Solderen van aluminium en aluminiumlegeringen: Uitleg

Waarom is aluminium hardsolderen zo'n uitdaging? In dit artikel duiken we in de fijne kneepjes van het hardsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen, waarbij we de moeilijkheden van oxidelagen, temperatuurregeling en corrosiebestendigheid behandelen. Ontdek de specifieke materialen en technieken die gebruikt worden om succesvol te hardsolderen en leer hoe je veelvoorkomende obstakels in dit essentiële metaalbewerkingsproces kunt overwinnen. Of je nu een doorgewinterde professional bent of voor het eerst gaat hardsolderen, deze gids biedt waardevolle inzichten om je begrip en vaardigheden te verbeteren.

Solderen van aluminium en aluminiumlegeringen

Inhoudsopgave

1. Brazability

De soldeerbaarheid van aluminium en aluminiumlegeringen is slecht, voornamelijk omdat de oxidelaag op het oppervlak moeilijk te verwijderen is. Aluminium heeft een sterke affiniteit voor zuurstof en vormt gemakkelijk een dichte, stabiele oxidelaag Al2O2 met een hoog smeltpunt op het oppervlak.

Magnesiumhoudende aluminiumlegeringen vormen ook een zeer stabiele oxidelaag Mgo. Deze vormen een ernstige belemmering voor de bevochtigbaarheid en de verspreiding van het soldeer en zijn moeilijk te verwijderen. Alleen met een geschikt vloeimiddel kan de hardsolderen proces worden uitgevoerd.

Bovendien is de moeilijkheidsgraad van het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen hoog. Het smeltpunt van aluminium en aluminiumlegeringen niet veel verschilt van het smeltpunt van het gebruikte harde soldeer en het beschikbare temperatuurbereik voor hardsolderen erg smal is.

Een onjuiste temperatuurregeling kan gemakkelijk oververhitting of zelfs smelten van het basismateriaal veroorzaken, waardoor het hardsoldeerproces wordt bemoeilijkt. Sommige warmtebehandelde aluminiumlegeringen kunnen oververoudering of gloeien verweking door verhitting van de hardsoldeerverbinding, waardoor de prestaties van de hardsoldeerverbinding afnemen.

Bij vlamhardsolderen is het niet eenvoudig om de temperatuur te beoordelen vanwege de onveranderlijke kleur van de aluminiumlegering tijdens het verhitten, waardoor het vaardigheidsniveau van de operator ook hoger wordt.

Bovendien wordt de corrosieweerstand van aluminium en aluminiumlegeringen gesoldeerde verbindingen gemakkelijk beïnvloed door het gebruikte soldeer en vloeimiddel. Het elektrodepotentiaal van aluminium en aluminiumlegeringen verschilt sterk van dat van het soldeer, waardoor de corrosieweerstand van de verbinding afneemt, vooral bij zacht gesoldeerde verbindingen.

Bovendien zijn de meeste vloeimiddelen die worden gebruikt bij het hardsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen zeer corrosief en zelfs als ze na het hardsolderen worden gereinigd, kan de invloed van de vloeimiddelen op de corrosieweerstand van de verbinding niet volledig worden geëlimineerd.

2. Soldeermaterialen

(1) Soldeer:

Zachtsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen wordt niet vaak gebruikt omdat het verschil in samenstelling en elektrodepotentiaal tussen het soldeer en het basismateriaal bij zachtsolderen gemakkelijk elektrochemische corrosie in de verbinding kan veroorzaken.

Soldeer op zinkbasis en tin-loodsoldeer worden hoofdzakelijk gebruikt voor zacht solderen, dat kan worden onderverdeeld in zacht soldeer met een lage temperatuur (150-260 °C), zacht soldeer met een gemiddelde temperatuur (260-370 °C) en zacht soldeer met een hoge temperatuur (370-430 °C), afhankelijk van het temperatuurbereik.

Wanneer tin-loodsoldeer wordt gebruikt voor hardsolderen en koper of nikkel is voorgeplateerd op de aluminium oppervlakkan corrosie bij de interface worden voorkomen, waardoor de corrosieweerstand van de verbinding wordt verbeterd.

Hard solderen van aluminium en aluminiumlegeringen wordt veel gebruikt, zoals filtergeleiders, verdampers, koellichamen en andere componenten.

Alleen soldeer op aluminiumbasis kan worden gebruikt voor het hard solderen van aluminium en aluminiumlegeringen, waarbij aluminium-siliciumsoldeer het meest wordt gebruikt. Het specifieke toepassingsgebied en de afschuifsterkte van de soldeerverbindingen worden respectievelijk weergegeven in tabel 8 en tabel 9.

Het smeltpunt van deze soldeersels ligt echter dicht bij dat van het basismateriaal, dus de verwarmingstemperatuur moet strikt en nauwkeurig geregeld worden tijdens het solderen om oververhitting of smelten van het basismateriaal te voorkomen.

Tabel 8: Toepasbaar bereik van hardsoldeer voor aluminium en aluminiumlegeringen

Soldeermateriaal kwaliteitSoldeertemperatuur
/℃
SoldeermethodenAluminium en aluminiumlegeringen geschikt voor hardsolderen
B-Al92Si599~621Dompelen, Oven1060-8A06,3A21
B-Al90Si588~604Dompelen, Oven1060-8A06, 3A21
B-Al88Si582~604Dip, oven, vlam1060-8A06, 3A21,1F1,LF2,6A02
B-Al86SiCu585~604Dip, oven, vlam1060-8A06,3A21,1F1,5A02,6A02
B-Al76SiZnCu562~582Vlam, Oven1080-8A06,3A21,LF1,5A02,6A02
B-Al67CuSi555~576Vlam1060-8A06,3A21,LF1,5A02,6A02,2A50,2L102,ZL202
B-Al90SiMg599~621Vacuüm1060-8A06、3A21
B-Al88SiMg588~604Vacuüm1060-8A06,3A21,6A02
B-Al86SiMg582~604Vacuüm1060-8A06,3A21,6A02

Tabel 9: Afschuifsterkte van aluminium en aluminiumlegeringverbindingen gesoldeerd met aluminium-siliciumsoldeer

Soldeermateriaal kwaliteitTreksterkte
/MPa
Zuiver aluminium3A213A12
B-A188Si59~7898~118
B-A167CuSi59~7888~108118~196
B-A186SiCu59~7898~118
B-A176Si ZnCu59~7898~118

Aluminium-silicium hardsoldeermaterialen worden meestal geleverd in de vorm van poeder, pasta, draad of folie. In sommige gevallen wordt een hardsoldeerplaat gebruikt die bestaat uit een aluminium kern en een aluminium-silicium hardsoldeermateriaal als bekledingslaag. Deze samengestelde plaat wordt hydraulisch geproduceerd en wordt vaak gebruikt als onderdeel van gesoldeerde assemblages.

Tijdens het hardsolderen smelt het hardsoldeermateriaal op de samengestelde plaat en vloeit het om de verbindingsleemtes op te vullen, geholpen door capillaire werking en zwaartekracht.

(2) Flux en schermgas worden vaak gebruikt bij zacht hardsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen.

Voor het hardsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen zijn vaak speciale vloeimiddelen nodig om oxidelagen te verwijderen. Organische vloeimiddelen op basis van triëthanolamine, zoals FS204, worden gebruikt bij lage temperatuur hardsoldeerlegeringen.

Deze fluxen hebben het voordeel van minimale corrosie op het basismateriaal, maar ze genereren een grote hoeveelheid gas tijdens het fluxen, wat het bevochtigen en vullen van het hardsoldeermateriaal kan beïnvloeden.

Reactieve vloeimiddelen op basis van zinkchloride, zoals FS203 en FS220A, worden gebruikt met soldeerlegeringen voor gemiddelde en hoge temperaturen. Reactieve vloeimiddelen hebben sterke corrosieve eigenschappen en de resten ervan moeten na het hardsolderen grondig worden gereinigd.

Hard hardsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen is nog steeds afhankelijk van het verwijderen van vloeimiddelen. De gebruikte hardsoldeerfluxen omvatten fluxen op basis van chloride en fluoride. Fluxen op basis van chloride hebben een sterk desoxidatievermogen en een goede vloeibaarheid, maar hebben een aanzienlijk corrosief effect op het basismateriaal, dus hun residuen moeten na het hardsolderen volledig worden verwijderd.

Vloeimiddelen op basis van fluoride zijn een nieuw type vloeimiddel met goede desoxiderende effecten en geen corrosief effect op het basismateriaal. Ze hebben echter een hoog smeltpunt en een slechte thermische stabiliteit en kunnen alleen worden gebruikt in combinatie met aluminium-silicium hardsoldeermaterialen.

Wanneer hard aluminium solderen en aluminiumlegeringen worden vaak vacuüm-, neutrale of inerte atmosferen gebruikt. Bij vacuümsolderen moet het vacuümniveau over het algemeen ongeveer 10-3 Pa bedragen. Bij gebruik van stikstof of argon als afscherming zijn een hoge zuiverheidsgraad en een laag dauwpunt onder -40℃ vereist.

3. Soldeertechnieken

Hardsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen vereist een hoge reinheid van het werkstukoppervlak. Om een goede kwaliteit te bereiken, moeten de oppervlakteolie en oxidelagen verwijderd worden voor het hardsolderen. Oppervlakteolie kan verwijderd worden door te wassen met natriumcarbonaat (Na2CO3) wateroplossing bij een temperatuur van 60-70℃ gedurende 5-10 minuten, gevolgd door spoelen met schoon water.

Oppervlakteoxidefilms kunnen worden verwijderd door onderdompeling in een natriumhydroxide (NaOH) wateroplossing bij een temperatuur van 20-40℃ gedurende 2-4 minuten, gevolgd door spoelen met heet water.

Na het verwijderen van oppervlakteolie en oxidelagen moet het werkstuk worden behandeld met salpeterzuur (HNO3) wateroplossing gedurende 2-5 minuten, afgespoeld in stromend water en aan de lucht gedroogd. Na deze behandelingen mag het werkstuk niet met de hand worden aangeraakt of worden verontreinigd met ander vuil en moet het hardsolderen binnen 6-8 uur worden uitgevoerd, bij voorkeur onmiddellijk indien mogelijk.

Zachte hardsoldeermethoden voor aluminium en aluminiumlegeringen zijn voornamelijk vlamhardsolderen, soldeerbouthardsolderen en hardsolderen in een oven. Deze methoden gebruiken over het algemeen vloeimiddel en hebben strenge eisen wat betreft de verhittingstemperatuur en wachttijd.

Bij solderen met vlam en soldeerbout moet directe verhitting van het vloeimiddel worden vermeden om oververhitting en falen van het vloeimiddel te voorkomen. Aangezien aluminium kan oplossen in soldeer met een hoog zinkgehalte, moet het verhitten worden gestopt zodra de verbinding is gevormd om oplossing van het basismateriaal te voorkomen.

In sommige gevallen wordt zacht hardsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen uitgevoerd zonder vloeimiddel, waarbij ultrasone of wrijvingsmethoden worden gebruikt voor het verwijderen van de oxidelaag. Bij gebruik van wrijvingsverwijdering voor hardsolderen wordt het werkstuk eerst verhit tot de hardsoldeertemperatuur en dan wordt het uiteinde van de hardsoldeerstaaf (of wrijvingsgereedschap) gebruikt om het hardsoldeeroppervlak van het werkstuk af te schrapen. Hierdoor wordt de oxidelaag aan het oppervlak gebroken en kan het hardsoldeermateriaal smelten en het basismateriaal bevochtigen.

Hardhardsoldeermethodes voor aluminium en aluminiumlegeringen zijn vlamhardsolderen, hardsolderen in een oven, dipsolderen, vacuümsolderen en gasbeschermd hardsolderen. Vlamhardsolderen wordt vaak gebruikt voor kleine werkstukken en productie uit één stuk.

Om te voorkomen dat de onzuiverheden in het acetyleengas in contact komen met de flux en defecten aan de flux veroorzaken, is het raadzaam om een vlam met gecomprimeerde benzinelucht te gebruiken en de vlam licht reducerend te maken om oxidatie van het basismateriaal te voorkomen.

In specifieke hardsoldeerprocessen kunnen de flux en het hardsoldeermateriaal vooraf op de verbinding worden aangebracht en samen met het werkstuk worden verhit, of kan het werkstuk eerst worden verhit tot de hardsoldeertemperatuur en vervolgens kan het hardsoldeermateriaal met flux worden aangebracht op het hardsoldeergebied.

Zodra de flux en het hardsoldeermateriaal gesmolten zijn en de soldeerverbinding gelijkmatig gevuld is, kan de verhittingsvlam geleidelijk worden verwijderd.

Bij het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen in een luchtoven moet het soldeermateriaal vooraf worden geladen en moet de flux worden gesmolten in gedestilleerd water om een geconcentreerde oplossing te vormen met een concentratie van 50%-75%.

Deze oplossing kan dan op het hardsoldeeroppervlak worden aangebracht of gespoten, of er kan een geschikte hoeveelheid poedervloeimiddel op het hardsoldeermateriaal en het oppervlak worden aangebracht. Het geassembleerde werkstuk wordt dan in de oven geplaatst om te verhitten en te hardsolderen. Om oververhitting of zelfs smelten van het basismateriaal te voorkomen, moet de verwarmingstemperatuur strikt worden geregeld.

Bij het dompelsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen wordt meestal gebruik gemaakt van hardsoldeermiddelen op basis van pasta of folie. Het geassembleerde werkstuk wordt voorverwarmd tot een temperatuur in de buurt van de hardsoldeertemperatuur voordat het in het hardsoldeermiddel wordt gedompeld.

Tijdens het hardsolderen moeten de hardsoldeertemperatuur en -tijd strikt gecontroleerd worden. Als de temperatuur te hoog is, kan het basismateriaal oplossen en kan het hardsoldeermateriaal verloren gaan.

Als de temperatuur te laag is, kan het hardsoldeermateriaal onvoldoende smelten, wat resulteert in een lagere hardsoldeersnelheid.

De hardsoldeertemperatuur moet worden bepaald op basis van het type en de grootte van het basismateriaal, de samenstelling en het smeltpunt van het hardsoldeermateriaal en andere specifieke factoren, over het algemeen variërend tussen de liquidustemperatuur van het hardsoldeermateriaal en de solidustemperatuur van het basismateriaal.

De dompeltijd van het werkstuk in het vloeimiddelbad moet ervoor zorgen dat het hardsoldeermateriaal volledig gesmolten is en vloeit. De tijd mag niet te lang zijn, omdat het siliciumelement in het hardsoldeermateriaal in het basismetaal kan diffunderen, wat verbrossing kan veroorzaken in de buurt van de verbinding.

Bij vacuümsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen worden vaak metaalactivators gebruikt om de oppervlakteoxidelaag van aluminium te transformeren, zodat het soldeermateriaal bevochtigd en verspreid wordt.

Magnesium kan rechtstreeks in korrelvorm op het werkstuk worden geplaatst, als damp in de hardsoldeerzone worden gebracht of als legeringselement aan het aluminium-silicium hardsoldeermateriaal worden toegevoegd.

Voor complexe structuren worden vaak lokale afschermingsmaatregelen genomen om het volledige effect van magnesiumdamp op het basismateriaal te garanderen en de kwaliteit van het hardsolderen te verbeteren.

Hierbij wordt het werkstuk in een roestvaststalen doos (ook wel procesdoos genoemd) geplaatst en vervolgens in een vacuümoven verhit om te hardsolderen.

Vacuümsolderen van verbindingen van aluminium en aluminiumlegeringen produceert gladde oppervlakken, dichte hardsoldeernaden en schoonmaken na het hardsolderen is niet nodig.

Vacuümsoldeerapparatuur is echter duur en magnesiumdamp kan de oven ernstig vervuilen, waardoor regelmatige reiniging en onderhoud nodig zijn.

Bij het hardsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen in een neutrale of inerte atmosfeer kunnen magnesiumactivators of vloeimiddelen worden gebruikt voor het verwijderen van de oxidelaag. Bij gebruik van magnesiumactivators is de benodigde hoeveelheid magnesium veel lager dan bij vacuümsolderen, over het algemeen ongeveer 0,2%-0,5% (in gewicht).

Een hoger magnesiumgehalte kan de kwaliteit van de verbinding zelfs verminderen. De Nocolok hardsoldeermethode, die fluoridegebaseerde flux en stikstofgasbescherming gebruikt, is de laatste jaren snel ontwikkeld. De residuen van fluoride gebaseerde fluxen absorberen geen vocht en zijn niet corrosief voor aluminium.

Daarom kan de stap van het verwijderen van vloeimiddelresten na het hardsolderen achterwege blijven. Met stikstofgasbescherming kan een kleine hoeveelheid flux op fluoridebasis worden aangebracht en kan het hardsoldeermateriaal het basismateriaal goed bevochtigen, wat resulteert in gesoldeerde verbindingen van hoge kwaliteit. Deze Nocolok-hardsoldeermethode wordt veel gebruikt bij de serieproductie van onderdelen zoals aluminium radiatoren.

Voor aluminium en aluminiumlegeringen die met andere vloeimiddelen dan vloeimiddelen op fluoridebasis zijn gesoldeerd, moeten de vloeimiddelresten na het solderen grondig worden verwijderd. Resten van organische fluxen voor aluminium kunnen worden gewassen met organische oplosmiddelen zoals methanol of trichloorethyleen, gevolgd door neutralisatie met een natriumhydroxide wateroplossing en ten slotte worden afgespoeld met warm en koud water.

Fluxresten op chloridebasis van hard hardsolderen van aluminium kunnen worden verwijderd door ze 10 minuten in heet water van 60-80℃ te laten weken, de resten op de gesoldeerde naad voorzichtig met een borstel af te schrobben en af te spoelen met koud water. Daarna 30 minuten weken in een salpeterzuuroplossing van 15% en naspoelen met koud water.

Vergeet niet: sharing is caring! : )
Shane
Auteur

Shane

Oprichter van MachineMFG

Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.

Dit vind je misschien ook leuk
We hebben ze speciaal voor jou uitgezocht. Lees verder en kom meer te weten!

Aluminium hardsolderen: De basis die u moet weten

Heb je je ooit afgevraagd waarom aluminium hardsolderen cruciaal is in de moderne productie? Dit artikel duikt in het ingewikkelde proces van aluminium hardsolderen en onderzoekt de methoden, voordelen en uitdagingen. Van de basis van...

Kopersolderen: De basis die u moet weten

Heb je je ooit afgevraagd waarom koper en koperlegeringen zo belangrijk zijn in ons dagelijks leven? Dit artikel onderzoekt de fascinerende eigenschappen van koper, van zijn ongelooflijke elektrische geleidbaarheid tot...

Solderen 101: alles wat je moet weten voor beginners

Heb je je ooit afgevraagd wat de wetenschap is achter het verbinden van metalen zonder ze te smelten? Hardsolderen is een fascinerend proces dat metalen verbindt met behulp van een vulmateriaal dat tot een specifieke temperatuur wordt verhit...

6 Basisprincipes van solderen met gecementeerd hardmetaal

Waarom is het hardsolderen van gecementeerd carbide zo'n uitdaging? Dit artikel behandelt de basisprincipes van het hardsolderen van dit ongelofelijk harde materiaal en beschrijft de processen, materialen en technieken die nodig zijn om sterke,...
Uitleg over hardsolderen van legeringen voor hoge temperaturen

Solderen van legeringen op hoge temperatuur: Uitleg

Heb je je ooit afgevraagd hoe hogetemperatuurlegeringen worden verbonden zonder hun sterkte aan te tasten? Dit artikel gaat in op het hardsoldeerproces voor hoge-temperatuurlegeringen op basis van nikkel, ijzer en kobalt. Leer hoe...

Aluminium staal lassen met laser: 4 deskundige lasmethoden

Hoe kunnen we aluminium en staal met elkaar verbinden, twee metalen met enorm verschillende eigenschappen, zonder de structurele integriteit aan te tasten? Dit artikel gaat in op geavanceerde laserlastechnieken om deze uitdaging aan te gaan,...
Nabehandeling van aluminium en aluminiumlegeringen na het lassen

Nabehandeling van aluminium en aluminiumlegeringen na het lassen

Waarom is een nabehandeling cruciaal voor aluminiumlegeringen? Dit proces is van vitaal belang voor het verwijderen van residu's, het verbeteren van de oppervlaktekwaliteit en het verbeteren van de structurele integriteit van lasverbindingen. Door de stappen te begrijpen...
Lassen van aluminium en aluminiumlegeringen

Lassen van aluminium en aluminiumlegeringen: Uitleg

Waarom wordt het lassen van aluminium beschouwd als een van de meest uitdagende taken in de metaalbewerking? De unieke eigenschappen van aluminium - zoals de hoge thermische geleidbaarheid, de gevoeligheid voor oxidatie en de neiging tot warmscheuren - vereisen specifieke technieken en...
MachineMFG
Til uw bedrijf naar een hoger niveau
Abonneer je op onze nieuwsbrief
Het laatste nieuws, artikelen en bronnen, wekelijks naar je inbox gestuurd.
© 2024. Alle rechten voorbehouden.

Neem contact met ons op

Je krijgt binnen 24 uur antwoord van ons.