Пайка алюминия и алюминиевых сплавов

1. Пайка

Пайка алюминия и алюминиевых сплавов плохая, главным образом из-за того, что оксидную пленку на поверхности трудно удалить.Алюминий имеет большое сродство к кислороду.На поверхности легко образуется плотная, стабильная оксидная пленка Al2O3 с высокой температурой плавления.В то же время алюминиевые сплавы, содержащие магний, также будут образовывать очень стабильную оксидную пленку MgO.Они будут серьезно мешать смачиванию и растеканию припоя.И трудно удалить.Во время пайки процесс пайки может осуществляться только с надлежащим флюсом.

Во-вторых, операция пайки алюминия и алюминиевых сплавов сложна.Температура плавления алюминия и алюминиевого сплава не сильно отличается от температуры плавления используемого припоя.Дополнительный диапазон температур для пайки очень узок.Небольшой неправильный контроль температуры легко может привести к перегреву или даже плавлению основного металла, что затруднит процесс пайки.Некоторые алюминиевые сплавы, упрочненные термической обработкой, также вызывают явления размягчения, такие как перестаривание или отжиг из-за нагрева при пайке, что ухудшает свойства паяных соединений.При пламенной пайке трудно судить о температуре, так как цвет алюминиевого сплава при нагреве не меняется, что также повышает требования к уровню работы оператора.

Кроме того, на коррозионную стойкость паяных соединений алюминия и алюминиевых сплавов легко влияют присадочные металлы и флюсы.Электродный потенциал алюминия и алюминиевого сплава сильно отличается от потенциала припоя, что снижает коррозионную стойкость соединения, особенно для мягкого припоя.Кроме того, большинство флюсов, используемых при пайке алюминия и алюминиевых сплавов, обладают сильной коррозионной активностью.Даже если их очистить после пайки, полностью не устранится влияние флюсов на коррозионную стойкость соединений.

2. Припой

(1) Пайка алюминия и алюминиевых сплавов является редко используемым методом, поскольку состав и электродный потенциал припоя и основного металла сильно различаются, что легко вызывает электрохимическую коррозию соединения.Мягкая пайка в основном использует припой на основе цинка и оловянно-свинцовый припой, который можно разделить на низкотемпературный припой (150 ~ 260 ℃), среднетемпературный припой (260 ~ 370 ℃) и высокотемпературный припой (370 ~ 430 ℃) в соответствии с диапазон температур.Когда используется оловянно-свинцовый припой и медь или никель предварительно наносятся на алюминиевую поверхность для пайки, можно предотвратить коррозию на поверхности соединения, чтобы улучшить коррозионную стойкость соединения.

Широко используется пайка алюминия и алюминиевых сплавов, таких как направляющая фильтра, испаритель, радиатор и другие компоненты.Для пайки алюминия и алюминиевых сплавов можно использовать только припои на основе алюминия, среди которых наибольшее распространение получили алюминиево-кремниевые припои.Конкретная область применения и прочность на сдвиг паяных соединений показаны в Таблице 8 и Таблице 9 соответственно.Однако температура плавления этого припоя близка к температуре основного металла, поэтому во время пайки необходимо строго и точно контролировать температуру нагрева, чтобы избежать перегрева или даже плавления основного металла.

Таблица 8 Область применения припоев для алюминия и алюминиевых сплавов

Таблица 9 Прочность на сдвиг соединений алюминия и алюминиевых сплавов, припаянных с алюминиево-кремниевыми присадочными металлами

Алюминиево-кремниевый припой обычно поставляется в виде порошка, пасты, проволоки или листа.В некоторых случаях используются припойные композитные пластины с алюминием в качестве сердцевины и алюминиево-кремниевым припоем в качестве оболочки.Этот вид композитной пластины припоя изготавливается гидравлическим методом и часто используется в составе компонентов для пайки.Во время пайки припой на композитной пластине плавится и растекается под действием капиллярных сил и силы тяжести, заполняя зазор стыка.

(2) Флюс и защитный газ для пайки алюминия и алюминиевых сплавов, для удаления пленки часто используется специальный флюс.Органический флюс на основе триэтаноламина, например фс204, используется с низкотемпературным мягким припоем.Преимущество этого флюса в том, что он оказывает небольшое коррозионное воздействие на основной металл, но выделяет большое количество газа, что влияет на смачивание и уплотнение припоя.Реактивный флюс на основе хлорида цинка, такой как fs203 и fs220a, используется со среднетемпературным и высокотемпературным мягким припоем.Реактивный флюс обладает высокой коррозионной активностью, и его остатки необходимо удалять после пайки.

В настоящее время при пайке алюминия и алюминиевых сплавов по-прежнему преобладает удаление пленки флюса.Используемый флюс для пайки включает флюс на основе хлорида и флюс на основе фторида.Флюс на основе хлорида обладает сильной способностью удалять оксидную пленку и хорошей текучестью, но оказывает сильное коррозионное воздействие на основной металл.Его остатки должны быть полностью удалены после пайки.Флюс на основе фтора — это новый тип флюса, который обладает хорошим эффектом удаления пленки и не вызывает коррозии основного металла.Однако он имеет высокую температуру плавления и плохую термическую стабильность и может использоваться только с алюминиево-кремниевым припоем.

При пайке алюминия и алюминиевых сплавов часто используют вакуум, нейтральную или инертную атмосферу.Когда используется вакуумная пайка, степень вакуума обычно должна достигать порядка 10-3 Па.Когда для защиты используется газообразный азот или аргон, его чистота должна быть очень высокой, а точка росы должна быть ниже -40 ℃.

3. Технология пайки

Пайка алюминия и алюминиевых сплавов предъявляет высокие требования к очистке поверхности заготовки.Для получения хорошего качества перед пайкой необходимо удалить масляное пятно и оксидную пленку с поверхности.Удалите масляное пятно с поверхности водным раствором Na2CO3 при температуре 60 ~ 70 ℃ в течение 5 ~ 10 минут, а затем промойте чистой водой;Поверхностную оксидную пленку можно удалить травлением водным раствором NaOH при температуре 20 ~ 40 ℃ в течение 2 ~ 4 мин, а затем промыть горячей водой;После удаления масляного пятна и оксидной пленки с поверхности заготовку обрабатывают водным раствором HNO3 для придания блеска в течение 2-5 минут, затем очищают в проточной воде и окончательно высушивают.Заготовка, обработанная этими методами, не должна подвергаться прикосновению или загрязнению другой грязью и должна быть спаяна в течение 6-8 часов.Лучше паять сразу, если есть возможность.

Методы пайки алюминия и алюминиевых сплавов в основном включают пайку пламенем, пайку паяльником и пайку в печи.Эти методы обычно используют флюс для пайки и предъявляют строгие требования к температуре нагрева и времени выдержки.Во время пайки пламенем и паяльником избегайте нагрева флюса непосредственно источником тепла, чтобы предотвратить перегрев флюса и выход из строя.Поскольку алюминий может растворяться в мягком припое с высоким содержанием цинка, нагревание следует прекратить после формирования соединения, чтобы избежать коррозии основного металла.В некоторых случаях при пайке алюминия и алюминиевых сплавов иногда не используют флюс, а используют ультразвуковой или скребковый методы для удаления пленки.При использовании шабрения для удаления пленки при пайке сначала нагрейте заготовку до температуры пайки, а затем соскребите припаиваемую часть заготовки концом паяльного стержня (или скребковым инструментом).Разрывая поверхностную оксидную пленку, конец припоя плавится и смачивает основной металл.

Методы пайки алюминия и алюминиевых сплавов в основном включают пайку пламенем, пайку в печи, пайку погружением, вакуумную пайку и пайку в среде защитного газа.Пламенная пайка в основном используется для небольших заготовок и единичного производства.Во избежание выхода из строя флюса из-за контакта примесей в ацетилене с флюсом при использовании кислородно-ацетиленового пламени целесообразно использовать бензиновое пламя со сжатым воздухом с небольшим восстановлением для предотвращения окисления основного металла.При специфической пайке флюс и присадочный металл могут быть помещены в место пайки заранее и нагреты одновременно с заготовкой;Заготовку также можно сначала нагреть до температуры пайки, а затем припой, смоченный флюсом, можно отправить в положение пайки;После расплавления флюса и присадочного металла пламя нагрева следует медленно удалять после того, как присадочный металл будет равномерно заполнен.

При пайке алюминия и алюминиевых сплавов в воздушной печи припой должен быть предварительно задан, а флюс для пайки должен быть расплавлен в дистиллированной воде для приготовления густого раствора с концентрацией 50% ~ 75%, а затем нанесен или распылен на поверхность пайки.Соответствующее количество порошкового флюса для пайки также может быть нанесено на присадочный металл и поверхность пайки, а затем собранное сварное изделие должно быть помещено в печь для нагрева пайки.Во избежание перегрева или даже плавления основного металла необходимо строго контролировать температуру нагрева.

Паста или фольгированный припой обычно используются для пайки погружением алюминия и алюминиевых сплавов.Собранная заготовка перед пайкой должна быть предварительно нагрета до температуры, близкой к температуре пайки, а затем погружена в флюс для пайки.Во время пайки необходимо строго контролировать температуру и время пайки.Если температура слишком высока, основной металл легко растворяется, а припой легко теряется;Если температура слишком низкая, припой недостаточно расплавляется, и скорость пайки снижается.Температура пайки определяется в зависимости от типа и размера основного металла, состава и температуры плавления присадочного металла и обычно находится между температурой ликвидуса присадочного металла и температурой солидуса основного металла.Время погружения заготовки в ванну с флюсом должно гарантировать, что припой может полностью расплавиться и растечься, а время поддержки не должно быть слишком долгим.В противном случае кремниевый элемент в припое может диффундировать в основной металл, делая основной металл вблизи шва хрупким.

При вакуумной пайке алюминия и алюминиевых сплавов часто используют металлоактиваторы, модифицирующие поверхностную оксидную пленку алюминия и обеспечивающие смачивание и растекание припоя.Магний можно непосредственно наносить на заготовку в виде частиц или вводить в зону пайки в виде пара, или магний можно добавлять в алюминиево-кремниевый припой в качестве легирующего элемента.Для заготовки со сложной структурой, чтобы обеспечить полное воздействие паров магния на основной металл и улучшить качество пайки, часто применяют локальные технологические меры экранирования, то есть заготовку сначала помещают в ящик из нержавеющей стали (обычно известный как технологический ящик), а затем помещают в вакуумную печь для нагрева пайки.Вакуумная пайка Алюминий и соединения из алюминиевого сплава имеют гладкую поверхность и плотные паяные соединения, и их не нужно очищать после пайки;Однако оборудование для вакуумной пайки стоит дорого, а пары магния серьезно загрязняют печь, поэтому ее необходимо часто чистить и обслуживать.

При пайке алюминия и алюминиевых сплавов в нейтральной или инертной атмосфере для удаления пленки можно использовать активатор магния или флюс.Когда для удаления пленки используется активатор магния, необходимое количество магния намного ниже, чем при вакуумной пайке.Как правило, вес (мг) составляет около 0,2% ~ 0,5%.При высоком содержании магния качество соединения снижается.Метод пайки NOCOLOK с использованием фторидного флюса и защиты азотом – это новый метод, быстро развивающийся в последние годы.Поскольку остатки фтористого флюса не впитывают влагу и не вызывают коррозию алюминия, процесс удаления остатков флюса после пайки можно не проводить.Под защитой азота необходимо покрыть лишь небольшое количество фторидного флюса, присадочный металл может хорошо смачивать основной металл, и легко получить качественные паяные соединения.В настоящее время этот метод пайки NOCOLOK используется в массовом производстве алюминиевых радиаторов и других компонентов.

Для алюминия и алюминиевых сплавов, припаянных флюсом, отличным от фторидного флюса, остатки флюса должны быть полностью удалены после пайки.Остаток органического флюса для пайки алюминия можно промыть органическими растворами, такими как метанол и трихлорэтилен, нейтрализовать водным раствором гидроксида натрия и, наконец, очистить горячей и холодной водой.Хлорид представляет собой остаток флюса для пайки алюминия, который можно удалить следующими способами;Сначала замочите в горячей воде при температуре 60 ~ 80 ℃ на 10 минут, тщательно очистите остатки на паяном соединении щеткой и очистите его холодной водой;Затем замочите его в 15% водном растворе азотной кислоты на 30 минут и, наконец, промойте холодной водой.