Brasagem de alumínio e ligas de alumínio: Explicação

1. Brazability

A capacidade de brasagem do alumínio e das ligas de alumínio é ruim, principalmente porque a película de óxido na superfície é difícil de remover. O alumínio tem uma forte afinidade com o oxigênio e forma facilmente uma película de óxido Al2O2 densa, estável e de alto ponto de fusão na superfície.

As ligas de alumínio contendo magnésio também formam um filme de óxido Mgo muito estável. Eles prejudicam seriamente a molhabilidade e o espalhamento da solda e são difíceis de remover. Somente com o uso de um fluxo adequado é possível remover o brasagem seja realizado.

Além disso, a dificuldade de operação da brasagem de alumínio e de ligas de alumínio é alta. O ponto de fusão do alumínio e da ligas de alumínio não é muito diferente do ponto de fusão da solda dura usada, e a faixa de temperatura disponível para brasagem é muito estreita.

O controle inadequado da temperatura pode facilmente causar superaquecimento ou até mesmo a fusão do material de base, dificultando o processo de brasagem. Algumas ligas de alumínio tratadas termicamente podem sofrer superenvelhecimento ou recozimento amolecimento devido ao aquecimento da brasagem, resultando em uma diminuição do desempenho da junta brasada.

Na brasagem por chama, não é fácil avaliar a temperatura devido à cor inalterada da liga de alumínio durante o aquecimento, o que também aumenta a exigência do nível de habilidade do operador.

Além disso, a resistência à corrosão das juntas soldadas de alumínio e liga de alumínio é facilmente afetada pela solda e pelo fluxo usados. O potencial do eletrodo do alumínio e das ligas de alumínio é muito diferente do potencial da solda, o que reduz a resistência à corrosão da junta, especialmente no caso de juntas soldadas macias.

Além disso, a maioria dos fluxos usados na brasagem de alumínio e ligas de alumínio é altamente corrosiva e, mesmo que sejam limpos após a brasagem, o impacto do fluxo na resistência à corrosão da junta não pode ser completamente eliminado.

2. Materiais de brasagem

(1) Solda:

A solda suave de alumínio e ligas de alumínio não é comumente usada porque a diferença na composição e no potencial do eletrodo entre a solda e o material de base na solda suave pode facilmente causar corrosão eletroquímica na junta.

As soldas à base de zinco e as soldas de estanho-chumbo são usadas principalmente para solda suave, que pode ser dividida em soldas suaves de baixa temperatura (150-260°C), soldas suaves de média temperatura (260-370°C) e soldas suaves de alta temperatura (370-430°C) de acordo com a faixa de temperatura de uso.

Quando a solda de estanho-chumbo é usada para brasagem e o cobre ou o níquel é pré-revestido na superfície de alumínioA corrosão na interface pode ser evitada, melhorando assim a resistência à corrosão da junta.

A solda dura de alumínio e ligas de alumínio é amplamente utilizada, como guias de filtro, evaporadores, dissipadores de calor e outros componentes.

Somente a solda à base de alumínio pode ser usada para solda dura de alumínio e ligas de alumínio, entre as quais a solda de alumínio-silício é a mais usada. A faixa de aplicação específica e a resistência ao cisalhamento das juntas soldadas são mostradas na Tabela 8 e na Tabela 9, respectivamente.

No entanto, o ponto de fusão dessas soldas é próximo ao do material de base, portanto, a temperatura de aquecimento deve ser controlada de forma rigorosa e precisa durante a brasagem para evitar o superaquecimento ou a fusão do material de base.

Tabela 8: Faixa aplicável de soldas duras para alumínio e ligas de alumínio

Tabela 9: Resistência ao cisalhamento de juntas de alumínio e liga de alumínio brasadas com solda de alumínio-silício

Os materiais de brasagem de alumínio-silício são normalmente fornecidos na forma de pó, pasta, fio ou folha. Em alguns casos, é usada uma placa composta de brasagem, que consiste em um núcleo de alumínio e um material de brasagem de alumínio-silício como camada de revestimento. Essa placa composta é produzida usando métodos hidráulicos e é comumente usada como componente de montagens soldadas.

Durante a brasagem, o material de brasagem na placa composta derrete e flui para preencher as lacunas da junta, auxiliado pela ação capilar e pela gravidade.

(2) Fluxo e gás de proteção são comumente usados na brasagem suave de alumínio e ligas de alumínio.

A brasagem de alumínio e ligas de alumínio geralmente requer o uso de fluxos especializados para remover as películas de óxido. Os fluxos orgânicos à base de trietanolamina, como o FS204, são usados com ligas de brasagem de baixa temperatura.

Esses fluxos têm a vantagem de causar corrosão mínima no material de base, mas geram uma grande quantidade de gás durante o fluxo, o que pode afetar a umectação e o preenchimento do material de brasagem.

Os fluxos reativos baseados em cloreto de zinco, como o FS203 e o FS220A, são usados com ligas de brasagem de média e alta temperatura. Os fluxos reativos têm fortes propriedades corrosivas, e seus resíduos devem ser cuidadosamente limpos após a brasagem.

A brasagem dura de alumínio e ligas de alumínio ainda depende da remoção do fluxo. Os fluxos de brasagem usados incluem fluxos à base de cloreto e fluxos à base de flúor. Os fluxos à base de cloreto têm forte capacidade de desoxidação e boa fluidez, mas têm um efeito corrosivo significativo no material de base, portanto, seus resíduos devem ser completamente removidos após a brasagem.

Os fluxos à base de flúor são um novo tipo de fluxo com bons efeitos desoxidantes e sem efeito corrosivo no material de base. No entanto, eles têm um alto ponto de fusão e baixa estabilidade térmica, e só podem ser usados em combinação com materiais de brasagem de alumínio-silício.

Quando for difícil brasagem de alumínio e ligas de alumínio, atmosferas de vácuo, neutras ou inertes são comumente usadas. Na brasagem a vácuo, o nível de vácuo geralmente deve atingir a ordem de 10-3 Pa. Ao usar nitrogênio ou argônio como proteção, é necessário ter alta pureza e baixo ponto de orvalho, abaixo de -40 ℃.

3. Técnicas de brasagem

A brasagem de alumínio e ligas de alumínio exige alta limpeza da superfície da peça. Para obter boa qualidade, o óleo da superfície e as películas de óxido devem ser removidos antes da brasagem. O óleo da superfície pode ser removido por meio de lavagem com carbonato de sódio (Na₂CO₃) a uma temperatura de 60-70 ℃ por 5 a 10 minutos, seguido de enxágue com água limpa.

Os filmes de óxido da superfície podem ser removidos por imersão em uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) a uma temperatura de 20-40°C por 2-4 minutos, seguida de enxágue com água quente.

Depois de remover o óleo da superfície e as películas de óxido, a peça de trabalho deve ser tratada com ácido nítrico (HNO₃) por 2 a 5 minutos, enxaguada em água corrente e seca ao ar. Após esses tratamentos, a peça de trabalho não deve ser tocada com as mãos ou contaminada com outras sujeiras, e a brasagem deve ser realizada dentro de 6 a 8 horas, de preferência imediatamente, se possível.

Os métodos de brasagem suave para alumínio e ligas de alumínio incluem principalmente brasagem por chama, brasagem por ferro de solda e brasagem em forno. Esses métodos geralmente usam fluxo e têm requisitos rigorosos de temperatura de aquecimento e tempo de espera.

Na brasagem com chama e com ferro de solda, o aquecimento direto do fluxo deve ser evitado para impedir o superaquecimento e a falha do fluxo. Como o alumínio pode se dissolver na solda com alto teor de zinco, o aquecimento deve ser interrompido assim que a junta for formada para evitar a dissolução do material de base.

Em alguns casos, a brasagem suave de alumínio e ligas de alumínio é realizada sem fluxo, usando métodos ultrassônicos ou de fricção para a remoção do filme de óxido. Ao usar a remoção por fricção para brasagem, a peça de trabalho é primeiramente aquecida até a temperatura de brasagem e, em seguida, a extremidade da haste de brasagem (ou ferramenta de fricção) é usada para raspar a área de brasagem da peça de trabalho. Isso quebra a película de óxido da superfície e permite que o material de brasagem derreta e molhe o material de base.

Os métodos de brasagem dura para alumínio e ligas de alumínio incluem brasagem por chama, brasagem em forno, brasagem por imersão, brasagem a vácuo e brasagem com proteção gasosa. A brasagem por chama é comumente usada para peças de pequeno porte e produção de peça única.

Para evitar que as impurezas do gás acetileno entrem em contato com o fluxo e causem falhas no fluxo, é recomendável usar uma chama de ar comprimido com gasolina e reduzir ligeiramente a chama para evitar a oxidação do material de base.

Em processos de brasagem específicos, o fluxo e o material de brasagem podem ser pré-colocados na junta e aquecidos junto com a peça de trabalho, ou a peça de trabalho pode ser aquecida primeiro até a temperatura de brasagem e, em seguida, o material de brasagem com fluxo pode ser aplicado à área de brasagem.

Quando o fluxo e o material de brasagem estiverem derretidos e a junta de brasagem estiver preenchida uniformemente, a chama de aquecimento poderá ser removida gradualmente.

Na brasagem em forno a ar de alumínio e ligas de alumínio, o material de brasagem deve ser pré-carregado e o fluxo deve ser derretido em água destilada para formar uma solução concentrada com uma concentração de 50%-75%.

Essa solução pode então ser aplicada ou borrifada na superfície de brasagem, ou uma quantidade adequada de fluxo em pó pode ser aplicada ao material e à superfície de brasagem. A peça de trabalho montada é então colocada no forno para aquecimento e brasagem. Para evitar o superaquecimento ou até mesmo a fusão do material de base, a temperatura de aquecimento deve ser rigorosamente controlada.

A brasagem por imersão de alumínio e ligas de alumínio normalmente usa materiais de brasagem em pasta ou em folha. A peça de trabalho montada é pré-aquecida a uma temperatura próxima à temperatura de brasagem antes de ser mergulhada no fluxo para brasagem.

Durante a brasagem, a temperatura e o tempo de brasagem devem ser rigorosamente controlados. Se a temperatura for muito alta, o material de base estará sujeito à dissolução e o material de brasagem estará sujeito à perda.

Se a temperatura for muito baixa, o material de brasagem pode não derreter adequadamente, resultando em um índice de brasagem menor.

A temperatura de brasagem deve ser determinada com base no tipo e no tamanho do material de base, na composição e no ponto de fusão do material de brasagem e em outros fatores específicos, geralmente variando entre a temperatura liquidus do material de brasagem e a temperatura solidus do material de base.

O tempo de imersão da peça de trabalho no banho de fluxo deve garantir que o material de brasagem seja totalmente derretido e flua. O tempo não deve ser muito longo, pois o elemento de silício no material de brasagem pode se difundir no metal de base, causando fragilização nas proximidades da junta.

A brasagem a vácuo de alumínio e ligas de alumínio geralmente usa ativadores de metal para transformar a película de óxido da superfície do alumínio, garantindo a umectação e o espalhamento do material de brasagem.

O magnésio pode ser colocado diretamente sobre a peça de trabalho na forma granular, introduzido como vapor na zona de brasagem ou adicionado como elemento de liga ao material de brasagem de alumínio-silício.

No caso de estruturas complexas, para garantir o efeito total do vapor de magnésio no material de base e melhorar a qualidade da brasagem, muitas vezes são tomadas medidas de proteção local.

Isso envolve colocar a peça de trabalho em uma caixa de aço inoxidável (comumente conhecida como caixa de processo) e, em seguida, aquecê-la em um forno a vácuo para brasagem.

A brasagem a vácuo de juntas de alumínio e ligas de alumínio produz superfícies lisas, costuras de brasagem densas e não há necessidade de limpeza após a brasagem.

No entanto, o equipamento de brasagem a vácuo é caro, e o vapor de magnésio pode contaminar gravemente o forno, exigindo limpeza e manutenção frequentes.

Na brasagem de alumínio e ligas de alumínio em uma atmosfera neutra ou inerte, os ativadores ou fluxos de magnésio podem ser usados para a remoção da película de óxido. Ao usar ativadores de magnésio, a quantidade necessária de magnésio é muito menor em comparação com a brasagem a vácuo, geralmente em torno de 0,2%-0,5% (por peso).

Um teor mais alto de magnésio pode, na verdade, diminuir a qualidade da junta. O método de brasagem Nocolok, que usa fluxo à base de flúor e proteção com gás nitrogênio, foi desenvolvido rapidamente nos últimos anos. Os resíduos dos fluxos à base de flúor não absorvem umidade e não são corrosivos para o alumínio.

Portanto, a etapa de remoção dos resíduos de fluxo após a brasagem pode ser omitida. Com a proteção do gás nitrogênio, uma pequena quantidade de fluxo à base de flúor pode ser aplicada, e o material de brasagem pode molhar bem o material de base, resultando em juntas soldadas de alta qualidade. Esse método de brasagem Nocolok tem sido amplamente utilizado na produção em lote de componentes como radiadores de alumínio.

Para alumínio e ligas de alumínio brasados com fluxos que não sejam à base de flúor, os resíduos do fluxo devem ser completamente removidos após a brasagem. Os resíduos de fluxos orgânicos para alumínio podem ser lavados com solventes orgânicos, como metanol ou tricloroetileno, seguidos de neutralização com solução de água de hidróxido de sódio e, por fim, enxaguados com água quente e fria.

Os resíduos de fluxo à base de cloreto da brasagem dura de alumínio podem ser removidos por meio de imersão em água quente a 60-80°C por 10 minutos, esfregando cuidadosamente os resíduos na costura brasada com uma escova e enxaguando com água fria. Em seguida, deixe de molho em uma solução de água com ácido nítrico 15% por 30 minutos e enxágue com água fria.