Lemljenje aluminija i aluminijskih legura

1. Mogućnost lemljenja

Svojstvo tvrdog lemljenja aluminija i aluminijskih legura je loše, uglavnom zato što je oksidni film na površini teško ukloniti.Aluminij ima veliki afinitet prema kisiku.Na površini je lako formirati gust, stabilan oksidni film Al2O3 s visokim talištem.U isto vrijeme, aluminijske legure koje sadrže magnezij također će stvoriti vrlo stabilan oksidni film MgO.Oni će ozbiljno spriječiti vlaženje i širenje lema.I teško se uklanja.Tijekom lemljenja, postupak lemljenja može se izvesti samo s odgovarajućim fluksom.

Drugo, postupak lemljenja aluminija i aluminijskih legura je težak.Točka taljenja aluminija i aluminijskih legura ne razlikuje se puno od one upotrijebljenog dodatnog metala za lemljenje.Izborni temperaturni raspon za lemljenje je vrlo uzak.Malo nepravilna kontrola temperature može lako uzrokovati pregrijavanje ili čak topljenje osnovnog metala, što otežava proces lemljenja.Neke aluminijske legure ojačane toplinskom obradom također će uzrokovati pojavu omekšavanja kao što je prekomjerno starenje ili žarenje zbog zagrijavanja lemljenja, što će smanjiti svojstva lemljenih spojeva.Tijekom plamenog lemljenja teško je procijeniti temperaturu jer se boja aluminijske legure ne mijenja tijekom zagrijavanja, što također povećava zahtjeve za razinu rada operatera.

Štoviše, na korozijsku otpornost lemljenih spojeva od aluminija i legura aluminija lako utječu dodatni metali i topitelji.Potencijal elektrode aluminija i aluminijskih legura prilično se razlikuje od potencijala lema, što smanjuje otpornost spoja na koroziju, posebno za mekane lemljene spojeve.Osim toga, većina topitelja 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 potpuno eliminiran.

2. Materijal za lemljenje

(1) Lemljenje aluminija i aluminijskih legura rijetko je korištena metoda, jer su sastav i potencijal elektrode dodanog metala za lemljenje i osnovnog metala vrlo različiti, što lako uzrokuje elektrokemijsku koroziju spoja.Meko lemljenje uglavnom koristi lem na bazi cinka i lem od kositra i olova, koji se mogu podijeliti na lem na niskoj temperaturi (150 ~ 260 ℃), lem na srednjoj temperaturi (260 ~ 370 ℃) i lem na visokoj temperaturi (370 ~ 430 ℃) prema raspon temperature.Kada se koristi kositreni olovni lem i bakar ili nikal su prethodno presvučeni na aluminijsku površinu za tvrdo lemljenje, može se spriječiti korozija na spojnoj površini, kako bi se poboljšala otpornost spoja na koroziju.

Lemljenje aluminija i aluminijskih legura naširoko se koristi, kao što su vodilica filtera, isparivač, radijator i druge komponente.Za tvrdo lemljenje aluminija i aluminijskih legura mogu se koristiti samo dodaci na bazi aluminija, među kojima se najviše koriste aluminij silicij dodaci.Specifični opseg primjene i posmična čvrstoća lemljenih spojeva prikazani su u tablici 8, odnosno tablici 9.Međutim, točka taljenja ovog lema je blizu one osnovnog metala, tako da temperaturu zagrijavanja treba strogo i točno kontrolirati tijekom lemljenja kako bi se izbjeglo pregrijavanje ili čak taljenje osnovnog metala.

Tablica 8. Opseg primjene dodanih materijala za tvrdo lemljenje za aluminij i aluminijske legure

Tablica 9. Smična čvrstoća spojeva aluminija i aluminijskih legura lemljenih aluminijskim silicijskim dodatnim metalima

Aluminijski silikonski lem obično se isporučuje u obliku praha, paste, žice ili lima.U nekim slučajevima koriste se lemljene kompozitne ploče s aluminijem kao jezgrom i aluminijskim silicijskim lemom kao oblogom.Ova vrsta kompozitne ploče za lemljenje izrađuje se hidrauličkom metodom i često se koristi kao dio komponenti za lemljenje.Tijekom lemljenja, dodatni metal za lemljenje na kompozitnoj ploči se topi i teče pod djelovanjem kapilare i gravitacije kako bi ispunio prazninu spoja.

(2) Fluks i zaštitni plin za tvrdo lemljenje aluminija i aluminijskih legura, za uklanjanje filma često se koristi poseban prašak.Organski fluks na bazi trietanolamina, kao što je fs204, koristi se s niskotemperaturnim mekim lemom.Prednost ovog fluksa je u tome što ima mali učinak korozije na osnovni metal, ali će proizvesti veliku količinu plina, što će utjecati na vlaženje i brtvljenje lema.Reaktivni tok na bazi cinkovog klorida, kao što su fs203 i fs220a, koristi se s mekim lemom srednje temperature i visoke temperature.Reaktivni prašak je vrlo korozivan i njegov se ostatak mora ukloniti nakon lemljenja.

Trenutačno kod tvrdog lemljenja aluminija i aluminijskih legura još uvijek dominira uklanjanje filma topitelja.Topilo za lemljenje koje se koristi uključuje topilo na bazi klorida i topilo na bazi fluorida.Topilo na bazi klorida ima jaku sposobnost uklanjanja oksidnog filma i dobru fluidnost, ali ima veliki korozivni učinak na osnovni metal.Njegovi ostaci moraju se potpuno ukloniti nakon lemljenja.Topilo na bazi fluorida je nova vrsta topitelja, koja ima dobar učinak uklanjanja filma i nema korozije na osnovnom metalu.Međutim, ima visoko talište i lošu toplinsku stabilnost, te se može koristiti samo s aluminijskim silicijskim lemom.

Pri lemljenju aluminija i aluminijskih legura često se koristi vakuum, neutralna ili inertna atmosfera.Kada se koristi lemljenje pod vakuumom, stupanj vakuuma općenito će doseći reda veličine 10-3pa.Kada se za zaštitu koristi plin dušik ili argon, njegova čistoća mora biti vrlo visoka, a točka rosišta mora biti niža od -40 ℃

3. Tehnologija lemljenja

Lemljenje aluminija i aluminijskih legura ima visoke zahtjeve za čišćenje površine obratka.Kako bi se postigla dobra kvaliteta, mrlje od ulja i oksidni film s površine moraju se ukloniti prije lemljenja.Uklonite mrlju od ulja 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 s vodenom otopinom NaOH na temperaturi od 20 ~ 40 ℃ tijekom 2 ~ 4 minute, a zatim isprati vrućom vodom;Nakon uklanjanja uljnih mrlja i oksidnog filma na površini, obradak treba tretirati vodenom otopinom HNO3 za sjaj 2 ~ 5 minuta, zatim očistiti u tekućoj vodi i konačno osušiti.Radni komad tretiran ovim metodama ne smije se dodirivati ​​niti zaprljati drugom prljavštinom i mora se lemiti unutar 6 ~ 8 sati.Ako je moguće, bolje je lemiti odmah.

Metode tvrdog lemljenja aluminija i aluminijskih legura uglavnom uključuju plameno lemljenje, lemljenje lemljenjem i lemljenje u peći.Ove metode općenito koriste fluks u lemljenju i imaju stroge zahtjeve za temperaturu zagrijavanja i vrijeme držanja.Tijekom plamenog lemljenja i lemljenja lemljenjem, izbjegavajte zagrijavanje topitelja izravno od izvora topline kako biste spriječili pregrijavanje i kvar.Budući da se aluminij može otopiti u mekom lemu s visokim udjelom cinka, grijanje treba zaustaviti nakon formiranja spoja kako bi se izbjegla korozija osnovnog metala.U nekim slučajevima, lemljenje aluminija i aluminijskih legura ponekad ne koristi fluks, već koristi ultrazvučne metode ili metode struganja za uklanjanje filma.Kada koristite struganje za uklanjanje filma za lemljenje, najprije zagrijte radni komad na temperaturu za lemljenje, a zatim ostružite dio za lemljenje krajem lemne šipke (ili alata za struganje).Dok se lomi površinski oksidni film, kraj lema će se rastopiti i smočiti osnovni metal.

Metode lemljenja aluminija i aluminijskih legura uglavnom uključuju plameno lemljenje, lemljenje u peći, lemljenje potapanjem, lemljenje u vakuumu i lemljenje u oklopu plina.Lemljenje plamenom uglavnom se koristi za male izratke i proizvodnju pojedinačnih komada.Kako bi se izbjegao kvar fluksa zbog kontakta između nečistoća u acetilenu i fluksa pri korištenju plamena oksiacetilena, prikladno je koristiti plamen komprimiranog zraka benzina s malom redukcijom kako bi se spriječila oksidacija osnovnog metala.Tijekom specifičnog lemljenja, topilo za lemljenje i dodatni metal mogu se postaviti na mjesto lemljenja unaprijed i zagrijati istovremeno s radnim komadom;Izradak se također može prvo zagrijati na temperaturu lemljenja, a zatim se lem natopljen fluksom može poslati u položaj za lemljenje;Nakon što se topilo i dodatni metal otope, plamen za grijanje 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 postavljen, a topilo za lemljenje mora se rastopiti u destiliranoj vodi kako bi se pripremila gusta otopina s koncentracijom od 50% ~ 75%, a zatim premazati ili raspršiti na površina za lemljenje.Odgovarajuća količina praškastog topitelja za lemljenje također se može pokriti na dodatni metal za lemljenje i površinu za lemljenje, a zatim se sastavljeni zavar stavlja u peć za zagrijavanje lemljenja.Kako bi se spriječilo pregrijavanje ili čak taljenje osnovnog metala, temperatura zagrijavanja mora biti strogo kontrolirana.

Lem u obliku paste ili folije općenito se koristi za lemljenje potapanjem aluminija i aluminijskih legura.Sastavljeni obradak mora se prethodno zagrijati prije lemljenja kako bi se njegova temperatura približila temperaturi lemljenja, a zatim uroniti u topilo za lemljenje za lemljenje.Tijekom lemljenja, temperatura lemljenja i vrijeme lemljenja moraju biti strogo kontrolirani.Ako je temperatura previsoka, osnovni metal se lako otapa i lem se lako gubi;Ako je temperatura preniska, lem nije dovoljno otopljen i brzina lemljenja se smanjuje.Temperatura lemljenja određuje se u skladu s vrstom i veličinom osnovnog metala, sastavom i točkom taljenja dodatnog metala i općenito je između temperature likvidusa dodatnog metala i temperature solidus osnovnog metala.Vrijeme potapanja obratka u kupku topitelja mora osigurati da se lem može potpuno otopiti i teći, a vrijeme podupiranja ne smije biti predugo.U suprotnom, element silicija u lemu može difundirati u osnovni metal, čineći osnovni metal u blizini šava krhkim.

U vakuumskom lemljenju aluminija i aluminijskih legura često se koriste metalni radni aktivatori za modificiranje površinskog oksidnog filma aluminija i osiguravanje vlaženja i širenja lema.Magnezij se može izravno upotrijebiti na izratku u obliku čestica, ili uvesti u zonu lemljenja u obliku pare, ili se magnezij može dodati aluminijskom silikonskom lemu kao element legure.Za obradak sa složenom strukturom, kako bi se osigurao puni učinak magnezijeve pare na osnovni metal i poboljšala kvaliteta lemljenja, često se poduzimaju lokalne mjere zaštite, to jest, obradak se prvo stavlja u kutiju od nehrđajućeg čelika (obično poznata kao procesna kutija), a zatim stavljena u vakuumsku peć za zagrijavanje lemljenja.Vakuumski lemljeni spojevi od aluminija i aluminijskih legura imaju glatku površinu i guste lemljene spojeve i ne moraju se čistiti nakon lemljenja;Međutim, oprema za lemljenje pod vakuumom je skupa, a pare magnezija ozbiljno zagađuju peć, pa ju je potrebno često čistiti i održavati.

Kod tvrdog 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 magnezijski aktivator, potrebna količina magnezija mnogo je manja nego kod lemljenja pod vakuumom.Općenito, w (mg) je oko 0,2% ~ 0,5%.Kada je sadržaj magnezija visok, kvaliteta spoja će biti smanjena.NOCOLOK metoda tvrdog lemljenja koja koristi fluoridni prašak i zaštitu dušikom nova je metoda koja se brzo razvila posljednjih godina.Budući da ostatak fluoridnog topitelja ne upija vlagu i nije korozivan za aluminij, postupak uklanjanja ostataka fluksa nakon lemljenja može se izostaviti.Pod zaštitom dušika potrebno je premazati samo malu količinu fluoridnog topitelja, dodatni metal može dobro namočiti 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 topilom koji nije fluoridni topilac, ostatak topitelja mora se u potpunosti ukloniti nakon lemljenja.Ostatak organskog topitelja za lemljenje aluminija može se isprati organskim otopinama kao što su metanol i trikloroetilen, neutralizirati vodenom otopinom natrijevog hidroksida i na kraju očistiti toplom i hladnom vodom.Klorid je ostatak topila za lemljenje aluminija, koji se može ukloniti prema sljedećim metodama;Prvo potopite u vruću vodu na 60 ~ 80 ℃ na 10 minuta, pažljivo očistite ostatke na lemljenom spoju četkom i očistite ga hladnom vodom;Potom ga namočite u 15% vodenoj otopini dušične kiseline 30 minuta i na kraju isperite hladnom vodom.