1. Soldadura
La soldadura fuerte del aluminio y las aleaciones de aluminio es baja, principalmente porque la película de óxido de la superficie es difícil de eliminar. El aluminio tiene una fuerte afinidad por el oxígeno y forma fácilmente una película de óxido de Al2O2 densa, estable y de alto punto de fusión en la superficie.
Las aleaciones de aluminio que contienen magnesio también forman una película de óxido de Mgo muy estable. Estos perjudican gravemente la humectación y la extensión de la soldadura y son difíciles de eliminar. Sólo utilizando un fundente adecuado se puede realizar el proceso de soldadura fuerte.
Además, la dificultad operativa de la soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio es alta. El punto de fusión del aluminio y las aleaciones de aluminio no es muy diferente del punto de fusión de la soldadura dura utilizada, y el rango de temperatura disponible para la soldadura fuerte es muy estrecho.
Un control inadecuado de la temperatura puede provocar fácilmente el sobrecalentamiento o incluso la fusión del material base, lo que complica el proceso de soldadura fuerte. Algunas aleaciones de aluminio tratadas térmicamente pueden sufrir un envejecimiento excesivo o un ablandamiento por recocido debido al calor de la soldadura fuerte, lo que resulta en una disminución en el rendimiento de la junta soldada.
En la soldadura fuerte con llama, no es fácil juzgar la temperatura debido al color invariable de la aleación de aluminio durante el calentamiento, lo que también aumenta la exigencia en el nivel de habilidad del operador.
Además, la resistencia a la corrosión de las uniones soldadas de aluminio y aleaciones de aluminio se ve fácilmente afectada por la soldadura y el fundente utilizados. El potencial del electrodo del aluminio y las aleaciones de aluminio difiere mucho del de la soldadura, lo que reduce la resistencia a la corrosión de la unión, especialmente en uniones soldadas blandas.
Además, la mayoría de los fundentes utilizados en la soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio son altamente corrosivos, e incluso si se limpian después de la soldadura fuerte, el impacto del fundente sobre la resistencia a la corrosión de la junta no se puede eliminar por completo.
2. Materiales para soldadura fuerte
(1) Soldadura:
La soldadura blanda de aluminio y aleaciones de aluminio no se usa comúnmente porque la diferencia en la composición y el potencial del electrodo entre la soldadura y el material base en la soldadura blanda puede causar fácilmente corrosión electroquímica de la unión.
Las soldaduras a base de zinc y las soldaduras de estaño y plomo se utilizan principalmente para soldaduras blandas, que se pueden dividir en soldaduras blandas de baja temperatura (150-260 °C), soldaduras blandas de temperatura media (260-370 °C) y altas. Soldaduras a temperatura suave (370-430°C) según el rango de temperatura de uso.
Cuando se utiliza soldadura de estaño-plomo para soldadura fuerte y se recubre previamente la superficie de aluminio con cobre o níquel, se puede prevenir la corrosión en la interfaz, mejorando así la resistencia a la corrosión de la unión.
La soldadura dura de aluminio y aleaciones de aluminio se utiliza ampliamente, como guías de filtro, evaporadores, disipadores de calor y otros componentes.
Para la soldadura dura de aluminio y aleaciones de aluminio, solo se puede utilizar soldadura a base de aluminio, entre las cuales la soldadura de aluminio-silicio es la más utilizada. El rango de aplicación específico y la resistencia al corte de las uniones soldadas se muestran en la Tabla 8 y la Tabla 9, respectivamente.
Sin embargo, el punto de fusión de estas soldaduras es cercano al del material base, por lo que la temperatura de calentamiento debe controlarse estricta y precisamente durante la soldadura fuerte para evitar el sobrecalentamiento o la fusión del material base.
Tabla 8: Gama aplicable de soldaduras duras para aluminio y aleaciones de aluminio
| Clase de material de soldadura fuerte | Temperatura de soldadura fuerte /℃ |
Métodos de soldadura fuerte | Aluminio y aleaciones de aluminio aptas para soldadura fuerte. |
| B-Al92Si | 599~621 | salsa, horno | 1060-8A06,3A21 |
| B-Al90Si | 588~604 | salsa, horno | 1060-8A06, 3A21 |
| B-Al88Si | 582~604 | Inmersión, Horno, Llama | 1060-8A06, 3A21,1F1,LF2,6A02 |
| B-Al86SiCu | 585~604 | Inmersión, Horno, Llama | 1060-8A06,3A21,1F1,5A02,6A02 |
| B-Al76SiZnCu | 562~582 | llama, horno | 1080-8A06,3A21,LF1,5A02,6A02 |
| B-Al67CuSi | 555~576 | Fuego | 1060-8A06,3A21,LF1,5A02,6A02,2A50,2L102,ZL202 |
| B-Al90SiMg | 599~621 | Vacío | 1060-8A06、3A21 |
| B-Al88SiMg | 588~604 | Vacío | 1060-8A06,3A21,6A02 |
| B-Al86SiMg | 582~604 | Vacío | 1060-8A06,3A21,6A02 |
Tabla 9: Resistencia al corte de uniones de aluminio y aleaciones de aluminio soldadas con soldadura de aluminio-silicio
| Clase de material de soldadura fuerte | Resistencia a la tracción /MPa |
||
| Aluminio puro | 3A21 | 3A12 | |
| B-A188Si | 59~78 | 98~118 | – |
| B-A167CuSi | 59~78 | 88~108 | 118~196 |
| B-A186SiCu | 59~78 | 98~118 | – |
| B-A176SiZnCu | 59~78 | 98~118 | – |
Los materiales de soldadura de aluminio y silicio normalmente se suministran en forma de polvo, pasta, alambre o láminas metálicas. En algunos casos se utiliza una placa de soldadura compuesta, que consta de un núcleo de aluminio y un material de soldadura de aluminio y silicio como capa de revestimiento. Esta placa compuesta se produce mediante métodos hidráulicos y se utiliza comúnmente como componente de conjuntos soldados.
Durante la soldadura fuerte, el material de soldadura fuerte en la placa compuesta se funde y fluye para llenar los espacios de las juntas, con la ayuda de la acción capilar y la gravedad.
(2) El fundente y el gas protector se utilizan comúnmente en la soldadura fuerte blanda de aluminio y aleaciones de aluminio.
La soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio a menudo requiere el uso de fundentes especializados para eliminar las películas de óxido. Los fundentes orgánicos a base de trietanolamina, como el FS204, se utilizan con aleaciones de soldadura fuerte a baja temperatura.
Estos fundentes tienen la ventaja de una corrosión mínima en el material base, pero generan una gran cantidad de gas durante el flujo, lo que puede afectar la humectación y el llenado del material de soldadura fuerte.
Los fundentes reactivos a base de cloruro de zinc, como FS203 y FS220A, se utilizan con aleaciones de soldadura fuerte a temperatura media y alta. Los fundentes reactivos tienen fuertes propiedades corrosivas y sus residuos deben limpiarse cuidadosamente después de la soldadura fuerte.
La soldadura dura de aluminio y aleaciones de aluminio todavía depende de la eliminación del fundente. Los fundentes para soldadura fuerte utilizados incluyen fundentes a base de cloruro y fundentes a base de flúor. Los fundentes a base de cloruro tienen una fuerte capacidad desoxidante y buena fluidez, pero tienen un efecto corrosivo significativo en el material base, por lo que sus residuos deben eliminarse por completo después de la soldadura fuerte.
Los fundentes a base de flúor son un nuevo tipo de fundente con buenos efectos desoxidantes y sin efectos corrosivos en el material base. Sin embargo, tienen un alto punto de fusión y una baja estabilidad térmica, y sólo pueden usarse en combinación con materiales de soldadura fuerte de aluminio y silicio.
En la soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio se utilizan habitualmente atmósferas de vacío, neutras o inertes. En la soldadura fuerte al vacío, el nivel de vacío generalmente debe alcanzar el orden de 10-3 Pa. Cuando se utiliza protección de nitrógeno o argón, se requiere alta pureza y un punto de rocío bajo por debajo de -40 ℃.
3. Técnicas de soldadura fuerte
La soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio requiere una alta limpieza de la superficie de la pieza. Para obtener una buena calidad, las películas de aceite y óxido de la superficie deben eliminarse antes de soldar. El aceite de la superficie se puede eliminar lavando con una solución acuosa de carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ) a una temperatura de 60 a 70 °C durante 5 a 10 minutos, seguido de un enjuague con agua limpia.
Las películas de óxido superficial se pueden eliminar mediante inmersión en una solución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) a una temperatura de 20-40°C durante 2-4 minutos, seguido de enjuague con agua caliente.
Después de eliminar las películas de aceite y óxido de la superficie, la pieza debe tratarse con una solución acuosa de ácido nítrico (HNO 3 ) durante 2 a 5 minutos, enjuagarse con agua corriente y secarse al aire. Después de estos tratamientos, la pieza no debe tocarse con la mano ni contaminarse con otra suciedad, y la soldadura debe realizarse en un plazo de 6 a 8 horas, preferiblemente inmediatamente si es posible.
Los métodos de soldadura fuerte blanda para aluminio y aleaciones de aluminio incluyen principalmente soldadura fuerte por llama, soldadura fuerte con soldador y soldadura fuerte en horno. Estos métodos generalmente utilizan fundente y tienen requisitos estrictos en cuanto a temperatura de calentamiento y tiempo de retención.
Al soldar con llama y soldador, se debe evitar el calentamiento directo del fundente para evitar el sobrecalentamiento y la falla del fundente. Debido a que el aluminio se puede disolver en soldadura con un alto contenido de zinc, se debe detener el calentamiento tan pronto como se forme la unión para evitar la disolución del material base.
En algunos casos, la soldadura blanda de aluminio y aleaciones de aluminio se realiza sin fundente, utilizando métodos ultrasónicos o de fricción para eliminar la película de óxido. Cuando se utiliza decapado por fricción para soldar, la pieza de trabajo primero se calienta a la temperatura de soldadura y luego se usa el extremo de la varilla de soldadura (o herramienta de fricción) para raspar el área de soldadura de la pieza de trabajo. Esto rompe la película de óxido de la superficie y permite que el material de soldadura se derrita y humedezca el material base.
Los métodos de soldadura fuerte para aluminio y aleaciones de aluminio incluyen soldadura fuerte por llama, soldadura fuerte en horno, soldadura fuerte por inmersión, soldadura fuerte al vacío y soldadura fuerte con protección de gas. La soldadura fuerte por llama se utiliza comúnmente para piezas pequeñas y producción de una sola pieza.
Para evitar que las impurezas del gas acetileno entren en contacto con el flujo y provoquen fallas en el flujo, es recomendable utilizar una llama de aire comprimido con gasolina y reducir ligeramente la llama para evitar la oxidación del material base.
En procesos de soldadura fuerte específicos, el fundente y el material de soldadura fuerte se pueden colocar previamente en la junta, calentarse junto con la pieza de trabajo, o la pieza de trabajo se puede calentar primero a la temperatura de soldadura fuerte y luego se puede aplicar el material de soldadura fuerte a la soldadura fuerte. área.
Después de que el fundente y el material de soldadura se derritan y la junta de soldadura se llene uniformemente, la llama de calentamiento se puede eliminar gradualmente.
Al soldar aluminio y aleaciones de aluminio en un horno de aire, el material de soldadura debe precargarse y el fundente debe fundirse en agua destilada para formar una solución concentrada con una concentración del 50% al 75%.
Luego, esta solución se puede aplicar o rociar sobre la superficie de soldadura fuerte, o se puede aplicar una cantidad adecuada de flujo de polvo al material y a la superficie de soldadura fuerte. Luego, la pieza ensamblada se coloca en el horno para calentarla y soldarla. Para evitar el sobrecalentamiento o incluso la fusión del material base, se debe controlar estrictamente la temperatura de calentamiento.
La soldadura fuerte por inmersión de aluminio y aleaciones de aluminio normalmente utiliza materiales de soldadura en pasta o láminas. La pieza ensamblada se precalienta a una temperatura cercana a la temperatura de soldadura fuerte antes de sumergirla en el fundente de soldadura fuerte.
Durante la soldadura fuerte, se deben controlar estrictamente la temperatura y el tiempo de soldadura. Si la temperatura es demasiado alta, el material base estará sujeto a disolución y el material de soldadura fuerte estará sujeto a pérdidas.
Si la temperatura es demasiado baja, es posible que el material de soldadura fuerte no se derrita correctamente, lo que dará como resultado una velocidad de soldadura fuerte más baja.
La temperatura de soldadura fuerte debe determinarse en función del tipo y tamaño del material base, la composición y el punto de fusión del material de soldadura fuerte y otros factores específicos, que generalmente oscilan entre la temperatura líquida del material de soldadura fuerte y la temperatura sólida del material base.
El tiempo que la pieza se sumerge en el baño fundente debe garantizar que el material de soldadura esté completamente derretido y fluya. El tiempo no debe ser demasiado largo, ya que el elemento de silicio del material de soldadura fuerte puede difundirse en el metal base, provocando fragilidad en las proximidades de la unión.
La soldadura fuerte al vacío de aluminio y aleaciones de aluminio generalmente utiliza activadores metálicos para transformar la película de óxido superficial del aluminio, asegurando la humectación y dispersión del material de soldadura.
El magnesio se puede colocar directamente sobre la pieza de trabajo en forma granular, introducirse como vapor en la zona de soldadura fuerte o agregarse como elemento de aleación al material de soldadura fuerte de aluminio y silicio.
Para estructuras complejas, para garantizar el efecto total del vapor de magnesio en el material base y mejorar la calidad de la soldadura fuerte, a menudo se toman medidas de protección locales.
Esto implica colocar la pieza en una caja de acero inoxidable (comúnmente conocida como caja de proceso) y luego calentarla en un horno de vacío para soldarla.
La soldadura fuerte al vacío de juntas de aluminio y aleaciones de aluminio produce superficies lisas, costuras de soldadura densas y no es necesaria una limpieza posterior a la soldadura.
Sin embargo, el equipo de soldadura fuerte al vacío es caro y el vapor de magnesio puede contaminar gravemente el horno, requiriendo limpieza y mantenimiento frecuentes.
Al soldar aluminio y aleaciones de aluminio en una atmósfera neutra o inerte, se pueden utilizar activadores o fundente de magnesio para eliminar la película de óxido. Cuando se utilizan activadores de magnesio, la cantidad necesaria de magnesio es mucho menor en comparación con la soldadura fuerte al vacío, generalmente alrededor del 0,2%-0,5% (en peso).
Un mayor contenido de magnesio puede disminuir la calidad de la articulación. El método de soldadura fuerte Nocolok, que utiliza un fundente a base de flúor y una protección de gas nitrógeno, se ha desarrollado rápidamente en los últimos años. Los residuos de fundente a base de flúor no absorben la humedad y no son corrosivos para el aluminio.
Por lo tanto, se puede omitir la etapa de eliminar los residuos de fundente después de la soldadura fuerte. Con protección de gas nitrógeno, se puede aplicar una pequeña cantidad de fundente a base de flúor y el material de soldadura puede humedecer bien el material base, lo que da como resultado uniones soldadas de alta calidad. Este método de soldadura fuerte de Nocolok se ha utilizado ampliamente en la producción por lotes de componentes como radiadores de aluminio.
Para aluminio y aleaciones de aluminio soldadas con fundentes distintos de los fundentes a base de flúor, los residuos de fundente deben eliminarse por completo después de la soldadura fuerte. El fundente orgánico residual para aluminio se puede lavar con disolventes orgánicos como metanol o tricloroetileno, seguido de neutralización con una solución acuosa de hidróxido de sodio y finalmente enjuagar con agua fría y caliente.
Los residuos de fundente a base de cloruro de la soldadura dura de aluminio se pueden eliminar sumergiéndolos en agua caliente a 60-80 °C durante 10 minutos, frotando cuidadosamente los residuos en la costura soldada con un cepillo y enjuagando con agua fría. Luego remoje en una solución acuosa de ácido nítrico al 15% durante 30 minutos y enjuague con agua fría.
