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Le soudage tendre est un procédé qui permet d’assembler des métaux de base les uns aux autres en utilisant un métal d’apport (soudure) qui fond à une température inférieure à celle des métaux de base. La plupart des travaux de soudage tendre sont effectués avec des soudures qui fondent à une température allant de 175oC (350oF) à 290oC (550oF). Si on désire à tout coup obtenir des joints soudés satisfaisants, on doit suivre le mode opératoire expliqué dans la norme Standard Practice B 828 de l’ASTM. Il faut également noter que les autorités réglementant les codes canadiens interdisent maintenant l’utilisation de soudures qui contiennent plus de 0,2 % de plomb pour les réseaux de distribution d’eau potable. Il existe toute une variété de soudures sur le marché qu’on peut utiliser à la place de l’alliage 50 % étain et 50 % plomb autrefois répandu. Ces soudures fondent à une température légèrement supérieure et peuvent présenter différentes caractéristiques d’écoulement. Il faut utiliser un décapant approprié lorsqu’on désire réaliser un joint soudé. Le décapant se comporte comme un agent de nettoyage et de mouillage. Lorsqu’il est appliqué comme il doit l’être, le décapant permet au métal d’apport de se répandre uniformément sur les surfaces à assembler. Il s’agit d’une substance chimiquement active que l’on ne doit utiliser qu’en quantité suffisante pour éliminer les oxydes de la zone du joint pendant le chauffage et pour s’assurer que l’alliage mouille les surfaces à assembler. Éviter d’utiliser trop de décapant. La norme B 813 de l’ASTM, ‘ Liquid and Paste Fluxes for Soldering Applications of Copper and Copper Alloy Tube’ régit les conditions d’utilisation et les méthodes d’essai des décapants liquides et des décapants en pâte servant au soudage. Mesurage Mesurer avec précision la longueur de chaque tronçon de tube (figure 3). Si le tube est trop court il ne s’enfoncera pas à fond dans la coupelle du raccord et on ne pourra pas obtenir un bon joint. Par contre, si le tube est trop long, cela peut entraîner des contraintes dans le réseau. Figure 3 Coupage Couper le tube aux longueurs mesurées. On peut couper le tube avec un coupe-tube à disque (figure 4), une scie à métaux, une meule abrasive, ou encore avec une scie à ruban fixe ou portative. Il faut veiller à ne pas déformer le tube quand on le coupe. Quelle que soit la méthode utilisée, la coupe doit être d’équerre de façon que le tube entre correctement dans la coupelle du raccord. Figure 4 Alésage Aléser toutes les extrémités de tube coupées pour qu’elles aient exactement le même diamètre que l’intérieur du tube et enlever les petites bavures créées par l’opération de coupage. Si on n’enlève pas ce bord intérieur rugueux en l’alésant, le phénomène d’érosion-corrosion peut se produire en raison de la turbulence locale et de l’augmentation de la vitesse d’écoulement locale près du joint. Par contre, un tube bien alésé présente une surface lisse qui permet d’obtenir un écoulement supérieur. Enlever les bavures éventuelles sur la partie extérieure des extrémités du tube pour s’assurer que ce dernier entre bien dans la coupelle du raccord. Les outils qui servent à aléser les extrémités de tube comprennent entre autres : la lame d’alésage qui se trouve sur le coupe-tube, les limes demi-rondes ou rondes, un couteau de poche et un outil spécial d’ébavurage (figure 5). Figure 5 Il faut veiller à ne pas exercer une pression excessive sur les extrémités des tubes mous pour ne pas les déformer. On peut redonner sa forme ronde initiale à un tube à l’état mou déformé en utilisant un outil à calibrer. Cet outil comprend une bague et un mandrin. Nettoyage Il est primordial de supprimer tous les oxydes et la crasse de surface des extrémités du tube et des coupelles du raccord pour obtenir un bon écoulement de la soudure dans le joint. Sinon, ces matières peuvent faire obstacle au phénomène capillaire, elles peuvent diminuer la résistance du joint et provoquer sa rupture. Abraser légèrement (nettoyer) les extrémités du tube en utilisant une toile abrasive (figure 6), ou des tampons abrasifs en nylon sur une longueur légèrement supérieure à la profondeur des coupelles du raccord. Nettoyer les coupelles du raccord en utilisant une toile abrasive, des tampons abrasifs ou une brosse à raccords de la bonne dimension. Figure 6 L’espace capillaire entre le tube et le raccord est plus efficace entre 0,002 et 0,005 po (0,05 à 0,13 mm), et il peut atteindre 0,010 po (0,25 mm). La soudure remplit ce jeu par capillarité. Cet écartement est essentiel pour que la soudure s’écoule dans le jeu et forme un joint solide. Un joint trop lâche risque d’occasionner des ennuis surtout si la coupelle du raccord est de grandes dimensions. On risque aussi de répandre trop de soudure dans le joint et de provoquer ainsi la formation de dépôts dans la coupelle du raccord. On peut avoir recours à un décapage chimique si les extrémités du tube et les raccords sont rincés à fond après le nettoyage, selon le mode opératoire recommandé par le fabricant du produit de nettoyage. Ne pas toucher la surface nettoyée les mains nues ou si l’on porte des gants imprégnés d’huile. Les huiles de la peau, les huiles de fraissage ainsi que la graisse sont préjudiciables à l’opération de soudage tendre. Décapage Utiliser un décapant qui permet de dissoudre et d’éliminer toute trace d’oxyde qui se trouve sur les surfaces nettoyées à assembler, protéger les surfaces nettoyées contre la réoxydation lors du chauffage, et favoriser le mouillage des surfaces par la soudure, comme le recommandent les spécifications de la norme B 813 de l’ASTM. Appliquer à l’aide d’une brosse une mince couche de décapant sur l’extrémité du tube et sur le raccord dès que possible après le nettoyage (figures 7 et 8). Figure 7 Figure 8 AVERTISSEMENT : Ne pas passer le décapant avec les doigts. Les produits chimiques contenus dans le décapant peuvent être nocifs s’ils entrent en contact avec les yeux, la bouche ou les plaies. Appliquer le décapant avec la plus grande prudence. Un travail mal fait peut entraîner des problèmes longtemps après que les joints ont été effectués. Si l’on utilise de quantités excessives de décapant, les résidus peuvent provoquer la corrosion. Dans certains cas, une telle corrosion pourrait même perforer les parois du tube, le raccord ou les deux. Assemblage et support Enfoncer l’extrémité du tube dans la coupelle du raccord, en s’assurant qu’elle porte sur la base de la coupelle du raccord (figure 9). Faire tourner légèrement le tube sur lui-même pour que le décapant soit bien réparti. Enlever l’excès de décapant de l’extérieur du joint avec un chiffon en coton (figure 10). Figure 9 Figure 10 Si possible, supporter le tube et le raccord pour obtenir un espace capillaire uniforme sur tout le pourtour du joint. L’uniformité de l’espace capillaire assurera un bon écoulement capillaire du métal d’apport fondu. Par contre, si le joint a un jeu trop important, le métal d’apport peut se fissurer dans le cas où la conduite est soumise à des contraintes ou à des vibrations. Le joint est maintenant prêt à être soudé. Les joints préparés et prêts à être soudés doivent être exécutés le même jour. Il ne faut jamais attendre au lendemain pour souder des joints déjà décapés. Robinets Il faut se conformer aux directives du fabricant lorsqu’on raccorde un tronçon de tube en cuivre à un robinet à l’aide d’une coupelle à souder. Avant de chauffer, on doit ouvrir complètement le robinet et commencer par appliquer la flamme sur le tube. Il pourrait être nécessaire de démonter le robinet si l’on risque d’endommager les pièces non métalliques. AVERTISSEMENT : Les flammes nues, les hautes températures et les gaz inflammables doivent faire l’objet de mesures de sécurité spéciale. Chauffage On chauffe généralement les pièces avec un chalumeau aéro-gaz. Un tel chalumeau utilise de l’acétylène ou du gaz propane. On peut également utiliser des outils de soudage tendre par résistance. Ils comportent des électrodes chauffantes et on peut envisager de les utiliser dans le cas où l’utilisation d’une flamme nue cause des problèmes. Commencer à chauffer en maintenant la flamme perpendiculairement au tube (figure 11). Figure 11 Le tube en cuivre conduit alors la chaleur initiale dans la coupelle du raccord pour permettre de répartir uniformément la chaleur dans la zone du joint. Le préchauffage dépend de la dimension du joint et l’expérience permet d’en déterminer la durée. Déplacer ensuite la flamme sur la coupelle du raccord (figure 12). Figure 12 Faire aller et venir la flamme entre le raccord et le tube sur une distance égale à la profondeur de la coupelle. Le chalumeau étant dirigé sur la base de la coupelle, mettre la soudure en contact avec le joint. Si la soudure ne fond pas, l’écarter et continuer à chauffer. ATTENTION: Ne pas surchauffer le joint ni diriger la flamme à l’intérieur de la coupelle. La surchauffe pourrait brûler le décapant, ce qui annihilerait son efficacité et la soudure ne pénétrerait pas correctement dans le joint. Lorsque la soudure fond en touchant le joint, diriger la flamme sur la base de la coupelle du raccord pour permettre à la soudure de remplir le joint par phénomène capillaire. Application de la soudure Les joints soudés dépendent du phénomène capillaire qui attire le métal d’apport fondu à écoulement libre dans le jeu étroit situé entre le raccord et le tube. Le phénomène capillaire se produit quelle que soit la direction de la soudure, vers le haut, vers le bas, ou à l’horizontale. Dans le cas des joints en position horizontale, commencer à appliquer la soudure de façon légèrement décalée au fond du joint (figure 13). Figure 13 Avancer sur le fond du raccord en montant jusqu’à la position centrale. Revenir au point de départ en le chevauchant, puis continuer en montant le long du côté non exécuté jusqu’à la partie supérieure, toujours en faisant chevaucher la soudure. Dans le cas des joints en position verticale, exécuter une suite semblable de passes à recouvrement en commençant à l’endroit le plus pratique. Refroidissement et nettoyage Laisser le joint soudé refroidir naturellement. Un refroidissement accéléré à l’eau peut solliciter le joint. Une fois le joint refroidi, éliminer les résidus de décapant avec un chiffon humide (figure 14). Figure 14 Dès que possible, selon l’utilisation finale, on doit faire couler l’eau dans les tuyauteries pour en chasser les résidus de décapant et les débris. Essais Mettre à l’essai tous les joints soudés pour vérifier leur intégrité. Suivre le mode opératoire d’essai prescrit par les codes applicables régissant le service prévu. Estimation On peut évaluer la quantité de soudure nécessaire pour remplir l’espace capillaire entre le tube et le raccord en consultant les valeurs indiquées dans le tableau 12. Il faut environ 2 onces de décapant pour une livre de soudure. Le brasage fort regroupe également divers procédés de brasage pour assembler les tubes et les raccords en cuivre. Toutefois, les métaux d’apport de brasage fort fondent à une température qui se situe entre 59o C (1 100o F) et 815o C (1 500o F), températures qui sont plus élevées que pour les soudures couvertes dans la section précédente. La température à laquelle le métal d’apport commence à fondre quand il est chauffé s’appelle le solidus. Le liquidus est la température supérieure à laquelle le métal d’apport devient complètement liquide. Le liquidus est la température minimale à laquelle se fait le brasage fort. Les métaux d’apport de brasage fort pour assembler les tubes en cuivre sont divisés en deux classes : les alliages BCuP qui contiennent du phosphore et les alliages BAg qui ont une forte teneur en argent. Les métaux d’apport de brasage fort sont parfois appelés «soudures à l’argent» ou «soudures dures». Ces expressions toutefois prêtent à confusion et sont à éviter. Les décapants utilisés pour le brasage fort des joints en cuivre ont une composition différente par rapport aux décapants de soudage tendre et on ne peut pas les utiliser les uns pour les autres . Les décapants de brasage fort sont à base d’eau tandis que les décapants de soudage tendre sont à base de pétrole. Comme les décapants de soudage tendre, les décapants de brasage éliminent les oxydes résiduels de la surface du métal, protègent le métal contre la réoxydation lors du chauffage et favorisent le mouillage des surfaces à assembler. Les décapants donnent également au spécialiste une indication de la température du métal lors du chauffage. (figure 17) Figure 17 : Température de brasage fort et de soudage tendre. Les décapants pour le brasage fort des tubes en cuivre et en alliage de cuivre doivent correspondre à ceux des classes FB3-A ou FB3-C indiquées dans le guide intitulé ‘Brazing Handbook’ de l’American Welding Society. L’emploi d’un décapant de brasage n’est pas toujours nécessaire. Lorsqu’on unit un tube en cuivre à un raccord en cuivre ouvré à l’aide d’un alliage BCuP, l’emploi d’un décapant est facultatif parce que le phosphore exerce un effet autodécapant. Préparation Comme dans le cas du soudage tendre, la préparation du joint à braser consiste ici à mesurer, couper, aléser et nettoyer (figures 3 à 6) Décapage: Appliquer le décapant de brasage fort sur l’extrémité du tube (figures 15 - 16) et l’intérieur du raccord (figure 18). Figure 15 Figure 16 Figure 18 Chauffage et brasage fort Chauffer, de préférence avec une flamme oxygaz. On utilise parfois un chalumeau aéro-gaz pour les assemblages de petites dimensions. On doit utiliser une flamme normale. Chauffer d’abord le tube, en commençant à environ 1 po du bord du raccord et faire osciller la flamme autour du tube par à-coups, perpendiculairement à l’axe du tube (figure 19). Figure 19 Il est très important que la flamme soit continuellement en mouvement et ne reste pas au même point pendant une longue période pour ne pas endommager le tube. On peut utiliser le décapant comme guide pour savoir combien de temps on doit chauffer le tube. Continuer à chauffer le tube jusqu’à ce que le décapant sur le raccord soit calme et liquide comme eau. Faire avancer la flamme vers le raccord, à la base de la coupelle (figure 20). Figure 20 Chauffer uniformément, en faisant osciller la flamme entre le raccord et le tube jusqu’à ce que le flux qui se trouve sur le raccord soit calme. Éviter de trop chauffer les raccords coulés. Quand le décapant devient liquide et transparent sur le tube et le raccord, commencer à faire osciller la flamme d’avant en arrière sur l’axe du joint pour maintenir la chaleur sur les pièces à assembler, et spécialement vers la base de la coupelle du raccord. Continuer à déplacer la flamme pour éviter de faire fondre le tube ou le raccord. Appliquer le métal d’apport de brasage fort à un point où le tube entre dans l’emboîtement du raccord (figure 21). Figure 21 Une fois que l’on a atteint la bonne température, le métal d’apport s’écoule facilement dans l’espace entre le tube et l’emboîtement du raccord, attiré par la force capillaire. Tenir la flamme éloignée du métal d’apport quand on le fait entrer dans le joint. La température du tube et du raccord au niveau du joint doit être suffisante pour faire fondre le métal d’apport. Tenir le raccord et le tube chauffés en déplaçant la flamme d’avant en arrière et de l’un à l’autre pendant que le métal d’apport est attiré dans le joint. Quand le joint brasé est bien réalisé, un cordon continu de métal d’apport est visible tout autour du joint. Arrêter d’introduire le métal d’apport dès que l’on voit ce cordon. Dans le cas des tubes d’un pouce ou plus, il peut être difficile de chauffer entièrement le joint en même temps. On trouvera qu’il est souvent souhaitable d’utiliser une buse de chalumeau à orifices multiples pour conserver la bonne température sur les grandes surfaces. On recommande d’effectuer un préchauffage doux sur tout le raccord dans le cas des grandes dimensions. On peut alors effectuer le chauffage comme on le décrit ci-haut. Quand on réalise des joints horizontaux par brasage fort, il est préférable d’appliquer d’abord le métal d’apport au fond, puis sur les deux côtés et finalement sur la partie supérieure, en s’assurant que les opérations se chevauchent. Dans le cas des joints verticaux, on peut commencer l’opération à n’importe quel endroit. Si l’ouverture de l’emboîtement pointe vers le bas, il faut prendre garde de ne pas surchauffer le tube, car le métal d’apport de brasage fort pourrait s’écouler vers le bas et sortir du tube. Si ceci arrive, interrompre le chauffage et laisser le métal d’apport se solidifier. Réchauffer alors la coupelle du raccord pour attirer le métal d’apport vers le haut. Refroidissement et nettoyage Une fois que le joint brasé a refroidi, on doit enlever les résidus de décapant avec un chiffon propre, une brosse ou un tampon et de l’eau chaude. Éliminer tous les résidus de décapant pour éviter que le décapant durci ne retienne temporairement la pression et ne cache un joint mal brasé. Les raccords ouvrés peuvent refroidir plus facilement que les raccords coulés, mais on devrait laisser refroidir tous les raccords de façon naturelle avant d’y faire circuler d’eau. Diagnostic des erreurs Si le métal d’apport ne s’écoule pas ou a tendance à faire des grumeaux, cela indique la présence d’oxydation sur les surfaces métalliques ou une chaleur insuffisante sur les pièces à assembler. Si le tube ou le raccord commence à s’oxyder pendant le chauffage c’est qu’il n’y a pas suffisamment de décapant. Si le métal d’apport n’entre pas dans le joint et a tendance à sortir de l’un ou l’autre élément du joint, cela signifie qu’un élément est trop chauffé tandis que l’autre ne l’est pas assez. Essais Mettre à l’essai tous les joints brasés pour vérifier leur intégrité. Suivre le mode opératoire d’essai prescrit par les codes applicables régissant le service prévu. Estimation Le tableau 12 indique comment calculer de façon approximative la quantité de métal d’apport nécessaire pour le brasage. Brasage d’une canalisation en cuivre de type K de 5 po dans un hôpital. En plus des chalumeaux à gaz pour le soudage tendre et le brasage fort, on peut utiliser des outils manuels à résistance électrique. Ils sont constitués d’un dispositif à pinces comportant une électrode chauffante à l’extrémité de chacun des bras. Quand on met le dispositif sous tension, les pinces serrent un raccord et le maintiennent jusqu’à ce que le métal d’apport fonde dès qu’il touche le jeu capillaire entre le tube et le raccord. La préparation préalable du joint est la même que dans le cas de la méthode avec le chalumeau. On peut utiliser les outils légers à résistance électrique dans les nouvelles installations ou dans les installations modernisées dans lesquelles une flamme nue peut poser des problèmes. Une autre technique met en oeuvre un outil manuel ressemblant à une perceuse pour trouver une section de tube et en faire sortir un collet qui permet d’effectuer un raccordement en T. On brase alors une conduite de raccordement dans le collet relevé. Le soudage tendre ne doit pas être utilisé. Cette méthode est très utilisée pour fabriquer les nourrices de distribution et pour le montage des extincteurs automatiques en cuivre, étant donné qu’elle permet de réduire le nombre de raccords en T utilisés, et par conséquent le nombre de joints brasés. Dans un réseau de distribution de gaz naturel, on peut, à l’aide d’un raccord évasé, ajouter des canalisations en cuivre au réseau de tuyaux en acier déjà existant. On utilise des tubes et raccords à extrémités rainurées depuis de nombreuses années pour assembler efficacement les tuyaux en fer et en acier dans une variété de réseaux. Cette méthode d’assemblage mécanique est maintenant possible pour les tubes en cuivre de 2 à 6 po de diamètre. La technique utilise une bague de serrage avec joint d’étanchéité pour retenir ensemble les extrémités bout à bout tube-tube ou tube-raccord. Une rainure formée par rouleaux près de l’extrémité du tube ou du raccord permet à la bague de serrage de saisir fermement les deux composants d’un joint. Des accouplements, des coudes, des tés droits et des adapteurs à bride pré-rainurés sont vendus par le fabricant. On utilise communément des joints évasés pour assembler des tubes en cuivre à l’état mou. Le joint est constitué des trois éléments suivants : le raccord évasé, l’extrémité évasée du tube en cuivre et l’écrou d’accouplement fileté qui retient le joint. On utilise ce type de joint pour les réseaux souterrains de distribution d’eau ainsi que pour les réseaux de distribution de gaz naturel ou propane. Les joints évasés sont également utilisés pour les réseaux souterrains, mais ces dernières années, les raccords de compression sont devenus très populaires pour ces réseaux. On peut combiner des raccords soudés et des raccords en T pour obtenir une installation à coût réduit. On peut encore assembler les tubes en cuivre et les raccords capillaires des réseaux de distribution d’eau en utilisant un adhésif à deux composants à base d’époxy à prise rapide. On peut également utiliser cette méthode pour les extincteurs automatiques en cuivre à l’exception des systèmes à poudre sèche ou des installations dans lesquelles une flamme nue peut poser des problèmes. Pliage Le tube en cuivre qu’on plie avec des outils appropriés n’est censé ni s’effondrer vers l’extérieur ni gauchir vers l’intérieur. Les épreuves mécaniques démontrent que la résistance à la rupture du tronçon plié est normalement plus élevée que la résistance du tube avant le pliage. Cette résistance accrue à la rupture résulte d’une hausse de résistance à la traction et de résistance au fléchissement du tube lorsqu’il est travaillé à froid durant le pliage. Outils appropriés pour plier un tube. Pour plier un tube en cuivre, on peut utiliser un étau, une matrice, un moule ou une machine à plier électrique. Il faut utiliser un outil de pliage approprié au calibre du tube à plier. Un rayon de pliage approprié (tableau 4) réduit les risques de mauvaise courbure. Il convient de noter que le Code national de plomberie du Canada ne permet pas le pliage des tubes de types M et DWV servant à la réalisation des réseaux de canalisations et que la plupart des codes provinciaux renferment des dispositions restrictives du même genre. En règle générale, les tubes de types M et DWV sont des tubes durs et ont des parois minces.

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