Συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου

1. Συγκολλησιμότητα

Η ιδιότητα συγκόλλησης του αλουμινίου και των κραμάτων αλουμινίου είναι κακή, κυρίως επειδή η μεμβράνη οξειδίου στην επιφάνεια είναι δύσκολο να αφαιρεθεί. Το αλουμίνιο έχει μεγάλη συγγένεια με το οξυγόνο. Είναι εύκολο να σχηματιστεί μια πυκνή, σταθερή και υψηλού σημείου τήξης μεμβράνη οξειδίου Al2O3 στην επιφάνεια. Ταυτόχρονα, τα κράματα αλουμινίου που περιέχουν μαγνήσιο σχηματίζουν επίσης μια πολύ σταθερή μεμβράνη οξειδίου MgO. Θα εμποδίσουν σοβαρά την διαβροχή και την εξάπλωση της συγκόλλησης. Και είναι δύσκολο να αφαιρεθούν. Κατά τη συγκόλληση, η διαδικασία συγκόλλησης μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο με την κατάλληλη ροή.

Δεύτερον, η λειτουργία της συγκόλλησης αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου είναι δύσκολη. Το σημείο τήξης του αλουμινίου και του κράματος αλουμινίου δεν διαφέρει πολύ από αυτό του μετάλλου πλήρωσης συγκόλλησης που χρησιμοποιείται. Το προαιρετικό εύρος θερμοκρασίας για τη συγκόλληση είναι πολύ στενό. Ένας μικρός ακατάλληλος έλεγχος θερμοκρασίας είναι εύκολο να προκαλέσει υπερθέρμανση ή ακόμα και τήξη του βασικού μετάλλου, καθιστώντας δύσκολη τη διαδικασία συγκόλλησης. Ορισμένα κράματα αλουμινίου που έχουν ενισχυθεί με θερμική επεξεργασία θα προκαλέσουν επίσης φαινόμενα μαλάκυνσης, όπως υπερβολική γήρανση ή ανόπτηση λόγω θέρμανσης με συγκόλληση, γεγονός που θα μειώσει τις ιδιότητες των συγκολλημένων αρμών. Κατά τη συγκόλληση με φλόγα, είναι δύσκολο να εκτιμηθεί η θερμοκρασία επειδή το χρώμα του κράματος αλουμινίου δεν αλλάζει κατά τη θέρμανση, γεγονός που αυξάνει επίσης τις απαιτήσεις για το επίπεδο λειτουργίας του χειριστή.

Επιπλέον, η αντοχή στη διάβρωση των συγκολλημένων συνδέσεων αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου επηρεάζεται εύκολα από τα μέταλλα πλήρωσης και τα συλλιπάσματα. Το δυναμικό ηλεκτροδίων του αλουμινίου και του κράματος αλουμινίου είναι αρκετά διαφορετικό από αυτό του συγκολλητικού υλικού, γεγονός που μειώνει την αντοχή στη διάβρωση της σύνδεσης, ειδικά για την μαλακή σύνδεση συγκόλλησης. Επιπλέον, τα περισσότερα συλλιπάσματα που χρησιμοποιούνται στη συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου έχουν ισχυρή διαβρωτικότητα. Ακόμα κι αν καθαριστούν μετά τη συγκόλληση, η επίδραση των συλλιπασμάτων στην αντοχή στη διάβρωση των συνδέσεων δεν θα εξαλειφθεί πλήρως.

2. Υλικό συγκόλλησης

(1) Η συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου είναι μια σπάνια χρησιμοποιούμενη μέθοδος, επειδή η σύνθεση και το δυναμικό ηλεκτροδίων του μετάλλου πλήρωσης συγκόλλησης και του βασικού μετάλλου είναι πολύ διαφορετικά, γεγονός που είναι εύκολο να προκαλέσει ηλεκτροχημική διάβρωση της σύνδεσης. Η μαλακή συγκόλληση χρησιμοποιεί κυρίως συγκόλληση με βάση τον ψευδάργυρο και συγκόλληση με κασσίτερο-μόλυβδο, η οποία μπορεί να χωριστεί σε συγκόλληση χαμηλής θερμοκρασίας (150 ~ 260 ℃), συγκόλληση μέσης θερμοκρασίας (260 ~ 370 ℃) και συγκόλληση υψηλής θερμοκρασίας (370 ~ 430 ℃) ανάλογα με το εύρος θερμοκρασίας. Όταν χρησιμοποιείται συγκόλληση με κασσίτερο-μόλυβδο και προ-επιμεταλλώνεται χαλκός ή νικέλιο στην επιφάνεια αλουμινίου για συγκόλληση, μπορεί να αποτραπεί η διάβρωση στη διεπαφή της σύνδεσης, έτσι ώστε να βελτιωθεί η αντοχή στη διάβρωση της σύνδεσης.

Η συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου χρησιμοποιείται ευρέως, όπως οδηγός φίλτρου, εξατμιστής, ψυγείο και άλλα εξαρτήματα. Μόνο μέταλλα πλήρωσης με βάση το αλουμίνιο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου, μεταξύ των οποίων τα μέταλλα πλήρωσης αλουμινίου-πυριτίου είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα. Το συγκεκριμένο πεδίο εφαρμογής και η αντοχή σε διάτμηση των συγκολλημένων συνδέσεων παρουσιάζονται στον Πίνακα 8 και τον πίνακα 9 αντίστοιχα. Ωστόσο, το σημείο τήξης αυτού του συγκολλητικού υλικού είναι κοντά σε αυτό του βασικού μετάλλου, επομένως η θερμοκρασία θέρμανσης πρέπει να ελέγχεται αυστηρά και με ακρίβεια κατά τη συγκόλληση, για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση ή ακόμη και η τήξη του βασικού μετάλλου.

Πίνακας 8 πεδίο εφαρμογής των μετάλλων πλήρωσης συγκόλλησης για αλουμίνιο και κράματα αλουμινίου

Πίνακας 9 Αντοχή σε διάτμηση αρμών αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου που έχουν συγκολληθεί με μέταλλα πλήρωσης αλουμινίου-πυριτίου

Το συγκολλητικό αλουμινίου-σιλικόνης διατίθεται συνήθως με τη μορφή σκόνης, πάστας, σύρματος ή φύλλου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται σύνθετες πλάκες συγκόλλησης με αλουμίνιο ως πυρήνα και συγκολλητικό αλουμινίου-σιλικόνης ως επένδυση. Αυτό το είδος σύνθετης πλάκας συγκόλλησης κατασκευάζεται με υδραυλική μέθοδο και χρησιμοποιείται συχνά ως μέρος εξαρτημάτων συγκόλλησης. Κατά τη συγκόλληση, το μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης στη σύνθετη πλάκα τήκεται και ρέει υπό την επίδραση του τριχοειδούς ρεύματος και της βαρύτητας για να γεμίσει το κενό σύνδεσης.

(2) Ροή και αέριο θωράκισης για συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου, χρησιμοποιείται συχνά ειδικό ροή για την αφαίρεση της μεμβράνης. Η οργανική ροή με βάση την τριαιθανολαμίνη, όπως η fs204, χρησιμοποιείται με μαλακή συγκόλληση χαμηλής θερμοκρασίας. Το πλεονέκτημα αυτής της ροής είναι ότι έχει μικρή επίδραση στη διάβρωση του βασικού μετάλλου, αλλά παράγει μεγάλη ποσότητα αερίου, η οποία θα επηρεάσει την διαβροχή και τη στεγανοποίηση της συγκόλλησης. Η αντιδραστική ροή με βάση το χλωριούχο ψευδάργυρο, όπως η fs203 και η fs220a, χρησιμοποιείται με μαλακή συγκόλληση μέσης και υψηλής θερμοκρασίας. Η αντιδραστική ροή είναι εξαιρετικά διαβρωτική και τα υπολείμματά της πρέπει να αφαιρεθούν μετά τη συγκόλληση.

Προς το παρόν, η συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου εξακολουθεί να κυριαρχείται από την αφαίρεση φιλμ ροής. Το χρησιμοποιούμενο ροή συγκόλλησης περιλαμβάνει ροή με βάση το χλωρίδιο και ροή με βάση το φθόριο. Η ροή με βάση το χλωρίδιο έχει ισχυρή ικανότητα αφαίρεσης φιλμ οξειδίου και καλή ρευστότητα, αλλά έχει μεγάλη διαβρωτική επίδραση στο βασικό μέταλλο. Τα υπολείμματά της πρέπει να απομακρυνθούν πλήρως μετά τη συγκόλληση. Η ροή με βάση το φθόριο είναι ένας νέος τύπος ροής, ο οποίος έχει καλό αποτέλεσμα αφαίρεσης φιλμ και δεν προκαλεί διάβρωση στο βασικό μέταλλο. Ωστόσο, έχει υψηλό σημείο τήξης και κακή θερμική σταθερότητα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο με συγκολλητικό αλουμινίου-πυριτίου.

Κατά τη συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου, χρησιμοποιείται συχνά κενό, ουδέτερη ή αδρανής ατμόσφαιρα. Όταν χρησιμοποιείται συγκόλληση κενού, ο βαθμός κενού πρέπει γενικά να φτάνει την τάξη των 10-3pa. Όταν χρησιμοποιείται αέριο άζωτο ή αργό για προστασία, η καθαρότητά του πρέπει να είναι πολύ υψηλή και το σημείο δρόσου πρέπει να είναι χαμηλότερο από -40 ℃.

3. Τεχνολογία συγκόλλησης

Η συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου έχει υψηλές απαιτήσεις για τον καθαρισμό της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας. Για να επιτευχθεί καλή ποιότητα, ο λεκές λαδιού και η μεμβράνη οξειδίου στην επιφάνεια πρέπει να αφαιρεθούν πριν από τη συγκόλληση. Αφαιρέστε τον λεκέ λαδιού από την επιφάνεια με υδατικό διάλυμα Na2CO3 σε θερμοκρασία 60 ~ 70 ℃ για 5 ~ 10 λεπτά και στη συνέχεια ξεπλύνετε με καθαρό νερό. Η μεμβράνη οξειδίου της επιφάνειας μπορεί να αφαιρεθεί με χάραξη με υδατικό διάλυμα NaOH σε θερμοκρασία 20 ~ 40 ℃ για 2 ~ 4 λεπτά και στη συνέχεια να πλυθεί με ζεστό νερό. Αφού αφαιρεθεί ο λεκές λαδιού και η μεμβράνη οξειδίου από την επιφάνεια, το τεμάχιο εργασίας πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία με υδατικό διάλυμα HNO3 για γυαλάδα για 2 ~ 5 λεπτά, στη συνέχεια να καθαριστεί με τρεχούμενο νερό και τελικά να στεγνώσει. Το τεμάχιο εργασίας που έχει υποστεί επεξεργασία με αυτές τις μεθόδους δεν πρέπει να αγγιχτεί ή να μολυνθεί με άλλη βρωμιά και πρέπει να συγκολληθεί εντός 6 ~ 8 ωρών. Είναι καλύτερο να γίνει συγκόλληση αμέσως, εάν είναι δυνατόν.

Οι μέθοδοι συγκόλλησης αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου περιλαμβάνουν κυρίως τη συγκόλληση με φλόγα, τη συγκόλληση με συγκολλητικό σίδερο και τη συγκόλληση σε φούρνο. Αυτές οι μέθοδοι γενικά χρησιμοποιούν συλλίπασμα στη συγκόλληση και έχουν αυστηρές απαιτήσεις σχετικά με τη θερμοκρασία θέρμανσης και τον χρόνο συγκράτησης. Κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης με φλόγα και της συγκόλλησης με συγκολλητικό σίδερο, αποφύγετε τη θέρμανση του συλλίπασμα απευθείας από την πηγή θερμότητας για να αποτρέψετε την υπερθέρμανση και την αστοχία του συλλίπασμα. Δεδομένου ότι το αλουμίνιο μπορεί να διαλυθεί σε μαλακό συγκολλητικό υλικό με υψηλή περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο, η θέρμανση θα πρέπει να διακόπτεται μόλις σχηματιστεί η ένωση για να αποφευχθεί η διάβρωση του βασικού μετάλλου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου μερικές φορές δεν χρησιμοποιεί συλλίπασμα, αλλά χρησιμοποιεί μεθόδους υπερήχων ή απόξεσης για την αφαίρεση της μεμβράνης. Όταν χρησιμοποιείτε απόξεση για την αφαίρεση της μεμβράνης για συγκόλληση, πρώτα θερμάνετε το τεμάχιο εργασίας στη θερμοκρασία συγκόλλησης και στη συνέχεια ξύστε το μέρος συγκόλλησης του τεμαχίου εργασίας με το άκρο της ράβδου συγκόλλησης (ή του εργαλείου απόξεσης). Κατά τη θραύση της επιφανειακής μεμβράνης οξειδίου, το άκρο του συγκολλητικού υλικού θα λιώσει και θα βρέξει το βασικό μέταλλο.

Οι μέθοδοι συγκόλλησης αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου περιλαμβάνουν κυρίως τη συγκόλληση με φλόγα, τη συγκόλληση σε φούρνο, τη συγκόλληση με εμβάπτιση, τη συγκόλληση σε κενό και τη συγκόλληση με θωράκιση αερίου. Η συγκόλληση με φλόγα χρησιμοποιείται κυρίως για μικρά τεμάχια εργασίας και για την παραγωγή ενός τεμαχίου. Προκειμένου να αποφευχθεί η αστοχία της ροής λόγω της επαφής μεταξύ των ακαθαρσιών στο ακετυλένιο και της ροής κατά τη χρήση φλόγας οξυακετυλενίου, είναι σκόπιμο να χρησιμοποιείται φλόγα βενζίνης πεπιεσμένου αέρα με μικρή αναγωγιμότητα για να αποφευχθεί η οξείδωση του βασικού μετάλλου. Κατά τη διάρκεια συγκεκριμένης συγκόλλησης, η ροή συγκόλλησης και το μέταλλο πλήρωσης μπορούν να τοποθετηθούν στο σημείο συγκόλλησης εκ των προτέρων και να θερμανθούν ταυτόχρονα με το τεμάχιο εργασίας. Το τεμάχιο εργασίας μπορεί επίσης να θερμανθεί πρώτα στη θερμοκρασία συγκόλλησης και στη συνέχεια το συγκολλητικό υλικό που βυθίζεται στο ροή μπορεί να σταλεί στη θέση συγκόλλησης. Αφού λιώσει η ροή και το μέταλλο πλήρωσης, η φλόγα θέρμανσης πρέπει να αφαιρεθεί αργά αφού γεμίσει ομοιόμορφα το μέταλλο πλήρωσης.

Κατά την συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου σε κλίβανο αέρα, το μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης πρέπει να είναι προκαθορισμένο και η ροή συγκόλλησης πρέπει να τήκεται σε απεσταγμένο νερό για να παρασκευαστεί ένα παχύ διάλυμα με συγκέντρωση 50% ~ 75% και στη συνέχεια να επικαλύπτεται ή να ψεκάζεται στην επιφάνεια συγκόλλησης. Μια κατάλληλη ποσότητα ροής συγκόλλησης σε σκόνη μπορεί επίσης να καλυφθεί στο μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης και στην επιφάνεια συγκόλλησης και στη συνέχεια το συναρμολογημένο συγκολλημένο υλικό πρέπει να τοποθετηθεί στον κλίβανο για θέρμανση της συγκόλλησης. Για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση ή ακόμα και η τήξη του βασικού μετάλλου, η θερμοκρασία θέρμανσης πρέπει να ελέγχεται αυστηρά.

Η συγκόλληση με πάστα ή φύλλο χρησιμοποιείται γενικά για την εμβάπτιση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου. Το συναρμολογημένο τεμάχιο εργασίας πρέπει να προθερμανθεί πριν από τη συγκόλληση για να φτάσει η θερμοκρασία του κοντά στη θερμοκρασία συγκόλλησης και στη συνέχεια να βυθιστεί σε συλλίπασμα συγκόλλησης για συγκόλληση. Κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης, η θερμοκρασία και ο χρόνος συγκόλλησης πρέπει να ελέγχονται αυστηρά. Εάν η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή, το βασικό μέταλλο διαλύεται εύκολα και το συγκολλητικό υλικό χάνεται εύκολα. Εάν η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή, το συγκολλητικό υλικό δεν λιώνει αρκετά και ο ρυθμός συγκόλλησης μειώνεται. Η θερμοκρασία συγκόλλησης πρέπει να καθορίζεται ανάλογα με τον τύπο και το μέγεθος του βασικού μετάλλου, τη σύνθεση και το σημείο τήξης του μετάλλου πλήρωσης και είναι γενικά μεταξύ της θερμοκρασίας υγροποίησης του μετάλλου πλήρωσης και της θερμοκρασίας στερεοποίησης του βασικού μετάλλου. Ο χρόνος εμβάπτισης του τεμαχίου εργασίας στο λουτρό συλλίπασμα πρέπει να διασφαλίζει ότι το συγκολλητικό υλικό μπορεί να λιώσει και να ρέει πλήρως και ο χρόνος στήριξης δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλος. Διαφορετικά, το στοιχείο πυριτίου στο συγκολλητικό υλικό μπορεί να διαχυθεί στο βασικό μέταλλο, καθιστώντας το βασικό μέταλλο κοντά στη ραφή εύθραυστο.

Στη συγκόλληση υπό κενό αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου, ενεργοποιητές λειτουργίας μετάλλου χρησιμοποιούνται συχνά για την τροποποίηση της επιφανειακής μεμβράνης οξειδίου του αλουμινίου και για την εξασφάλιση της διαβροχής και της εξάπλωσης της συγκόλλησης. Το μαγνήσιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας στο τεμάχιο εργασίας με τη μορφή σωματιδίων ή να εισαχθεί στη ζώνη συγκόλλησης με τη μορφή ατμού ή μπορεί να προστεθεί μαγνήσιο στο συγκολλητικό αλουμινίου-πυριτίου ως στοιχείο κράματος. Για το τεμάχιο εργασίας με σύνθετη δομή, προκειμένου να διασφαλιστεί η πλήρης επίδραση των ατμών μαγνησίου στο βασικό μέταλλο και να βελτιωθεί η ποιότητα της συγκόλλησης, συχνά λαμβάνονται τοπικά μέτρα θωράκισης, δηλαδή, το τεμάχιο εργασίας τοποθετείται πρώτα σε ένα κουτί από ανοξείδωτο χάλυβα (κοινώς γνωστό ως κουτί επεξεργασίας) και στη συνέχεια τοποθετείται σε έναν κλίβανο κενού για θέρμανση της συγκόλλησης. Οι ενώσεις αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου που έχουν συγκολληθεί υπό κενό έχουν λεία επιφάνεια και πυκνές ενώσεις συγκόλλησης και δεν χρειάζεται να καθαρίζονται μετά τη συγκόλληση. Ωστόσο, ο εξοπλισμός συγκόλλησης υπό κενό είναι ακριβός και οι ατμοί μαγνησίου μολύνουν σοβαρά τον κλίβανο, επομένως πρέπει να καθαρίζεται και να συντηρείται συχνά.

Κατά τη συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου σε ουδέτερη ή αδρανή ατμόσφαιρα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ενεργοποιητής ή συλλέκτης μαγνησίου για την αφαίρεση της μεμβράνης. Όταν χρησιμοποιείται ενεργοποιητής μαγνησίου για την αφαίρεση της μεμβράνης, η απαιτούμενη ποσότητα μαγνησίου είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή της συγκόλλησης κενού. Γενικά, το w (mg) είναι περίπου 0,2% ~ 0,5%. Όταν η περιεκτικότητα σε μαγνήσιο είναι υψηλή, η ποιότητα της σύνδεσης θα μειωθεί. Η μέθοδος συγκόλλησης NOCOLOK που χρησιμοποιεί συλλογή φθορίου και προστασία από άζωτο είναι μια νέα μέθοδος που αναπτύχθηκε ραγδαία τα τελευταία χρόνια. Δεδομένου ότι το υπόλειμμα της συλλογής φθορίου δεν απορροφά υγρασία και δεν είναι διαβρωτικό για το αλουμίνιο, η διαδικασία αφαίρεσης υπολειμμάτων συλλογής μετά τη συγκόλληση μπορεί να παραλειφθεί. Υπό την προστασία του αζώτου, χρειάζεται να επικαλυφθεί μόνο μια μικρή ποσότητα συλλογής φθορίου, το μέταλλο πλήρωσης μπορεί να διαβρέξει καλά το βασικό μέταλλο και είναι εύκολο να επιτευχθούν συγκολλημένες συνδέσεις υψηλής ποιότητας. Προς το παρόν, αυτή η μέθοδος συγκόλλησης NOCOLOK έχει χρησιμοποιηθεί στη μαζική παραγωγή θερμαντικών σωμάτων αλουμινίου και άλλων εξαρτημάτων.

Για αλουμίνιο και κράματα αλουμινίου που έχουν συγκολληθεί με συλλίπασμα διαφορετικό από το φθοριούχο συλλίπασμα, το υπόλειμμα συλλίπασμα πρέπει να αφαιρεθεί εντελώς μετά τη συγκόλληση. Το υπόλειμμα του οργανικού συλλίπασμα συγκόλλησης για αλουμίνιο μπορεί να πλυθεί με οργανικά διαλύματα όπως μεθανόλη και τριχλωροαιθυλένιο, να εξουδετερωθεί με υδατικό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου και τέλος να καθαριστεί με ζεστό και κρύο νερό. Το χλωρίδιο είναι το υπόλειμμα του συλλίπασμα συγκόλλησης για αλουμίνιο, το οποίο μπορεί να αφαιρεθεί σύμφωνα με τις ακόλουθες μεθόδους: Αρχικά, μουλιάστε το σε ζεστό νερό στους 60 ~ 80 ℃ για 10 λεπτά, καθαρίστε προσεκτικά το υπόλειμμα στην συγκολλημένη ένωση με μια βούρτσα και καθαρίστε το με κρύο νερό. Στη συνέχεια, μουλιάστε το σε υδατικό διάλυμα νιτρικού οξέος 15% για 30 λεπτά και τέλος ξεπλύνετε το με κρύο νερό.