Penyambungan aluminium dan paduan aluminium dengan patri

1. Kemampuan untuk disolder

Sifat penyambungan aluminium dan paduan aluminium buruk, terutama karena lapisan oksida pada permukaannya sulit dihilangkan. Aluminium memiliki afinitas yang besar terhadap oksigen. Mudah untuk membentuk lapisan oksida Al2O3 yang padat, stabil, dan memiliki titik leleh tinggi pada permukaannya. Pada saat yang sama, paduan aluminium yang mengandung magnesium juga akan membentuk lapisan oksida MgO yang sangat stabil. Hal ini akan sangat menghambat pembasahan dan penyebaran solder, dan sulit dihilangkan. Selama proses penyambungan, proses penyambungan hanya dapat dilakukan dengan fluks yang tepat.

Kedua, pengoperasian penyambungan aluminium dan paduan aluminium dengan metode brazing cukup sulit. Titik leleh aluminium dan paduan aluminium tidak jauh berbeda dengan titik leleh logam pengisi brazing yang digunakan. Rentang suhu optimal untuk brazing sangat sempit. Sedikit kesalahan pengendalian suhu dapat dengan mudah menyebabkan panas berlebih atau bahkan peleburan logam dasar, sehingga proses brazing menjadi sulit. Beberapa paduan aluminium yang diperkuat dengan perlakuan panas juga akan menyebabkan fenomena pelunakan seperti penuaan berlebih atau anil akibat pemanasan brazing, yang akan mengurangi sifat-sifat sambungan brazing. Selama brazing dengan api, sulit untuk menentukan suhu karena warna paduan aluminium tidak berubah selama pemanasan, yang juga meningkatkan persyaratan untuk tingkat pengoperasian operator.

Selain itu, ketahanan korosi sambungan las aluminium dan paduan aluminium mudah dipengaruhi oleh logam pengisi dan fluks. Potensial elektroda aluminium dan paduan aluminium sangat berbeda dari potensial elektroda solder, yang mengurangi ketahanan korosi sambungan, terutama untuk sambungan solder lunak. Selain itu, sebagian besar fluks yang digunakan dalam pengelasan aluminium dan paduan aluminium memiliki korosivitas yang kuat. Bahkan jika dibersihkan setelah pengelasan, pengaruh fluks terhadap ketahanan korosi sambungan tidak akan sepenuhnya hilang.

2. Bahan patri

(1) Penyambungan aluminium dan paduan aluminium dengan metode brazing jarang dilakukan karena komposisi dan potensial elektroda logam pengisi brazing dan logam dasar sangat berbeda, sehingga mudah menyebabkan korosi elektrokimia pada sambungan. Penyolderan lunak terutama menggunakan solder berbasis seng dan solder timah timbal, yang dapat dibagi menjadi solder suhu rendah (150 ~ 260 ℃), solder suhu menengah (260 ~ 370 ℃) dan solder suhu tinggi (370 ~ 430 ℃) berdasarkan rentang suhu. Ketika solder timah timbal digunakan dan tembaga atau nikel dilapisi terlebih dahulu pada permukaan aluminium untuk brazing, korosi pada antarmuka sambungan dapat dicegah, sehingga meningkatkan ketahanan korosi sambungan.

Penyambungan aluminium dan paduan aluminium banyak digunakan, seperti pada pemandu filter, evaporator, radiator, dan komponen lainnya. Hanya logam pengisi berbasis aluminium yang dapat digunakan untuk penyambungan aluminium dan paduan aluminium, di antaranya logam pengisi aluminium silikon adalah yang paling banyak digunakan. Lingkup aplikasi spesifik dan kekuatan geser sambungan yang disambung ditunjukkan pada Tabel 8 dan Tabel 9. Namun, titik leleh solder ini mendekati titik leleh logam dasar, sehingga suhu pemanasan harus dikontrol secara ketat dan akurat selama penyambungan untuk menghindari pemanasan berlebih atau bahkan peleburan logam dasar.

Tabel 8 Ruang lingkup aplikasi logam pengisi patri untuk aluminium dan paduan aluminium

Tabel 9 kekuatan geser sambungan aluminium dan paduan aluminium yang disolder dengan logam pengisi aluminium silikon

Timah solder aluminium silikon biasanya dipasok dalam bentuk bubuk, pasta, kawat, atau lembaran. Dalam beberapa kasus, pelat komposit solder dengan aluminium sebagai inti dan timah solder aluminium silikon sebagai pelapis digunakan. Pelat komposit solder jenis ini dibuat dengan metode hidrolik dan sering digunakan sebagai bagian dari komponen penyambungan. Selama penyambungan, logam pengisi penyambungan pada pelat komposit meleleh dan mengalir di bawah pengaruh kapiler dan gravitasi untuk mengisi celah sambungan.

(2) Fluks dan gas pelindung untuk penyambungan aluminium dan paduan aluminium, fluks khusus sering digunakan untuk menghilangkan lapisan film. Fluks organik berbasis trietanolamina, seperti fs204, digunakan dengan solder lunak suhu rendah. Keuntungan fluks ini adalah memiliki sedikit efek korosif pada logam dasar, tetapi akan menghasilkan sejumlah besar gas, yang akan memengaruhi pembasahan dan penyegelan solder. Fluks reaktif berbasis seng klorida, seperti fs203 dan fs220a, digunakan dengan solder lunak suhu menengah dan suhu tinggi. Fluks reaktif sangat korosif, dan residunya harus dihilangkan setelah penyambungan.

Saat ini, proses penyambungan aluminium dan paduan aluminium masih didominasi oleh penghilangan lapisan fluks. Fluks penyambung yang digunakan meliputi fluks berbasis klorida dan fluks berbasis fluorida. Fluks berbasis klorida memiliki kemampuan yang kuat untuk menghilangkan lapisan oksida dan fluiditas yang baik, tetapi memiliki efek korosif yang besar pada logam dasar. Residunya harus dihilangkan sepenuhnya setelah penyambungan. Fluks berbasis fluorida adalah jenis fluks baru, yang memiliki efek penghilangan lapisan yang baik dan tidak korosif terhadap logam dasar. Namun, fluks ini memiliki titik leleh yang tinggi dan stabilitas termal yang buruk, dan hanya dapat digunakan dengan solder aluminium silikon.

Saat menyolder aluminium dan paduan aluminium, seringkali digunakan atmosfer vakum, netral, atau inert. Saat menyolder dengan vakum, tingkat vakum umumnya harus mencapai orde 10⁻³ Pa. Jika gas nitrogen atau argon digunakan untuk perlindungan, kemurniannya harus sangat tinggi, dan titik embunnya harus lebih rendah dari -40 ℃.

3. Teknologi penyambungan dengan patri

Penyambungan aluminium dan paduan aluminium memiliki persyaratan tinggi untuk pembersihan permukaan benda kerja. Untuk mendapatkan kualitas yang baik, noda minyak dan lapisan oksida pada permukaan harus dihilangkan sebelum penyambungan. Hilangkan noda minyak pada permukaan dengan larutan Na2CO3 pada suhu 60 ~ 70 ℃ selama 5 ~ 10 menit, lalu bilas dengan air bersih; Lapisan oksida permukaan dapat dihilangkan dengan etsa menggunakan larutan NaOH pada suhu 20 ~ 40 ℃ selama 2 ~ 4 menit, lalu cuci dengan air panas; Setelah menghilangkan noda minyak dan lapisan oksida pada permukaan, benda kerja harus diberi perlakuan dengan larutan HNO3 untuk kilap selama 2 ~ 5 menit, kemudian dibersihkan dengan air mengalir dan akhirnya dikeringkan. Benda kerja yang telah diberi perlakuan dengan metode ini tidak boleh disentuh atau terkontaminasi oleh kotoran lain, dan harus disambung dalam waktu 6 ~ 8 jam. Sebaiknya segera disambung jika memungkinkan.

Metode penyambungan aluminium dan paduan aluminium terutama meliputi penyambungan api, penyambungan dengan solder, dan penyambungan tungku. Metode-metode ini umumnya menggunakan fluks dalam penyambungan, dan memiliki persyaratan ketat pada suhu pemanasan dan waktu penahanan. Selama penyambungan api dan penyambungan dengan solder, hindari memanaskan fluks secara langsung oleh sumber panas untuk mencegah fluks terlalu panas dan gagal. Karena aluminium dapat larut dalam solder lunak dengan kandungan seng yang tinggi, pemanasan harus dihentikan setelah sambungan terbentuk untuk menghindari korosi logam dasar. Dalam beberapa kasus, penyambungan aluminium dan paduan aluminium terkadang tidak menggunakan fluks, tetapi menggunakan metode ultrasonik atau pengikisan untuk menghilangkan lapisan oksida. Saat menggunakan pengikisan untuk menghilangkan lapisan oksida untuk penyambungan, pertama-tama panaskan benda kerja hingga suhu penyambungan, lalu kikis bagian yang akan disambung pada benda kerja dengan ujung batang solder (atau alat pengikis). Sambil memecah lapisan oksida permukaan, ujung solder akan meleleh dan membasahi logam dasar.

Metode penyambungan aluminium dan paduan aluminium terutama meliputi penyambungan api, penyambungan tungku, penyambungan celup, penyambungan vakum, dan penyambungan terlindung gas. Penyambungan api sebagian besar digunakan untuk benda kerja kecil dan produksi satu bagian. Untuk menghindari kegagalan fluks karena kontak antara pengotor dalam asetilen dan fluks saat menggunakan api oksiasetilen, sebaiknya digunakan api udara terkompresi bensin dengan daya reduksi rendah untuk mencegah oksidasi logam dasar. Selama penyambungan tertentu, fluks penyambungan dan logam pengisi dapat ditempatkan di tempat yang akan disambung terlebih dahulu dan dipanaskan bersamaan dengan benda kerja; Benda kerja juga dapat dipanaskan terlebih dahulu hingga suhu penyambungan, kemudian solder yang dicelupkan dengan fluks dapat dikirim ke posisi penyambungan; Setelah fluks dan logam pengisi meleleh, api pemanas harus dimatikan perlahan setelah logam pengisi terisi secara merata.

Saat menyolder aluminium dan paduan aluminium dalam tungku udara, logam pengisi solder harus disiapkan terlebih dahulu, dan fluks solder harus dilelehkan dalam air suling untuk menyiapkan larutan kental dengan konsentrasi 50% ~ 75%, kemudian dilapisi atau disemprotkan pada permukaan yang akan disolder. Sejumlah fluks solder bubuk yang sesuai juga dapat ditaburkan pada logam pengisi solder dan permukaan yang akan disolder, kemudian hasil las yang telah dirakit harus ditempatkan di dalam tungku untuk proses penyolderan pemanasan. Untuk mencegah logam dasar dari panas berlebih atau bahkan meleleh, suhu pemanasan harus dikontrol secara ketat.

Solder pasta atau foil umumnya digunakan untuk penyambungan celup aluminium dan paduan aluminium. Benda kerja yang telah dirakit harus dipanaskan terlebih dahulu sebelum penyambungan agar suhunya mendekati suhu penyambungan, kemudian dicelupkan ke dalam fluks penyambungan untuk proses penyambungan. Selama penyambungan, suhu dan waktu penyambungan harus dikontrol secara ketat. Jika suhu terlalu tinggi, logam dasar mudah larut dan solder mudah hilang; jika suhu terlalu rendah, solder tidak cukup meleleh, dan tingkat keberhasilan penyambungan menurun. Suhu penyambungan harus ditentukan sesuai dengan jenis dan ukuran logam dasar, komposisi dan titik leleh logam pengisi, dan umumnya berada di antara suhu liquidus logam pengisi dan suhu solidus logam dasar. Waktu pencelupan benda kerja dalam bak fluks harus memastikan bahwa solder dapat sepenuhnya meleleh dan mengalir, dan waktu pencelupan tidak boleh terlalu lama. Jika tidak, unsur silikon dalam solder dapat berdifusi ke dalam logam dasar, membuat logam dasar di dekat sambungan menjadi rapuh.

Dalam proses penyambungan aluminium dan paduan aluminium dengan vakum, aktivator pengoperasian logam sering digunakan untuk memodifikasi lapisan oksida permukaan aluminium dan memastikan pembasahan serta penyebaran solder. Magnesium dapat langsung digunakan pada benda kerja dalam bentuk partikel, atau dimasukkan ke dalam zona penyambungan dalam bentuk uap, atau magnesium dapat ditambahkan ke solder silikon aluminium sebagai elemen paduan. Untuk benda kerja dengan struktur kompleks, untuk memastikan efek penuh uap magnesium pada logam dasar dan meningkatkan kualitas penyambungan, seringkali dilakukan tindakan proses pelindung lokal, yaitu, benda kerja terlebih dahulu ditempatkan dalam kotak baja tahan karat (biasanya dikenal sebagai kotak proses), dan kemudian ditempatkan dalam tungku vakum untuk pemanasan penyambungan. Sambungan aluminium dan paduan aluminium yang disambung dengan vakum memiliki permukaan yang halus dan sambungan yang rapat, dan tidak perlu dibersihkan setelah penyambungan; Namun, peralatan penyambungan vakum mahal, dan uap magnesium sangat mencemari tungku, sehingga perlu dibersihkan dan dirawat secara berkala.

Saat menyolder aluminium dan paduan aluminium dalam atmosfer netral atau inert, aktivator atau fluks magnesium dapat digunakan untuk menghilangkan lapisan film. Ketika aktivator magnesium digunakan untuk menghilangkan lapisan film, jumlah magnesium yang dibutuhkan jauh lebih rendah daripada penyolderan vakum. Umumnya, w (mg) sekitar 0,2% ~ 0,5%. Jika kandungan magnesium tinggi, kualitas sambungan akan menurun. Metode penyolderan NOCOLOK menggunakan fluks fluorida dan perlindungan nitrogen adalah metode baru yang berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir. Karena residu fluks fluorida tidak menyerap kelembapan dan tidak korosif terhadap aluminium, proses penghilangan residu fluks setelah penyolderan dapat dihilangkan. Di bawah perlindungan nitrogen, hanya sedikit fluks fluorida yang perlu dilapisi, logam pengisi dapat membasahi logam dasar dengan baik, dan mudah untuk mendapatkan sambungan solder berkualitas tinggi. Saat ini, metode penyolderan NOCOLOK ini telah digunakan dalam produksi massal radiator aluminium dan komponen lainnya.

Untuk aluminium dan paduan aluminium yang disolder dengan fluks selain fluks fluorida, residu fluks harus dihilangkan sepenuhnya setelah penyolderan. Residu fluks solder organik untuk aluminium dapat dicuci dengan larutan organik seperti metanol dan trikloroetilen, dinetralkan dengan larutan natrium hidroksida, dan akhirnya dibersihkan dengan air panas dan dingin. Klorida adalah residu fluks solder untuk aluminium, yang dapat dihilangkan menurut metode berikut; Pertama, rendam dalam air panas pada suhu 60 ~ 80 ℃ selama 10 menit, bersihkan residu pada sambungan solder dengan hati-hati menggunakan sikat, dan bersihkan dengan air dingin; Kemudian rendam dalam larutan asam nitrat 15% selama 30 menit, dan terakhir bilas dengan air dingin.