Brazarea aluminiului și a aliajelor de aluminiu

1. Brazabilitate

Proprietățile de lipire ale aluminiului și aliajelor de aluminiu sunt slabe, în principal deoarece pelicula de oxid de la suprafață este dificil de îndepărtat. Aluminiul are o afinitate mare pentru oxigen. Este ușor să formeze la suprafață o peliculă de oxid densă, stabilă și cu punct de topire ridicat de Al2O3. În același timp, aliajele de aluminiu care conțin magneziu vor forma, de asemenea, o peliculă de oxid de MgO foarte stabilă. Acestea vor împiedica serios umectarea și răspândirea aliajului de lipire. Și sunt greu de îndepărtat. În timpul lipirii, procesul de lipire poate fi efectuat doar cu flux adecvat.

În al doilea rând, operarea de lipire a aluminiului și a aliajelor de aluminiu este dificilă. Punctul de topire al aluminiului și aliajelor de aluminiu nu este mult diferit de cel al metalului de adaos utilizat pentru lipire. Intervalul de temperatură opțional pentru lipire este foarte îngust. Un control prea necorespunzător al temperaturii poate provoca cu ușurință supraîncălzirea sau chiar topirea metalului de bază, îngreunând procesul de lipire. Unele aliaje de aluminiu întărite prin tratament termic vor provoca, de asemenea, fenomene de înmuiere, cum ar fi îmbătrânirea excesivă sau recoacerea, din cauza încălzirii prin lipire, ceea ce va reduce proprietățile îmbinărilor lipite. În timpul lipirii cu flacără, este dificil de evaluat temperatura, deoarece culoarea aliajului de aluminiu nu se schimbă în timpul încălzirii, ceea ce crește, de asemenea, cerințele pentru nivelul de operare al operatorului.

Mai mult, rezistența la coroziune a îmbinărilor brazate din aluminiu și aliaje de aluminiu este ușor afectată de metalele de adaos și fluxuri. Potențialul electrodului aluminiului și aliajelor de aluminiu este destul de diferit de cel al aliajelor de lipire, ceea ce reduce rezistența la coroziune a îmbinării, în special în cazul îmbinărilor lipite cu lipire moale. În plus, majoritatea fluxurilor utilizate în brazarea aluminiului și aliajelor de aluminiu au o corozivitate puternică. Chiar dacă sunt curățate după brazare, influența fluxurilor asupra rezistenței la coroziune a îmbinărilor nu va fi complet eliminată.

2. Material de lipire

(1) Brazarea aluminiului și a aliajelor de aluminiu este o metodă rar utilizată, deoarece compoziția și potențialul electrodului metalului de adaos și al metalului de bază sunt foarte diferite, ceea ce face ca îmbinarea să provoace coroziune electrochimică. Lipirea moale utilizează în principal aliaj de lipire pe bază de zinc și aliaj de lipire cu staniu și plumb, care pot fi împărțite în funcție de intervalul de temperatură în aliaj de lipire la temperatură joasă (150 ~ 260 ℃), aliaj de lipire la temperatură medie (260 ~ 370 ℃) și aliaj de lipire la temperatură înaltă (370 ~ 430 ℃). Atunci când se utilizează aliaj de lipire cu staniu și plumb și se pre-placă cu cupru sau nichel pe suprafața de aluminiu pentru brazare, se poate preveni coroziunea la interfața îmbinării, îmbunătățind astfel rezistența la coroziune a îmbinării.

Brazarea aluminiului și a aliajelor de aluminiu este utilizată pe scară largă, cum ar fi în fabricarea de ghidaje de filtre, evaporatoare, radiatoare și alte componente. Pentru brazarea aluminiului și a aliajelor de aluminiu pot fi utilizate doar metale de adaos pe bază de aluminiu, dintre care metalele de adaos de aluminiu-siliciu sunt cele mai utilizate. Domeniul specific de aplicare și rezistența la forfecare a îmbinărilor brazate sunt prezentate în tabelul 8 și, respectiv, tabelul 9. Cu toate acestea, punctul de topire al acestei aliaje de lipit este apropiat de cel al metalului de bază, așa că temperatura de încălzire trebuie controlată strict și precis în timpul brazării pentru a evita supraîncălzirea sau chiar topirea metalului de bază.

Tabelul 8 - Domeniul de aplicare al metalelor de adaos pentru lipire, pentru aluminiu și aliaje de aluminiu

Tabelul 9 Rezistența la forfecare a îmbinărilor din aluminiu și aliaje de aluminiu lipite cu metale de adaos de aluminiu-silicon

Aliajul de aluminiu-silicon este de obicei furnizat sub formă de pulbere, pastă, sârmă sau folie. În unele cazuri, se utilizează plăci compozite de lipire cu aluminiu ca miez și aliaj de aluminiu-silicon ca înveliș. Acest tip de placă compozită de lipire este realizată prin metoda hidraulică și este adesea utilizată ca parte a componentelor de lipire. În timpul lipirii, metalul de adaos de lipire de pe placa compozită se topește și curge sub acțiunea capilarității și a gravitației pentru a umple spațiul dintre îmbinări.

(2) Flux și gaz de protecție pentru lipirea aluminiului și a aliajelor de aluminiu, adesea se utilizează flux special pentru îndepărtarea peliculei. Fluxul organic pe bază de trietanolamină, cum ar fi fs204, se utilizează cu aliaje de lipire moale la temperatură joasă. Avantajul acestui flux este că are un efect de coroziune redus asupra metalului de bază, dar va produce o cantitate mare de gaz, care va afecta umectarea și etanșarea aliajului de lipire. Fluxul reactiv pe bază de clorură de zinc, cum ar fi fs203 și fs220a, se utilizează cu aliaje de lipire moale la temperatură medie și înaltă. Fluxul reactiv este foarte coroziv, iar reziduurile sale trebuie îndepărtate după lipire.

În prezent, lipirea aluminiului și a aliajelor de aluminiu este încă dominată de îndepărtarea peliculei de flux. Fluxul de lipire utilizat include fluxul pe bază de clorură și fluxul pe bază de fluorură. Fluxul pe bază de clorură are o capacitate puternică de a îndepărta pelicula de oxid și o fluiditate bună, dar are un efect coroziv mare asupra metalului de bază. Reziduurile sale trebuie îndepărtate complet după lipire. Fluxul pe bază de fluorură este un tip nou de flux, care are un efect bun de îndepărtare a peliculei și nu corodează metalul de bază. Cu toate acestea, are un punct de topire ridicat și o stabilitate termică slabă și poate fi utilizat doar cu aliaj de lipit aluminiu-silicon.

La lipirea aluminiului și a aliajelor de aluminiu, se utilizează adesea vid, o atmosferă neutră sau inertă. Atunci când se utilizează lipirea în vid, gradul de vid trebuie să atingă, în general, ordinul a 10-3 Pa. Când se utilizează azot sau argon gazos pentru protecție, puritatea acestuia trebuie să fie foarte ridicată, iar punctul de rouă trebuie să fie mai mic de -40 ℃.

3. Tehnologia de lipire

Brazarea aluminiului și a aliajelor de aluminiu are cerințe ridicate pentru curățarea suprafeței piesei de prelucrat. Pentru a obține o calitate bună, petele de ulei și pelicula de oxid de pe suprafață trebuie îndepărtate înainte de brazare. Îndepărtați petele de ulei de pe suprafață cu o soluție apoasă de Na2CO3 la o temperatură de 60 ~ 70 ℃ timp de 5 ~ 10 minute, apoi clătiți cu apă curată; Pelicula de oxid de la suprafață poate fi îndepărtată prin gravare cu o soluție apoasă de NaOH la o temperatură de 20 ~ 40 ℃ timp de 2 ~ 4 minute, apoi spălați cu apă fierbinte; După îndepărtarea petelor de ulei și a peliculei de oxid de pe suprafață, piesa de prelucrat trebuie tratată cu o soluție apoasă de HNO3 pentru luciu timp de 2 ~ 5 minute, apoi curățată sub jet de apă și în final uscată. Piesa de prelucrat tratată prin aceste metode nu trebuie atinsă sau contaminată cu alte murdării și trebuie brazată în termen de 6 ~ 8 ore. Este mai bine să se brazeze imediat, dacă este posibil.

Metodele de lipire a aluminiului și a aliajelor de aluminiu includ în principal lipirea cu flacără, lipirea cu ciocan de lipit și lipirea în cuptor. Aceste metode utilizează, în general, flux în lipire și au cerințe stricte privind temperatura de încălzire și timpul de menținere. În timpul lipirii cu flacără și cu ciocan de lipit, evitați încălzirea fluxului direct de către sursa de căldură pentru a preveni supraîncălzirea și deteriorarea fluxului. Deoarece aluminiul poate fi dizolvat în aliaje de lipit moi cu conținut ridicat de zinc, încălzirea trebuie oprită odată ce îmbinarea este formată pentru a evita coroziunea metalului de bază. În unele cazuri, lipirea aluminiului și a aliajelor de aluminiu uneori nu utilizează flux, ci utilizează metode cu ultrasunete sau răzuire pentru a îndepărta pelicula. Când utilizați răzuirea pentru a îndepărta pelicula pentru lipire, încălziți mai întâi piesa de lucru la temperatura de lipire, apoi răzuiți partea de lipire a piesei de lucru cu capătul tijei de lipit (sau al instrumentului de răzuire). În timp ce rupeți pelicula de oxid de suprafață, capătul aliajului de lipit se va topi și va umezi metalul de bază.

Metodele de lipire a aluminiului și a aliajelor de aluminiu includ în principal lipirea cu flacără, lipirea în cuptor, lipirea prin imersie, lipirea în vid și lipirea cu gaz protector. Lipirea cu flacără este utilizată în principal pentru piese mici și pentru producția de piese individuale. Pentru a evita defectarea fluxului din cauza contactului dintre impuritățile din acetilenă și flux atunci când se utilizează flacără oxiacetilenică, este potrivit să se utilizeze o flacără de benzină și aer comprimat cu o ușoară reductibilitate pentru a preveni oxidarea metalului de bază. În timpul lipirii specifice, fluxul de lipire și metalul de adaos pot fi plasate în prealabil în locul de lipire și încălzite în același timp cu piesa de lucru; piesa de lucru poate fi, de asemenea, încălzită mai întâi la temperatura de lipire, iar apoi aliajul de lipire imersat în flux poate fi trimis în poziția de lipire; După ce fluxul și metalul de adaos s-au topit, flacăra de încălzire trebuie îndepărtată lent după ce metalul de adaos este umplut uniform.

La lipirea aluminiului și a aliajelor de aluminiu într-un cuptor cu aer, metalul de adaos pentru lipire trebuie preselectat, iar fluxul de lipire trebuie topit în apă distilată pentru a prepara o soluție groasă cu o concentrație de 50% ~ 75%, apoi aplicat sau pulverizat pe suprafața de lipire. O cantitate adecvată de flux de lipire cu pulbere poate fi aplicată și pe metalul de adaos pentru lipire și pe suprafața de lipire, iar apoi sudura asamblată trebuie plasată în cuptor pentru încălzirea lipirii. Pentru a preveni supraîncălzirea sau chiar topirea metalului de bază, temperatura de încălzire trebuie controlată strict.

Aliajele de lipire în pastă sau folie sunt utilizate în general pentru lipirea prin imersare a aluminiului și a aliajelor de aluminiu. Piesa de lucru asamblată trebuie preîncălzită înainte de lipire pentru a-i aduce temperatura aproape de temperatura de lipire, apoi imersată în flux de lipire pentru lipire. În timpul lipirii, temperatura și timpul de lipire trebuie controlate strict. Dacă temperatura este prea mare, metalul de bază se dizolvă ușor, iar aliajul de lipire se pierde ușor; dacă temperatura este prea scăzută, aliajul de lipire nu se topește suficient, iar viteza de lipire scade. Temperatura de lipire trebuie determinată în funcție de tipul și dimensiunea metalului de bază, compoziția și punctul de topire al metalului de adaos și este, în general, între temperatura de lichidus a metalului de adaos și temperatura de solidus a metalului de bază. Timpul de imersare a piesei de lucru în baia de flux trebuie să asigure că aliajul de lipire se poate topi și curge complet, iar timpul de susținere nu trebuie să fie prea lung. În caz contrar, elementul de siliciu din aliajul de lipire se poate difuza în metalul de bază, făcând metalul de bază fragil în apropierea îmbinării.

În lipirea în vid a aluminiului și a aliajelor de aluminiu, activatorii de acționare a metalelor sunt adesea utilizați pentru a modifica pelicula de oxid de suprafață a aluminiului și pentru a asigura umectarea și întinderea aliajului de lipire. Magneziul poate fi utilizat direct pe piesa de prelucrat sub formă de particule sau introdus în zona de lipire sub formă de abur, sau magneziul poate fi adăugat la aliajul de aluminiu-siliciu ca element de aliaj. Pentru piesa de prelucrat cu structură complexă, pentru a asigura efectul complet al vaporilor de magneziu asupra metalului de bază și a îmbunătăți calitatea lipirii, se iau adesea măsuri locale de protecție, adică piesa de prelucrat este mai întâi plasată într-o cutie de oțel inoxidabil (cunoscută în mod obișnuit ca cutie de proces) și apoi plasată într-un cuptor cu vid pentru încălzirea lipirii. Îmbinările din aluminiu și aliaje de aluminiu brazate în vid au o suprafață netedă și îmbinări brazate dense și nu necesită curățare după lipire; Cu toate acestea, echipamentul de lipire în vid este scump, iar vaporii de magneziu poluează serios cuptorul, așa că acesta trebuie curățat și întreținut frecvent.

La lipirea aluminiului și a aliajelor de aluminiu în atmosferă neutră sau inertă, se poate utiliza un activator sau flux de magneziu pentru a îndepărta pelicula. Atunci când se utilizează activator de magneziu pentru a îndepărta pelicula, cantitatea de magneziu necesară este mult mai mică decât cea din lipirea în vid. În general, w (mg) este de aproximativ 0,2% ~ 0,5%. Când conținutul de magneziu este ridicat, calitatea îmbinării va fi redusă. Metoda de lipire NOCOLOK utilizând flux de fluorură și protecție cu azot este o metodă nouă, dezvoltată rapid în ultimii ani. Deoarece reziduurile de flux de fluorură nu absoarbe umezeala și nu sunt corozive pentru aluminiu, procesul de îndepărtare a reziduurilor de flux după lipire poate fi omis. Sub protecția azotului, trebuie acoperită doar o cantitate mică de flux de fluorură, metalul de adaos poate umezi bine metalul de bază și este ușor să se obțină îmbinări lipite de înaltă calitate. În prezent, această metodă de lipire NOCOLOK a fost utilizată în producția de masă a radiatoarelor din aluminiu și a altor componente.

Pentru aluminiul și aliajele de aluminiu brazate cu fluxuri diferite de fluxul de fluorură, reziduurile de flux trebuie îndepărtate complet după brazare. Reziduurile de flux organic de brazare pentru aluminiu pot fi spălate cu soluții organice precum metanol și tricloretilenă, neutralizate cu soluție apoasă de hidroxid de sodiu și, în final, curățate cu apă caldă și rece. Clorura este reziduul de flux de brazare pentru aluminiu, care poate fi îndepărtat conform următoarelor metode: Mai întâi, înmuiați în apă fierbinte la 60 ~ 80 ℃ timp de 10 minute, curățați cu atenție reziduurile de pe îmbinarea brazată cu o perie și curățați-le cu apă rece; Apoi, înmuiați-le în soluție apoasă de acid azotic 15% timp de 30 de minute și, în final, clătiți cu apă rece.