لحام الألومنيوم وسبائك الألومنيوم

1. قابلية اللحام

تتميز خاصية اللحام باللحام للألمنيوم وسبائكه بضعفها، ويعود ذلك أساسًا إلى صعوبة إزالة طبقة الأكسيد السطحية. يتميز الألمنيوم بتقارب كبير للأكسجين، مما يسهل تكوين طبقة أكسيد Al2O3 كثيفة ومستقرة وعالية نقطة الانصهار على السطح. في الوقت نفسه، تُشكل سبائك الألومنيوم المحتوية على المغنيسيوم طبقة أكسيد MgO شديدة الثبات، مما يعيق تبليل اللحام وانتشاره، ويصعب إزالته. أثناء اللحام، لا يمكن إجراء عملية اللحام إلا باستخدام مواد صهر مناسبة.

ثانيًا، يُعدّ لحام الألومنيوم وسبائكه عمليةً صعبة. لا تختلف درجة انصهار الألومنيوم وسبائكه كثيرًا عن درجة انصهار معدن حشو اللحام المستخدم. كما أن نطاق درجة الحرارة الاختياري للحام ضيقٌ جدًا. ويُؤدي التحكم غير السليم في درجة الحرارة بسهولة إلى ارتفاع درجة حرارة المعدن الأساسي أو حتى ذوبانه، مما يُصعّب عملية اللحام. كما تُسبب بعض سبائك الألومنيوم المُقوّاة بالمعالجة الحرارية ظواهر تليين، مثل الشيخوخة الزائدة أو التلدين، نتيجةً لتسخين اللحام، مما يُقلل من خصائص الوصلات الملحومة. أثناء اللحام باللهب، يصعب تقدير درجة الحرارة لأن لون سبيكة الألومنيوم لا يتغير أثناء التسخين، مما يزيد أيضًا من متطلبات مستوى تشغيل المُشغّل.

علاوة على ذلك، تتأثر مقاومة التآكل في وصلات الألومنيوم وسبائكه الملحومة بسهولة بمعادن الحشو ومواد الصهر. يختلف جهد أقطاب الألومنيوم وسبائكه اختلافًا كبيرًا عن جهد اللحام، مما يقلل من مقاومة التآكل في الوصلة، وخاصةً في وصلات اللحام الناعمة. إضافةً إلى ذلك، تتميز معظم مواد الصهر المستخدمة في لحام الألومنيوم وسبائكه بمقاومة تآكل عالية. حتى مع تنظيفها بعد اللحام، لا يزول تأثير مواد الصهر على مقاومة التآكل في الوصلات تمامًا.

2. مادة اللحام

(1) يُعدّ لحام الألومنيوم وسبائكه طريقةً نادرة الاستخدام، نظرًا لاختلاف تركيب وجهد أقطاب معادن الحشو والمعدن الأساسي، مما يُسهّل التآكل الكهروكيميائي للمفصل. يعتمد اللحام الناعم بشكل أساسي على لحام الزنك ولحام الرصاص والقصدير، والذي يُمكن تقسيمه وفقًا لنطاق درجة الحرارة إلى لحام منخفض الحرارة (150 ~ 260 درجة مئوية)، ولحام متوسط ​​الحرارة (260 ~ 370 درجة مئوية)، ولحام عالي الحرارة (370 ~ 430 درجة مئوية). عند استخدام لحام الرصاص والقصدير، وطلاء سطح الألومنيوم بالنحاس أو النيكل مسبقًا للحام، يُمكن منع التآكل عند واجهة المفصل، مما يُحسّن مقاومة التآكل للمفصل.

يُستخدم لحام الألومنيوم وسبائكه على نطاق واسع، مثل دليل المرشح، والمبخر، والمبرد، وغيرها من المكونات. لا تُستخدم إلا معادن الحشو القائمة على الألومنيوم في لحام الألومنيوم وسبائكه، ومن بينها معادن حشو السيليكون والألومنيوم الأكثر استخدامًا. يوضح الجدولان 8 و9 نطاق التطبيق المحدد وقوة القص للوصلات الملحومة. ومع ذلك، فإن درجة انصهار هذا اللحام قريبة من درجة انصهار المعدن الأساسي، لذا يجب التحكم بدقة في درجة حرارة التسخين أثناء اللحام لتجنب ارتفاع درجة حرارة المعدن الأساسي أو حتى ذوبانه.

الجدول 8 نطاق تطبيق معادن حشو اللحام للألمنيوم وسبائك الألومنيوم

الجدول 9 قوة القص للمفاصل المصنوعة من الألومنيوم وسبائك الألومنيوم الملحومة بمعادن حشو السيليكون والألومنيوم

يُوفَّر لحام السيليكون والألومنيوم عادةً على شكل مسحوق، أو معجون، أو سلك، أو صفائح. في بعض الحالات، تُستخدم صفائح مُركَّبة من اللحام، بقلب من الألومنيوم وطبقة من لحام السيليكون والألومنيوم. يُصنَع هذا النوع من صفائح اللحام المُركَّبة بطريقة هيدروليكية، ويُستخدم غالبًا كجزء من مكونات اللحام. أثناء اللحام، يذوب معدن حشو اللحام على الصفائح المُركَّبة ويتدفق تحت تأثير الشعيرات الدموية والجاذبية لملء فجوة الوصلة.

(٢) غاز الصهر والحماية للحام الألومنيوم وسبائك الألومنيوم. يُستخدم عادةً نوع خاص من الصهر لإزالة الغشاء. يُستخدم نوع الصهر العضوي القائم على ثلاثي إيثانول أمين، مثل fs204، مع اللحام الناعم منخفض الحرارة. يمتاز هذا النوع بتأثيره الضئيل على المعدن الأساسي، ولكنه يُنتج كمية كبيرة من الغاز، مما يؤثر على ترطيب اللحام وسدّه. يُستخدم نوع الصهر التفاعلي القائم على كلوريد الزنك، مثل fs203 وfs220a، مع اللحام الناعم متوسط ​​الحرارة وعالي الحرارة. هذا النوع من الصهر التفاعلي شديد التآكل، ويجب إزالة بقاياه بعد اللحام.

حاليًا، لا يزال لحام الألومنيوم وسبائكه يعتمد بشكل رئيسي على إزالة طبقة الصهر. وتشمل مواد اللحام المستخدمة مواد لحام قائمة على الكلوريد ومواد لحام قائمة على الفلوريد. تتميز مواد اللحام القائمة على الكلوريد بقدرة عالية على إزالة طبقة الأكسيد ودرجة سيولتها الجيدة، إلا أن لها تأثيرًا تآكليًا كبيرًا على المعدن الأساسي. يجب إزالة بقاياها تمامًا بعد اللحام. أما مواد اللحام القائمة على الفلوريد فهي نوع جديد من مواد اللحام، تتميز بتأثير جيد على إزالة الطبقة الصهرية وعدم تسببها في تآكل المعدن الأساسي. إلا أن درجة انصهارها عالية وثباتها الحراري ضعيف، ولا تُستخدم إلا مع لحام السيليكون والألومنيوم.

عند لحام الألومنيوم وسبائكه، غالبًا ما يُستخدم جو مفرغ أو محايد أو خامل. عند استخدام اللحام المفرغ، يجب أن تصل درجة الفراغ عادةً إلى حوالي 10-3 باسكال. عند استخدام غاز النيتروجين أو الأرجون للحماية، يجب أن تكون درجة نقائه عالية جدًا، وأن تكون نقطة الندى أقل من -40 درجة مئوية.

3. تقنية اللحام

يتطلب لحام الألومنيوم وسبائك الألومنيوم متطلبات عالية لتنظيف سطح قطعة العمل. للحصول على جودة عالية، يجب إزالة بقع الزيت وطبقة الأكسيد على السطح قبل اللحام. قم بإزالة بقع الزيت على السطح بمحلول مائي Na2CO3 عند درجة حرارة 60 ~ 70 درجة مئوية لمدة 5 ~ 10 دقائق، ثم اشطفه بالماء النظيف؛ يمكن إزالة طبقة الأكسيد السطحية عن طريق الحفر بمحلول مائي NaOH عند درجة حرارة 20 ~ 40 درجة مئوية لمدة 2 ~ 4 دقائق، ثم اغسله بالماء الساخن؛ بعد إزالة بقع الزيت وطبقة الأكسيد على السطح، يجب معالجة قطعة العمل بمحلول مائي HNO3 لللمعان لمدة 2 ~ 5 دقائق، ثم تنظيفها بالماء الجاري وتجفيفها أخيرًا. يجب ألا تُلمس قطعة العمل المعالجة بهذه الطرق أو تُلوث بأي أوساخ أخرى، ويجب لحامها في غضون 6 ~ 8 ساعات. من الأفضل اللحام على الفور إن أمكن.

تشمل طرق لحام الألومنيوم وسبائكه بشكل رئيسي اللحام باللهب، واللحام بمكواة اللحام، واللحام بالفرن. تستخدم هذه الطرق عادةً مادة الصهر في اللحام، وتشترط شروطًا صارمة على درجة حرارة التسخين ومدة التثبيت. أثناء اللحام باللهب أو بمكواة اللحام، تجنب تسخين مادة الصهر مباشرةً بمصدر الحرارة لمنع ارتفاع درجة حرارتها وتعطلها. ولأن الألومنيوم قابل للذوبان في لحام لين غني بالزنك، يجب إيقاف التسخين بعد تشكيل الوصلة لتجنب تآكل المعدن الأساسي. في بعض الحالات، لا يُستخدم اللحام أحيانًا مادة الصهر، بل تُستخدم الموجات فوق الصوتية أو الكشط لإزالة الطبقة الرقيقة. عند استخدام الكشط لإزالة طبقة اللحام، سخّن قطعة العمل أولًا إلى درجة حرارة اللحام، ثم اكشط جزء اللحام منها بطرف قضيب اللحام (أو أداة الكشط). ​​أثناء كسر طبقة أكسيد السطح، ستذوب نهاية اللحام وتُبلل المعدن الأساسي.

تشمل طرق لحام الألومنيوم وسبائكه بشكل رئيسي اللحام باللهب، واللحام بالفرن، واللحام بالغمس، واللحام بالتفريغ، واللحام المحمي بالغاز. يُستخدم اللحام باللهب بشكل أساسي في قطع العمل الصغيرة وإنتاج قطعة واحدة. لتجنب فشل التدفق الناتج عن ملامسة شوائب الأسيتيلين للتدفق عند استخدام لهب الأكسجين والأسيتيلين، يُنصح باستخدام لهب هواء مضغوط بالبنزين مع قابلية اختزال طفيفة لمنع أكسدة المعدن الأساسي. أثناء اللحام الخاص، يمكن وضع تدفق اللحام ومعدن الحشو في مكان اللحام مسبقًا وتسخينهما في نفس الوقت مع قطعة العمل؛ يمكن أيضًا تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة اللحام أولاً، ثم يمكن إرسال اللحام المغطى بالتدفق إلى موضع اللحام؛ بعد ذوبان التدفق ومعدن الحشو، يجب إزالة لهب التسخين ببطء بعد ملء معدن الحشو بالتساوي.

عند لحام الألومنيوم وسبائكه في فرن هوائي، يجب ضبط معدن حشو اللحام مسبقًا، ثم يُصهر سائل اللحام في الماء المقطر لتحضير محلول سميك بتركيز 50% إلى 75%، ثم يُطلى أو يُرش على سطح اللحام. يمكن أيضًا وضع كمية مناسبة من سائل اللحام المسحوق على معدن حشو اللحام وسطح اللحام، ثم توضع اللحامات المُجمّعة في الفرن لتسخين اللحام. لمنع ارتفاع درجة حرارة المعدن الأساسي أو حتى ذوبانه، يجب التحكم بدقة في درجة حرارة التسخين.

يُستخدم لحام المعجون أو الرقائق المعدنية عادةً في لحام الألومنيوم وسبائكه بالغمس. تُسخّن قطعة العمل المُجمّعة مسبقًا قبل اللحام لجعل درجة حرارتها قريبة من درجة حرارة اللحام، ثم تُغمر في سائل اللحام. أثناء اللحام، يجب التحكم بدقة في درجة حرارة اللحام ووقته. إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا، يسهل ذوبان المعدن الأساسي وفقدان اللحام؛ أما إذا كانت منخفضة جدًا، فلا يذوب اللحام بشكل كافٍ، وينخفض ​​معدل اللحام. تُحدد درجة حرارة اللحام وفقًا لنوع وحجم المعدن الأساسي، وتركيب معدن الحشو ونقطة انصهاره، وعادةً ما تكون بين درجة حرارة سيولة معدن الحشو ودرجة حرارة تماسكه. يجب أن يضمن وقت غمس قطعة العمل في حمام السائل انصهار اللحام وتدفقه بالكامل، ويجب ألا يكون وقت الدعم طويلًا جدًا. وإلا، فقد ينتشر عنصر السيليكون الموجود في اللحام في المعدن الأساسي، مما يجعله هشًا بالقرب من خط التماس.

في اللحام الفراغي للألمنيوم وسبائكه، تُستخدم مُنشِّطات تشغيل المعادن غالبًا لتعديل طبقة أكسيد سطح الألمنيوم وضمان تبليل اللحام وانتشاره. يمكن استخدام المغنيسيوم مباشرةً على قطعة العمل على شكل جزيئات، أو إدخاله في منطقة اللحام على شكل بخار، أو إضافته إلى لحام السيليكون الألومنيومي كعنصر سبيكة. بالنسبة لقطع العمل ذات البنية المعقدة، ولضمان التأثير الكامل لبخار المغنيسيوم على المعدن الأساسي وتحسين جودة اللحام، تُتخذ إجراءات الحماية المحلية، أي توضع قطعة العمل أولًا في صندوق من الفولاذ المقاوم للصدأ (يُعرف عادةً بصندوق المعالجة)، ثم تُوضع في فرن تفريغ لتسخين اللحام. تتميز وصلات الألمنيوم وسبائكه الملحومة بالتفريغ بسطح أملس وصلات ملحومة كثيفة، ولا تحتاج إلى تنظيف بعد اللحام. مع ذلك، فإن معدات اللحام الفراغي باهظة الثمن، ويُلوِّث بخار المغنيسيوم الفرن بشكل خطير، مما يتطلب تنظيفًا وصيانة دورية.

عند لحام الألومنيوم وسبائكه في جو محايد أو خامل، يمكن استخدام منشط المغنيسيوم أو مادة الصهر لإزالة الطبقة الرقيقة. عند استخدام منشط المغنيسيوم لإزالة الطبقة الرقيقة، تكون كمية المغنيسيوم المطلوبة أقل بكثير من تلك المطلوبة في اللحام الفراغي. عادةً، يتراوح وزن المغنيسيوم (w (mg)) بين 0.2% و0.5%. عند ارتفاع نسبة المغنيسيوم، تنخفض جودة الوصلة. تُعد طريقة لحام NOCOLOK باستخدام مادة الصهر بالفلورايد وحماية النيتروجين طريقة جديدة تطورت بسرعة في السنوات الأخيرة. نظرًا لأن بقايا مادة الصهر بالفلورايد لا تمتص الرطوبة ولا تُسبب تآكلًا للألومنيوم، يمكن الاستغناء عن عملية إزالة بقايا الصهر بعد اللحام. تحت حماية النيتروجين، لا يلزم سوى طلاء كمية صغيرة من مادة الصهر بالفلورايد، ويمكن لمعدن الحشو أن يبلل المعدن الأساسي جيدًا، مما يُسهّل الحصول على وصلات لحام عالية الجودة. حاليًا، تُستخدم طريقة لحام NOCOLOK هذه في الإنتاج الضخم لمشعات الألومنيوم ومكونات أخرى.

بالنسبة للألمنيوم وسبائكه الملحومة باستخدام مواد صهر أخرى غير الفلورايد، يجب إزالة بقايا الصهر تمامًا بعد اللحام. يمكن غسل بقايا الصهر العضوي للألمنيوم بمحاليل عضوية مثل الميثانول وثلاثي كلورو الإيثيلين، ثم تحييدها بمحلول مائي من هيدروكسيد الصوديوم، ثم تنظيفها بالماء الساخن والبارد. الكلوريد هو بقايا الصهر للألمنيوم، ويمكن إزالته بالطرق التالية: أولاً، نقعه في ماء ساخن بدرجة حرارة تتراوح بين 60 و80 درجة مئوية لمدة 10 دقائق، ثم تنظيفه جيدًا باستخدام فرشاة لإزالة البقايا من المفصل الملحوم، ثم غسله بالماء البارد. بعد ذلك، نقعه في محلول مائي من حمض النيتريك بنسبة 15% لمدة 30 دقيقة، ثم شطفه بالماء البارد.