EU. Copper e ligas de cobre
O cobre e suas ligas são amplamente utilizados devido à sua excelente condutividade elétrica, condutividade térmica, resistência à corrosão e conformabilidade. Essas ligas geralmente podem ser divididas em quatro categorias: cobre vermelho, latão, bronze e cobre branco.
II. Propriedades materiais de cobre e ligas de cobre
1. Cobre vermelho
O cobre vermelho é uma forma pura de cobre com um teor de cobre de pelo menos 99,5%.
Ele pode ser dividido em cobre puro e cobre livre de oxigênio com base no seu teor de oxigênio.
Cu2Óxidos de O e CuO podem se formar na superfície do cobre vermelho.
À temperatura ambiente, a superfície do cobre é coberta com Cu2Ó.
Sob altas temperaturas, a escala de óxido é composta por duas camadas: a camada externa é CuO e a camada interna é Cu.2Ó.
É importante notar que o cobre puro não pode ser brasado em uma atmosfera redutora contendo hidrogênio.
2. Latão
Latão refere-se a uma liga de cobre-zinco que possui maior resistência, dureza e resistência à corrosão em comparação ao cobre vermelho, ao mesmo tempo que mantém tenacidade e alta resistência à corrosão.
Diagrama metalográfico de latão
3. Latão especial
(1) Latão de estanho:
O latão estanhado contém aproximadamente 1% de estanho (Sn) e a presença de estanho não altera a composição dos óxidos superficiais.
A soldabilidade do latão estanhado é comparável à do latão, facilitando a soldagem.
(2) Latão de chumbo:
O latão de chumbo contém chumbo, que quando aquecido forma uma escória pegajosa que prejudica o efeito umectante e a fluidez da solda.
É importante selecionar o fluxo adequado para garantir a fluidez adequada.
(3) Latão manganês:
A superfície do latão manganês é composta por óxido de zinco e óxido de manganês.
O óxido de manganês é relativamente estável e difícil de remover, por isso é necessário usar um fluxo de brasagem ativo para garantir a molhabilidade do metal de adição de brasagem.
4. Bronze
Existem vários tipos de bronze, cada um com diferentes elementos de liga, o que afeta sua brasabilidade.
Quando o elemento de liga adicionado é estanho, ou uma pequena quantidade de cromo ou cádmio, ele tem impacto mínimo na soldabilidade e geralmente é mais fácil de soldar.
Contudo, se o elemento adicionado for alumínio, particularmente quando o teor de alumínio é elevado (até 10%), o óxido de alumínio na superfície é difícil de remover, causando uma deterioração na soldabilidade.
Nestes casos, é necessário utilizar um fluxo especial para brasagem.
Por exemplo, quando o silício é adicionado para formar o bronze de silício, ele se torna altamente sensível à fragilidade a quente e à fissuração por tensão quando exposto à solda fundida.
Outro exemplo é quando o elemento de liga adicionado é o berílio.
Embora se forme um óxido de BeO relativamente estável, o fluxo de brasagem convencional é suficiente para remover o filme de óxido.
5. Cobre branco
O cobre branco é uma liga de cobre e níquel que possui excelentes propriedades mecânicas abrangentes.
Contém níquel.
Ao selecionar o metal de adição, é importante evitar aqueles que contenham fósforo, como metal de adição cobre-fósforo e metal de adição cobre-fósforo-prata.
O cobre branco é altamente sensível a trincas a quente e trincas por tensão quando submetido a solda fundida.
III. Composições típicas de cobre e ligas de cobre e tratamento térmico
| Nome | Código | Composição Química Primária (Porcentagem de Massa, %) | Temperatura de fusão/℃ | Tratamento térmico | |||||||
| ω（Cu） | ω（Zn） | ω（Sn） | ω（Pb） | ω（Mn） | ω（Al） | ω（Ni） | Outros | ||||
| Cobre Puro | T1 | ≤99,95 | – | – | – | – | – | – | 20.02 | 1083 | Recozimento: 450~520℃ |
| T2 | ≤99,90 | – | – | – | – | – | – | 20.06 | 1083 | Recozimento: 500 ~ 630 ℃ | |
| Cobre sem oxigênio | ATU1 | ≤99,97 | – | – | – | – | – | – | 20.003 | 1083 | Recozimento a vácuo: 500 ℃ |
| TU2 | ≤99,95 | – | – | – | – | – | – | 20.003 | 1083 | ||
| TURNO | ≤99,60 | – | – | – | 0,1~0,3 | – | – | 20.003 | 1083 | ||
| Latão | H96 | 95~97 | Rem. | – | – | – | – | – | – | 1056~1071 | Recozimento: 600 ℃ |
| H68 | 67~70 | Rem. | – | – | – | – | – | – | 910~939 | Recozimento: 600 ℃ | |
| H62 | 60,5~63,5 | Rem. | – | – | – | – | – | – | 899~906 | Recozimento: 600 ℃ | |
| Latão estanho | HSn62-1 | 61~63 | Rem. | 0,7~1,1 | – | – | – | – | – | 886~907 | Recozimento: 600 ℃ |
| Latão Chumbo | HPb59-1 | 57~60 | Rem. | – | 0,8~1,9 | – | – | – | – | 886~901 | Recozimento: 600 ℃ |
| Latão Manganês | HMn58-2 | 57~60 | Rem. | – | – | 1~2 | – | – | – | 866~881 | Recozimento: 600 ℃ |
| Bronze de estanho | QSn6.5-0.1 | Rem. | – | 6~7 | – | – | – | – | P: 0,1~0,25 | ~996 | Recozimento: 500 ~ 620 ℃ |
| QSn4-3 | Rem. | 2,7~3,3 | 3,5~4,5 | – | – | – | – | – | ~1046 | ||
| Alumínio Bronze | QAl9-2 | Rem. | – | – | – | 1,5~2,5 | 8~10 | – | – | ~1061 | Recozimento: 700~750℃;Quenching880℃,Tempering400℃ |
| QAl10-4-4 | Rem. | – | – | – | – | 9,5~11 | – | Fe: 3,5~4,5 | – | Recozimento: 700~750℃;Quenching920℃,Tempering650℃ | |
| Bronze Berílio | QBe2 | Rem. | – | – | – | – | – | 0,2~0,5 | Ser: 1,9 ~ 2,2 | 865~956 | Têmpera: 800 ℃, Envelhecimento: 300 ℃ |
| QBe1.7 | Rem. | – | – | – | – | – | 0,2~0,4 | Ser: 1,6 ~ 1,8 | – | Têmpera: 800°C, Envelhecimento: 300°C | |
| Bronze Silício | QSi3-1 | Rem. | – | – | – | 1~1,5 | – | – | Si: 2,75~3,5 | 971~1026 | Recozimento: 600 ~ 680 ℃ |
| Cromo Bronze | QCr0,5 | Rem. | – | – | – | – | – | – | Cr: 0,5~1,0 | 1073~1080 | Extinção: 950 ~ 1000 ℃ |
| Envelhecimento: 400 ~ 460 ℃ | |||||||||||
| Cádmio Bronze | QCd1 | Rem. | – | – | – | – | – | – | CD: 0,9~1,2 | 1040~1076 | Recozimento: 650 ℃ |
| Zinco Níquel Prata | BZn15-20 | Rem. | 18~20 | – | – | – | – | 13,5~16,5 | – | ~1081 | Recozimento: 700 ℃ |
| Manganês Níquel Prata | BMn40-1.5 | Rem. | – | – | – | 1~2 | – | 39~40 | – | 1261 | Recozimento: 1050~1150℃ |
4. Propriedades de brasagem de cobre e ligas de cobre
A brasagem de cobre e ligas de cobre depende principalmente dos seguintes fatores:
- A estabilidade dos óxidos formados na superfície.
- A influência do processo de aquecimento da brasagem nas propriedades do material.
- A sensibilidade do material à fissuração por tensão.
Superfícies de cobre puro podem formar dois óxidos, Cu2O e CuO. À temperatura ambiente, uma superfície de cobre é coberta por Cu2O, enquanto que a altas temperaturas, a película de óxido é dividida em duas camadas, com CuO no exterior e Cu2O no interior. Os óxidos de cobre são fáceis de remover, portanto o cobre puro solda bem.
O cobre oxigenado é cobre refinado usando pirometalurgia e cobre eletroliticamente resistente. Contém 0,02% a 0,1% de oxigênio em massa, que existe como óxido de cobre, formando uma organização eutética com o cobre. Esta organização eutética está distribuída na matriz de cobre na forma globular.
Se o cobre oxigenado for brasado em uma atmosfera redutora contendo hidrogênio, o hidrogênio se difunde rapidamente no metal, reduzindo o óxido para produzir vapor. Este vapor forma cavidades dentro dos cristais de cobre e se expande rapidamente, levando à fragilização por hidrogênio. Em casos graves, o material de cobre pode fraturar.
Se a atmosfera contiver monóxido de carbono e umidade, o monóxido de carbono pode reduzir o vapor a hidrogênio, que então se difunde no metal, resultando em fragilização por hidrogênio. Portanto, o cobre oxigenado não deve ser brasado em atmosferas redutoras de amônia, endotérmicas ou exotérmicas em decomposição.
O aquecimento prolongado do cobre oxigenado acima de 920°C fará com que o óxido de cobre se acumule nos limites dos grãos, diminuindo a resistência e a ductilidade do cobre. Portanto, durante a brasagem, o material deve evitar exposição prolongada a temperaturas acima de 920°C.
O cobre não pode ser tratado termicamente para aumentar a resistência, portanto, métodos de trabalho a frio são frequentemente usados para aumentar sua resistência. O cobre endurecido a frio amolecerá quando aquecido entre 230°C e 815°C. O grau de amolecimento depende da temperatura e da duração a esta temperatura. Quanto maior a temperatura de aquecimento da brasagem, mais macio se torna o cobre endurecido por trabalho a frio.
O cobre isento de oxigênio tem baixo teor de oxigênio e não há constituintes eutéticos de cobre e óxido de cobre no cobre. Sua condutividade elétrica e trabalhabilidade a frio (como estampagem profunda e fiação) são melhores do que as do cobre desoxidado.
O cobre isento de oxigênio pode ser brasado em uma atmosfera protetora contendo hidrogênio sem fragilização por hidrogênio. O cobre isento de oxigênio endurecido por trabalho a frio também amolece durante o aquecimento.
O latão comum pode ser dividido em três categorias: latão baixo (fração de massa de zinco inferior a 20%), latão alto (fração de zinco superior a 20%) e latão-liga. Quando a fração mássica de zinco no latão é inferior a 15%, o óxido superficial consiste principalmente em Cu2O, que contém pequenas partículas de ZnO.
Quando a fração mássica de zinco é superior a 20%, o óxido compreende principalmente ZnO. O óxido de zinco também é fácil de remover, por isso a brasagem do latão é muito boa. O latão não é adequado para brasagem em atmosfera protetora, especialmente na brasagem a vácuo. Isso ocorre porque o zinco tem alta pressão de vapor (atingindo 105Pa a 907°C).
Durante a brasagem em atmosfera protetora, especialmente a brasagem a vácuo, o zinco do latão volatiliza, a superfície fica vermelha e afeta tanto a brasagem quanto as propriedades inerentes. Se a brasagem precisar ser feita em atmosfera protetora ou em vácuo, uma camada de cobre ou níquel deve ser galvanizada previamente na superfície das peças de latão para evitar a volatilização do zinco. Contudo, o revestimento pode afetar a resistência da junta soldada.
A brasagem de latão requer o uso de um fluxo.
O latão estanhado tem aproximadamente 1% de ω (Sn). A presença de estanho não afeta a composição do óxido superficial. A brasagem do latão estanhado é comparável à do latão e é fácil de brasar.
O latão de chumbo forma um resíduo pegajoso quando aquecido, o que prejudica a ação umectante e a fluidez do material de brasagem, portanto, um fluxo apropriado deve ser escolhido para garantir a ação umectante do material de brasagem. Quando o latão de chumbo é aquecido, ele tende a rachar por tensão. Sua sensibilidade à trinca a quente é diretamente proporcional ao teor de chumbo.
Portanto, a tensão interna do latão de chumbo deve ser minimizada durante a brasagem, como por recozimento antes da soldagem para remover a tensão causada pelo processamento do componente. A temperatura de aquecimento deve ser tão uniforme quanto possível para reduzir o estresse térmico. O efeito de brasagem é fraco quando ω (Pb) > 3%. Para latão de chumbo com ω (Pb) > 5%, a brasagem não é recomendada.
A superfície do latão manganês é composta de óxido de zinco e óxido de manganês. O óxido de manganês é relativamente estável e difícil de remover, portanto um fluxo altamente ativo deve ser usado para garantir a molhabilidade do material de brasagem.
O bronze de estanho QSn6.5-0.1 forma dois óxidos em sua superfície: uma camada interna de SnO2 e uma camada externa de óxido de cobre. Esses óxidos são fáceis de remover e a liga solda bem, sendo adequada para vários métodos de brasagem, incluindo brasagem com proteção de gás e brasagem a vácuo.
Fluxos convencionais podem ser usados para brasagem ao ar. Para evitar rachaduras, as peças de bronze-estanho contendo fósforo devem sofrer alívio de tensão a aproximadamente 290-340°C antes da brasagem.
O bronze de alumínio contém uma quantidade significativa de alumínio (até 10% em massa), formando na superfície uma camada de óxido composta principalmente por óxido de alumínio, de difícil remoção. Portanto, a brasagem de bronze de alumínio é bastante desafiadora. O óxido de alumínio não pode ser reduzido numa atmosfera protetora e não pode ser removido por aquecimento a vácuo, exigindo um fluxo especializado.
Se as peças de bronze-alumínio forem soldadas em estado temperado e revenido, a temperatura de brasagem não deve exceder a temperatura de revenido. Por exemplo, a temperatura de revenido do QAl9-2 é 400°C.
Se a temperatura de brasagem exceder 400°C, o material de base amolecerá. Se a brasagem for feita em altas temperaturas, a temperatura de brasagem deve corresponder à temperatura de têmpera (880°C), seguida de revenimento, para atingir as propriedades mecânicas desejadas do material de base. Isto deve ser considerado ao selecionar um material de brasagem.
Embora um óxido de BeO relativamente estável se forme na superfície do bronze de berílio, o fluxo convencional ainda satisfaz o requisito de remoção do filme de óxido. O bronze de berílio é frequentemente usado em situações onde as peças requerem elasticidade.
Para evitar a diminuição desta propriedade, a temperatura de brasagem deve estar abaixo da temperatura de envelhecimento (300°C) ou a temperatura de brasagem deve corresponder à temperatura de têmpera, seguida de tratamento de envelhecimento após a brasagem.
O bronze de silício, principalmente liga QSi3-1 com cerca de 3% de ω (Si), forma um óxido composto principalmente de dióxido de silício em sua superfície. O mesmo fluxo usado para brasagem de bronze de alumínio deve ser usado para brasagem de bronze de silício. O bronze de silício sob tensão é extremamente sensível a trincas térmicas e trincas por tensão sob a ação do material de brasagem fundido.
Para evitar rachaduras, a liga deve sofrer alívio de tensão a uma temperatura entre 300-350°C antes da brasagem. Um material de brasagem com ponto de fusão mais baixo deve ser escolhido e um método de brasagem que aqueça uniformemente deve ser usado durante a brasagem.
O bronze de cromo e o bronze de cádmio contêm pequenas quantidades de cromo ou cádmio, que não afetam significativamente o processo de brasagem. Na brasagem de bronze cromo, o regime de tratamento térmico do material de base deve ser considerado.
A brasagem deve ocorrer abaixo da temperatura de envelhecimento (460°C) ou a temperatura de brasagem deve corresponder à temperatura de têmpera (950-1000°C).
Prata níquel e prata manganês. A prata níquel contém níquel e materiais de brasagem contendo fósforo, como material de brasagem cobre-fósforo e material de brasagem cobre-fósforo-prata, devem ser evitados ao escolher um material de brasagem porque os materiais de brasagem contendo fósforo podem facilmente formar fosfeto de níquel quebradiço no interface após a brasagem, reduzindo a resistência e a tenacidade da junta.
O níquel prata é extremamente sensível tanto à trinca a quente quanto à trinca sob tensão sob a ação do material de brasagem fundido. Portanto, as tensões internas das peças devem ser removidas antes da brasagem, e um material de brasagem com ponto de fusão mais baixo deve ser escolhido.
As peças devem ser aquecidas uniformemente e a expansão e contração livres das peças durante o aquecimento e resfriamento devem ser permitidas para reduzir o estresse térmico durante a brasagem.
Brasabilidade de cobre comum e ligas de cobre
| Liga | Brasabilidade | |
| Cobre T1 | Excelente | |
| Cobre isento de oxigênio TU1 | Excelente | |
| Latão | H96 | Excelente |
| H68 | Excelente | |
| H62 | Excelente | |
| Estanho-bronze | HSn62-1 | Excelente |
| Latão manganês | HMn58-2 | Bom |
| Estanho-bronze | QSn58-2 | Excelente |
| QSn4-3 | Excelente | |
| Latão Chumbo | HPb59-1 | Bom |
| bronze de alumínio | QAl9-2 | Ruim |
| QAl10-4-4 | Ruim | |
| bronze de berílio | QBe2 | Bom |
| QBe1.7 | Bom | |
| bronze de silício | QSi3-1 | Bom |
| bronze cromo | QCr0,5 | Bom |
| bronze de cádmio | QCd11 | Excelente |
| Liga zinco-cobre-níquel | BZn15-20 | Bom |
| Liga de níquel cobre manganês | BMn40-1.5 | Difícil |
V. Metal de enchimento para brasagem
1. Metal de adição para brasagem à base de prata
A solda à base de prata é amplamente utilizada devido ao seu ponto de fusão moderado, boa processabilidade, qualidades fortes e tenazes, condutividade, condutividade térmica e resistência à corrosão.
Os principais elementos de liga das soldas à base de prata são cobre, zinco, cádmio e estanho. O cobre é o elemento de liga mais importante, pois reduz a temperatura de fusão da prata sem formar uma fase frágil.
A adição de zinco reduz ainda mais a temperatura de fusão.
Embora a adição de estanho possa reduzir significativamente a temperatura de fusão das ligas de prata-cobre-estanho, esta baixa temperatura de fusão resulta em extrema fragilidade e falta de uso prático.
Para evitar fragilidade, o teor de estanho na solda prata-cobre-estanho normalmente não é superior a 10%.
Para reduzir ainda mais a temperatura de fusão da solda à base de prata, o cádmio pode ser adicionado à liga prata-cobre-zinco.
Composição química e principais propriedades do metal de adição para brasagem à base de prata
| Metal de adição para brasagem | Composição química (peso%) | Temperatura de fusão/℃ | Resistência à tração/MPa | Resistividade elétrica/μΩ·m | Temperatura de brasagem/℃ | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ag | Cu | Zn | Cd | Sn | outro | |||||
| BAg72Cu. | 72±1 | Rem. | – | – | – | – | 779~779 | 375 | 0,022 | 780~900 |
| BAg50Cu. | 50±1,1 | Rem. | – | – | – | – | 779~850 | – | – | – |
| BAg70Cu. | 70±1 | 26±1 | Rem. | – | – | – | 730~755 | 353 | 0,042 | – |
| BAg65Cu. | 65±1 | 20±1,1 | Rem. | – | – | – | 685~720 | 384 | 0,086 | – |
| BAg60Cu | 60 ±1 | Rem. | – | 10±0,5 | – | – | 602~718 | – | 720~840 | |
| BAg50Cu | 50±1,1 | 34±1,1 | Rem. | – | 10±0,5 | – | 677~775 | 343 | 0,076 | 775~870 |
| BAg45Cu | 45±1 | 30+1 | Rem. | – | – | – | 677~743 | 386 | 0,097 | 745~845 |
| BAg25CuZn. | 25±1. | 40±1 | Rem. | – | – | – | 745~775 | 353 | 0,069 | 800~890 |
| BAg10CuZn | 10±1 | 53±1,1 | Rem. | – | – | – | 815~850 | 451 | 0,065 | 850~950 |
| BAg50CuZnCd | 50±1 | 15,5±1 | 16,5±2 | – | – | – | 627~635 | 419 | 0,072 | 635~760 |
| BAg45CuZnCd | 45±1. | 15±1 | 16±2. | – | – | – | 607~618 | – | – | 620~760 |
| BAg40CuZnCdNi | 40±1 | 16±0,5 | 17,8±0,5 | – | – | Ni0,2±0,1 | 595~605 | 392 | 0,069 | 605~705 |
| BAg34CuZnCd | 35±1 | 26±1 | 21±2 | – | – | 607~702 | 411 | 0,069 | 700~845 | |
| BAg50CuZnCdNi | 50±1,1 | 15,5±1 | 15,5±2 | – | – | Ni3±0,5 | 632~688 | 431 | 0,105 | 690~815 |
| BAg56CuZnSn | 56±1 | 22±1 | 17±2 | 50,5 | 50,5 | – | 618~652 | – | – | 650~760 |
| BAg34CuZnSn | 34±1 | 36±1,1 | 27+2 | 30,5 | 30,5 | – | 630~730 | – | – | 730~820 |
| BAg50CuZnSnNi | 50±1 | 21,5±1 | 27±1,1 | 10.3 | 10.3 | Ni0,30~0,65。 | 650~670 | – | – | 670~770 |
| BAg40CuZnSnNi | 40±1 | 25±1 | 30,5±1 | 30.3 | 30.3 | Ni1,30~1,65 | 630~640. | – | – | 640~740 |
2. Solda de cobre e fósforo
O metal de adição para brasagem cobre-fósforo é amplamente utilizado na brasagem de cobre e ligas de cobre devido ao seu desempenho tecnológico favorável e economia.
O fósforo desempenha duas funções no cobre:
Primeiro, reduz significativamente o ponto de fusão do cobre.
Em segundo lugar, atua como um fluxo de auto-soldagem durante a brasagem ao ar.
Para reduzir ainda mais a temperatura de fusão da liga Cu-P e melhorar sua tenacidade, também pode ser adicionada prata.
É importante observar que os metais de adição cobre-fósforo e cobre-rattan-prata só podem ser usados para brasagem de cobre e ligas de cobre e não podem ser usados para brasagem de aço, ligas de níquel ou ligas de cobre-níquel com teor de níquel superior a 10 %.
Este tipo de metal de adição pode resultar em segregação quando aquecido lentamente, por isso é melhor adotar um método de brasagem com aquecimento rápido.
Composição química e propriedades da solda de cobre e fósforo
| Metal de preenchimento | Composição química (fração de massa) (%) | Temperatura de fusão | Resistência à tração MPa | Resistividade/μΩ·m | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cu | P | Ag | Sn | outro | ||||
| Bcu95P. | Rem. | 5±0,3 | – | – | 710~924 | – | – | |
| Bcu93P | Rem. | 6,8~7,5 | – | – | 710~800 | 470,4 | 0,28 | |
| Bcu92PSb | Rem. | 6,3±0,4 | – | – | Sb1,5~2,0 | 690~800 | 303,8 | 0,47 |
| Bcu91Ag | Rem. | 7±0,2 | 2±0,2 | – | – | 645~810 | – | – |
| Bcu89Ag | Rem. | 5,8~6,7 | 5±0,2 | – | – | 650~800 | 519,4 | 0,23 |
| Bcu80Pag | Rem. | 4,8~5,3 | 15±0,5 | – | – | 640~815 | 499,8 | 0,12 |
| HLAgCu70-5 | Rem. | 5±0,5 | 25±0,5 | – | – | 650~710 | – | – |
| HLCuP6-3 | Rem. | 5,7±0,3 | – | 3,5±0,5 | – | 640~680 | – | 0,35 |
| Cu86SnP | Rem. | 5,3±0,5 | – | 7,5±0,5 | 0,8±0,4 | 620~660 | – | – |
| Bcu80PSnAg | Rem. | 5,3±0,5 | 5±0,5 | 10±0,5 | – | 560~650 | – | – |
| Cu77NiSnP. | 77,6 | 7,0 | 9.7 | – | Ni5.7 | 591~643 | – | – |
3. Solda macia à base de estanho
Na brasagem de cobre com solda à base de Sn, é comum a formação do composto intermetálico Cu6Sn5 na interface entre a solda e o metal base. Portanto, é importante considerar cuidadosamente a temperatura de brasagem e o tempo de permanência.
Ao usar um ferro de soldar, a camada composta normalmente é fina e tem impacto mínimo no desempenho da junta.
As juntas de latão soldadas com metal de adição de estanho-chumbo são mais resistentes do que as juntas de cobre soldadas com o mesmo metal de adição. Isto ocorre porque a dissolução do latão no metal de adição líquido é mais lenta, resultando na formação de menos compostos intermetálicos frágeis.
| Metal de adição para brasagem | Composição química | Temperatura de fusão | Resistência à tracção | Alongamento | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sn | Ag | Sb | Cu | ||||
| HL606 | 96,0 | 4,0 | – | – | 221 | 53,0 | – |
| Sn95Sb | 95,0 | – | 5,0 | – | 233 | 39,2 | 43 |
| Sn92AgCuSb | 92,0 | 5,0 | 1,0 | 2,0 | 250 | 49,0 | 2.3 |
| Sn85AgSb | 84,5 | 8,0 | 7,5 | – | 270 | 80,4 | 8.8 |
| Metal de adição para brasagem | Composição química | Temperatura de fusão | ||
|---|---|---|---|---|
| 97,0 | 3,0 | Sn | ||
| HLAgPb97 | 97,5 | 1,5 | – | 304-305 |
| HLAgPb97,5-1,0 | 92 | 2,5 | 1,0 | 310-310 |
| HLAgPb92-5.5 | 83,5 | 1,5 | 5.5 | 287-296 |
| HLAgPb83.5-15-1.5 | 97,0 | 3,0 | 15,0 | 265-270 |
4. Solda macia – solda à base de cádmio
Composição química e propriedades da solda à base de cádmio
| Metal de preenchimento | Composição química (fração de massa) (%) | Temperatura de fusão/ | Resistência à tração/MPa | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Cd | Ag | Zn | |||
| HL503 | 95 | 5 | 338~393 | 112,8 | |
| HLAgCd96-1 | 96 | 3 | 1 | 300~325 | 110,8 |
| Cd79ZnAg | 79 | 5 | 16 | 270~285 | 200 |
| HL508 | 92 | 5 | 3 | 320~360 | – |
5. Solda suave – solda sem chumbo
Solda sem chumbo para brasagem de tubos de cobre
| Marca | Composição (fração de massa) | Linha de fase sólida/℃ | Líquido/℃ |
| E | 95Sn-4,5Cu-0,5Ag | 226 | 360 |
| HA | 94,5Sn-3Sb-1,5Zn-0,5Ag-0,5Cu | 215 | 228 |
| HB | 91,225Sn-5Sb-3,5Cu-0,275Ag | 238 | 360 |
| AC | 96,25n-3,25Bi-0,2Cu-0,35Ag | 206 | 234 |
| OA | 95,9Sn-3Cu-1Bi-0,1Ag | 215 | 238 |
| SOU | 95,45n-3Cu-1Sb-0,6Ag | 221 | 231 |
Resistência das juntas de cobre e latão soldadas com parte de solda macia
| Marca de solda | Resistência ao cisalhamento/MPa | Resistência à tração/MPa | ||
|---|---|---|---|---|
| cobre | latão | cobre | latão | |
| S-Pb80Sn18Sb2 | 20.6 | 36,3 | 88,2 | 95,1 |
| S-Pb68Sn30Sb2 | 26,5 | 2740 | 89,2 | 86,2 |
| S-Pb58Sn40Sb2 | 36,3 | 45,1 | 76,4 | 78,40 |
| S-Sn90Pb10 | 45,1 | 44,1 | 63,7 | 68,6 |
| S-P697Ag3 | – | 29,4 | – | 49,0 |
| S-Cd96Ag3Zn1 | 73,5 | – | 57,8 | – |
| S-Sn95Sb5 | 37,2 | – | – | |
| S-sn85Ag8Sb7 | – | 82,3 | – | – |
| S-Sn92AgSCu2Sb1 | 35,3 | – | – | – |
| S-Sn96Ag4P | 35.339.2~49,0 | – | 5.339,2~49,0 | – |
VI. Fluxo de Brasagem
Os fluxos de brasagem comumente usados consistem em uma matriz de bórax, ácido bórico ou uma mistura de ambos, e são suplementados com fluoretos ou fluoroboratos de metais alcalinos ou alcalino-terrosos para atingir uma temperatura de ativação apropriada e melhorar a capacidade de remoção de óxido.
Quando aquecido, o ácido bórico (H3BO3) se decompõe para formar anidrido bórico (B2O3).
A fórmula da reação é a seguinte:
2H3BO3→B2Ó3+3H2Ó
O ponto de fusão do anidrido bórico é 580°C.
Ele pode reagir com óxidos de cobre, zinco, níquel e ferro para formar um borato solúvel, que flutua na junta soldada como escória. Isto não só remove a película de óxido, mas também fornece proteção mecânica.
MeO+B2Ó3→MeO-B2Ó3
Bórax Na2B4Ó7 derrete a 741 ℃:
N / D2B4Ó7→B2Ó3+2NaBO2
O anidrido bórico e os óxidos metálicos reagem para formar boratos solúveis. O metaborato e os boratos de sódio se combinam para formar compostos com temperatura de fusão mais baixa, facilitando sua ascensão à superfície das juntas de solda.
MeO+2NaBO2+B2Ó3>（NaBO2）2Eu （BO2）2
A combinação de bórax e ácido bórico é um fluxo comumente utilizado. A adição de ácido bórico pode diminuir a tensão superficial do fluxo de bórax e aumentar a sua propagação. O ácido bórico também aumenta a capacidade do resíduo de fluxo de se separar de forma limpa da superfície. No entanto, ao usar fluxo de bórax-ácido bórico com metal de adição de prata, sua temperatura de fusão permanece muito alta e sua viscosidade ainda é muito alta.
Para diminuir ainda mais a temperatura de fusão, pode-se adicionar fluoreto de potássio. O papel principal do fluoreto de potássio é diminuir a viscosidade do fluxo e aumentar sua capacidade de remover óxidos. Para reduzir ainda mais a temperatura de fusão e aumentar sua atividade, KBF4 pode ser adicionado.
O ponto de fusão do KBF4 é 540 ℃, e a decomposição por fusão é:
KBF4→KF+BF3
| Marca | Composição (fração de massa) (%) | Temperatura de ação ℃ | Propósito |
| FB101 | Ácido bórico 30, fluoroborato de potássio 70 | 550~850℃ | Fluxo de solda de prata |
| FB102 | Fluoreto de potássio anidro 42, fluoroborato de potássio 25, anidrido bórico 35 | 600 ~ 850 ℃ | O fluxo de solda de prata mais utilizado |
| FB103 | Fluoborato de potássio>95, carbonato de potássio<5 | 550~750℃ | Para solda prata cobre zinco cádmio |
| FB104 | Bórax 50, ácido bórico 35, fluoreto de potássio 15 | 650~850℃ | Brasagem com metal de adição à base de prata em forno |
VII. Fluxo de solda suave
1. Fluxo corrosivo
| Número | Componente | Propósito |
| 1 | ZnCl21130g,NH4Cl110g,H2O4L | Brasagem de cobre e ligas de cobre, aço |
| 2 | ZnCl21020g,NaCI280g,NH4CI,HCI30g,H2O4L | Soldagem de cobre e ligas de cobre, aço |
| 3 | ZnCl2600g,NaCl170g | Agente de cobertura para brasagem por imersão |
| 4 | ZnCl2710g, NH4Cl100g, Vaselina 1840g, H2Ó 180g | Brasagem de cobre e ligas de cobre, aço |
| 5 | ZnCl21360g,NH4Cl140g,HC185g,H2O4L | Brasagem de bronze de silício, bronze de alumínio, aço inoxidável |
| 6 | H3P04960g,H20455g | Bronze manganês soldado, Aço inoxidável |
| QJ205 | ZnCl250g,NH4Cl15,CdCl230,NaF6 | Brasagem de cobre e ligas de cobre com metais de adição à base de cádmio |
2. Fluxo fracamente corrosivo
| Número | Componente | Propósito |
| 1 | Cloridrato de ácido glutâmico 540g, uréia 310g, água 4L | Cobre, latão, bronze |
| 2 | Monobrometo de hidrazina 280g, água 2550g, agente umectante não iônico 1,5g | Cobre, latão, bronze |
| 3 | Ácido láctico (85%) 260g, água 1190g, agente umectante 3g | Bronze enrugado |
3. Fluxo não corrosivo
O principal componente do fluxo não corrosivo é a colofónia.
Existem três fluxos de colofónia comumente usados:
- Colofónia inativada;
- Colofónia fracamente ativada;
- Colofónia ativa.
VIII. Preparação da superfície
- O desengraxante solvente ou solução alcalina é aplicável ao cobre e ligas de cobre.
- Métodos mecânicos, escovas de aço e jato de areia podem ser usados para remover óxidos.
- Latão silício;
- Bronze de cromo e liga de cobre-níquel;
- Bronze de alumínio e bronze de berílio;
- Cobre, latão, bronze estanho.
IX. Processo de Brasagem
O cobre e suas ligas podem ser brasados usando vários métodos, como brasagem com ferro, brasagem por imersão, brasagem por chama, brasagem por indução, brasagem por resistência, brasagem em forno, brasagem por reação de contato e outros. Entretanto, durante a brasagem de alta frequência, é necessária uma alta corrente de aquecimento devido à baixa resistência do cobre.
X. Tecnologia de brasagem de cobre e ligas de cobre
1. Cobre
Na brasagem de cobre, a coordenação do metal de adição e do fluxo é a seguinte:
Ao soldar superfícies limpas, especialmente com solda de estanho-chumbo e estanho-prata, pode-se usar fluxo de colofónia. Para outras superfícies, resina ativa, fluxo corrosivo fraco ou fluxo corrosivo podem ser utilizados.
É importante notar que o cobre puro não deve ser brasado em atmosfera redutora, exceto o cobre livre de oxigênio, para evitar a fragilização por hidrogênio.
2. Latão
O metal de adição e o fluxo usados para brasagem de latão são geralmente semelhantes aos usados para brasagem de cobre. Porém, deve-se ressaltar que devido à presença de óxido de zinco na superfície do latão, ele não pode ser brasado com colofônia inativa. Além disso, na brasagem com cobre fósforo e prata, deve-se utilizar o fluxo FB102.
3. Latão manganês
Para brasagem estanho-chumbo, deve ser utilizado um fluxo de solução de ácido fosfórico. A brasagem à base de chumbo requer o uso de um fluxo de brasagem com solução de óxido de zinco. O fluxo de brasagem Q205 é usado para brasagem à base de cádmio. As soldas BAg45CuCdNi e BAg45CuCd devem ser soldadas com fluxo FB102 ou FB103. Outras soldas à base de prata, bem como soldas de cobre-fósforo e cobre-fósforo-prata, devem ser soldadas com fluxo FB102. Recomenda-se a brasagem com fluxo FB104 em atmosfera protetora dentro de um forno.
4. Bronze de berílio
Ao brasar bronze-berílio em seu estado de envelhecimento por têmpera de soldagem suave, é importante selecionar um metal de adição de brasagem com temperatura de fusão inferior a 300°C. A combinação preferida para esta aplicação é 63Sn-37Pb em combinação com um fluxo corrosivo fraco ou um fluxo corrosivo.
Além disso, a brasagem e o tratamento da solução devem ser realizados simultaneamente durante o processo de brasagem.
5. Bronze cromado
A soldagem suave tem impacto mínimo no índice de desempenho do bronze de berílio, portanto, soldas macias e fluxos semelhantes aos usados para o bronze de berílio podem ser utilizados para brasagem.
É importante observar que o bronze cromo não deve ser brasado no estado de envelhecimento em solução, mas sim no estado de tratamento em solução seguido de envelhecimento.
Ao utilizar um método de aquecimento rápido para brasagem, recomenda-se utilizar a solda de prata com menor temperatura de fusão, como BAgA0 CuZnCdNi.
6. Bronze de cádmio e bronze de estanho
A brasagem de bronze-estanho é semelhante à brasagem de cobre e latão, mas com o benefício adicional de evitar a fragilização por hidrogênio e a volatilização de zinco durante a brasagem em uma atmosfera protetora.
No entanto, deve-se notar que o bronze-estanho contendo fósforo tem tendência à fissuração por tensão.
7. Bronze de silício
Para soldagem suave, recomenda-se o uso de um fluxo corrosivo forte contendo ácido clorídrico.
Durante a brasagem, há uma tendência à fissuração por tensão e à penetração intergranular do metal de adição. A temperatura de brasagem deve estar abaixo de 760°C.
Soldas de prata com temperaturas de fusão mais baixas, como BAg65CuZn, BAg50 CuZnCd, BAg40 CuZnCdNi e BAg56 CuZnSn, podem ser usadas. Quanto menor a temperatura de fusão, melhor.
Para melhores resultados, FB102 e FB103 são os fluxos recomendados para uso.
8. Bronze de alumínio
Ao realizar soldagem suave, é importante usar um fluxo corrosivo forte contendo ácido clorídrico para remover a película de óxido da superfície. A solda comumente usada para este processo é a solda de estanho-chumbo.
Para brasagem, normalmente é usado metal de adição de prata. Para evitar que o alumínio se difunda na solda de prata, o tempo de aquecimento da brasagem deve ser o mais curto possível. Revestir a superfície do bronze-alumínio com cobre ou níquel também pode impedir a difusão do alumínio na solda.
9. Zinco branco cobre
O processo de soldagem do cobre branco zinco é semelhante ao do latão. As seguintes soldas de prata são comumente usadas para brasagem: BAg56CuZnSn, BAg50CuZnSnNi, BAg40CuZnNi e BAg56CuZnCd, entre outras. Os fluxos recomendados para uso são FB102 e FB103.
10. Cobre branco manganês
Para soldar cobre branco zinco, pode-se usar um fluxo de solução de ácido fosfórico ou a superfície pode ser pré-revestida com cobre.
Os metais de adição de brasagem que podem ser usados incluem BAg60CuZn, BAg45CuZn, BAg40CuZnCdNi e BAg50 CuZnCd, entre outros.
Não é recomendado o uso de solda de cobre-fósforo-prata, pois o fósforo e o níquel formarão uma fase composta frágil.
Resistência das juntas de cobre e latão soldadas com solda de prata
| Metal de preenchimento | Resistência ao cisalhamento/MPa | Resistência à tração/MPa | ||
|---|---|---|---|---|
| cobre | latão | cobre | latão | |
| BAg45CuZn | 177 | 215 | 181 | 325 |
| BAg50CuZn | 171 | 208 | 174. | 334 |
| BAg65CuZn | 171 | 208 | 177 | 334 |
| BAg70CuZn | 166 | 199 | 185 | 321 |
| BAg40CuZnCdNi | 167 | 194 | 179 | 339 |
| BAg50CuZnCd | 167 | 226 | 210 | 375 |
| BAg35CuZnCd | 164 | 190 | 167 | 328 |
| BAg40CuZnSnNi | 98 | 245 | 176 | 295 |
| BAg50CuZnSn | – | – | 220 | 240 |
Propriedades mecânicas de juntas de cobre soldadas com soldas de cobre fósforo e cobre fósforo prata
| Metal de preenchimento | Resistência à tracção /MPa |
Força de cisalhamento /MPa |
Ângulo de curvatura (°) |
Resistência ao impacto /J · cm-2 |
| BCu93P | 186 | 132 | 25 | 6 |
| BCu92PSb | 233 | 138 | 90 | 7 |
| BCu80PAg | 255 | 154 | 120 | 23 |
| BCu89PAg | 242 | 140 | 120 | 21 |
XI. Tratamento térmico pós-solda
Para ligas de cobre endurecíveis pelo envelhecimento, como o bronze-berílio, que foram submetidas a tratamento térmico, o único passo após a brasagem é remover o fluxo residual e limpar a superfície da peça.
A principal razão para remover o resíduo é evitar a corrosão da peça e, em alguns casos, obter uma boa aparência ou preparar a peça para processamento posterior.
XII. Materiais de Brasagem
A resistência das juntas soldadas macias de cobre e latão usando vários materiais de brasagem macia comumente usados é mostrada na Tabela 10.
Tabela 10: Resistência das juntas soldadas macias de cobre e latão
| Classe de material de brasagem | Força de cisalhamento /MPa |
Resistência à tracção /MPa |
||
| Cobre | Latão | Cobre | Latão | |
| S-Pb80Sn18Sb2 | 20.6 | 36,3 | 88,2 | 95,1 |
| S-Pb68Sn30Sb2 | 26,5 | 27,4 | 89,2 | 86,2 |
| S-Pb58Sn405b2 | 36,3 | 45,1 | 76,4 | 78,4 |
| S-Pb97Ag3 | 33,3 | 34,3 | 50,0 | 58,8 |
| S-Sn90Pb10 | 45,1 | 44,1 | 63,7 | 68,6 |
| S-Sn95Sb5 | 37,2 | – | – | – |
| S-Sn92Ag5Cu2Sb1 | 35,3 | – | – | – |
| S-Sn85Ag85B7 | 一 | 42,3 | – | – |
| S-Cd96Ag3Znl | 57,8 | – | 73,8 | – |
| S-Cd95Ag5 | 44,1 | 46,0 | 87,2 | 88,2 |
| S-Cd92Ag5Zn3 | 48,0 | 54,9 | 90,1 | 96,0 |
Ao brasar cobre com solda de estanho-chumbo, podem ser usados fluxos não corrosivos, como solução de álcool de colofónia ou uma mistura de colofónia ativada e solução aquosa de ZnCl2 + NH4Cl. Este último também pode ser usado para brasagem de latão, bronze e bronze berílio.
Ao brasar latão alumínio, bronze alumínio e latão silício, pode ser usado um fluxo que consiste em cloreto de zinco em solução de ácido clorídrico. Para brasagem de bronze manganês, uma solução de ácido fosfórico pode ser usada como fluxo.
Ao usar solda à base de chumbo, uma solução aquosa de cloreto de zinco pode ser usada como fluxo, e para solda à base de cádmio, o fluxo FS205 pode ser usado.
Materiais e fluxos de brasagem dura para brasagem dura
Ao brasar cobre, pode-se usar solda à base de prata e solda de cobre-fósforo. A solda à base de prata tem ponto de fusão moderado, boa processabilidade e excelentes propriedades de condutividade mecânica, elétrica e térmica. É o material de brasagem dura mais utilizado.
Para aplicações que exigem alta condutividade elétrica, deve-se escolher uma solda contendo prata, como B-Ag70CuZn. Para brasagem a vácuo ou brasagem em forno com atmosfera protetora, devem ser utilizadas soldas à base de prata sem elementos voláteis, como B-Ag50Cu e B-Ag60CuSn.
Soldas com menor teor de prata são mais baratas, mas apresentam temperaturas de brasagem mais altas e menor tenacidade da junta, tornando-as adequadas para aplicações de brasagem com menores requisitos de cobre e ligas de cobre.
As soldas cobre-fósforo e cobre-fósforo-prata só podem ser usadas para brasagem dura de cobre e suas ligas. A solda B-Cu93P tem excelente fluidez e é adequada para brasagem de peças nas indústrias mecânica, elétrica, de instrumentação e de manufatura que não estão sujeitas a cargas de impacto.
O tamanho ideal da folga é 0,003-0,005 mm. Soldas de cobre-fósforo-prata (como B-Cu70Pag) têm melhor tenacidade e condutividade elétrica do que a solda de cobre-fósforo e são usadas principalmente para juntas elétricas de alta condutividade. O desempenho de vários materiais de brasagem dura comumente usados para brasagem dura de juntas de cobre e latão é mostrado na Tabela 11.
Tabela 11: Desempenho de juntas soldadas duramente de cobre e latão
| Classe de material de brasagem | Força de cisalhamento /MPa |
Resistência à tracção /MPa |
Ângulo de curvatura /(°) |
Energia de absorção de impacto /J |
||
| Cobre | Latão | Cobre | Latão | Cobre | Cobre | |
| H62 | 165 | – | 176 | – | 120 | 353 |
| B-Cu60ZnSn-R | 167 | – | 181 | – | 120 | 360 |
| B-Cu54Zn | 162 | – | 172 | – | 90 | 240 |
| B-Zn52Cu | 154 | – | 167 | – | 60 | 211 |
| B-Zn64Cu | 132 | – | 147 | – | 30 | 172 |
| B-Cu93P | 132 | – | 162 | 176 | – | 58 |
| B-Cu92PSb | 138 | – | 160 | 196 | 25 | – |
| B-Cu93Pag | 159 | 219 | 225 | 292 | – | – |
| B-Cu80Pag | 162 | 220 | 225 | 343 | 120 | 205 |
| B-Cu90P6Sn4 | 152 | 205 | 202 | 255 | 120 | 182 |
| B-Ag70CuZn | 167 | 199 | 185 | 321 | 90 | – |
| B-Ag65CuZn | 172 | 211 | 177 | 334 | – | – |
| B-Ag55CuZn | 172 | 208 | 174 | 328 | – | – |
| B-Ag45CuZn | 177 | 216 | 181 | 325 | – | – |
| B-Ag25CuZn | 167 | 184 | 174 | 316 | – | – |
| B-Ag10CuZn | 158 | 161 | 167 | 314 | – | – |
| B-Ag72Cu | 165 | – | 177 | – | – | – |
| B-Ag50CuZnCd | 177 | 226 | 210 | 375 | – | – |
| B-Ag40CuZnCd | 168 | 194 | 179 | 339 | – | – |
