Brasage de l'aluminium et des alliages d'aluminium : Explication

1. Brazabilité

L'aptitude au brasage de l'aluminium et des alliages d'aluminium est médiocre, principalement parce que le film d'oxyde à la surface est difficile à éliminer. L'aluminium a une forte affinité pour l'oxygène et forme facilement un film d'oxyde Al2O2 dense, stable et à point de fusion élevé sur la surface.

Les alliages d'aluminium contenant du magnésium forment également un film d'oxyde Mgo très stable. Ils entravent sérieusement la mouillabilité et l'étalement de la soudure et sont difficiles à éliminer. Ce n'est qu'en utilisant un flux approprié que l'on peut éliminer le film d'oxyde Mgo. brasage soit mis en œuvre.

En outre, la difficulté de l'opération de brasage de l'aluminium et de l'alliage d'aluminium est élevée. Le point de fusion de l'aluminium et des alliages d'aluminium n'est pas très différent du point de fusion de la brasure dure utilisée, et la plage de température disponible pour le brasage est très étroite.

Un mauvais contrôle de la température peut facilement entraîner une surchauffe, voire une fusion du matériau de base, ce qui complique le processus de brasage. Certains alliages d'aluminium traités thermiquement peuvent subir un sur-vieillissement ou un vieillissement excessif. recuit le ramollissement dû au chauffage du brasage, ce qui entraîne une diminution des performances du joint brasé.

Lors du brasage à la flamme, il n'est pas facile d'évaluer la température en raison de la couleur inchangée de l'alliage d'aluminium pendant le chauffage, ce qui augmente également les exigences en matière de compétences de l'opérateur.

De plus, la résistance à la corrosion des joints brasés en aluminium et en alliage d'aluminium est facilement affectée par la brasure et le flux utilisés. Le potentiel d'électrode de l'aluminium et des alliages d'aluminium diffère considérablement de celui de la brasure, ce qui réduit la résistance à la corrosion du joint, en particulier pour les joints brasés souples.

En outre, la plupart des flux utilisés pour le brasage de l'aluminium et des alliages d'aluminium sont très corrosifs, et même s'ils sont nettoyés après le brasage, l'impact du flux sur la résistance à la corrosion du joint ne peut pas être complètement éliminé.

2. Matériaux de brasage

(1) Soudure :

Le brasage tendre de l'aluminium et des alliages d'aluminium n'est pas couramment utilisé car la différence de composition et de potentiel d'électrode entre la brasure et le matériau de base dans le brasage tendre peut facilement provoquer une corrosion électrochimique dans le joint.

Les brasures à base de zinc et les brasures à l'étain-plomb sont principalement utilisées pour le brasage tendre, qui peut être divisé en brasures tendres à basse température (150-260°C), brasures tendres à moyenne température (260-370°C) et brasures tendres à haute température (370-430°C) en fonction de la plage de température d'utilisation.

Lorsqu'une brasure étain-plomb est utilisée pour le brasage et que le cuivre ou le nickel est préplaqué sur le métal d'apport, la brasure étain-plomb est utilisée pour le brasage. surface en aluminiumLa corrosion à l'interface peut être évitée, ce qui améliore la résistance à la corrosion du joint.

Le brasage fort de l'aluminium et des alliages d'aluminium est largement utilisé, notamment pour les guides-filtres, les évaporateurs, les dissipateurs thermiques et d'autres composants.

Seule la brasure à base d'aluminium peut être utilisée pour le brasage fort de l'aluminium et des alliages d'aluminium, parmi lesquels la brasure aluminium-silicium est la plus répandue. La plage d'application spécifique et la résistance au cisaillement des joints soudés sont indiquées dans le tableau 8 et le tableau 9, respectivement.

Toutefois, le point de fusion de ces brasures est proche de celui du matériau de base, de sorte que la température de chauffage doit être strictement et précisément contrôlée pendant le brasage afin d'éviter la surchauffe ou la fusion du matériau de base.

Tableau 8 : Plage d'application des soudures dures pour l'aluminium et les alliages d'aluminium

Tableau 9 : Résistance au cisaillement des joints en aluminium et en alliage d'aluminium brasés avec une brasure aluminium-silicium

Les matériaux de brasage aluminium-silicium sont généralement fournis sous forme de poudre, de pâte, de fil ou de feuille. Dans certains cas, on utilise une plaque composite de brasage composée d'un noyau d'aluminium et d'un matériau de brasage aluminium-silicium comme couche de revêtement. Cette plaque composite est produite à l'aide de méthodes hydrauliques et est couramment utilisée comme composant des assemblages brasés.

Pendant le brasage, le matériau de brasage sur la plaque composite fond et s'écoule pour remplir les espaces du joint, aidé par l'action capillaire et la gravité.

(2) Flux et gaz de protection sont couramment utilisés pour le brasage tendre de l'aluminium et des alliages d'aluminium.

Le brasage de l'aluminium et des alliages d'aluminium nécessite souvent l'utilisation de flux spécialisés pour éliminer les films d'oxyde. Les flux organiques à base de triéthanolamine, tels que le FS204, sont utilisés pour le brasage des alliages à basse température.

Ces flux présentent l'avantage d'une corrosion minimale du matériau de base, mais ils génèrent une grande quantité de gaz pendant le fluxage, ce qui peut affecter le mouillage et le remplissage du matériau de brasage.

Les flux réactifs à base de chlorure de zinc, tels que FS203 et FS220A, sont utilisés avec les alliages de brasage à moyenne et haute température. Les flux réactifs ont de fortes propriétés corrosives et leurs résidus doivent être soigneusement nettoyés après le brasage.

Le brasage dur de l'aluminium et des alliages d'aluminium repose toujours sur l'enlèvement de flux. Les flux de brasage utilisés comprennent les flux à base de chlorure et les flux à base de fluorure. Les flux à base de chlorure ont un fort pouvoir désoxydant et une bonne fluidité, mais ils ont un effet corrosif important sur le matériau de base, de sorte que leurs résidus doivent être complètement éliminés après le brasage.

Les flux à base de fluorure sont un nouveau type de flux ayant de bons effets désoxydants et aucun effet corrosif sur le matériau de base. Cependant, ils ont un point de fusion élevé et une mauvaise stabilité thermique, et ne peuvent être utilisés qu'en combinaison avec des matériaux de brasage aluminium-silicium.

Lorsqu'il est dur brasage de l'aluminium et les alliages d'aluminium, les atmosphères sous vide, neutres ou inertes sont couramment utilisées. Lors du brasage sous vide, le niveau de vide doit généralement être de l'ordre de 10-3 Pa. Lors de l'utilisation d'un blindage à l'azote ou à l'argon, une grande pureté et un point de rosée inférieur à -40℃ sont nécessaires.

3. Techniques de brasage

Le brasage de l'aluminium et des alliages d'aluminium exige une grande propreté de la surface de la pièce. Pour obtenir une bonne qualité, l'huile de surface et les films d'oxyde doivent être éliminés avant le brasage. L'huile de surface peut être éliminée par un lavage avec une solution de carbonate de sodium (Na₂LE CO₃) à une température de 60-70℃ pendant 5-10 minutes, puis rincer à l'eau claire.

Les films d'oxyde de surface peuvent être enlevés par immersion dans une solution d'eau d'hydroxyde de sodium (NaOH) à une température de 20-40℃ pendant 2-4 minutes, suivie d'un rinçage à l'eau chaude.

Après avoir éliminé l'huile de surface et les films d'oxyde, la pièce doit être traitée à l'acide nitrique (HNO₃) pendant 2 à 5 minutes, rincé à l'eau courante et séché à l'air. Après ces traitements, la pièce ne doit pas être touchée à la main ou contaminée par d'autres salissures, et le brasage doit être effectué dans les 6 à 8 heures, de préférence immédiatement si possible.

Les méthodes de brasage tendre pour l'aluminium et les alliages d'aluminium comprennent principalement le brasage à la flamme, le brasage au fer à souder et le brasage au four. Ces méthodes utilisent généralement des flux et sont soumises à des exigences strictes en matière de température de chauffage et de temps de maintien.

Dans le cas du brasage à la flamme et au fer à souder, il faut éviter de chauffer directement le flux pour éviter une surchauffe et une défaillance du flux. L'aluminium pouvant se dissoudre dans une brasure à forte teneur en zinc, le chauffage doit être interrompu une fois le joint formé afin d'éviter la dissolution du matériau de base.

Dans certains cas, le brasage tendre de l'aluminium et des alliages d'aluminium est réalisé sans flux, en utilisant des méthodes ultrasoniques ou de friction pour l'élimination du film d'oxyde. Lors de l'enlèvement par friction pour le brasage, la pièce est d'abord chauffée à la température de brasage, puis l'extrémité de la baguette de brasage (ou de l'outil de friction) est utilisée pour gratter la zone de brasage de la pièce. Cela permet de briser le film d'oxyde superficiel et de permettre à la brasure de fondre et de mouiller le matériau de base.

Les méthodes de brasage dur pour l'aluminium et les alliages d'aluminium comprennent le brasage à la flamme, le brasage au four, le brasage par immersion, le brasage sous vide et le brasage sous protection gazeuse. Le brasage à la flamme est couramment utilisé pour les pièces de petite taille et la production en une seule pièce.

Pour éviter que les impuretés du gaz acétylène n'entrent en contact avec le flux et ne provoquent une défaillance du flux, il est conseillé d'utiliser une flamme d'essence et d'air comprimé et de rendre la flamme légèrement réductrice pour éviter l'oxydation du matériau de base.

Dans certains procédés de brasage, le flux et le matériau de brasage peuvent être placés à l'avance sur le joint, chauffés en même temps que la pièce, ou la pièce peut d'abord être chauffée à la température de brasage, puis le matériau de brasage et le flux peuvent être appliqués sur la zone de brasage.

Une fois que le flux et le matériau de brasage ont fondu et que le joint de brasage est rempli uniformément, la flamme de chauffage peut être progressivement retirée.

Pour le brasage au four à air de l'aluminium et des alliages d'aluminium, le matériau de brasage doit être préchargé et le flux doit être fondu dans de l'eau distillée pour former une solution concentrée avec une concentration de 50%-75%.

Cette solution peut ensuite être appliquée ou pulvérisée sur la surface de brasage, ou une quantité appropriée de flux en poudre peut être appliquée sur le matériau de brasage et la surface. La pièce assemblée est ensuite placée dans le four pour être chauffée et brasée. Pour éviter la surchauffe ou même la fonte du matériau de base, la température de chauffage doit être strictement contrôlée.

Le brasage par immersion de l'aluminium et des alliages d'aluminium utilise généralement des matériaux de brasage en pâte ou en feuille. La pièce assemblée est préchauffée à une température proche de la température de brasage avant d'être plongée dans le flux de brasage.

Pendant le brasage, la température et la durée du brasage doivent être strictement contrôlées. Si la température est trop élevée, le matériau de base risque de se dissoudre et le matériau de brasage risque de se perdre.

Si la température est trop basse, le matériau de brasage risque de ne pas fondre correctement, ce qui se traduira par un taux de brasage plus faible.

La température de brasage doit être déterminée en fonction du type et de la taille du matériau de base, de la composition et du point de fusion du matériau de brasage, ainsi que d'autres facteurs spécifiques, généralement compris entre la température de liquidus du matériau de brasage et la température de solidus du matériau de base.

Le temps de trempage de la pièce dans le bain de flux doit garantir que la brasure est entièrement fondue et coule. Le temps ne doit pas être trop long, car le silicium contenu dans la brasure peut se diffuser dans le métal de base et provoquer une fragilisation à proximité du joint.

Le brasage sous vide de l'aluminium et des alliages d'aluminium utilise souvent des activateurs métalliques pour transformer le film d'oxyde superficiel de l'aluminium, assurant ainsi le mouillage et l'étalement du matériau de brasage.

Le magnésium peut être placé directement sur la pièce sous forme de granulés, introduit sous forme de vapeur dans la zone de brasage ou ajouté en tant qu'élément d'alliage au matériau de brasage aluminium-silicium.

Pour les structures complexes, afin d'assurer le plein effet de la vapeur de magnésium sur le matériau de base et d'améliorer la qualité du brasage, des mesures de blindage local sont souvent prises.

Il s'agit de placer la pièce dans une boîte en acier inoxydable (communément appelée boîte de traitement), puis de la chauffer dans un four sous vide pour la braser.

Le brasage sous vide des joints en aluminium et en alliage d'aluminium permet d'obtenir des surfaces lisses, des joints de brasage denses et ne nécessite pas de nettoyage après le brasage.

Cependant, l'équipement de brasage sous vide est coûteux et les vapeurs de magnésium peuvent gravement contaminer le four, ce qui nécessite des nettoyages et des entretiens fréquents.

Lors du brasage de l'aluminium et des alliages d'aluminium dans une atmosphère neutre ou inerte, des activateurs ou des flux de magnésium peuvent être utilisés pour éliminer le film d'oxyde. Lors de l'utilisation d'activateurs au magnésium, la quantité de magnésium requise est beaucoup plus faible que pour le brasage sous vide, généralement de l'ordre de 0,2%-0,5% (en poids).

Une teneur en magnésium plus élevée peut en fait diminuer la qualité du joint. La méthode de brasage Nocolok, qui utilise des flux à base de fluor et une protection à l'azote gazeux, a été rapidement développée ces dernières années. Les résidus des flux à base de fluorure n'absorbent pas l'humidité et ne sont pas corrosifs pour l'aluminium.

Par conséquent, l'étape d'élimination des résidus de flux après le brasage peut être omise. Avec la protection de l'azote gazeux, une petite quantité de flux à base de fluorure peut être appliquée, et le matériau de brasage peut bien mouiller le matériau de base, ce qui permet d'obtenir des joints brasés de haute qualité. Cette méthode de brasage Nocolok a été largement utilisée dans la production par lots de composants tels que les radiateurs en aluminium.

Pour l'aluminium et les alliages d'aluminium brasés avec des flux autres que les flux à base de fluorure, les résidus du flux doivent être soigneusement éliminés après le brasage. Les résidus de flux organiques pour l'aluminium peuvent être lavés avec des solvants organiques tels que le méthanol ou le trichloréthylène, suivis d'une neutralisation avec une solution d'hydroxyde de sodium, et enfin rincés à l'eau chaude et froide.

Les résidus de flux à base de chlorure provenant du brasage fort de l'aluminium peuvent être éliminés par trempage dans de l'eau chaude à 60-80℃ pendant 10 minutes, en frottant soigneusement les résidus sur le joint brasé à l'aide d'une brosse, et en rinçant à l'eau froide. Tremper ensuite dans une solution d'acide nitrique 15% pendant 30 minutes et rincer à l'eau froide.