Lemljenje aluminija i aluminijskih legura

1. Lemljivost

Svojstvo lemljenja aluminija i aluminijevih legura je loše, uglavnom zato što je oksidni film na površini teško ukloniti. Aluminij ima veliki afinitet za kisik. Lako je formirati gusti, stabilni i visokotališni oksidni film Al2O3 na površini. Istovremeno, aluminijeve legure koje sadrže magnezij također će formirati vrlo stabilan oksidni film MgO. Oni će ozbiljno ometati vlaženje i širenje lema. Teško ih je ukloniti. Tijekom lemljenja, proces lemljenja može se provesti samo s odgovarajućim fluksom.

Drugo, lemljenje aluminija i aluminijevih legura je teško. Talište aluminija i aluminijevih legura ne razlikuje se puno od tališta dodatnog metala za lemljenje. Raspon temperature za lemljenje je vrlo uzak. Malo nepravilne kontrole temperature lako može uzrokovati pregrijavanje ili čak taljenje osnovnog metala, što otežava proces lemljenja. Neke aluminijske legure ojačane toplinskom obradom također će uzrokovati pojave omekšavanja poput prekomjernog starenja ili žarenja zbog zagrijavanja lemljenja, što će smanjiti svojstva lemljenih spojeva. Tijekom lemljenja plamenom teško je procijeniti temperaturu jer se boja aluminijske legure ne mijenja tijekom zagrijavanja, što također povećava zahtjeve za razinu rada operatera.

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

2. Materijal za lemljenje

(1) Lemljenje aluminija i aluminijevih legura rijetko se koristi jer se sastav i elektrodni potencijal dodatnog metala za lemljenje i osnovnog metala vrlo razlikuju, što lako uzrokuje elektrokemijsku koroziju spoja. Meko lemljenje uglavnom se provodi lemom na bazi cinka i lemom od kositra 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 kositra i olova, a bakar ili nikal se prethodno nanesu na aluminijsku površinu za lemljenje, sprječava se korozija na spojnoj površini, čime se poboljšava otpornost spoja na koroziju.

Lemljenje aluminija i aluminijskih legura široko se 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 najčešće korišteni dodatni metali aluminij-silicij. Specifično područje primjene i čvrstoća na smicanje lemljenih spojeva prikazani su u tablici 8, odnosno tablici 9. Međutim, talište ovog lema blizu je talištu osnovnog metala, pa temperaturu zagrijavanja treba strogo i precizno kontrolirati tijekom lemljenja kako bi se izbjeglo pregrijavanje ili čak taljenje osnovnog metala.

Tablica 8 Područje primjene dodatnih metala za lemljenje aluminija i aluminijevih legura

Tablica 9 smična čvrstoća spojeva aluminija i aluminijskih legura lemljenih dodatnim metalima aluminij-silicij

Aluminijsko-silicijev lem obično se isporučuje u obliku praha, paste, žice ili lista. U nekim slučajevima koriste se kompozitne ploče za lemljenje s aluminijem kao jezgrom i aluminijsko-silicijevim lemom kao oblogom. Ova vrsta kompozitne ploče za lemljenje izrađuje se hidrauličkom metodom i često se koristi kao dio komponenti za lemljenje. Tijekom lemljenja, metal za lemljenje na kompozitnoj ploči topi se i teče pod djelovanjem kapilara i gravitacije kako bi ispunio spojni razmak.

(2) Fluks i zaštitni plin za lemljenje aluminija i aluminijskih legura, poseban fluks se često koristi za uklanjanje filma. Organski fluks na bazi trietanolamina, kao što je FS204, koristi se s mekim lemom 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 cinkovog klorida, kao što su FS203 i FS220A, koristi se s mekim lemom na srednjim i visokim temperaturama. Reaktivni fluks je vrlo korozivan i njegovi ostaci moraju se ukloniti nakon lemljenja.

Trenutno, lemljenje aluminija i aluminijevih legura još uvijek dominira uklanjanjem filma fluksa. Korišteni fluks za lemljenje uključuje fluks na bazi klorida i fluks na bazi fluorida. Fluks na bazi klorida 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 visoko talište i slabu toplinsku stabilnost te se može koristiti samo s aluminijsko-silicijskim lemom.

Pri lemljenju aluminija i aluminijevih legura često se koristi vakuum, neutralna ili inertna atmosfera. Prilikom lemljenja u vakuumu, stupanj vakuuma obično treba doseći red veličine 10-3 Pa. Kada se za zaštitu koristi dušik ili argon, njegova čistoća mora biti vrlo visoka, a rosište niže od -40 ℃.

3. Tehnologija lemljenja

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

Metode lemljenja aluminija i aluminijevih legura uglavnom uključuju lemljenje plamenom, lemljenje lemilicom i lemljenje u peći. Ove metode općenito koriste fluks pri lemljenju i imaju stroge zahtjeve na temperaturu zagrijavanja i vrijeme zadržavanja. Tijekom lemljenja plamenom i lemljenja lemilicom, izbjegavajte izravno zagrijavanje fluksa izvorom topline kako biste spriječili pregrijavanje i oštećenje fluksa. Budući da se aluminij može otopiti u mekom lemu s visokim udjelom cinka, zagrijavanje treba zaustaviti nakon što se spoj formira kako bi se izbjegla korozija osnovnog metala. U nekim slučajevima, lemljenje aluminija i aluminijevih legura ponekad ne koristi fluks, već ultrazvučne metode ili metode struganja za uklanjanje filma. Prilikom korištenja struganja za uklanjanje filma za lemljenje, prvo zagrijte obradak na temperaturu lemljenja, a zatim sastružite dio obratka za lemljenje krajem lemilice (ili alata za struganje). Dok se lomi površinski oksidni film, kraj lema će se rastopiti i navlažiti osnovni metal.

Metode lemljenja aluminija i aluminijevih legura uglavnom uključuju lemljenje plamenom, lemljenje u peći, lemljenje uranjanjem, lemljenje vakuumom i lemljenje u zaštiti plina. Lemljenje plamenom uglavnom se koristi za male obratke i proizvodnju pojedinačnih komada. Kako bi se izbjeglo pucanje 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. Tijekom specifičnog lemljenja, fluks za lemljenje i dodatni metal mogu se unaprijed postaviti na mjesto lemljenja i zagrijati istovremeno s obratkom; obratak 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 aluminijevih legura u zračnoj peći, dodatni metal za lemljenje mora biti unaprijed pripremljen, a fluks za lemljenje treba se otopiti u destiliranoj vodi kako bi se pripremila gusta otopina koncentracije od 50% do 75%, a zatim premazati ili poprskati po površini 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 zavar treba staviti u peć za zagrijavanje i lemljenje. Kako bi se spriječilo pregrijavanje ili čak taljenje osnovnog metala, temperatura zagrijavanja mora se strogo kontrolirati.

Za lemljenje aluminija i aluminijskih legura uranjanjem općenito se koristi lem u pastu ili foliju. Sastavljeni radni komad treba prethodno zagrijati prije lemljenja kako bi se temperatura približila temperaturi lemljenja, a zatim uroniti u fluks za lemljenje radi lemljenja. Tijekom lemljenja, temperatura i vrijeme lemljenja moraju se strogo kontrolirati. Ako je temperatura previsoka, osnovni metal se lako otapa i lem se lako gubi; ako je temperatura preniska, lem se ne topi dovoljno i brzina lemljenja se smanjuje. Temperatura lemljenja treba se odrediti prema vrsti i veličini osnovnog metala, sastavu i talištu dodatnog metala, te je općenito između temperature likvidusa dodatnog metala i temperature solidusa osnovnog metala. Vrijeme uranjanja obratka u kupku s fluksom mora osigurati da se lem može potpuno otopiti i teći, a vrijeme podupiranja ne smije biti predugo. U suprotnom, silicijev element u lemu može difundirati u osnovni metal, čineći osnovni metal u blizini šava krhkim.

Kod vakuumskog lemljenja aluminija i aluminijevih legura, aktivatori metalnih operacija često se koriste za modificiranje površinskog oksidnog filma aluminija i osiguravanje vlaženja i širenja lema. Magnezij se može izravno koristiti na obratku u obliku čestica ili uvesti u zonu lemljenja u obliku pare, ili se magnezij može dodati aluminijsko-silicijskom lemu kao element legure. Za obratke složene strukture, kako bi se osigurao puni učinak magnezijeve pare na osnovni metal i poboljšala kvaliteta lemljenja, često se poduzimaju mjere lokalne zaštite, odnosno obratak 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 aluminijevih legura imaju glatku površinu i gusto 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 aluminijevih 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 znatno niža nego kod vakuumskog lemljenja. Općenito, w (mg) je oko 0,2% ~ 0,5%. Kada je sadržaj magnezija visok, kvaliteta spoja će se smanjiti. NOCOLOK metoda lemljenja korištenjem fluoridnog fluksa i zaštite dušikom je nova metoda koja se brzo razvila posljednjih godina. Budući da ostaci fluoridnog fluksa ne upijaju 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 aluminijeve 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 otopinama poput metanola i trikloretilena, neutralizirati vodenom otopinom natrijevog hidroksida i na kraju očistiti vrućom i hladnom vodom. Klorid je ostatak fluksa za lemljenje aluminija, koji se može ukloniti sljedećim metodama; Prvo, potopiti u vruću vodu na 60 ~ 80 ℃ tijekom 10 minuta, pažljivo očistiti ostatke na lemljenom spoju četkom i očistiti hladnom vodom; Zatim potopiti u 15%-tnu vodenu otopinu dušične kiseline tijekom 30 minuta i na kraju isprati hladnom vodom.