Brasagem de alumínio e ligas de alumínio

1. Brasabilidade

A brasagem do alumínio e suas ligas apresenta baixa resistência, principalmente devido à dificuldade de remoção da película de óxido que se forma em sua superfície. O alumínio possui grande afinidade com o oxigênio, formando facilmente uma película de óxido de Al₂O₃ densa, estável e com alto ponto de fusão. Ao mesmo tempo, as ligas de alumínio que contêm magnésio também formam uma película de óxido de MgO bastante estável, que dificulta a molhagem e a dispersão da solda, além de ser difícil de remover. Portanto, o processo de brasagem só pode ser realizado com o uso de fluxo adequado.

Em segundo lugar, a operação de brasagem de alumínio e ligas de alumínio é complexa. O ponto de fusão do alumínio e de suas ligas não difere muito do ponto de fusão do metal de adição utilizado na brasagem. A faixa de temperatura ideal para a brasagem é bastante estreita. Um pequeno erro no controle da temperatura pode facilmente causar superaquecimento ou mesmo fusão do metal base, dificultando o processo de brasagem. Algumas ligas de alumínio, mesmo após tratamento térmico, podem sofrer amolecimento devido ao aquecimento durante a brasagem, como envelhecimento excessivo ou recozimento, o que reduz as propriedades das juntas brasadas. Durante a brasagem com chama, é difícil avaliar a temperatura, pois a cor da liga de alumínio não se altera com o aquecimento, o que também aumenta a exigência de habilidade por parte do operador.

Além disso, a resistência à corrosão de juntas brasadas de alumínio e ligas de alumínio é facilmente afetada por metais de adição e fluxos. O potencial do eletrodo do alumínio e de suas ligas é bastante diferente do da solda, o que reduz a resistência à corrosão da junta, especialmente em juntas de solda branda. Ademais, a maioria dos fluxos utilizados na brasagem de alumínio e ligas de alumínio apresenta alta corrosividade. Mesmo após a limpeza, a influência dos fluxos na resistência à corrosão das juntas não será completamente eliminada.

2. Material de brasagem

(1) A brasagem de alumínio e ligas de alumínio é um método raramente utilizado, pois a composição e o potencial eletroquímico do metal de adição e do metal base são muito diferentes, o que facilita a ocorrência de corrosão eletroquímica na junta. A soldagem branda utiliza principalmente solda à base de zinco e solda de estanho-chumbo, que podem ser divididas em solda de baixa temperatura (150 ~ 260 ℃), solda de média temperatura (260 ~ 370 ℃) e solda de alta temperatura (370 ~ 430 ℃), de acordo com a faixa de temperatura. Quando se utiliza solda de estanho-chumbo e se realiza um pré-revestimento de cobre ou níquel na superfície do alumínio para a brasagem, a corrosão na interface da junta pode ser evitada, melhorando assim a resistência à corrosão da junta.

A brasagem de alumínio e ligas de alumínio é amplamente utilizada em componentes como guias de filtro, evaporadores, radiadores e outros. Somente metais de adição à base de alumínio podem ser usados ​​para brasagem de alumínio e ligas de alumínio, sendo os metais de adição de alumínio-silício os mais utilizados. O escopo específico de aplicação e a resistência ao cisalhamento das juntas brasadas são mostrados nas Tabelas 8 e 9, respectivamente. No entanto, o ponto de fusão dessa solda é próximo ao do metal base, portanto, a temperatura de aquecimento deve ser rigorosamente controlada durante a brasagem para evitar o superaquecimento ou mesmo a fusão do metal base.

Tabela 8: Âmbito de aplicação de metais de adição para brasagem em alumínio e ligas de alumínio

Tabela 9: Resistência ao cisalhamento de juntas de alumínio e ligas de alumínio brasadas com metais de adição de alumínio-silício.

A solda de alumínio-silício é geralmente fornecida em forma de pó, pasta, fio ou folha. Em alguns casos, são utilizadas placas compostas de solda com alumínio como núcleo e solda de alumínio-silício como revestimento. Esse tipo de placa composta de solda é fabricado por método hidráulico e é frequentemente usado como parte de componentes brasados. Durante a brasagem, o metal de adição presente na placa composta derrete e flui sob a ação da capilaridade e da gravidade para preencher a folga da junta.

(2) Fluxo e gás de proteção para brasagem de alumínio e ligas de alumínio; frequentemente, utiliza-se um fluxo especial para remover a película. O fluxo orgânico à base de trietanolamina, como o FS204, é utilizado com solda macia de baixa temperatura. A vantagem desse fluxo é que ele tem pouco efeito corrosivo sobre o metal base, mas produz uma grande quantidade de gás, o que afeta a molhabilidade e a vedação da solda. O fluxo reativo à base de cloreto de zinco, como o FS203 e o FS220A, é utilizado com solda macia de média e alta temperatura. O fluxo reativo é altamente corrosivo e seus resíduos devem ser removidos após a brasagem.

Atualmente, a brasagem de alumínio e ligas de alumínio ainda é dominada pela remoção da película de fluxo. Os fluxos de brasagem utilizados incluem fluxos à base de cloreto e fluxos à base de fluoreto. O fluxo à base de cloreto possui forte capacidade de remoção da película de óxido e boa fluidez, porém apresenta um grande efeito corrosivo sobre o metal base. Seus resíduos devem ser completamente removidos após a brasagem. O fluxo à base de fluoreto é um novo tipo de fluxo, que possui bom efeito de remoção da película e não corrói o metal base. Contudo, apresenta alto ponto de fusão e baixa estabilidade térmica, podendo ser utilizado apenas com solda de alumínio-silício.

Na brasagem de alumínio e ligas de alumínio, geralmente se utiliza vácuo, atmosfera neutra ou inerte. Quando se utiliza brasagem a vácuo, o grau de vácuo deve geralmente atingir a ordem de 10⁻³ Pa. Quando se utiliza nitrogênio ou argônio como gás de proteção, sua pureza deve ser muito alta e o ponto de orvalho deve ser inferior a -40 °C.

3. Tecnologia de brasagem

A brasagem de alumínio e ligas de alumínio exige alta qualidade na limpeza da superfície da peça. Para obter um bom resultado, é necessário remover manchas de óleo e películas de óxido da superfície antes da brasagem. Remova as manchas de óleo com uma solução aquosa de Na₂CO₃ a uma temperatura de 60 a 70 °C por 5 a 10 minutos e, em seguida, enxágue com água limpa. A película de óxido pode ser removida por ataque químico com solução aquosa de NaOH a uma temperatura de 20 a 40 °C por 2 a 4 minutos, seguido de lavagem com água quente. Após a remoção das manchas de óleo e da película de óxido, a peça deve ser tratada com solução aquosa de HNO₃ para polimento por 2 a 5 minutos, lavada em água corrente e seca. A peça tratada com esses métodos não deve ser tocada ou contaminada com outras impurezas e deve ser brasada em até 6 a 8 horas. O ideal é realizar a brasagem imediatamente, se possível.

Os métodos de brasagem de alumínio e ligas de alumínio incluem principalmente a brasagem por chama, a brasagem com ferro de soldar e a brasagem em forno. Esses métodos geralmente utilizam fluxo na brasagem e possuem requisitos rigorosos quanto à temperatura de aquecimento e tempo de permanência. Durante a brasagem por chama e a brasagem com ferro de soldar, deve-se evitar o aquecimento direto do fluxo pela fonte de calor para prevenir o superaquecimento e a falha do mesmo. Como o alumínio pode se dissolver em soldas macias com alto teor de zinco, o aquecimento deve ser interrompido assim que a junta for formada para evitar a corrosão do metal base. Em alguns casos, a brasagem de alumínio e ligas de alumínio não utiliza fluxo, mas sim métodos ultrassônicos ou de raspagem para remover a película. Ao utilizar a raspagem para remover a película da brasagem, primeiro aqueça a peça de trabalho até a temperatura de brasagem e, em seguida, raspe a parte a ser brasada da peça com a extremidade da vareta de solda (ou ferramenta de raspagem). Ao romper a película de óxido superficial, a extremidade da solda derreterá e molhará o metal base.

Os métodos de brasagem de alumínio e ligas de alumínio incluem principalmente brasagem a chama, brasagem em forno, brasagem por imersão, brasagem a vácuo e brasagem com proteção gasosa. A brasagem a chama é utilizada principalmente para peças pequenas e produção de peças únicas. Para evitar a falha do fluxo devido ao contato entre as impurezas do acetileno e o fluxo ao usar chama oxiacetilênica, é apropriado usar chama de ar comprimido a gasolina com leve poder redutor para evitar a oxidação do metal base. Durante a brasagem específica, o fluxo de brasagem e o metal de adição podem ser colocados previamente no local da brasagem e aquecidos simultaneamente com a peça; a peça também pode ser aquecida primeiro até a temperatura de brasagem e, em seguida, o metal de adição imerso em fluxo pode ser enviado para a posição de brasagem; após a fusão do fluxo e do metal de adição, a chama de aquecimento deve ser removida lentamente após o metal de adição ter preenchido uniformemente o espaço.

Na brasagem de alumínio e ligas de alumínio em forno a ar, o metal de adição deve ser pré-aplicado e o fluxo de brasagem deve ser fundido em água destilada para preparar uma solução espessa com concentração de 50% a 75%, que será então aplicada por revestimento ou pulverização sobre a superfície a ser brasada. Uma quantidade adequada de fluxo de brasagem em pó também pode ser aplicada sobre o metal de adição e a superfície a ser brasada, e então a peça soldada montada deve ser colocada no forno para aquecimento e brasagem. Para evitar o superaquecimento ou mesmo a fusão do metal base, a temperatura de aquecimento deve ser rigorosamente controlada.

Geralmente, utiliza-se solda em pasta ou em folha para brasagem por imersão de alumínio e ligas de alumínio. A peça montada deve ser pré-aquecida antes da brasagem para que sua temperatura se aproxime da temperatura de brasagem e, em seguida, imersa no fluxo de brasagem. Durante a brasagem, a temperatura e o tempo de brasagem devem ser rigorosamente controlados. Se a temperatura for muito alta, o metal base se dissolve facilmente e a solda se perde; se a temperatura for muito baixa, a solda não derrete o suficiente e a taxa de brasagem diminui. A temperatura de brasagem deve ser determinada de acordo com o tipo e o tamanho do metal base, a composição e o ponto de fusão do metal de adição, e geralmente situa-se entre a temperatura de liquidus do metal de adição e a temperatura de solidus do metal base. O tempo de imersão da peça no banho de fluxo deve garantir que a solda derreta e flua completamente, e o tempo de imersão não deve ser muito longo. Caso contrário, o silício presente na solda pode se difundir no metal base, tornando-o quebradiço próximo à junta.

Na brasagem a vácuo de alumínio e ligas de alumínio, ativadores metálicos são frequentemente usados ​​para modificar a película de óxido superficial do alumínio e garantir a molhabilidade e o espalhamento da solda. O magnésio pode ser aplicado diretamente na peça na forma de partículas, introduzido na zona de brasagem na forma de vapor ou adicionado à solda de alumínio-silício como elemento de liga. Para peças com estrutura complexa, a fim de garantir o efeito completo do vapor de magnésio sobre o metal base e melhorar a qualidade da brasagem, medidas de proteção localizada são frequentemente adotadas. Isso significa que a peça é colocada primeiro em uma caixa de aço inoxidável (comumente conhecida como caixa de processo) e, em seguida, inserida em um forno a vácuo para aquecimento e brasagem. As juntas de alumínio e ligas de alumínio brasadas a vácuo apresentam superfície lisa e juntas brasadas densas, não necessitando de limpeza após a brasagem. No entanto, o equipamento de brasagem a vácuo é caro e o vapor de magnésio contamina o forno significativamente, exigindo limpeza e manutenção frequentes.

Na brasagem de alumínio e ligas de alumínio em atmosfera neutra ou inerte, pode-se utilizar um ativador ou fluxo de magnésio para remover a película. Quando se utiliza um ativador de magnésio para remover a película, a quantidade de magnésio necessária é muito menor do que na brasagem a vácuo. Geralmente, o teor de magnésio (w(mg)) é de cerca de 0,2% a 0,5%. Quando o teor de magnésio é elevado, a qualidade da junta é reduzida. O método de brasagem NOCOLOK, que utiliza fluxo de fluoreto e proteção de nitrogênio, é um método novo que se desenvolveu rapidamente nos últimos anos. Como o resíduo do fluxo de fluoreto não absorve umidade e não é corrosivo para o alumínio, o processo de remoção do resíduo de fluxo após a brasagem pode ser omitido. Sob a proteção de nitrogênio, apenas uma pequena quantidade de fluxo de fluoreto precisa ser aplicada, o metal de adição consegue molhar bem o metal base e é fácil obter juntas brasadas de alta qualidade. Atualmente, este método de brasagem NOCOLOK já é utilizado na produção em massa de radiadores de alumínio e outros componentes.

Para brasagem de alumínio e ligas de alumínio com fluxos diferentes de fluoreto, os resíduos de fluxo devem ser completamente removidos após a brasagem. Os resíduos de fluxo orgânico para brasagem de alumínio podem ser lavados com soluções orgânicas como metanol e tricloroetileno, neutralizados com solução aquosa de hidróxido de sódio e, finalmente, lavados com água quente e fria. O cloreto é um resíduo de fluxo para brasagem de alumínio que pode ser removido de acordo com os seguintes métodos: Primeiro, mergulhe em água quente a 60-80 °C por 10 minutos, limpe cuidadosamente o resíduo na junta brasada com uma escova e lave com água fria; Em seguida, mergulhe em solução aquosa de ácido nítrico a 15% por 30 minutos e, finalmente, enxágue com água fria.