Aluminium brazing and soldering

Methods of aluminium brazing

Brazing and soldering

Traditionally, brazing and soldering of aluminium are distinguished from each other in the following manner [2]:

  • Soldering: T < 450 °C
  • Brazing: T > 450 °C.

 

  • Brazing is a metal-joining process where a filler metal is heated above its melting temperature but below the melting point of the metals being joined.
  • The liquid filler metal is then drawn into the gap between the closely fitted surfaces of the joint by capillary action.
  • Because of the importance of wetting and capillary effects, the quality of the surfaces to be joined is of utmost importance and the clearance between the parts must be small (generally less than 0.2 mm).

Пайка алюминия горелкой

Ручная пайка

Пайку горелкой (рисунок 1) обычно применяют для ремонтных работ, малых объемов производства, а также вместо сварки. Пайку выполняют такой же горелкой, которую применяют для сварки. Однако при пайке применяют другие насадки для горелки и защитные линзы для глаз. Очень важна хорошая подготовка поверхности стыка перед пайкой. Зазоры между поверхностями в соединении обычно выдерживают от 0,1 до 0,65 мм.

payka-gorelkoy

Рисунок 1 – Пайка твердым припоем с помощью горелки

Алюминий при температурах пайки твердыми припоями становиться мягче. Изделие, которое подвергается пайке, под действием собственного веса и давления газа горелки может провиснуть. Особенно это относится к длинным горизонтальным деталям. Чтобы избежать этого такие изделия каким-либо образом поддерживают снизу.

Температура пайки

О температуре пайки обычно судят:

  • по флюсу – становится прозрачным при температурах пайки;
  • по поверхности алюминия – начинает светиться серебристым цветом;
  • по твердому припою – размягчается и начинает плавиться;
  • с помощью специальных карандашей – карандашный след меняет свой цвет при достижении температуре пайки.

Пайка погружением во флюс

Технология

Пайка алюминия погружением широко и успешно применяется многие годы, особенно при изготовлении сложных конструкций. Этот метод позволяет быстрый и однородный нагрев и, кроме того, обеспечивает очень узкие размерные допуски.

Детали перед пайкой подвергают  очистке, собирают и плотно соединяют друг с другом вместе с установленным в месте соединения припоем. Всю эту конструкцию подогревают в печи примерно до 540 ºС, а затем погружают в расплавленный флюс на 1-2 минуты (рисунки 2 и 3). Предварительный нагрев позволяет избежать падения температуры флюса в ванне.

payka-pogruzhenitm

Рисунок 2 – Пайка погружением во флюс

Рисунок 3 – Производственный процесс пайки погружением [2]

При пайке погружением температуру расплавленного флюса можно контролировать с точностью ±3 ºС. Это значительно лучше точности, которая может быть достигнута на любом другом нагревательном оборудовании. Это позволяет применять припои с температурой ликвидус, которая только на 5-6 ºС ниже температуры солидус основного металла. Метод пайки погружением в расплавленный флюс лучше всех подходит для соединения деталей с различными толщинами стенок и размеров. С другой стороны, этот метод требует большого расхода флюсов.

Недостатки

Одним из недостатков этого метода является то, что требуется трудоемкая операция очистки изделия после пайки для удаления остатков флюса. Это накладывает также определенные ограничения на конструкцию изделия, чтобы избежать возможных воздушных пробок.

Другим недостатком метода пайки погружением является то, что он создает значительные проблемы для окружающей среды, При пайке этим методом выделяют пары, которые обладают сильной коррозионной активностью, а также большое количество сточных вод. Поэтому этот метод находит все меньшее применение.

Пайка алюминия в печи

Способ пайки твердыми припоями в печи является вторым по популярности после пайки погружением во флюс. Детали перед пайкой подвергают очистке также как и для других методов пайки. Поверхности под пайку обрабатывают флюсом, устанавливают припой, детали собирают и крепко фиксируют по отношению друг к другу. Часто соединяемые детали конструируют таким образом, что бы они сами фиксировали друг друга.

payka-v-pechi

Рисунок 4 – Пайка в печи

Для пайки алюминия твердыми припоями применяют два типа печей: с загрузкой партий изделий и непрерывного типа. Температуру печи контролируют в пределах ±3 ºС. Тепловая мощность печей должна быть достаточно большой, чтобы обеспечивать быстрый нагрев до температуры пайки. Это нужно для того, чтобы свести к минимуму диффузию кремния в основной металл. После пайки изделие подвергают охлаждению или, при необходимости, закалке.

Листы для пайки

Для изготовления автомобильных теплообменников применяют алюминиевые листы с облицовкой их сплава алюминий-кремний. Эти листы могут быть различных типов в  зависимости от особенностей применения (рисунок 5).  Принцип технологии печной пайки показан на рисунке 6.

Рисунок 5 – Различные типы алюмириевых листов для пайки [3]

Рисунок 6 – Принцип печной пайки с применением листов для пайки [3]

Источники:

  1. Introduction to Brazing of Aluminium Alloys – TALAT Lecture 4601 / R. Mundt, Hoogovens, Koblenz – 1994.
  2. Brazing / Joining / EEA Aluminium Automotive Manual – EEA, 2015
  3. https://www.uacj.co.jp/english/products/sheeting/