La soldabilidad del aluminio y las aleaciones de aluminio es deficiente, principalmente porque la película de óxido de la superficie es difícil de eliminar. El aluminio tiene una gran afinidad por el oxígeno y forma fácilmente una película de óxido Al2O2 densa, estable y de alto punto de fusión en la superficie.
Las aleaciones de aluminio que contienen magnesio también forman películas de óxido Mgo muy estables. Dificultan seriamente la humectabilidad y el esparcimiento de la soldadura y son difíciles de eliminar. Sólo mediante el uso de fundentes adecuados se puede soldadura proceso se lleve a cabo.
Además, la dificultad de operación de la soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio es alta. El punto de fusión del aluminio y aleaciones de aluminio no difiere mucho del punto de fusión de la soldadura dura utilizada, y el intervalo de temperatura disponible para la soldadura fuerte es muy estrecho.
Un control inadecuado de la temperatura puede provocar fácilmente el sobrecalentamiento o incluso la fusión del material base, dificultando el proceso de soldadura fuerte. Algunas aleaciones de aluminio tratadas térmicamente pueden sufrir sobreenvejecimiento o recocido reblandecimiento debido al calentamiento de la soldadura fuerte, lo que provoca una disminución del rendimiento de la unión soldada.
Al soldar con llama, no es fácil juzgar la temperatura debido al color inalterado de la aleación de aluminio durante el calentamiento, lo que también aumenta el requisito de nivel de habilidad del operario.
Además, la resistencia a la corrosión de las uniones soldadas de aluminio y aleaciones de aluminio se ve afectada fácilmente por la soldadura y el fundente utilizados. El potencial de electrodo del aluminio y las aleaciones de aluminio difiere mucho del de la soldadura, lo que reduce la resistencia a la corrosión de la unión, especialmente en el caso de las uniones soldadas blandas.
Además, la mayoría de los fundentes utilizados en la soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio son altamente corrosivos, e incluso si se limpian después de la soldadura fuerte, el impacto del fundente en la resistencia a la corrosión de la unión no puede eliminarse por completo.
(1) Soldadura:
La soldadura blanda de aluminio y aleaciones de aluminio no se utiliza habitualmente porque la diferencia de composición y potencial del electrodo entre la soldadura y el material base en la soldadura blanda puede provocar fácilmente corrosión electroquímica en la unión.
Las soldaduras a base de zinc y las soldaduras de estaño-plomo se utilizan principalmente para soldaduras blandas, que pueden dividirse en soldaduras blandas de baja temperatura (150-260°C), soldaduras blandas de media temperatura (260-370°C) y soldaduras blandas de alta temperatura (370-430°C) según el rango de temperatura de uso.
Cuando se utiliza soldadura de estaño-plomo para soldar y se aplica cobre o níquel previamente a la soldadura. superficie de aluminioLa corrosión en la interfaz puede evitarse, mejorando así la resistencia a la corrosión de la junta.
La soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio se utiliza ampliamente, como guías de filtros, evaporadores, disipadores de calor y otros componentes.
Para la soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio sólo pueden utilizarse soldaduras con base de aluminio, entre las que la soldadura de aluminio-silicio es la más utilizada. El rango específico de aplicación y la resistencia al cizallamiento de las uniones soldadas se muestran en la Tabla 8 y la Tabla 9, respectivamente.
Sin embargo, el punto de fusión de estas soldaduras es próximo al del material base, por lo que la temperatura de calentamiento debe controlarse estrictamente y con precisión durante la soldadura fuerte para evitar el sobrecalentamiento o la fusión del material base.
Tabla 8: Gama aplicable de soldaduras duras para aluminio y aleaciones de aluminio
| Grado del material de soldadura | Temperatura de soldadura /℃ | Métodos de soldadura fuerte | Aluminio y aleaciones de aluminio aptos para soldadura fuerte |
| B-Al92Si | 599~621 | Inmersión, horno | 1060-8A06,3A21 |
| B-Al90Si | 588~604 | Inmersión, horno | 1060-8A06, 3A21 |
| B-Al88Si | 582~604 | Inmersión, horno, llama | 1060-8A06, 3A21,1F1，LF2,6A02 |
| B-Al86SiCu | 585～604 | Inmersión, horno, llama | 1060-8A06,3A21,1F1,5A02,6A02 |
| B-Al76SiZnCu | 562~582 | Llama, Horno | 1080-8A06,3A21，LF1,5A02,6A02 |
| B-Al67CuSi | 555~576 | Llama | 1060-8A06,3A21,LF1,5A02,6A02,2A50,2L102,ZL202 |
| B-Al90SiMg | 599~621 | Vacío | 1060-8A06、3A21 |
| B-Al88SiMg | 588~604 | Vacío | 1060-8A06,3A21,6A02 |
| B-Al86SiMg | 582~604 | Vacío | 1060-8A06,3A21,6A02 |
Tabla 9: Resistencia al cizallamiento de las uniones de aluminio y aleaciones de aluminio soldadas con soldadura de aluminio-silicio
| Grado del material de soldadura | Resistencia a la tracción /MPa | ||
| Aluminio puro | 3A21 | 3A12 | |
| B-A188Si | 59~78 | 98~118 | – |
| B-A167CuSi | 59~78 | 88~108 | 118~196 |
| B-A186SiCu | 59~78 | 98~118 | – |
| B-A176Si ZnCu | 59~78 | 98~118 | – |
Los materiales de soldadura fuerte de aluminio-silicio se suministran normalmente en forma de polvo, pasta, alambre o lámina. En algunos casos, se utiliza una placa compuesta de soldadura fuerte, que consiste en un núcleo de aluminio y un material de soldadura fuerte de aluminio-silicio como capa de revestimiento. Esta placa compuesta se fabrica mediante métodos hidráulicos y suele utilizarse como componente de conjuntos soldados.
Durante la soldadura, el material de soldadura de la placa de material compuesto se funde y fluye para rellenar los huecos de la junta, ayudado por la acción capilar y la gravedad.
(2) Flujo y gas protector se utilizan habitualmente en la soldadura blanda de aluminio y aleaciones de aluminio.
La soldadura fuerte de aluminio y aleaciones de aluminio suele requerir el uso de fundentes especializados para eliminar las películas de óxido. Los fundentes orgánicos basados en trietanolamina, como FS204, se utilizan con aleaciones de soldadura fuerte a baja temperatura.
Estos fundentes tienen la ventaja de una corrosión mínima en el material base, pero generan una gran cantidad de gas durante el fundido, lo que puede afectar a la humectación y el llenado del material de soldadura fuerte.
Los fundentes reactivos a base de cloruro de zinc, como FS203 y FS220A, se utilizan con aleaciones de soldadura fuerte de media y alta temperatura. Los fundentes reactivos tienen fuertes propiedades corrosivas, y sus residuos deben limpiarse a fondo después de la soldadura fuerte.
La soldadura fuerte del aluminio y sus aleaciones sigue dependiendo de la eliminación de fundentes. Los fundentes utilizados para la soldadura fuerte son los fundentes a base de cloruro y los fundentes a base de flúor. Los fundentes a base de cloruro tienen una gran capacidad de desoxidación y buena fluidez, pero tienen un importante efecto corrosivo sobre el material base, por lo que sus residuos deben eliminarse completamente después de la soldadura fuerte.
Los fundentes a base de fluoruro son un nuevo tipo de fundente con buenos efectos desoxidantes y ningún efecto corrosivo sobre el material base. Sin embargo, tienen un punto de fusión elevado y poca estabilidad térmica, y sólo pueden utilizarse en combinación con materiales de soldadura fuerte de aluminio-silicio.
Cuando duro soldadura de aluminio y aleaciones de aluminio, se suelen utilizar atmósferas de vacío, neutras o inertes. Al soldar al vacío, el nivel de vacío debe alcanzar generalmente el orden de 10-3 Pa. Cuando se utiliza nitrógeno o argón de protección, se requiere alta pureza y bajo punto de rocío por debajo de -40℃.
La soldadura fuerte del aluminio y sus aleaciones requiere una gran limpieza de la superficie de la pieza. Para conseguir una buena calidad, es necesario eliminar el aceite superficial y las películas de óxido antes de proceder a la soldadura fuerte. El aceite superficial puede eliminarse lavando la pieza con carbonato sódico (Na2CO3) a una temperatura de 60-70℃ durante 5-10 minutos, seguido de un aclarado con agua limpia.
Las películas de óxido superficiales pueden eliminarse mediante inmersión en una solución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) a una temperatura de 20-40℃ durante 2-4 minutos, seguida de aclarado con agua caliente.
Tras eliminar el aceite superficial y las películas de óxido, la pieza debe tratarse con ácido nítrico (HNO3) durante 2-5 minutos, enjuagar con agua corriente y secar al aire. Después de estos tratamientos, la pieza no debe tocarse con la mano ni contaminarse con otra suciedad, y la soldadura fuerte debe realizarse en un plazo de 6-8 horas, preferiblemente inmediatamente si es posible.
Los métodos de soldadura fuerte blanda para el aluminio y sus aleaciones incluyen principalmente la soldadura fuerte con llama, la soldadura fuerte con soldador y la soldadura fuerte en horno. Estos métodos suelen utilizar fundente y tienen requisitos estrictos de temperatura de calentamiento y tiempo de mantenimiento.
En la soldadura fuerte con llama y soldador, debe evitarse el calentamiento directo del fundente para evitar el sobrecalentamiento y el fallo del fundente. Dado que el aluminio puede disolverse en soldaduras con alto contenido en zinc, el calentamiento debe interrumpirse una vez formada la unión para evitar la disolución del material base.
En algunos casos, la soldadura blanda de aluminio y aleaciones de aluminio se realiza sin fundente, utilizando métodos ultrasónicos o de fricción para eliminar la película de óxido. Cuando se utiliza la eliminación por fricción para la soldadura fuerte, la pieza se calienta primero a la temperatura de soldadura fuerte y, a continuación, se utiliza el extremo de la varilla de soldadura fuerte (o herramienta de fricción) para raspar la zona de soldadura fuerte de la pieza. Esto rompe la película de óxido superficial y permite que el material de soldadura fuerte se funda y humedezca el material base.
Los métodos de soldadura fuerte para el aluminio y sus aleaciones incluyen la soldadura fuerte a la llama, la soldadura fuerte en horno, la soldadura fuerte por inmersión, la soldadura fuerte al vacío y la soldadura fuerte con gas de protección. La soldadura fuerte a la llama se utiliza normalmente para piezas de pequeño tamaño y producción de una sola pieza.
Para evitar que las impurezas del gas acetileno entren en contacto con el fundente y provoquen su fallo, es aconsejable utilizar una llama de aire comprimido con gasolina y hacer que la llama sea ligeramente reductora para evitar la oxidación del material base.
En determinados procesos de soldadura fuerte, el fundente y el material de soldadura pueden colocarse previamente en la junta y calentarse junto con la pieza de trabajo, o bien la pieza de trabajo puede calentarse primero a la temperatura de soldadura fuerte y, a continuación, el material de soldadura fuerte con fundente puede aplicarse a la zona de soldadura fuerte.
Una vez fundidos el fundente y el material de soldadura y rellenada uniformemente la junta de soldadura, puede retirarse gradualmente la llama de calentamiento.
En la soldadura fuerte en horno de aire de aluminio y aleaciones de aluminio, el material de soldadura fuerte debe precargarse, y el fundente debe fundirse en agua destilada para formar una solución concentrada con una concentración de 50%-75%.
A continuación, esta solución puede aplicarse o pulverizarse sobre la superficie de soldadura fuerte, o puede aplicarse una cantidad adecuada de fundente en polvo al material y la superficie de soldadura fuerte. A continuación, la pieza montada se introduce en el horno para calentarla y soldarla. Para evitar el sobrecalentamiento o incluso la fusión del material base, debe controlarse estrictamente la temperatura de calentamiento.
La soldadura fuerte por inmersión de aluminio y aleaciones de aluminio suele utilizar materiales de soldadura fuerte en pasta o lámina. La pieza ensamblada se precalienta a una temperatura próxima a la de soldadura antes de sumergirla en el fundente para la soldadura.
Durante la soldadura fuerte, la temperatura y el tiempo de soldadura deben controlarse estrictamente. Si la temperatura es demasiado alta, el material base tiende a disolverse y el material de soldadura a perderse.
Si la temperatura es demasiado baja, es posible que el material de soldadura no se funda adecuadamente, lo que reduciría la velocidad de soldadura.
La temperatura de soldadura debe determinarse en función del tipo y el tamaño del material de base, la composición y el punto de fusión del material de soldadura y otros factores específicos, oscilando generalmente entre la temperatura de liquidus del material de soldadura y la temperatura de solidus del material de base.
El tiempo de inmersión de la pieza en el baño de fundente debe garantizar que el material de soldadura fuerte esté totalmente fundido y fluya. El tiempo no debe ser demasiado largo, ya que el elemento de silicio del material de soldadura fuerte podría difundirse en el metal base, provocando fragilización en las proximidades de la unión.
La soldadura fuerte en vacío de aluminio y aleaciones de aluminio suele utilizar activadores metálicos para transformar la película de óxido superficial del aluminio, asegurando la humectación y extensión del material de soldadura.
El magnesio puede colocarse directamente sobre la pieza de trabajo en forma granular, introducirse como vapor en la zona de soldadura fuerte o añadirse como elemento de aleación al material de soldadura fuerte de aluminio-silicio.
En el caso de estructuras complejas, para garantizar el efecto completo del vapor de magnesio sobre el material base y mejorar la calidad de la soldadura fuerte, a menudo se adoptan medidas locales de blindaje.
Consiste en colocar la pieza en una caja de acero inoxidable (comúnmente conocida como caja de proceso) y, a continuación, calentarla en un horno de vacío para la soldadura fuerte.
La soldadura al vacío de uniones de aluminio y aleaciones de aluminio produce superficies lisas, cordones de soldadura densos y sin necesidad de limpieza posterior a la soldadura.
Sin embargo, los equipos de soldadura al vacío son caros, y el vapor de magnesio puede contaminar gravemente el horno, lo que requiere una limpieza y un mantenimiento frecuentes.
Al soldar aluminio y aleaciones de aluminio en atmósfera neutra o inerte, pueden utilizarse activadores de magnesio o fundentes para eliminar la película de óxido. Cuando se utilizan activadores de magnesio, la cantidad necesaria de magnesio es mucho menor en comparación con la soldadura fuerte en vacío, generalmente en torno a 0,2%-0,5% (en peso).
Un mayor contenido de magnesio puede disminuir la calidad de la unión. En los últimos años se ha desarrollado rápidamente el método de soldadura fuerte Nocolok, que utiliza fundentes a base de flúor y protección con gas nitrógeno. Los residuos de los fundentes fluorados no absorben la humedad y no son corrosivos para el aluminio.
Por lo tanto, se puede omitir el paso de eliminar los residuos de fundente después de la soldadura fuerte. Con la protección de gas nitrógeno, se puede aplicar una pequeña cantidad de fundente a base de flúor, y el material de soldadura fuerte puede humedecer bien el material base, dando como resultado uniones soldadas de alta calidad. Este método de soldadura fuerte Nocolok se ha utilizado ampliamente en la producción por lotes de componentes como radiadores de aluminio.
Para el aluminio y las aleaciones de aluminio soldadas con fundentes que no sean fundentes a base de flúor, los residuos del fundente deben eliminarse completamente después de la soldadura fuerte. Los residuos de fundentes orgánicos para aluminio pueden lavarse con disolventes orgánicos como metanol o tricloroetileno, seguidos de neutralización con solución acuosa de hidróxido sódico y, por último, enjuagarse con agua caliente y fría.
Los residuos de fundente a base de cloruro procedentes de la soldadura fuerte del aluminio pueden eliminarse sumergiéndolos en agua caliente a 60-80℃ durante 10 minutos, frotando cuidadosamente los residuos en la costura soldada con un cepillo y aclarando con agua fría. A continuación, sumérjase en una solución acuosa de ácido nítrico 15% durante 30 minutos y aclare con agua fría.
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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