes. Ceci permet d'augmenter la surface d'échange thermique et ainsi la performance d'un échangeur de chaleur. Dans la suite, l'invention sera décrite à l'aide d'un exemple de réalisation. Des avantages de l'invention ressortiront clairement à la lumière de l'exemple de réalisation non limitatif décrit ci-dessous. Exemple Des tests mécaniques ont été réalisés, d'une part sur des échangeurs de chaleurs de type radiateur et de type refroidisseur à air de suralimentation, assemblés par un procédé de brasage classique type Nocolok et dont l'alliage d'âme (en particulier les tubes) ont une composition connue de type alliage classique de type Aluminium Série 3000 modifié, et d'autre part sur des échangeurs de chaleurs de type radiateur et de type refroidisseur à air de suralimentation, assemblés selon un mode de réalisation du procédé de l'invention (voir ci-dessous) et dont l'alliage d'âme (en particulier les tubes) est l'alliage sans flux décrit plus haut.
Description des tests mécaniques réalisés : 1. Test de Pression Pulsée Cyclées : les échangeurs sont soumis à des alternances de pressions internes cyclées en enceinte chauffée ou non de manière à faire apparaître ou non des problèmes de tenue en fatigue et doivent répondre à un nombre minimum de cycles sans rupture imposé par chaque client. 2. Test de Choc Thermique : les échangeurs sont soumis à une circulation de fluide interne à des températures alternées ayant pour but de mettre en évidence les phénomènes de dilatation différentielle entre les différents composants dudit échangeur. Le nombre de cycle minimum de température alternée sans rupture est là aussi imposé par le cahier des charges du client.
Les tests mécaniques ont été réalisés sur différents modèles d'échangeurs de chaleurs, à savoir pour : - les échangeurs de chaleurs de type radiateur les modèles suivants : - 14mm ; 18mm ; 27mm et 34mm, et pour - les échangeurs de chaleurs de type refroidisseur à air de suralimentation les modèles suivants : - 64mm ; 80mm compact ; 80mm mosaïque et 100mm.
Les modèles se définissent principalement par la gamme de faisceau de tubes utilisé, notamment la largeur des tubes LgtUb et la structure du faisceau, c'est-à-dire une combinaison entre le nombre de tubes/intercalaires, et la longueurs desdits tubes. Dans le mode de réalisation de l'exemple décrit ici, il a été utilisé un alliage d'apport du type 4000 standard et plus précisément 4045 (10% de Silicium) avec une teneur en Bismuth (Bi) sensiblement égale à 0,15%. L'alliage d'apport recouvre l'alliage d'âme et représente environ 10% de l'épaisseur totale consistant en l'ensemble alliage d'âme/alliage d'apport. L'ensemble alliage d'âme/alliage d'apport de l'exemple de réalisation décrit est d'abord laminé à chaud, puis à froid pour ensuite être soumis à un traitement de restauration de 10 h environ à 260°C. Un traitement de dégraissage de 10 min à 240°C est appliqué sur l'ensemble alliage d'âme/alliage d'apport à braser. Aucune autre préparation de surface n'est appliquée et en particulier aucun Flux n'est déposé. Le brasage se fait dans un four en verre à double paroi qui permet de suivre activement l'avancement de l'assemblage.
Le cycle thermique est composé d'une phase de montée en température jusqu'à 600°C avec une vitesse d'environ 20°C à 30°C/min, d'un maintien de 2 min à 600°C, et d'une descente à environ 60°C/min. Le procédé de l'exemple de réalisation décrit se fait sous balayage continu d'azote. On note que les conditions opératoires pour assembler par brasage les conditions ci- dessus doivent être sensiblement respectées pour offrir un taux de brasage satisfaisant (>95%) Dans une première série de tests mécaniques, différentes épaisseurs d'intercalaires é;nt ont été agencées sur les échangeurs de chaleurs. Pour la première série de tests mécaniques sur les échangeurs de chaleurs de type radiateur, l'épaisseur des tubes etUb est de 270pm. Trois épaisseurs différentes d'ailettes ont été utilisées, à savoir : û 50pm ; 70pm et 100pm. Pour la première série de tests mécaniques sur les échangeurs de chaleurs de type refroidisseur à air de suralimentation, l'épaisseur des tubes est de 400pm. L'épaisseur d'ailette a été choisie constante, à savoir : 70pm. Deux épaisseurs différentes de turbulateurs on été utilisés, à savoir : û 70pm et 100pm.
Les résultats de la première série de tests mécaniques sur les échangeurs de chaleurs de type radiateur sont montrés dans le tableau 1.
Les résultats de la première série de tests mécaniques sur les échangeurs de chaleurs de type refroidisseur à air de suralimentation sont montrés dans le tableau 2. 14 mm 18 mm 27 mm 34 mm Echangeur de chaleur type Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage radiateur classiq sans classiq sans classiq sans classiq sans ue flux ue flux ue flux ue flux Épaisseur Ailette = 50pm + + + + _ + 0 + Épaisseur + + + + + + _ + Ailette = 70pm Épaisseur + + + + + + + + Ailette = 100pm Tableau 1. + : résistance aux contraintes mécaniques assurée ; - : résistance modérément aux contraintes mécaniques ; o : non-résistance aux contraintes mécaniques. 10 On entend par résistance mécanique dans ces tableaux le fait que le produit (dans la configuration donnée) passe les tests mécaniques précédemment cités sans aucune rupture constatée. 64 mm 80 mm compact 80 mm mosaïc 100 mm Echangeur de chaleur type CAC Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage classique sans classique sans classique sans classiq sans flux flux flux ue flux Épaisseur + + + + + _ Turbulateur = 70 pm 5 Épaisseur Turbulateur = + + + + + + + + 100 pm Tableau 2. + : résistance aux contraintes mécaniques assurée ; - : résistance modérément aux contraintes mécaniques ; o : non-résistance aux contraintes mécaniques.
Les résultats de la première série de tests mécaniques sur les échangeurs de chaleurs montrent que le procédé de l'invention permet l'obtention d'échangeurs de chaleurs stables et robustes tout en utilisant une épaisseur de tube etub réduite, et ce indépendamment du modèle d'échangeur de chaleur. Ceci s'explique par la teneur élevée en magnésium dans les tubes. Par conséquent, comme le montrent les tableaux 1 et 2, l'épaisseur des intercalaires e;nt peut être réduite pour des modèles d'échangeurs dont la largeur des tubes LgtUb est grande (environ 27mm ou 34mm). Dans une seconde série de tests mécaniques, différentes épaisseurs de tubes étub ont été agencées sur les échangeurs de chaleurs.
Pour la seconde série de tests mécaniques sur les échangeurs de chaleurs de type radiateur, l'épaisseur des intercalaires e;nt de type ailette est de 70pm. Trois épaisseurs différentes de tubes etUb on été utilisées, à savoir : ù 180pm ; 200pm et 230pm. Pour la seconde série de tests mécaniques sur les échangeurs de chaleurs de type 20 refroidisseur à air de suralimentation, l'épaisseur des intercalaires de type ailette ou turbulateur est de 70pm. Deux épaisseurs différentes de tubes on été utilisées, à savoir : ù 270pm et 400pm. Les résultats de la seconde série de tests mécaniques sur les échangeurs de chaleurs de type radiateur sont montrés dans le tableau 3. 25 Les résultats de la seconde série de tests mécaniques sur les échangeurs de chaleurs de type refroidisseur à air de suralimentation sont montrés dans le tableau 4.
Echangeur 14 mm 18 mm 27 mm 34 mm de chaleur Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage type classique sans classique sans classique sans classique sans radiateur flux flux flux flux Épaisseur Tube = 180 - + - + 0 - g pm Épaisseur + + - + _ + g _ Tube = 200 pm Épaisseur + + + + + + + Tube = 230 pm Tableau 3. + : résistance aux contraintes mécaniques assurée ; - : résistance modérément aux contraintes mécaniques ; w : non-résistance aux contraintes 5 mécaniques. 64 mm 80 mm 100 mm Radiateur type CAC Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage Alliage classique sans flux classique sans flux classique sans flux Épaisseur Tube ? ? g + g + = 270 pm Épaisseur Tube + + + + + + = 400 pm Tableau 4. + : résistance aux contraintes mécaniques assurée ; - : résistance 10 modérément aux contraintes mécaniques ; o : non-résistance aux contraintes mécaniques. ? : non-testé.
Les résultats de la seconde série de tests mécaniques sur les échangeurs de chaleurs confirment que le procédé de l'invention permet l'utilisation de tubes d'épaisseur réduite. Par conséquent on économise du matériel de construction, ce qui est de grand intérêt économique.
L'invention s'applique principalement aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles, en particulier aux radiateurs de refroidissement du moteur et aux refroidisseurs d'air de suralimentation.

Claims (18)

  1. Revendications1. Procédé de fabrication d'un échangeur (1) de chaleur comportant des composants essentiellement en aluminium (Al), lesdits composants comprenant un faisceau de tubes (2), des intercalaires (3) entre et/ou dans les tubes (2) dudit faisceau et au moins une plaque collectrice (4), caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - choisir des tubes (2) constitués d'un alliage d'âme à base d'aluminium et comportant du Magnésium (Mg) compris entre 0,3% et 3,0% en poids ainsi que d'autres éléments chimiques, - choisir une épaisseur desdits tubes (etub) indépendamment de l'épaisseur desdites intercalaires (e;nt), - revêtir au moins une face de certains au moins desdits composants d'un alliage d'apport à base d'aluminium, et - assembler lesdits composants par brasage sans flux sous atmosphère contrôlée à une température comprise entre 580°C et 620°C suivi d'un refroidissement.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage d'âme a une composition en poids : Silicium (Si) compris entre 0,5% et 0,7% ; Fer (Fe) < 1,0% ; Cuivre (Cu) compris entre 0,3% et 1,0% ; Manganèse (Mn) compris entre 0,3% et 2,0% ; Zinc (Zn) < 6,0% ; Titane (Ti) < 0,1% ; Zirconium (Zr) < 0,3% ; Crome (Cr) < 0,3% ; Nickel (Ni) < 2,0% ; Cobalt (Co) < 2,0% ; Bismuth (Bi) < 0,5% ; Yttrium (Y) < 0,5% ; Magnésium (Mg) compris entre 0,3% et 3,0% ; autres éléments < 0,05% chacun et 0,15 au total ; reste Aluminium (AI).
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alliage d'apport a une composition en poids : Silicium (Si) compris entre 4,0% et 15,0% ; l'un au moins des éléments suivants Argent (Ag), Béryllium (Be), Bismuth (Bi), Cérium (Ce), Lanthane (La), Plomb (Pb), Palladium 15(Pd), Antimoine (Sb), Yttrium (Y) ou de mischmetal compris entre 0,01% et 1,0% ; reste Aluminium (AI).
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'échangeur de 5 chaleur (1) est du type radiateur et en ce que l'épaisseur desdits tubes (2) est 5200pm.
  5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (1) est du type refroidisseur d'air de suralimentation et en ce que l'épaisseur desdits tubes etub est 5270pm.
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur desdits intercalaires (e;nt) est choisie dans une plage allant d'environ 50pm à environ 100pm. 15
  7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Magnésium (Mg) de l'alliage d'âme est de 0,5%.
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Silicium (Si) de l'alliage d'âme est de 0,5%.
  9. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Cuivre (Cu) de l'alliage d'âme est de 0,5%.
  10. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur 25 en Manganèse (Mn) de l'alliage d'âme est de 1,65%.
  11. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Titane (Ti) de l'alliage d'âme est de 0,08%. 10 20
  12. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Bismuth (Bi) de l'alliage d'apport est de 0,15%.
  13. 13. Échangeur de chaleur (1) du type radiateur, obtenu selon le procédé défini à l'une quelconque des revendications précédentes, ledit échangeur comportant des composants essentiellement en aluminium (Al), lesdits composants comprenant un faisceau de tubes (2), des intercalaires (3) entre les tubes (2) dudit faisceau et au moins une plaque collectrice (4), lesdits intercalaires (3) et lesdites plaques collectrices (4) étant éloignés d'un écart minimal de contrainte (dcont), caractérisé en ce que l'épaisseur desdits tubes (2) est 5200pm.
  14. 14. Échangeur de chaleur (1) de type refroidisseur à air de suralimentation, obtenu selon le procédé défini à l'une quelconque des revendications précédentes, ledit échangeur comportant des composants essentiellement en aluminium (Al), lesdits composants comprenant un faisceau de tubes (2), des intercalaires (3) entre les tubes (2) dudit faisceau et au moins une plaque collectrice (4), lesdits intercalaires (3) et lesdites plaques collectrices (4) étant éloignés d'un écart minimal de contrainte (dcont), caractérisé en ce que l'épaisseur desdits tubes est <_270pm.
  15. 15. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce les intercalaires (3) et la ou les plaques collectrices (4) sont éloignés d'un écart minimal de contrainte (dcont) 53mm.
  16. 16. Échangeur de chaleur (1) selon l'un des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que l'épaisseur desdits intercalaires (e;nt) est choisie dans une plage allant d'environ 50pm à environ 100pm.
  17. 17. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce 30 que les tubes (2) sont constitués d'un alliage d'âme de composition en poids : Silicium (Si) compris entre 0,5% et 0,7% ; Fer (Fe) < 1,0% ; Cuivre (Cu) compris entre 0,3% et 1,0% ; Manganèse (Mn) compris entre 0,3% et 2,0% ; Zinc (Zn) < 6,0% ; Titane (Ti) < 0,1% ; Zirconium (Zr) < 0,3% ; Crome (Cr) < 0,3% ; Nickel (Ni) < 2,0% ; Cobalt (Co) < 2,0% ; Bismuth (Bi) < 0,5% ; Yttrium (Y) < 0,5% ; Magnésium (Mg) compris entre 0,3% et 3,0% ; autres éléments < 0,05% chacun et 0,15 au total ; reste Aluminium (Al), l'un au moins desdits composants étant revêtu sur au moins une face d'un alliage d'apport essentiellement en aluminium de composition en poids : Silicium (Si) compris entre 4,0% et 15,0% ; l'un au moins des éléments suivants Argent (Ag), Béryllium (Be), Bismuth (Bi), Cérium (Ce), Lanthane (La), Plomb (Pb), Palladium (Pd), Antimoine (Sb), Yttrium (Y) ou de mischmetal compris entre 0,01% et 1,0% ; reste Aluminium (Al).
  18. 18. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que la teneur en Magnésium (Mg) de l'alliage d'âme est de 0,5%.
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