¿Se ha preguntado alguna vez por qué la soldadura fuerte del aluminio es crucial en la fabricación moderna? Este artículo se sumerge en el intrincado proceso de la soldadura fuerte del aluminio, explorando sus métodos, ventajas y retos. Desde los fundamentos de los metales de aportación y los fundentes hasta técnicas avanzadas como la soldadura al vacío y en baño de sal, descubra cómo esta tecnología mejora la calidad y la eficacia de los productos. Obtenga información sobre los últimos avances y sus amplias aplicaciones, y adquiera los conocimientos esenciales para comprender y aprovechar la soldadura fuerte de aluminio en diversos sectores.
Resumen: Se han revisado los recientes avances técnicos en la soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio en cuanto a métodos de soldadura fuerte, metales de aportación y fundentes, y se han presentado sus respectivas direcciones de desarrollo.
Se observa que la soldadura fuerte del aluminio y de las aleaciones de aluminio es un campo de investigación en rápido desarrollo y que tiene una amplia gama de aplicaciones. La tecnología de la soldadura fuerte del aluminio y las aleaciones de aluminio está atrayendo cada vez más atención y se considera que tiene un potencial significativo.
Las aleaciones de aluminio son una opción popular en diversas industrias debido a su baja densidad, alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión. Se utilizan mucho en automóviles, vehículos ferroviarios de alta velocidad, aplicaciones aeroespaciales y militares.
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Las propiedades físicas y químicas únicas de las aleaciones de aluminio pueden dar lugar a diversas dificultades durante el proceso de soldaduracomo la oxidación, las grietas calientes y los poros en la soldadura. El método tradicional para soldar aleaciones de aluminio es la soldadura por fusión, que requiere equipos complejos y soldadores altamente cualificados con estrictos requisitos técnicos.
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Aluminio soldadura es un método crucial para unir aleaciones de aluminio y es conocido por la mínima deformación de las piezas soldadas. En los últimos años, se ha generalizado su uso en China debido a su gran precisión dimensional.
La tecnología de la soldadura fuerte del aluminio y sus aleaciones ha sido objeto de numerosas investigaciones en los últimos años, que han dado lugar a rápidos avances en los métodos de soldadura fuerte, los metales de aportación y los fundentes.
La soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio es un campo en rápido desarrollo debido a sus excelentes propiedades, como alta resistencia, buena resistencia a la corrosión, alta conductividad y conductividad térmica. Como resultado, se está utilizando cada vez más en diversas industrias, como la aeroespacial, la aviación, la electrónica, la metalurgia, la fabricación de maquinaria y la industria ligera.
En algunos casos, el uso del aluminio ha sustituido al cobre y al acero, impulsado por el aumento sustancial del coste de los materiales de cobre y el deseo de reducir el peso, mejorar la eficiencia y realzar la estética. Un ejemplo de ello es la sustitución del depósito de agua de cobre de los automóviles por un depósito de agua de aluminio.
En China, sólo hay unos pocos fabricantes de fundente de aluminio a gran escala, y la mayor parte del fundente de aluminio utilizado se importa del extranjero.
El aluminio y las aleaciones de aluminio tienen un punto de fusión bajo, una fuerte reactividad química y un punto de fusión alto, lo que dificulta el uso de fundentes tradicionales para soldadura fuerte. Por lo tanto, deben utilizarse fundentes de soldadura especiales para aluminio y aleaciones de aluminio a fin de garantizar una soldadura fuerte adecuada.
Además, la resistencia a la corrosión de las uniones soldadas de aluminio y aleaciones de aluminio puede verse fácilmente comprometida por el uso de soldadura y fundente. Esto se debe a que existe una diferencia significativa en el potencial del electrodo entre la soldadura y el metal base, lo que reduce la resistencia a la corrosión de la unión, especialmente en el caso de uniones de soldadura blanda.
La mayoría de los fundentes utilizados para eliminar la película de óxido de la superficie del aluminio y sus aleaciones contienen materiales altamente corrosivos. Incluso si estos materiales se limpian después de la soldadura fuerte, es difícil eliminar por completo su impacto en la resistencia a la corrosión de la unión.
El aluminio y las aleaciones de aluminio pueden soldarse mediante soldadura fuerte a la llama, soldadura fuerte en horno o soldadura fuerte en baño de sales.
La soldadura fuerte con llama es un método popular debido a la sencillez de su equipamiento, su versatilidad en cuanto a la fuente de gas y su amplia gama de aplicaciones. Se utiliza principalmente para la soldadura fuerte de componentes pequeños y para la producción de piezas únicas. Hay muchos tipos de llama disponibles, incluido un nuevo tipo de gas llamado gas Sharp, resultado de la cooperación entre China y otros países. Este gas tiene una llama suave y es una buena fuente de calor para la soldadura fuerte del aluminio, ya que se sitúa entre las potencias del gas licuado y el oxiacetileno. Sin embargo, en comparación con otros métodos de conexión, la temperatura de calentamiento para la soldadura fuerte con llama de aluminio y aleaciones de aluminio es difícil de controlar, lo que requiere mayores niveles de experiencia por parte del operario.
La soldadura fuerte en baño salino ofrece un calentamiento rápido y uniforme, una deformación mínima de los componentes y una eliminación eficaz de la película, lo que da como resultado componentes soldados de alta calidad con una gran eficacia de producción. Este método es especialmente adecuado para la producción en serie y para soldar estructuras densas. Para la soldadura fuerte en baño de sales de aluminio se suelen utilizar pastas, láminas de soldadura o revestimientos de soldadura. El revestimiento de soldadura se compone normalmente de composiciones eutécticas de Al Si o hipoeutécticas de Al Si.
En la actualidad, la producción de soldadura fuerte utiliza principalmente el revestimiento de metal de aportación, que puede mejorar la eficacia de la producción y garantizar la calidad de los componentes soldados.
La soldadura fuerte tiene algunas limitaciones:
En primer lugar, el intrincado diseño de algunos componentes puede dificultar el acceso al baño de sal, lo que limita las opciones de diseño y complica el proceso. proceso de soldadura. Esto también puede dificultar la garantía de calidad de la soldadura fuerte.
En segundo lugar, aunque la soldadura fuerte en baño salino puede cumplir estrictos requisitos de resistencia a la corrosión, puede dar lugar a una gran cantidad de residuos de fundente en el componente, lo que requiere una limpieza exhaustiva. Además, el equipo de soldadura fuerte en baño salino es costoso y el proceso es complejo, lo que conlleva un largo ciclo de producción.
La soldadura fuerte en horno de aire ofrece una inversión en equipos de bajo coste y un proceso de soldadura fuerte sencillo y fácil de gestionar. Sin embargo, el proceso de calentamiento es lento y la superficie del componente puede oxidarse cuando se expone al aire, especialmente a altas temperaturas. Esto dificulta la eliminación de la película de fundente y el fundente también puede fallar debido a la humedad del aire durante el calentamiento.
Para superar estos retos, se han desarrollado la soldadura fuerte en horno con aire seco y la soldadura fuerte al vacío en atmósfera protectora, que se han generalizado en la soldadura fuerte del aluminio y las aleaciones de aluminio. Estos métodos ofrecen procesos mejorados y han experimentado un rápido crecimiento en los últimos años.
El aluminio es conocido por ser activo y formar fácilmente una densa película de óxido en su superficie.
Durante el proceso de soldadura fuerte, puede resultar difícil eliminar los óxidos únicamente mediante condiciones de vacío. Por ello, deben utilizarse activadores metálicos como Mg y Bi.
Está ampliamente aceptado que el mecanismo de eliminación del activador funciona de la siguiente manera:
En primer lugar, el activador reacciona con el O y el HO residuales en el vacío, neutralizando sus efectos nocivos sobre la soldadura fuerte del aluminio.
En segundo lugar, el vapor de Mg penetra en la capa de material situada debajo de la película y forma una aleación de Al Si Mg de bajo punto de fusión junto con Si difuso.
Durante la soldadura fuerte, la fusión de la aleación rompe la unión entre la película de óxido y el material base, lo que permite que la soldadura fundida moje el material base, se extienda sobre él por debajo de la película y levante la película de óxido superficial, eliminándola eficazmente.
Al soldar aleaciones de aluminio al vacío, el horno de vacío debe elegirse en función de factores como la productividad, el coste, el tamaño de la soldadura y la estructura.
Es importante limpiar a fondo la soldadura antes de proceder a la soldadura fuerte. El óxido superficial puede eliminarse con ácido o álcali, y las manchas de aceite pueden limpiarse con alcohol.
Para la preparación del metal de aportación, se suele utilizar papel de lija para eliminar la película de óxido superficial, seguido de una limpieza con alcohol para eliminar las manchas de aceite.
Para piezas más grandes, se recomienda precalentar antes de soldar para garantizar un calentamiento uniforme de todas las piezas antes de alcanzar la temperatura de soldadura fuerte.
La soldadura fuerte en vacío de aleaciones de aluminio depende en gran medida del activador de Mg para eliminar la película de óxido. Para garantizar que el metal base esté totalmente expuesto al vapor de Mg en soldaduras con estructuras complejas, algunas unidades nacionales han adoptado medidas suplementarias como el blindaje local, lo que ha mejorado la calidad de la soldadura fuerte.
Un método habitual consiste en colocar la pieza dentro de una cubierta de acero inoxidable con virutas de Mg y, a continuación, introducirla en el horno de soldadura al vacío para proceder a la soldadura fuerte. Esto puede mejorar significativamente la calidad de la soldadura fuerte.
El grado de vacío es el parámetro de proceso más importante y difícil de controlar en la soldadura fuerte al vacío. Para conseguir uniones de alta calidad, el grado de vacío depende en gran medida del tamaño de la pieza.
Basándose en años de experiencia de algunos expertos, se aconseja que si el equipo de soldadura fuerte no se ha utilizado durante un período prolongado, el horno de vacío debe funcionar durante varias horas antes de su uso. En el uso regular, especialmente para la producción por lotes, se recomienda mantener el intervalo de tiempo entre usos lo más corto posible para garantizar que el grado de vacío del horno de vacío cumpla los requisitos fácil y rápidamente.
Aunque la soldadura al vacío es un método de soldadura eficaz, también tiene algunas limitaciones, como un equipo complejo y caro y la dificultad de mantener el sistema de vacío.
El uso de la soldadura fuerte de aluminio al vacío es limitado debido al costoso equipo y a la compleja tecnología que implica. Para solucionar este problema, se puede sustituir el vacío por una atmósfera neutra. Esto reduce los requisitos de tasa de fuga del sistema y la complejidad del equipo. Además, reduce los problemas de mantenimiento del equipo causados por la deposición de elementos volátiles, lo que se traduce en un menor coste de producción.
El calentamiento en este método se consigue principalmente a través de la corriente y es rápido y uniforme. Esto no solo garantiza la calidad del producto, sino que también mejora la productividad.
En los últimos años, la soldadura fuerte de aluminio con gas de protección neutro ha sido objeto de gran atención y ha experimentado un rápido desarrollo. Se considera un método prometedor de soldadura fuerte de aluminio.
El mecanismo de eliminación de la película para la soldadura fuerte con gas protector de aleaciones de aluminio es similar al de la soldadura fuerte de aluminio en vacío y se consigue principalmente utilizando activador de Mg. La calidad de la soldadura puede mejorarse añadiendo Bi al metal de aportación.
El argón y el nitrógeno puro, con una pureza superior a 99,99%, se utilizan habitualmente como atmósfera para la soldadura fuerte con gas de aleaciones de aluminio.
Para las uniones Al/Al y Al/Cu, se ha informado de que un método de unión eficaz es utilizar el principio de la soldadura fuerte por difusión. Se pulveriza una mezcla de polvo compuesta por Si y fundente de fluoruro de aluminio y potasio sobre la junta. superficie de aluminio en una atmósfera de nitrógeno próxima a la presión atmosférica para la soldadura fuerte. El Si puede sustituirse por otros metales eutécticos de bajo punto de fusión, como el Cu, el Ge o el Zn, que se forman con el Al.
Durante la soldadura fuerte, la unión entre las soldaduras se realiza mediante la solidificación de la soldadura fundida. En consecuencia, la calidad de la soldadura depende en gran medida del metal de aportación utilizado.
El principal metal de aportación del aluminio es la aleación Al Si, pero a veces se añaden Cu, Zn, Ge y otros elementos para mejorar el rendimiento del proceso.
Con años de experiencia y experimentación, múltiples series de aluminio metales de aportación para soldadura fuerte se han desarrollado, muchos de los cuales han dado resultados satisfactorios con los procesos adecuados.
A continuación, presentaremos algunos de los metales de aportación para soldadura fuerte de aleaciones de aluminio más utilizados.
Las soldaduras de la serie Al Si se basan en la composición eutéctica Al Si y también incluyen aleaciones hipoeutécticas, hipereutécticas y Al Si con no más de 5% de elementos añadidos. Estas soldaduras son muy soldables, fuertes, tienen un color y un brillo similares a los del metal base, ofrecen resistencia al chapado y a la corrosión, y se consideran una buena elección para soldar.
Además, esta serie de soldaduras puede modificarse, lo que mejora significativamente su tenacidad y comportamiento a la flexión en uniones soldadas.
Recientemente, se ha desarrollado un nuevo tipo de metal de aportación para soldadura fuerte de aleación Al Si utilizando tecnología de solidificación rápida. Este metal de aportación para soldadura fuerte tiene un punto de fase líquida más bajo, alrededor de 3-5°C, en comparación con los metales de aportación para soldadura fuerte cristalinos ordinarios con la misma composición. Su coeficiente de humectabilidad ha aumentado en 18%, y su resistencia, en 28,4%. Sus fluctuaciones también son mínimas, lo que proporciona un cierto grado de flexibilidad de procesamiento.
Soldadura del cobre se realiza basándose en el principio de la soldadura fuerte reactiva por contacto. Actualmente, la soldadura fuerte reactiva por contacto del aluminio se considera la solución ideal para los problemas de soldadura fuerte del aluminio.
Este método ofrece varias ventajas, entre ellas
① No necesita fundente, por lo que es respetuoso con el medio ambiente y evita la contaminación de los productos de soldadura fuerte. No hay necesidad de limpiar los productos de soldadura fuerte, y no hay corrosión química en la costura de soldadura fuerte.
② La selección de la capa de aleación reactiva eutéctica adecuada puede disminuir la temperatura de soldadura, reduciendo el consumo de energía, facilitando el control del proceso de soldadura y reduciendo los requisitos de equipamiento.
La reacción de contacto del Cu sobre el sustrato de aluminio tiene una notable extensión preferente en superficie, rompiendo la película de óxido, y promoviendo la formación de una capa uniforme de relleno en fase líquida entre las interfaces de la unión en el proceso de soldadura fuerte con reacción de contacto. Por otra parte, el límite de grano con reacción de contacto en la dirección de profundidad de la matriz de aluminio penetra preferentemente, asegurando la resistencia de unión de la junta soldada.
Los datos muestran que los parámetros de proceso adecuados para la soldadura fuerte reactiva por contacto de aluminio con Cu como material intercalado son una temperatura de soldadura fuerte de 570-580°C y un tiempo de mantenimiento de 15-20 minutos. Sin embargo, la resistencia a la corrosión electroquímica de las uniones soldadas con Cu es deficiente, y la capa de reacción eutéctica es quebradiza.
Para mejorar el rendimiento del Cu como metal de aportación, pueden añadirse otros elementos, como Ag, Ni, Si, Zn, Ti, etc. El metal de aportación para la soldadura fuerte reactiva con aleaciones de aluminio incluye estos elementos.
Para hacer frente a las limitaciones de utilizar Zn y Cu como metales de aportación por separado, se puede utilizar una capa compuesta de ambos. La soldadura fuerte de reacción eutéctica por contacto se realiza utilizando la capa compuesta de Cu y Zn.
En la interfaz Cu/Zn se produce una reacción peritéctica, mientras que en la interfaz Cu/Al se produce una reacción eutéctica, formándose una fase líquida eutéctica que rompe la película de óxido en la superficie de aluminio.
Cuando se utilizan Cu y Zn como metal de aportación reactivo para la soldadura fuerte del aluminio, es crucial el contenido adecuado de ambos metales en la capa compuesta. Se ha sugerido que los mejores resultados de soldadura fuerte se consiguen cuando el espesor de la capa de Zn es de 0,2 mm y el de la capa de Cu es inferior a 0,1 mm.
En este punto, la capa de reacción no sólo rompe la película de óxido, sino que también proporciona una fuerte resistencia a la corrosión electroquímica y una elevada resistencia al cizallamiento.
El intervalo de temperatura del punto de fase líquida de la soldadura se sitúa entre 500-577°C. Cuando se añade Cu a la soldadura de Al Si, su fluidez mejora considerablemente.
Sin embargo, debido al alto contenido de compuesto intermetálico CuAl2, esta soldadura eutéctica ternaria es muy quebradiza y sólo es adecuada para el moldeo en tiras, lo que dificulta su transformación en forma de alambre o lámina.
La adición de Zn al metal de aportación Al Si mejora su humectabilidad y fluidez. Al aumentar la concentración de Zn, la solubilidad del Si disminuye rápidamente. Al no haber compuestos en el metal de aportación, su trabajabilidad en caliente es mejor en comparación con el sistema Al Si Cu.
El intervalo de temperatura en fase líquida de la soldadura es de 400-500°C, que se aproxima al intervalo de la soldadura de aleación de aluminio. La composición eutéctica ternaria Al Cu Ag confiere al metal de aportación un color muy próximo al del metal base Al.
Este metal de aportación tiene buena fluidez, pero es relativamente quebradizo. Otro sistema ternario es el metal de aportación Al Cu Zn, que también tiene un color próximo al metal base y puede producir piezas mejor mecanizadas.
La adición de 0,05% - 0,08% (en masa) de Mg, 0,05% de Ni o 0,05% de Cr al metal de aportación puede mejorar su resistencia a la corrosión.
Hay muchos más metales de aportación ideales para el aluminio, pero en general, la mayoría de los metales de aportación existentes para la soldadura fuerte del aluminio tienen un punto de fusión cercano al de las aleaciones de aluminio.
En consecuencia, para la mayoría de los soldadores es un reto encontrar un metal de aportación con un punto de fusión más bajo y un rendimiento tecnológico mejorado.
El aluminio es relativamente activo, y su superficie forma fácilmente una capa de óxido densa y químicamente estable, que es un obstáculo importante en la soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio. Para conseguir uniones de alta calidad, hay que eliminar el óxido de la superficie.
Al soldar aluminio y sus aleaciones, el uso de un fundente para soldadura fuerte puede eliminar la película de óxido de la superficie del aluminio y reducir la tensión interfacial entre el metal de aportación y el metal base.
El fundente de soldadura fuerte para aluminio se divide en fundente de soldadura blanda y fundente de soldadura fuerte, siendo este último el que se utiliza para temperaturas de soldadura superior a 450°C y el primero para temperaturas inferiores a 450°C.
A continuación se presenta el fundente para soldadura fuerte de aluminio Nocolok, de rápido desarrollo. El fundente de soldadura fuerte de aluminio tradicional es principalmente un fundente de soldadura fuerte de sal de cloro, normalmente basado en el sistema LiCl-KCl o LiCl-KCl-NaCl. Este fundente tiene las ventajas de una alta actividad, estabilidad durante el calentamiento y no pierde fácilmente su eficacia. Puede utilizarse con diversas fuentes de calor, por lo que resulta cómodo y barato.
Sin embargo, la desventaja de este fundente es que la presencia de iones Cl provoca una fuerte corrosión electroquímica en el metal base, tiene una fuerte absorción de humedad y es difícil de conservar.
Por lo tanto, es crucial limpiar los residuos cuando se utiliza este tipo de fundente para la soldadura fuerte.
A finales de los años 70, se inició rápidamente el desarrollo de un fundente de soldadura fuerte anticorrosivo e insoluble. Este fundente se sintetiza utilizando el eutéctico A-KF, y su solubilidad en agua es mínima.
Evita el inconveniente del fundente de cloruro, que absorbe fácilmente la humedad, y tiene muy poca corrosividad, lo que le ha valido el sobrenombre de fundente Nocolok.
El fundente Nocolok es un polvo fino blanco, compuesto principalmente por una mezcla de fluoaluminato de potasio que puede contener agua cristalina.
El fundente fundido disuelve los óxidos de la superficie de aluminio y evita la reoxidación. Bajo la influencia del fundente, el metal de aportación penetra libremente en la superficie de la junta por capilaridad.
Tras enfriarse, el fundente forma una película pastosa de fuerte adherencia sobre la superficie del componente. La capa residual del fundente no es higroscópica, no es corrosiva y es insoluble en disolventes acuosos.
Aunque la solubilidad del flujo de fluoaluminato de potasio en agua es mínima, su estabilidad térmica no es fuerte y se producirán reacciones químicas cuando se caliente en el aire.
En los últimos años, muchos estudios se han centrado en mejorar el método Nocolok de dos formas principales: añadiendo sales adicionales al fundente de fluoaluminato de potasio para mejorar su actividad y otras propiedades, y desarrollando nuevos métodos de utilización del fundente de fluoaluminato de potasio.
El Si puede potenciar la actividad del flujo de fluoaluminato de potasio.
Lo ideal es añadirlo en forma de K2SiF6pero debe calcularse la cantidad de KF sobrante.
Cuando W (Si)>2%, puede autoperforarse.
Añadir K2GeF6SnF2ZnF2etc. pueden mejorar la actividad del flujo, especialmente K2GeF6.
En la mejora de Nocolok, alguien mezcló el polvo de metal de aportación con este tipo de fundente.
Otros consideran que el KAlF4 como método de soldadura fuerte en fase gaseosa:
Una es mezclar directamente KAlF4 en la atmósfera de baja presión sin oxígeno para la soldadura fuerte de aleaciones de aluminio;
La otra es depositar al vacío una capa de KA1F4 en el exterior de las piezas de aluminio, y luego ensamblar y volver a soldar según sea necesario.
La soldadura compuesta formada depositando una capa de KAlF4 fundente en la superficie del polvo de soldadura eutéctica Al Si puede mezclarse en pasta de soldadura con disolvente orgánico.
La soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio se ha estudiado ampliamente y se ha desarrollado rápidamente en los últimos años.
Estudiosos extranjeros han demostrado la excepcional fuerza de unión de la soldadura eutéctica Sn-Zn (8,9%) al soldar aleaciones de aluminio por debajo de 350°C, investigando la reacción de interfase entre la aleación eutéctica Sn-Zn en fase líquida y el Al.
La soldadura fuerte por difusión del aluminio también ha recibido una atención considerable en los últimos años.
Un método consiste en pulverizar una mezcla de polvo compuesta por Si y fundente de fluoruro de aluminio y potasio sobre la superficie de Al, y soldar en un baño de N2 atmósfera cercana a la presión atmosférica.
Entre los materiales utilizados, el Si puede sustituirse por Cu, Ge, Zn y otros metales que forman eutécticas de bajo punto de fusión con el aluminio.
Este método puede utilizarse para soldar uniones de Al/Al, Al/Cu, Cu/Cu y Cu/latón.
La soldadura por difusión también se utiliza para soldar Al-Si fundiciones de aleación, resolviendo el problema de la corrosión y la mala humectación de las piezas fundidas de aleación de Al en la soldadura fundida.
Aún queda mucho por hacer en la tecnología de la soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio, y algunos avances ya se han aplicado a la producción práctica.
La aplicación de la tecnología de soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio se centra principalmente en radiadores de aluminio, materiales disímiles de aluminio y acero inoxidable, marcos de puertas de aleación de aluminio de microondas y otros productos.
Otro campo de investigación y aplicación es la soldadura fuerte de fondos de olla compuestos de aluminio y acero inoxidable.
Aunque la soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio es una excelente tecnología de unión, aún quedan muchos retos por resolver.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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