アルミニウムおよびアルミニウム合金のろう付け

1.ろう付け性

アルミニウムおよびアルミニウム合金のろう付け特性は、主に表面の酸化膜を除去するのが難しいために劣っています。アルミニウムは酸素との親和性が高い。表面に緻密で安定した高融点酸化皮膜Al2O3を形成しやすい。同時に、マグネシウムを含むアルミニウム合金も非常に安定した酸化皮膜MgOを形成します。それらは、はんだの濡れと拡散を深刻に妨げます。そして、削除するのは難しい。ろう付け中、ろう付けプロセスは適切なフラックスでのみ実行できます。

第二に、アルミニウムおよびアルミニウム合金ろう付けの操作は困難です。アルミニウムおよびアルミニウム合金の融点は、使用されるろう付け溶加材の融点と大差ありません。ろう付けのオプションの温度範囲は非常に狭いです。少し不適切な温度制御は、母材の過熱や溶融さえも引き起こしやすく、ろう付けプロセスを困難にします。熱処理によって強化された一部のアルミニウム合金は、ろう付け加熱による過時効や焼きなましなどの軟化現象も引き起こし、ろう付けされた接合部の特性を低下させます。火炎ろう付けでは、加熱してもアルミニウム合金の色が変化しないため、温度の判断が難しく、作業者の操作レベルも高くなります。

さらに、アルミニウムおよびアルミニウム合金のろう付けされた接合部の耐食性は、溶加材およびフラックスの影響を受けやすい。アルミニウムとアルミニウム合金の電極電位ははんだの電極電位とはかなり異なり、特に軟質はんだ接合の場合、接合部の耐食性が低下します。さらに、アルミニウムおよびアルミニウム合金のろう付けに使用されるフラックスのほとんどは、強い腐食性を持っています。ろう付け後に洗浄しても、接合部の耐食性に及ぼすフラックスの影響を完全に排除することはできません。

2.ろう付け材

（1）アルミニウムとアルミニウム合金のろう付けは、ろう付け用溶加材と母材の組成と電極電位が大きく異なり、接合部の電気化学的腐食を引き起こしやすいため、めったに使用されない方法です。ソフトはんだ付けは主に亜鉛系はんだとスズ鉛はんだを採用しており、低温はんだ（150〜260℃）、中温はんだ（260〜370℃）、高温はんだ（370〜430℃）に分類できます。温度範囲。スズ鉛はんだを使用し、アルミニウム表面に銅またはニッケルを事前にメッキしてろう付けすると、接合部の耐食性を向上させるために、接合部の界面での腐食を防ぐことができます。

フィルターガイド、エバポレーター、ラジエーター、その他の部品など、アルミニウムおよびアルミニウム合金のろう付けが広く使用されています。アルミニウムおよびアルミニウム合金のろう付けに使用できるのはアルミニウムベースの溶加材のみであり、その中でアルミニウムシリコン溶加材が最も広く使用されています。ろう付け継手の具体的な適用範囲とせん断強度をそれぞれ表8と表9に示します。ただし、このはんだの融点は母材の融点に近いため、ろう付け中は、母材の過熱や溶融を防ぐために、加熱温度を厳密かつ正確に制御する必要があります。

表8アルミニウムおよびアルミニウム合金用のろう付け溶加材の適用範囲

表9アルミニウムシリコン溶加材でろう付けされたアルミニウムおよびアルミニウム合金接合部のせん断強度

アルミニウムシリコンはんだは通常、粉末、ペースト、ワイヤー、またはシートの形で供給されます。場合によっては、コアとしてアルミニウムを使用し、クラッドとしてアルミニウムシリコンはんだを使用して複合プレートをはんだ付けします。この種のはんだ複合板は油圧方式で製造されており、ろう付け部品の一部としてよく使用されます。ろう付け中、複合板上のろう付け溶加材は、毛細管と重力の作用下で溶けて流れ、接合部の隙間を埋めます。

（2）アルミニウムおよびアルミニウム合金ろう付け用のフラックスおよびシールドガス。フィルムの除去には特殊なフラックスがよく使用されます。fs204などのトリエタノールアミンをベースにした有機フラックスは、低温軟はんだに使用されます。このフラックスの利点は、母材への腐食効果がほとんどないことですが、大量のガスを生成し、はんだの濡れとコーキングに影響を与えます。fs203やfs220aなどの塩化亜鉛をベースにした反応性フラックスは、中温および高温の軟質はんだで使用されます。反応性フラックスは腐食性が高く、ろう付け後に残留物を除去する必要があります。

現在、アルミニウムおよびアルミニウム合金のろう付けは、依然としてフラックス膜の除去によって支配されています。使用されるろう付け用フラックスには、塩化物ベースのフラックスとフッ化物ベースのフラックスが含まれます。塩化物系フラックスは、酸化皮膜を除去する強力な能力と優れた流動性を備えていますが、母材に大きな腐食作用を及ぼします。その残留物は、ろう付け後に完全に除去する必要があります。フッ化物ベースのフラックスは新しいタイプのフラックスであり、優れた皮膜除去効果があり、卑金属への腐食がありません。ただし、融点が高く、熱安定性が低く、アルミシリコンはんだでしか使用できません。

アルミニウムおよびアルミニウム合金をろう付けする場合、真空、中性または不活性雰囲気がよく使用されます。真空ろう付けを使用する場合、真空度は通常10-3paのオーダーに達します。保護のために窒素またはアルゴンガスを使用する場合、その純度は非常に高く、露点は-40℃未満である必要があります。

3.ろう付け技術

アルミニウムおよびアルミニウム合金のろう付けには、ワークピース表面の洗浄に対する高い要件があります。良好な品質を得るには、ろう付けの前に表面の油汚れと酸化皮膜を除去する必要があります。Na2CO3水溶液で60〜70℃の温度で5〜10分間表面の油汚れを取り除き、きれいな水ですすいでください。表面酸化膜は、NaOH水溶液で20〜40℃の温度で2〜4分間エッチングして除去し、次に熱水で洗浄することができます。表面の油汚れや酸化皮膜を除去した後、HNO3水溶液で2〜5分間光沢処理を行い、流水で洗浄し、最後に乾燥させます。これらの方法で処理されたワークピースは、他の汚れに触れたり汚染されたりしてはならず、6〜8時間以内にろう付けされなければなりません。可能であればすぐにろう付けすることをお勧めします。

アルミニウムおよびアルミニウム合金のろう付け方法には、主に火炎ろう付け、はんだごてろう付け、および炉ろう付けが含まれます。これらの方法は一般にろう付けにフラックスを使用し、加熱温度と保持時間に厳しい要件があります。火炎ろう付けおよびはんだごてろう付け中は、フラックスが過熱して故障するのを防ぐために、熱源によってフラックスを直接加熱することは避けてください。アルミニウムは亜鉛含有量の高い軟質はんだに溶解する可能性があるため、母材の腐食を防ぐために、接合部が形成されたら加熱を停止する必要があります。場合によっては、アルミニウムおよびアルミニウム合金のろう付けはフラックスを使用しないことがありますが、超音波またはスクレイピング法を使用してフィルムを除去します。スクレイピングを使用してろう付け用のフィルムを除去する場合は、最初にワークピースをろう付け温度に加熱してから、はんだロッド（またはスクレイピングツール）の端でワークピースのろう付け部分をこすります。表面の酸化皮膜を破壊している間、はんだの端が溶けて母材を濡らします。

アルミニウムおよびアルミニウム合金のろう付け方法には、主に火炎ろう付け、炉ろう付け、浸漬ろう付け、真空ろう付け、およびガスシールドろう付けが含まれます。火炎ろう付けは、主に小さなワークピースや単一部品の製造に使用されます。アセチレン中の不純物とオキシアセチレン火炎を使用する際のフラックスとの接触によるフラックスの故障を回避するために、母材の酸化を防ぐためにわずかに還元性のあるガソリン圧縮空気火炎を使用することが適切です。特定のろう付け中に、ろう付けフラックスと溶加材を事前にろう付け場所に配置し、ワークピースと同時に加熱することができます。ワークピースを最初にろう付け温度まで加熱してから、フラックスに浸したはんだをろう付け位置に送ることもできます。フラックスと溶加材が溶けた後、溶加材が均一に充填された後、加熱炎をゆっくりと除去します。

アルミニウムとアルミニウム合金を空気炉でろう付けする場合は、ろう材をあらかじめ設定し、ろう付けフラックスを蒸留水で溶かして50％〜75％の濃厚溶液を作り、コーティングまたはスプレーします。ろう付け面。ろう付け用溶加材とろう付け面にも適量の粉末ろう付け用フラックスを塗布し、組み立てた溶接物を炉内に入れて加熱ろう付けします。母材の過熱や溶融を防ぐために、加熱温度を厳密に制御する必要があります。

ペーストまたはホイルはんだは、一般的にアルミニウムおよびアルミニウム合金の浸漬ろう付けに使用されます。組み立てられたワークピースは、ろう付けの前に予熱してその温度をろう付け温度に近づけ、次にろう付け用フラックスに浸してろう付けするものとします。ろう付け中は、ろう付け温度とろう付け時間を厳密に管理する必要があります。温度が高すぎると、母材が溶解しやすくなり、はんだが失われやすくなります。温度が低すぎると、はんだが十分に溶けず、ろう付け速度が低下します。ろう付け温度は、母材の種類とサイズ、溶加材の組成と融点に応じて決定され、一般に溶加材の液相線温度と母材の固相線温度の間にあります。フラックスバスへのワークピースの浸漬時間は、はんだが完全に溶融して流動できることを保証する必要があり、支持時間は長すぎないようにする必要があります。そうしないと、はんだのシリコン要素が母材に拡散し、継ぎ目の近くの母材が脆くなる可能性があります。

アルミニウムおよびアルミニウム合金の真空ろう付けでは、金属作動活性剤を使用して、アルミニウムの表面酸化膜を改質し、はんだの濡れと拡散を確実にします。マグネシウムは、粒子の形でワークピースに直接使用することも、蒸気の形でろう付けゾーンに導入することもできます。または、マグネシウムを合金元素としてアルミニウムシリコンはんだに追加することもできます。複雑な構造のワークピースの場合、母材へのマグネシウム蒸気の完全な効果を確保し、ろう付け品質を向上させるために、局所的なシールドプロセス対策がしばしば取られます。つまり、ワークピースは最初にステンレス鋼の箱に入れられます（通常はプロセスボックスとして知られています）、次にろう付けを加熱するために真空炉に入れられます。真空ろう付けアルミニウムおよびアルミニウム合金の接合部は、滑らかな表面と緻密なろう付け接合部を備えており、ろう付け後に洗浄する必要はありません。しかし、真空ろう付け装置は高価であり、マグネシウム蒸気は炉を深刻に汚染するため、頻繁に洗浄および保守する必要があります。

中性または不活性雰囲気でアルミニウムおよびアルミニウム合金をろう付けする場合、マグネシウム活性剤またはフラックスを使用してフィルムを除去することができます。マグネシウム活性剤を使用してフィルムを除去する場合、必要なマグネシウムの量は、真空ろう付けの量よりもはるかに少なくなります。一般的に、w（mg）は約0.2％〜0.5％です。マグネシウムの含有量が多いと、接合部の品質が低下します。フッ化物フラックスと窒素保護を使用したNOCOLOKろう付け法は、近年急速に開発された新しい方法です。フッ化物フラックスの残留物は水分を吸収せず、アルミニウムを腐食しないため、ろう付け後にフラックス残留物を除去するプロセスを省略できます。窒素の保護の下で、少量のフッ化物フラックスをコーティングするだけでよく、溶加材は母材を十分に濡らすことができ、高品質のろう付けされた接合部を簡単に得ることができます。現在、このNOCOLOKろう付け法は、アルミラジエーターなどの量産に使用されています。

フッ化物フラックス以外のフラックスでろう付けされたアルミニウムおよびアルミニウム合金の場合、ろう付け後にフラックス残留物を完全に除去する必要があります。アルミニウム用有機ろう付けフラックスの残留物は、メタノールやトリクロロエチレンなどの有機溶液で洗浄し、水酸化ナトリウム水溶液で中和し、最後に温水と冷水で洗浄することができます。塩化物は、アルミニウムのろう付け用フラックスの残留物であり、次の方法で除去できます。まず、60〜80℃のお湯に10分間浸し、ろう付け接合部の残留物をブラシで丁寧に洗い、冷水で洗います。その後、15％硝酸水溶液に30分間浸し、最後に冷水ですすいでください。