Você já se perguntou por que a brasagem de alumínio é crucial na fabricação moderna? Este artigo se aprofunda no intrincado processo de brasagem de alumínio, explorando seus métodos, benefícios e desafios. Desde os fundamentos dos metais de adição e fluxos até as técnicas avançadas, como a brasagem a vácuo e por banho de sal, descubra como essa tecnologia aprimora a qualidade e a eficiência dos produtos. Obtenha insights sobre os últimos avanços e suas amplas aplicações, equipando-o com o conhecimento essencial para entender e aproveitar a brasagem de alumínio em vários setores.
Resumo: Os recentes avanços técnicos na brasagem de alumínio e ligas de alumínio foram analisados em termos de métodos de brasagem, metais de adição e fluxos, e suas respectivas direções de desenvolvimento foram apresentadas.
Observa-se que a brasagem de alumínio e ligas de alumínio é um campo de pesquisa em rápido desenvolvimento e tem uma ampla gama de aplicações. A tecnologia de brasagem para alumínio e ligas de alumínio está atraindo cada vez mais atenção e é vista como tendo um potencial significativo.
As ligas de alumínio são uma escolha popular em vários setores devido à sua baixa densidade, alta resistência e excelente resistência à corrosão. Elas são amplamente usadas em automóveis, veículos ferroviários de alta velocidade, aplicações aeroespaciais e militares.
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As propriedades físicas e químicas exclusivas das ligas de alumínio podem resultar em várias dificuldades durante o processo de fabricação. processo de soldagemcomo oxidação, trincas a quente e poros na solda. O método tradicional de soldagem de ligas de alumínio é a soldagem por fusão, que exige equipamentos complexos e soldadores altamente qualificados com requisitos técnicos rigorosos.
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Alumínio brasagem é um método crucial de conexão de ligas de alumínio e é conhecido por sua deformação mínima das peças soldadas. Nos últimos anos, ele ganhou amplo uso na China devido à sua alta precisão dimensional.
A tecnologia de brasagem para alumínio e ligas de alumínio tem sido objeto de extensa pesquisa nos últimos anos, levando a rápidos avanços nos métodos de brasagem, metais de adição e fluxos.
A brasagem de alumínio e ligas de alumínio é um campo em rápido desenvolvimento devido às suas excelentes propriedades, como alta resistência, boa resistência à corrosão, alta condutividade e condutividade térmica. Como resultado, ele está sendo cada vez mais usado em vários setores, incluindo aeroespacial, aviação, eletrônica, metalurgia, fabricação de máquinas e indústria leve.
Em alguns casos, o uso do alumínio substituiu o cobre e o aço, impulsionado pelo aumento substancial do custo dos materiais de cobre e pelo desejo de reduzir o peso, melhorar a eficiência e aprimorar a estética. Um exemplo disso é a substituição do tanque de água de cobre nos automóveis por um tanque de água de alumínio.
Na China, há apenas alguns fabricantes de fluxo de alumínio em larga escala, e a maior parte do fluxo de alumínio usado é importada do exterior.
O alumínio e as ligas de alumínio têm baixo ponto de fusão, forte reatividade química e alto ponto de fusão, o que dificulta o uso de fluxos de brasagem tradicionais. Portanto, devem ser usados fluxos de brasagem especiais para alumínio e ligas de alumínio para garantir a brasagem adequada.
Além disso, a resistência à corrosão das juntas soldadas de alumínio e liga de alumínio pode ser facilmente comprometida pelo uso de solda e fluxo. Isso ocorre porque há uma diferença significativa no potencial do eletrodo entre a solda e o metal de base, o que reduz a resistência à corrosão da junta, especialmente no caso de juntas de solda macia.
A maioria dos fluxos usados para remover a película de óxido da superfície do alumínio e de suas ligas contém materiais altamente corrosivos. Mesmo que esses materiais sejam limpos após a brasagem, é um desafio eliminar completamente seu impacto sobre a resistência à corrosão da junta.
O alumínio e as ligas de alumínio podem ser brasados por meio de brasagem por chama, brasagem em forno ou brasagem em banho de sal.
A brasagem por chama é um método popular devido à simplicidade do equipamento, à versatilidade em termos de fonte de gás e à ampla gama de aplicações. É usado principalmente para a brasagem de pequenos componentes e para a produção de peças únicas. Há muitos tipos de chamas disponíveis, inclusive um novo tipo de gás chamado gás Sharp, que é resultado da cooperação entre a China e outros países. Esse gás tem uma chama suave e é uma boa fonte de aquecimento para brasagem de alumínio, pois está entre os pontos fortes do gás liquefeito e do oxiacetileno. Entretanto, em comparação com outros métodos de conexão, a temperatura de aquecimento para brasagem com chama de alumínio e ligas de alumínio é difícil de controlar, exigindo níveis mais altos de experiência do operador.
A brasagem por banho de sal oferece aquecimento rápido e uniforme, deformação mínima dos componentes e remoção eficaz da película, resultando em componentes brasados de alta qualidade com alta eficiência de produção. Esse método é particularmente adequado para a produção em massa e para a soldagem de estruturas densas. Pasta, folha de solda ou revestimento de solda são comumente usados para brasagem em banho de sal de alumínio. O revestimento de solda é normalmente composto por composições de Al Si eutético ou Al Si hipoeutético.
Atualmente, a produção de brasagem usa principalmente revestimento de metal de adição, o que pode melhorar a eficiência da produção e garantir a qualidade dos componentes brasados.
A brasagem tem algumas limitações:
Em primeiro lugar, o design intrincado de alguns componentes pode dificultar o acesso ao banho de sal, limitando as opções de design e complicando o processo de brasagem. Isso também pode dificultar a garantia da qualidade da brasagem.
Em segundo lugar, embora a brasagem por banho de sal possa atender a requisitos rigorosos de resistência à corrosão, ela pode resultar em uma grande quantidade de resíduos de fluxo no componente, exigindo uma limpeza extensa. Além disso, o equipamento de brasagem por banho de sal é caro e o processo é complexo, o que leva a um longo ciclo de produção.
A brasagem em forno a ar oferece um investimento em equipamento de baixo custo e um processo de brasagem simples e fácil de gerenciar. Entretanto, o processo de aquecimento é lento e a superfície do componente pode oxidar quando exposta ao ar, especialmente em altas temperaturas. Isso dificulta a remoção do filme de fluxo e o fluxo também pode falhar devido à umidade no ar durante o aquecimento.
Para superar esses desafios, a brasagem em forno com ar seco e a brasagem a vácuo em uma atmosfera protetora foram desenvolvidas e ganharam amplo uso na brasagem de alumínio e ligas de alumínio. Esses métodos oferecem processos aprimorados e tiveram um rápido crescimento nos últimos anos.
O alumínio é conhecido por ser ativo e por formar facilmente uma densa película de óxido em sua superfície.
Durante o processo de brasagem, pode ser desafiador remover os óxidos somente por meio de condições de vácuo. Como resultado, ativadores de metal, como Mg e Bi, devem ser utilizados.
É amplamente aceito que o mecanismo de remoção do ativador funciona da seguinte forma:
Em primeiro lugar, o ativador reage com O e HO residuais no vácuo, neutralizando seus efeitos nocivos na brasagem do alumínio.
Em segundo lugar, o vapor de Mg penetra na camada de material abaixo do filme e forma uma liga de Al Si Mg de baixo ponto de fusão junto com o Si difuso.
Durante a brasagem, o derretimento da liga rompe a ligação entre a película de óxido e o material de base, permitindo que a solda derretida molhe o material de base, espalhe-se por baixo da película e levante a película de óxido da superfície, removendo-a efetivamente.
Na brasagem a vácuo de ligas de alumínio, o forno a vácuo deve ser escolhido com base em fatores como produtividade, custo, tamanho da solda e estrutura.
É importante limpar completamente a solda antes da brasagem. O óxido da superfície pode ser removido com ácido ou álcali, e as manchas de óleo podem ser removidas com álcool.
Para a preparação do metal de enchimento, a lixa é geralmente usada para remover a película de óxido da superfície, seguida de limpeza com álcool para remover manchas de óleo.
Para peças maiores, recomenda-se o pré-aquecimento antes da soldagem para garantir o aquecimento uniforme de todas as peças antes de atingir a temperatura de brasagem.
A brasagem a vácuo de ligas de alumínio depende muito do ativador de Mg para remover o filme de óxido. Para garantir que o metal de base seja totalmente exposto ao vapor de Mg em soldas com estruturas complexas, algumas unidades domésticas adotaram medidas suplementares, como a blindagem local, resultando em uma melhor qualidade de brasagem.
Um método comum é colocar a peça de trabalho dentro de uma cobertura de aço inoxidável com lascas de Mg e, em seguida, no forno de brasagem a vácuo para a brasagem. Isso pode melhorar significativamente a qualidade da brasagem.
O grau de vácuo é o parâmetro de processo mais importante e desafiador a ser controlado na brasagem a vácuo. Para obter juntas de alta qualidade, o grau de vácuo depende muito do tamanho da peça de trabalho.
Com base em anos de experiência de alguns especialistas, recomenda-se que, se o equipamento de brasagem não tiver sido usado por um longo período, o forno a vácuo deve ser operado por várias horas antes do uso. Em uso regular, especialmente para produção em lote, recomenda-se manter o intervalo de tempo entre os usos o mais curto possível para garantir que o grau de vácuo do forno a vácuo atenda aos requisitos com facilidade e rapidez.
Embora a brasagem a vácuo seja um método de brasagem eficaz, ela também tem algumas limitações, como equipamentos complexos e caros e a dificuldade de manter o sistema de vácuo.
O uso da brasagem a vácuo de alumínio é limitado devido ao alto custo do equipamento e à complexa tecnologia envolvida. Para resolver esse problema, uma atmosfera neutra pode ser substituída pelo vácuo. Isso reduz os requisitos para a taxa de vazamento do sistema e a complexidade do equipamento. Além disso, reduz os problemas de manutenção do equipamento causados pela deposição de elementos voláteis, resultando em um custo de produção menor.
O aquecimento nesse método é obtido principalmente por meio de corrente e é rápido e uniforme. Isso não apenas garante a qualidade do produto, mas também melhora a produtividade.
A brasagem de alumínio com proteção de gás neutro ganhou mais atenção e teve um rápido desenvolvimento nos últimos anos. Ele é considerado um método promissor de brasagem de alumínio.
O mecanismo de remoção de película para brasagem com proteção gasosa de ligas de alumínio é semelhante ao da brasagem a vácuo de alumínio e é realizado principalmente com o uso do ativador de Mg. A qualidade da brasagem pode ser aprimorada com a adição de Bi ao metal de adição.
Argônio e nitrogênio puro, com pureza superior a 99,99%, são comumente usados como atmosfera para brasagem com proteção gasosa de ligas de alumínio.
Para juntas de Al/Al e Al/Cu, foi relatado que um método de união eficaz é usar o princípio da brasagem por difusão. Um pó misto composto de Si e fluxo de brasagem de fluoreto de alumínio e potássio é pulverizado sobre a junta. superfície de alumínio em uma atmosfera de nitrogênio próxima à pressão atmosférica para brasagem. O Si pode ser substituído por outros metais eutéticos de baixo ponto de fusão, como Cu, Ge ou Zn, que se formam com o Al.
Durante a brasagem, a conexão entre as soldas é feita pela solidificação da solda derretida. Como resultado, a qualidade da solda depende muito do metal de adição usado.
O principal metal de enchimento de alumínio é a liga Al Si, mas às vezes são adicionados Cu, Zn, Ge e outros elementos para aprimorar o desempenho do processo.
Com anos de experiência e experimentação, várias séries de alumínio Metais de enchimento para brasagem foram desenvolvidos, muitos dos quais produziram resultados satisfatórios com os processos corretos.
A seguir, apresentaremos alguns dos metais de adição para brasagem de liga de alumínio mais comumente usados.
As soldas da série Al Si baseiam-se na composição eutética Al Si e também incluem ligas hipoeutéticas, hipereutéticas e Al Si com adição de elementos não superior a 5%. Essas soldas são altamente soldáveis, fortes, têm cor e brilho semelhantes aos do metal de base, oferecem revestimento e resistência à corrosão e são consideradas uma boa opção para soldagem.
Além disso, essa série de soldas pode ser modificada, o que melhora significativamente sua resistência e desempenho de flexão em juntas de solda.
Recentemente, um novo tipo de metal de adição para brasagem de liga de Al Si foi desenvolvido usando a tecnologia de solidificação rápida. Esse metal de adição para brasagem tem um ponto de fase líquida mais baixo, em torno de 3 a 5°C, em comparação com os metais de adição para brasagem cristalinos comuns com a mesma composição. Seu coeficiente de molhabilidade aumentou em 18% e sua resistência aumentou em 28,4%. Suas flutuações também são mínimas, proporcionando um certo grau de flexibilidade de processamento.
Soldagem de cobre é realizada com base no princípio da brasagem reativa por contato. Atualmente, a brasagem reativa por contato de alumínio é considerada a solução ideal para problemas de brasagem de alumínio.
Esse método oferece vários benefícios, incluindo:
Não há necessidade de fluxo, o que o torna ecologicamente correto e evita a contaminação dos produtos de brasagem. Não há necessidade de limpar os produtos de brasagem e não há corrosão química na costura de brasagem.
② A seleção da camada de liga reativa eutética adequada pode diminuir a temperatura de brasagem, reduzindo o consumo de energia, facilitando o controle do processo de brasagem e exigindo poucos equipamentos.
A reação de contato do cobre no substrato de alumínio tem um espalhamento preferencial visível na superfície, quebrando o filme de óxido e promovendo a formação de uma camada uniforme de enchimento de fase líquida entre as interfaces da junta no processo de brasagem reativa de contato. Por outro lado, o limite do grão com reação de contato na direção da profundidade da matriz de alumínio penetra preferencialmente, garantindo a força de ligação da junta brasada.
Os dados mostram que os parâmetros de processo adequados para a brasagem reativa de contato de alumínio com cobre como material de intercamada são uma temperatura de brasagem de 570 a 580 °C e um tempo de espera de 15 a 20 minutos. No entanto, a resistência à corrosão eletroquímica das juntas soldadas com cobre é baixa, e a camada de reação eutética é frágil.
Para melhorar o desempenho do Cu como metal de adição, outros elementos podem ser adicionados, como Ag, Ni, Si, Zn, Ti, etc. O metal de adição para brasagem reativa com ligas de alumínio inclui esses elementos.
Para resolver as limitações do uso de Zn e Cu como metais de enchimento separadamente, uma camada composta de ambos pode ser utilizada. A brasagem por reação eutética de contato é realizada usando a camada composta de Cu e Zn.
Uma reação peritética ocorre na interface Cu/Zn, enquanto uma reação eutética ocorre na interface Cu/Al, formando uma fase líquida eutética que rompe o filme de óxido na superfície do alumínio.
Ao usar Cu e Zn como metal de adição reativo para brasagem de alumínio, o teor adequado de ambos os metais na camada composta é fundamental. Foi sugerido que os melhores resultados de brasagem são obtidos quando a espessura da camada de Zn é de 0,2 mm e a espessura da camada de Cu é inferior a 0,1 mm.
Nesse ponto, a camada de reação não apenas rompe a película de óxido, mas também oferece forte resistência à corrosão eletroquímica e alta resistência ao cisalhamento.
A faixa de temperatura do ponto de fase líquida da solda está entre 500-577°C. Quando o cobre é adicionado à solda de Al Si, sua fluidez melhora muito.
No entanto, devido ao alto teor de composto intermetálico CuAl2, essa solda eutética ternária é muito frágil e só é adequada para ser fundida em tiras, o que dificulta o processamento em forma de fio ou folha.
A adição de Zn ao metal de enchimento Al Si melhora sua molhabilidade e fluidez. À medida que a concentração de Zn aumenta, a solubilidade do Si diminui rapidamente. Como não há compostos no metal de adição, sua capacidade de trabalho a quente é melhor em comparação com o sistema Al Si Cu.
A faixa de temperatura da fase líquida da solda é de 400 a 500°C, que é próxima à faixa da solda de liga de alumínio. A composição eutética ternária Al Cu Ag confere ao metal de enchimento uma cor muito próxima à do metal base Al.
Esse metal de adição tem boa fluidez, mas é relativamente frágil. Outro sistema ternário é o metal de adição Al Cu Zn, que também tem uma cor próxima à do metal de base e pode produzir peças usinadas melhores.
A adição de 0,05% - 0,08% (em massa) de Mg, 0,05% de Ni ou 0,05% de Cr ao metal de adição pode melhorar sua resistência à corrosão.
Existem muitos outros metais de adição ideais para o alumínio, mas, em geral, a maioria dos metais de adição para brasagem de alumínio existentes tem um ponto de fusão próximo ao das ligas de alumínio.
Como resultado, é um desafio para a maioria dos trabalhadores de soldagem encontrar um metal de adição com um ponto de fusão mais baixo e melhor desempenho tecnológico.
O alumínio é relativamente ativo e sua superfície forma facilmente uma camada de óxido densa e quimicamente estável, o que é um grande obstáculo na brasagem de alumínio e ligas de alumínio. Para obter juntas de alta qualidade, o óxido na superfície deve ser removido.
Na brasagem de alumínio e suas ligas, o uso de um fluxo de brasagem pode remover a película de óxido da superfície do alumínio e reduzir a tensão interfacial entre o metal de adição e o metal de base.
O fluxo de brasagem para alumínio é dividido em fluxo de solda suave e fluxo de brasagem, sendo que o último é usado para temperaturas de brasagem superior a 450°C e o primeiro para temperaturas inferiores a 450°C.
O fluxo de brasagem de alumínio da Nocolok, em rápido desenvolvimento, é apresentado a seguir. O fluxo de brasagem de alumínio tradicional é principalmente um fluxo de brasagem de sal de cloro, geralmente baseado no sistema LiCl-KCl ou LiCl-KCl-NaCl. Esse fluxo tem como vantagens a alta atividade, a estabilidade durante o aquecimento e o fato de não perder facilmente sua eficácia. Ele pode ser usado com várias fontes de aquecimento, o que o torna conveniente e econômico.
No entanto, a desvantagem desse fluxo é que a presença de íons Cl causa forte corrosão eletroquímica no metal de base, tem forte absorção de umidade e é difícil de preservar.
Portanto, é fundamental limpar os resíduos ao usar esse tipo de fluxo para brasagem.
No final da década de 1970, o desenvolvimento de um fluxo de brasagem não corrosivo e insolúvel estava em andamento rapidamente. Esse fluxo é sintetizado usando o eutético A-KF, e sua solubilidade em água é mínima.
Ele evita a desvantagem do fluxo de cloreto, que absorve facilmente a umidade, e tem pouquíssima corrosividade, o que lhe valeu o apelido de fluxo Nocolok.
O fluxo Nocolok é um pó branco fino, composto principalmente de uma mistura de fluoaluminato de potássio que pode conter água cristalina.
O fluxo derretido dissolve os óxidos na superfície do alumínio e evita a re-oxidação. Sob a influência do fluxo, o metal de adição penetra livremente na superfície da junta por capilaridade.
Após o resfriamento, o fluxo forma uma película de pasta com forte adesão à superfície do componente. A camada residual do fluxo é não higroscópica, não corrosiva e insolúvel em solventes aquosos.
Embora a solubilidade do fluxo de fluoaluminato de potássio na água seja mínima, sua estabilidade térmica não é forte e ocorrerão reações químicas quando aquecido no ar.
Nos últimos anos, muitos estudos se concentraram no aprimoramento do método Nocolok de duas maneiras principais: adição de sais adicionais ao fluxo de fluoaluminato de potássio para melhorar sua atividade e outras propriedades e desenvolvimento de novos métodos de uso do fluxo de fluoaluminato de potássio.
O Si pode aumentar a atividade do fluxo de fluoaluminato de potássio.
A maneira ideal é adicioná-lo na forma de K2SiF6mas a quantidade de KF em excesso deve ser calculada.
Quando W (Si)>2%, ele pode se perfurar sozinho.
Adição de K2GeF6, SnF2, ZnF2etc. podem melhorar a atividade do fluxo, especialmente o K2GeF6.
No aprimoramento do Nocolok, alguém misturou o pó de metal de enchimento com esse tipo de fluxo.
Outros consideram o KAlF4 como o método de brasagem em fase gasosa:
Uma delas é misturar diretamente KAlF4 na atmosfera de baixa pressão sem oxigênio para a brasagem de ligas de alumínio;
A outra é depositar a vácuo uma camada de KA1F4 na parte externa das peças de alumínio e, em seguida, montar e soldar novamente, conforme necessário.
A solda composta formada pela deposição de uma camada de KAlF4 na superfície do pó de solda eutética Al Si pode ser misturado à pasta de solda com solvente orgânico.
A brasagem de alumínio e ligas de alumínio foi amplamente estudada e rapidamente desenvolvida nos últimos anos.
Estudiosos estrangeiros demonstraram a excepcional força de ligação da solda eutética Sn-Zn (8,9%) ao brasar ligas de alumínio abaixo de 350°C, investigando a reação de interface entre a liga eutética Sn-Zn em fase líquida e o Al.
A brasagem por difusão do alumínio também tem recebido atenção considerável nos últimos anos.
Uma abordagem envolve a pulverização de um pó misto composto de Si e fluxo de fluoreto de alumínio e potássio na superfície do Al, e a brasagem em um forno de N2 atmosfera próxima à pressão atmosférica.
Entre os materiais usados, o Si pode ser substituído por Cu, Ge, Zn e outros metais que formam eutéticos de baixo ponto de fusão com o alumínio.
Esse método pode ser utilizado para brasagem de juntas Al/Al, Al/Cu, Cu/Cu e Cu/latão.
A brasagem por difusão também é usada para soldar Al-Si peças fundidas em ligaO sistema de soldagem de ligas de Al é uma solução para o problema da corrosão e da falta de umidade das peças fundidas de liga de Al na solda derretida.
Ainda há muito progresso a ser feito na tecnologia de brasagem de alumínio e ligas de alumínio, e alguns avanços já foram aplicados à produção prática.
A aplicação da tecnologia de brasagem de alumínio e ligas de alumínio se concentra principalmente em radiadores de alumínio, materiais dissimilares de alumínio e aço inoxidável, molduras de porta de liga de alumínio de micro-ondas e outros produtos.
Outra área de pesquisa e aplicação é a brasagem de fundos de panelas compostos de alumínio e aço inoxidável.
Embora a brasagem de alumínio e de ligas de alumínio seja uma excelente tecnologia de união, ainda há muitos desafios a serem enfrentados.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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