Lemljenje aluminija i aluminijskih legura

1. Lemljivost

Svojstvo lemljenja aluminija i aluminijskih legura je loše, uglavnom zato što je oksidni film na površini teško ukloniti. Aluminij ima veliki afinitet prema kisiku. Lako je formirati gust, stabilan i oksidni film Al2O3 s visokom tačkom topljenja na površini. Istovremeno, aluminijske legure koje sadrže magnezij također će formirati vrlo stabilan oksidni film MgO. Oni će ozbiljno ometati vlaženje i širenje lema. I teško ih je ukloniti. Tokom lemljenja, proces lemljenja može se provesti samo s odgovarajućim fluksom.

Drugo, lemljenje aluminija i aluminijskih legura je teško. Tačka topljenja aluminija i aluminijskih legura se ne razlikuje mnogo od tačke topljenja dodatnog metala koji se koristi za lemljenje. Opcioni temperaturni raspon za lemljenje je vrlo uzak. Malo nepravilne kontrole temperature lako može uzrokovati pregrijavanje ili čak topljenje osnovnog metala, što otežava proces lemljenja. Neke aluminijske legure ojačane termičkom obradom također će uzrokovati pojave omekšavanja poput prekomjernog starenja ili žarenja zbog zagrijavanja lemljenja, što će smanjiti svojstva lemljenih spojeva. Tokom lemljenja plamenom teško je procijeniti temperaturu jer se boja aluminijske legure ne mijenja tokom zagrijavanja, što također povećava zahtjeve za nivo rada operatera.

Štaviše, otpornost na koroziju lemljenih spojeva od aluminija i aluminijskih legura lako je pogođena dodatnim metalima i fluksovima. Elektrodni potencijal aluminija i aluminijskih legura prilično se razlikuje od potencijala lema, što smanjuje otpornost spoja na koroziju, posebno kod mekog lemljenja. Osim toga, većina fluksa koji se koriste za lemljenje aluminija i aluminijskih legura imaju jaku korozivnost. Čak i ako se očiste nakon lemljenja, utjecaj fluksa na otpornost spojeva na koroziju neće biti u potpunosti eliminiran.

2. Materijal za lemljenje

(1) Lemljenje aluminija i aluminijskih legura rijetko se koristi jer se sastav i elektrodni potencijal dodatnog metala za lemljenje i osnovnog metala vrlo razlikuju, što lako može uzrokovati elektrohemijsku koroziju spoja. Meko lemljenje uglavnom se provodi lemom na bazi cinka i lemom od kalaja i olova, koji se, prema temperaturnom rasponu, mogu podijeliti na lem na niskim temperaturama (150 ~ 260 ℃), lemom na srednjim temperaturama (260 ~ 370 ℃) i lemom na visokim temperaturama (370 ~ 430 ℃). Kada se koristi lem od kalaja i olova, a bakar ili nikal se prethodno nanesu na površinu aluminija za lemljenje, sprječava se korozija na spojnoj površini, čime se poboljšava otpornost spoja na koroziju.

Lemljenje aluminija i aluminijskih legura se široko koristi, kao što su vodiči filtera, isparivači, radijatori i druge komponente. Za lemljenje aluminija i aluminijskih legura mogu se koristiti samo dodatni metali na bazi aluminija, među kojima su aluminijsko-silicijski dodatni metali najčešće korišteni. Specifičan opseg primjene i čvrstoća na smicanje lemljenih spojeva prikazani su u Tabeli 8 i Tabeli 9. Međutim, tačka topljenja ovog lema je blizu tačke topljenja osnovnog metala, tako da temperaturu zagrijavanja treba strogo i precizno kontrolirati tokom lemljenja kako bi se izbjeglo pregrijavanje ili čak topljenje osnovnog metala.

Tabela 8 Područje primjene dodatnih metala za lemljenje aluminija i aluminijskih legura

Tabela 9 čvrstoća na smicanje spojeva aluminija i aluminijskih legura lemljenih dodatnim metalima aluminija i silicija

Aluminijum-silicijumski lem se obično isporučuje u obliku praha, paste, žice ili lista. U nekim slučajevima se koriste kompozitne ploče za lemljenje s aluminijumom kao jezgrom i aluminijum-silicijumskim lemom kao oblogom. Ova vrsta kompozitne ploče za lemljenje izrađuje se hidrauličnom metodom i često se koristi kao dio komponenti za lemljenje. Tokom lemljenja, metal za lemljenje na kompozitnoj ploči se topi i teče pod djelovanjem kapilara i gravitacije kako bi popunio spojni razmak.

(2) Fluks i zaštitni plin za lemljenje aluminija i aluminijskih legura, specijalni fluks se često koristi za uklanjanje filma. Organski fluks na bazi trietanolamina, kao što je FS204, koristi se za meko lemljenje na niskim temperaturama. Prednost ovog fluksa je što ima mali korozivni učinak na osnovni metal, ali će proizvesti veliku količinu plina, što će utjecati na vlaženje i brtvljenje lema. Reaktivni fluks na bazi cink hlorida, kao što su FS203 i FS220A, koristi se za meko lemljenje na srednjim i visokim temperaturama. Reaktivni fluks je vrlo korozivan i njegovi ostaci se moraju ukloniti nakon lemljenja.

Trenutno, lemljenje aluminija i aluminijskih legura i dalje dominira uklanjanjem filma fluksa. Korišteni fluks za lemljenje uključuje fluks na bazi hlorida i fluks na bazi fluorida. Fluks na bazi hlorida ima snažnu sposobnost uklanjanja oksidnog filma i dobru fluidnost, ali ima i veliki korozivni učinak na osnovni metal. Njegovi ostaci moraju se potpuno ukloniti nakon lemljenja. Fluks na bazi fluorida je nova vrsta fluksa koji ima dobar učinak uklanjanja filma i ne korodira osnovni metal. Međutim, ima visoku tačku topljenja i slabu termičku stabilnost te se može koristiti samo sa aluminij-silicijumskim lemom.

Prilikom lemljenja aluminija i aluminijskih legura često se koristi vakuum, neutralna ili inertna atmosfera. Prilikom lemljenja u vakuumu, stepen vakuuma obično treba da dostigne red veličine 10-3Pa. Kada se za zaštitu koristi gas dušika ili argona, njegova čistoća mora biti vrlo visoka, a tačka rose mora biti niža od -40 ℃.

3. Tehnologija lemljenja

Lemljenje aluminija i aluminijskih legura ima visoke zahtjeve za čišćenje površine obratka. Da bi se postigla dobra kvaliteta, prije lemljenja moraju se ukloniti uljne mrlje i oksidni film na površini. Uklonite uljne mrlje s površine vodenim rastvorom Na2CO3 na temperaturi od 60 ~ 70 ℃ tokom 5 ~ 10 minuta, a zatim isperite čistom vodom; površinski oksidni film može se ukloniti nagrizanjem vodenim rastvorom NaOH na temperaturi od 20 ~ 40 ℃ tokom 2 ~ 4 minute, a zatim isperite vrućom vodom; Nakon uklanjanja uljnih mrlja i oksidnog filma s površine, obratak treba tretirati vodenim rastvorom HNO3 radi sjaja tokom 2 ~ 5 minuta, zatim očistiti pod tekućom vodom i na kraju osušiti. Obradak tretiran ovim metodama ne smije se dodirivati ​​ili kontaminirati drugom prljavštinom i treba ga zalemiti u roku od 6 ~ 8 sati. Bolje je lemiti odmah, ako je moguće.

Metode lemljenja aluminija i aluminijskih legura uglavnom uključuju lemljenje plamenom, lemljenje lemilicom i lemljenje u peći. Ove metode uglavnom koriste fluks pri lemljenju i imaju stroge zahtjeve u pogledu temperature zagrijavanja i vremena zadržavanja. Tokom lemljenja plamenom i lemljenja lemilicom, izbjegavajte direktno zagrijavanje fluksa izvorom topline kako biste spriječili pregrijavanje i oštećenje fluksa. Budući da se aluminij može otopiti u mekom lemu s visokim sadržajem cinka, zagrijavanje treba zaustaviti nakon što se spoj formira kako bi se izbjegla korozija osnovnog metala. U nekim slučajevima, lemljenje aluminija i aluminijskih legura ponekad ne koristi fluks, već koristi ultrazvučne ili strugajuće metode za uklanjanje filma. Prilikom korištenja struganja za uklanjanje filma za lemljenje, prvo zagrijte radni komad na temperaturu lemljenja, a zatim sastružite dio obratka za lemljenje krajem lemilice (ili alata za struganje). Prilikom lomljenja površinskog oksidnog filma, kraj lema će se otopiti i navlažiti osnovni metal.

Metode lemljenja aluminija i aluminijskih legura uglavnom uključuju lemljenje plamenom, lemljenje u peći, lemljenje uranjanjem, lemljenje vakuumom i lemljenje u zaštiti plina. Lemljenje plamenom se uglavnom koristi za male radne komade i proizvodnju pojedinačnih komada. Kako bi se izbjeglo oštećenje fluksa zbog kontakta između nečistoća u acetilenu i fluksa pri korištenju oksiacetilenskog plamena, prikladno je koristiti plamen komprimiranog zraka benzina s blagom redukcijom kako bi se spriječila oksidacija osnovnog metala. Tokom specifičnog lemljenja, fluks za lemljenje i dodatni metal mogu se unaprijed postaviti na mjesto lemljenja i zagrijavati istovremeno s radnim komadom; Radni komad se također može prvo zagrijati na temperaturu lemljenja, a zatim se lem umočen u fluks može poslati u položaj za lemljenje; Nakon što se fluks i dodatni metal otope, plamen za zagrijavanje treba polako ukloniti nakon što se dodatni metal ravnomjerno napuni.

Prilikom lemljenja aluminija i aluminijskih legura u zračnoj peći, dodatni metal za lemljenje mora biti unaprijed pripremljen, a fluks za lemljenje treba otopiti u destiliranoj vodi kako bi se pripremio gusti rastvor koncentracije od 50% do 75%, a zatim premazati ili poprskati površinu za lemljenje. Odgovarajuća količina praškastog fluksa za lemljenje također se može prekriti na dodatni metal za lemljenje i površinu za lemljenje, a zatim se sastavljeni zavareni dio treba staviti u peć za zagrijavanje i lemljenje. Kako bi se spriječilo pregrijavanje ili čak topljenje osnovnog metala, temperatura zagrijavanja mora biti strogo kontrolirana.

Pasta ili folija za lemljenje se obično koriste za lemljenje aluminija i aluminijskih legura uranjanjem. Sastavljeni radni komad treba prethodno zagrijati prije lemljenja kako bi se temperatura približila temperaturi lemljenja, a zatim uroniti u fluks za lemljenje radi lemljenja. Tokom lemljenja, temperatura i vrijeme lemljenja moraju se strogo kontrolisati. Ako je temperatura previsoka, osnovni metal se lako rastvara i lem se lako gubi; ako je temperatura preniska, lem se ne topi dovoljno i brzina lemljenja se smanjuje. Temperatura lemljenja treba odrediti prema vrsti i veličini osnovnog metala, sastavu i tački topljenja dodatnog metala i obično je između temperature likvidusa dodatnog metala i temperature solidusa osnovnog metala. Vrijeme uranjanja radnog komada u kupku s fluksom mora osigurati da se lem može potpuno otopiti i teći, a vrijeme održavanja ne smije biti predugo. U suprotnom, silicijumski element u lemljenju može difundirati u osnovni metal, čineći osnovni metal u blizini šava krhkim.

Kod vakuumskog lemljenja aluminija i aluminijskih legura, aktivatori metalnih operacija se često koriste za modificiranje površinskog oksidnog filma aluminija i osiguravanje vlaženja i širenja lema. Magnezij se može direktno koristiti na radnom komadu u obliku čestica ili uvesti u zonu lemljenja u obliku pare, ili se magnezij može dodati aluminijsko-silicijumskom lemu kao element legure. Za radni komad sa složenom strukturom, kako bi se osigurao puni učinak magnezijeve pare na osnovni metal i poboljšao kvalitet lemljenja, često se poduzimaju mjere lokalne zaštite, odnosno radni komad se prvo stavlja u kutiju od nehrđajućeg čelika (obično poznatu kao procesna kutija), a zatim se stavlja u vakuumsku peć za zagrijavanje lemljenja. Vakuumski lemljeni spojevi aluminija i aluminijskih legura imaju glatku površinu i guste lemljene spojeve te ih nije potrebno čistiti nakon lemljenja; Međutim, oprema za vakuumsko lemljenje je skupa, a magnezijeva para ozbiljno zagađuje peć, pa ju je potrebno često čistiti i održavati.

Prilikom lemljenja aluminija i aluminijskih legura u neutralnoj ili inertnoj atmosferi, za uklanjanje filma može se koristiti magnezijev aktivator ili fluks. Kada se za uklanjanje filma koristi magnezijev aktivator, potrebna količina magnezija je mnogo niža nego kod vakuumskog lemljenja. Općenito, w (mg) je oko 0,2% ~ 0,5%. Kada je sadržaj magnezija visok, kvalitet spoja će biti smanjen. NOCOLOK metoda lemljenja korištenjem fluoridnog fluksa i zaštite dušikom je nova metoda koja se brzo razvila posljednjih godina. Budući da ostaci fluoridnog fluksa ne apsorbiraju vlagu i nisu korozivni za aluminij, proces uklanjanja ostataka fluksa nakon lemljenja može se izostaviti. Pod zaštitom dušika, potrebno je premazati samo malu količinu fluoridnog fluksa, dodatni metal može dobro navlažiti osnovni metal i lako je dobiti visokokvalitetne lemljene spojeve. Trenutno se ova NOCOLOK metoda lemljenja koristi u masovnoj proizvodnji aluminijskih radijatora i drugih komponenti.

Za aluminij i aluminijske legure lemljene fluksom koji nije fluoridni fluks, ostaci fluksa moraju se potpuno ukloniti nakon lemljenja. Ostaci organskog fluksa za lemljenje aluminija mogu se isprati organskim rastvorima kao što su metanol i trikloretilen, neutralizirati vodenim rastvorom natrijum hidroksida i na kraju očistiti vrućom i hladnom vodom. Hlorid je ostatak fluksa za lemljenje aluminija, koji se može ukloniti na sljedeći način; Prvo, potopiti u vruću vodu na 60 ~ 80 ℃ tokom 10 minuta, pažljivo očistiti ostatke na lemljenom spoju četkom i očistiti hladnom vodom; Zatim potopiti u 15% vodeni rastvor azotne kiseline tokom 30 minuta i na kraju isprati hladnom vodom.