Lutowanie aluminium i stopów aluminium

1. Lutowalność

Właściwość lutowania aluminium i stopów aluminium jest słaba, głównie dlatego, że warstewka tlenku na powierzchni jest trudna do usunięcia.Aluminium ma duże powinowactwo do tlenu.Na powierzchni można łatwo utworzyć gęstą, stabilną warstwę tlenkową Al2O3 o wysokiej temperaturze topnienia.Jednocześnie stopy aluminium zawierające magnez będą również tworzyć bardzo stabilną warstwę tlenkową MgO.Poważnie utrudnią zwilżanie i rozprowadzanie lutowia.I trudne do usunięcia.Podczas lutowania, proces lutowania można przeprowadzić tylko z odpowiednim topnikiem.

Po drugie, operacja lutowania twardego aluminium i stopów aluminium jest trudna.Temperatura topnienia aluminium i stopu aluminium nie różni się zbytnio od stosowanego spoiwa do lutowania twardego.Opcjonalny zakres temperatur dla lutowania jest bardzo wąski.Niewielka niewłaściwa kontrola temperatury może łatwo spowodować przegrzanie lub nawet stopienie metalu podstawowego, co utrudnia proces lutowania.Niektóre stopy aluminium wzmocnione przez obróbkę cieplną będą również powodować zjawiska zmiękczania, takie jak starzenie lub wyżarzanie w wyniku nagrzewania lutu twardego, co zmniejszy właściwości lutowanych połączeń.Podczas lutowania płomieniowego trudno jest ocenić temperaturę, ponieważ kolor stopu aluminium nie zmienia się podczas nagrzewania, co również zwiększa wymagania dotyczące poziomu obsługi operatora.

Ponadto spoiwa i topniki łatwo wpływają na odporność korozyjną połączeń lutowanych aluminium i stopów aluminium.Potencjał elektrody aluminium i stopu aluminium jest zupełnie inny niż lutu, co zmniejsza odporność korozyjną złącza, zwłaszcza w przypadku złącza do lutowania miękkiego.Ponadto większość topników używanych do lutowania aluminium i stopów aluminium ma silną korozyjność.Nawet jeśli zostaną oczyszczone po lutowaniu, wpływ topników na odporność korozyjną złączy nie zostanie całkowicie wyeliminowany.

2. Materiał lutowniczy

(1) Lutowanie lutownicze aluminium i stopów aluminium jest rzadko stosowaną metodą, ponieważ skład i potencjał elektrody spoiwa do lutowania twardego i metalu nieszlachetnego są bardzo różne, co łatwo powoduje korozję elektrochemiczną złącza.Lutowanie miękkie wykorzystuje głównie lut cynkowy i lut cynowo-ołowiowy, które można podzielić na lut niskotemperaturowy (150 ~ 260 ℃), lut średniotemperaturowy (260 ~ 370 ℃) i lut wysokotemperaturowy (370 ~ 430 ℃) zgodnie z Zakres temperatury.Gdy stosuje się lut cynowo-ołowiowy, a miedź lub nikiel jest wstępnie powlekany na powierzchni aluminium w celu lutowania, można zapobiec korozji na styku złącza, aby poprawić odporność na korozję złącza.

Szeroko stosowane jest lutowanie aluminium i stopów aluminium, np. prowadnica filtra, parownik, chłodnica i inne elementy.Do lutowania twardego aluminium i stopów aluminium można stosować wyłącznie spoiwa na bazie aluminium, wśród których najszerzej stosowane są spoiwa glinowo-krzemowe.Konkretny zakres zastosowania i wytrzymałość na ścinanie lutowanych połączeń przedstawiono odpowiednio w Tabeli 8 i Tabeli 9.Jednak temperatura topnienia tego lutu jest zbliżona do temperatury metalu nieszlachetnego, dlatego podczas lutowania należy ściśle i dokładnie kontrolować temperaturę nagrzewania, aby uniknąć przegrzania lub nawet stopienia metalu nieszlachetnego.

Tabela 8 Zakres stosowania spoiw do lutowania twardego aluminium i stopów aluminium

Tabela 9 Wytrzymałość na ścinanie połączeń aluminium i stopów aluminium lutowanych lutami aluminiowymi i silikonowymi

Lut aluminiowy silikonowo-aluminiowy jest zwykle dostarczany w postaci proszku, pasty, drutu lub arkusza.W niektórych przypadkach stosuje się płyty kompozytowe lutowane z aluminium jako rdzeniem i lutem aluminiowym silikonowym jako okładziną.Ten rodzaj kompozytowej płyty lutowniczej jest wykonywany metodą hydrauliczną i jest często stosowany jako część elementów lutowanych.Podczas lutowania, spoiwo do lutowania twardego na płycie kompozytowej topi się i płynie pod działaniem kapilar i grawitacji, wypełniając szczelinę złącza.

(2) Topnik i gaz osłonowy do lutowania aluminium i stopów aluminium, do usuwania folii często stosuje się specjalny topnik.Topnik organiczny na bazie trietanoloaminy, taki jak fs204, jest używany z lutem miękkim niskotemperaturowym.Zaletą tego topnika jest to, że ma niewielki wpływ na korozję metalu podstawowego, ale będzie wytwarzał dużą ilość gazu, co wpłynie na zwilżanie i uszczelnianie lutowia.Reaktywny topnik na bazie chlorku cynku, taki jak fs203 i fs220a, jest stosowany do lutów miękkich średnio- i wysokotemperaturowych.Topnik reaktywny jest silnie korozyjny, a jego pozostałości po lutowaniu należy usunąć.

Obecnie lutowanie aluminium i stopów aluminium jest nadal zdominowane przez usuwanie warstwy topnika.Stosowany topnik do lutowania twardego obejmuje topnik na bazie chlorków i topnik na bazie fluorków.Topnik na bazie chlorków ma silną zdolność usuwania warstwy tlenku i dobrą płynność, ale ma świetny wpływ korozyjny na metal podstawowy.Jego pozostałości muszą być całkowicie usunięte po lutowaniu.Topnik na bazie fluoru to nowy rodzaj topnika, który ma dobry efekt usuwania filmu i nie powoduje korozji metalu podstawowego.Jednak ma wysoką temperaturę topnienia i słabą stabilność termiczną i może być używany tylko z lutem aluminiowym silikonowym.

Podczas lutowania aluminium i stopów aluminium często stosuje się próżnię, atmosferę obojętną lub obojętną.W przypadku lutowania próżniowego stopień podciśnienia powinien generalnie osiągnąć rząd 10-3 pa.Gdy do ochrony używany jest azot lub argon, jego czystość musi być bardzo wysoka, a punkt rosy musi być niższy niż -40℃

3. Technologia lutowania twardego

Lutowanie aluminium i stopów aluminium ma wysokie wymagania dotyczące czyszczenia powierzchni przedmiotu obrabianego.Aby uzyskać dobrą jakość, przed lutowaniem należy usunąć plamę olejową i warstwę tlenku na powierzchni.Usuń plamę oleju z powierzchni za pomocą wodnego roztworu Na2CO3 w temperaturze 60 ~ 70 ℃ przez 5 ~ 10 minut, a następnie spłucz czystą wodą;Powierzchniową warstwę tlenku można usunąć przez trawienie wodnym roztworem NaOH w temperaturze 20 ~ 40 ℃ przez 2 ~ 4 min, a następnie przemyć gorącą wodą;Po usunięciu plamy olejowej i warstwy tlenku na powierzchni, obrabiany przedmiot należy potraktować wodnym roztworem HNO3 nabłyszczającym przez 2 ~ 5 minut, a następnie wyczyścić pod bieżącą wodą i na koniec wysuszyć.Przedmiot obrabiany tymi metodami nie może być dotykany ani zanieczyszczony innymi zabrudzeniami i powinien być lutowany w ciągu 6 ~ 8 godzin.Lepiej lutować natychmiast, jeśli to możliwe.

Metody lutowania aluminium i stopów aluminium obejmują głównie lutowanie płomieniowe, lutowanie lutownicze oraz lutowanie piecowe.Metody te zazwyczaj wykorzystują topnik do lutowania i mają surowe wymagania dotyczące temperatury ogrzewania i czasu utrzymywania.Podczas lutowania płomieniowego i lutowniczego należy unikać podgrzewania topnika bezpośrednio przez źródło ciepła, aby zapobiec przegrzaniu i uszkodzeniu topnika.Ponieważ aluminium może być rozpuszczone w miękkim lutowie o wysokiej zawartości cynku, ogrzewanie należy przerwać po uformowaniu złącza, aby uniknąć korozji metalu podstawowego.W niektórych przypadkach lutowanie aluminium i stopów aluminium czasami nie wykorzystuje topnika, ale stosuje się metody ultradźwiękowe lub skrobania w celu usunięcia folii.Używając skrobania do usunięcia folii do lutowania, najpierw podgrzej przedmiot do temperatury lutowania, a następnie zeskrob część lutowaną przedmiotu za pomocą końca pręta lutowniczego (lub narzędzia do skrobania).Podczas zrywania warstwy tlenku powierzchni koniec lutu stopi się i zwilży metal podstawowy.

Metody lutowania aluminium i stopów aluminium obejmują głównie lutowanie płomieniowe, piecowe, zanurzeniowe, próżniowe oraz w osłonie gazu.Lutowanie płomieniowe stosuje się głównie do małych detali i produkcji pojedynczych elementów.Aby uniknąć uszkodzenia topnika z powodu kontaktu między zanieczyszczeniami w acetylenie i topnikiem przy użyciu płomienia oksyacetylenowego, należy stosować płomień sprężonego powietrza benzyny z niewielką redukowalnością, aby zapobiec utlenianiu metalu podstawowego.Podczas specyficznego lutowania topnik i spoiwo mogą być wcześniej umieszczone w miejscu lutowania i ogrzewane jednocześnie z przedmiotem obrabianym;Obrabiany przedmiot można również najpierw podgrzać do temperatury lutowania, a następnie lutowie zanurzone w topniku można wysłać do pozycji lutowania;Po stopieniu topnika i spoiwa płomień grzewczy należy powoli usuwać po równomiernym wypełnieniu spoiwa.

Podczas lutowania aluminium i stopu aluminium w piecu powietrznym, spoiwo należy wstępnie ustawić, a topnik należy roztopić w wodzie destylowanej w celu przygotowania gęstego roztworu o stężeniu 50% ~ 75%, a następnie pokryć lub natrysnąć powierzchnia lutowania.Odpowiednią ilość proszkowego topnika można również pokryć na spoiwie lutowniczym i powierzchni lutowniczej, a następnie zmontowaną część spawaną należy umieścić w piecu w celu lutowania nagrzanego.Aby zapobiec przegrzaniu lub nawet stopieniu się metalu nieszlachetnego, należy ściśle kontrolować temperaturę ogrzewania.

Lut w paście lub folii jest zwykle używany do lutowania zanurzeniowego aluminium i stopów aluminium.Zmontowany przedmiot należy wstępnie podgrzać przed lutowaniem, aby jego temperatura była zbliżona do temperatury lutowania, a następnie zanurzony w topniku do lutowania.Podczas lutowania należy ściśle kontrolować temperaturę i czas lutowania.Jeśli temperatura jest zbyt wysoka, metal nieszlachetny łatwo się rozpuszcza, a lut łatwo się zgubić;Jeśli temperatura jest zbyt niska, lut nie jest wystarczająco stopiony, a szybkość lutowania spada.Temperaturę lutowania twardego określa się zgodnie z rodzajem i rozmiarem metalu podstawowego, składem i temperaturą topnienia metalu lutowniczego i ogólnie mieści się między temperaturą likwidusu metalu lutowniczego a temperaturą solidusu metalu podstawowego.Czas zanurzania przedmiotu obrabianego w kąpieli topnika musi zapewniać pełne stopienie i płynięcie lutowia, a czas podtrzymania nie powinien być zbyt długi.W przeciwnym razie element krzemowy w stopie lutowniczym może dyfundować do metalu nieszlachetnego, powodując, że metal nieszlachetny w pobliżu spoiny stanie się kruchy.

W lutowaniu próżniowym aluminium i stopów aluminium, aktywatory działające na metal są często używane do modyfikacji warstwy tlenkowej powierzchni aluminium i zapewnienia zwilżania i rozprowadzania lutowia.Magnez może być bezpośrednio nanoszony na obrabiany przedmiot w postaci cząstek lub wprowadzany do strefy lutowania w postaci pary lub magnez może być dodawany do lutowia aluminiowo-krzemowego jako pierwiastek stopowy.W przypadku przedmiotu o złożonej strukturze, aby zapewnić pełny wpływ par magnezu na metal podstawowy i poprawić jakość lutowania, często stosuje się lokalne środki osłonowe, tzn. przedmiot obrabiany jest najpierw umieszczany w skrzynce ze stali nierdzewnej (powszechnie znany jako skrzynka procesowa), a następnie umieszczany w piecu próżniowym do ogrzewania lutowania twardego.Lutowane próżniowo złącza aluminium i stopów aluminium mają gładką powierzchnię i gęste złącza lutowane i nie wymagają czyszczenia po lutowaniu;Jednak sprzęt do lutowania próżniowego jest drogi, a opary magnezu poważnie zanieczyszczają piec, dlatego należy go często czyścić i konserwować.

Podczas lutowania aluminium i stopów aluminium w atmosferze obojętnej lub obojętnej, do usunięcia folii można użyć aktywatora magnezowego lub topnika.Gdy do usunięcia folii stosuje się aktywator magnezowy, wymagana ilość magnezu jest znacznie mniejsza niż w przypadku lutowania próżniowego.Ogólnie, wag. (mg) wynosi około 0,2% ~ 0,5%.Gdy zawartość magnezu jest wysoka, jakość stawu ulegnie pogorszeniu.Metoda lutowania NOCOLOK z wykorzystaniem strumienia fluoru i ochrony azotem jest nową metodą, która w ostatnich latach została szybko rozwinięta.Ponieważ pozostałość topnika fluorkowego nie wchłania wilgoci i nie powoduje korozji aluminium, proces usuwania pozostałości topnika po lutowaniu można pominąć.Pod osłoną azotu wystarczy pokryć niewielką ilość topnika fluorkowego, spoiwo może dobrze zwilżyć metal podstawowy i łatwo jest uzyskać wysokiej jakości lutowane połączenia.Obecnie ta metoda lutowania NOCOLOK jest stosowana w masowej produkcji grzejników aluminiowych i innych elementów.

W przypadku aluminium i stopów aluminium lutowanych topnikiem innym niż fluorkowy, pozostałości topnika muszą być całkowicie usunięte po lutowaniu.Pozostałość organicznego topnika do lutowania aluminium można przemyć roztworami organicznymi, takimi jak metanol i trichloroetylen, zneutralizować wodnym roztworem wodorotlenku sodu, a na koniec oczyścić gorącą i zimną wodą.Chlorek to pozostałość po topniku do lutowania aluminium, którą można usunąć następującymi metodami;Najpierw moczyć w gorącej wodzie o temperaturze 60 ~ 80 ℃ przez 10 minut, dokładnie wyczyścić szczotką pozostałości na lutowanym spoinie i wyczyścić zimną wodą;Następnie moczyć w 15% wodnym roztworze kwasu azotowego przez 30min, a na koniec spłukać zimną wodą.