راهنمای جامع لحیمکاری آلومینیوم (مراحل دقیق فرایند)
لحیم کاری آلومینیوم چیست؟ لحیمکاری آلومینیوم فرآیندی مهم در ساخت ابزارهای مهندسی است که به اتصال مواد غیرهمجنس مانند مس و استنلس استیل کمک میکند. این فرآیند در تولید مبدل‌های حرارتی خودروهای الکتریکی، اتصالات آب‌بند در صنایع هوافضا و ساخت ایمپلنت‌های پزشکی با تلورانس دقیق کاربرد دارد. ابتدا سطح قطعات آلومینیومی باید از اکسید پاک شود، سپس با استفاده از دستگاه لحیمکاری مناسب، لحیم روی سطح قرار می‌گیرد و بعد از اتصال، قطعه به‌طور طبیعی خنک و تمیز میشود.
در ادامه جزییات و چالش‌های بخش‌های مختلف این فرآیند را بررسی خواهیم کرد.
فهرست
چرا لحیم کاری آلومینیوم سخت است؟
لحیم کاری آلومینیوم چالش‌هایی دارد که آن را نسبت به لحیم کاری دیگر فلزات سخت‌تر میکند. یکی از این چالش‌ها شکل‌گیری سریع اکسید بر روی سطح آلومینیوم است. وقتی آلومینیوم در معرض هوا قرار می‌گیرد، بلافاصله با اکسیژن واکنش داده و یک لایه نازک و چسبنده از اکسید آلومینیوم روی سطح آن تشکیل میشود. این لایه اکسید مانع از اتصال با کیفیت در لحیمکاری میشود. پس نیاز است که سطح آلومینیوم با فلاکسهای مخصوص لحیم کاری آلومینیوم کاملا تمیز شود. فلاکسهای معمولی قادر به پاک کردن لایه‌ی اکسید آلومینیوم نیستند.
موضوع دیگر این است که نقطه ذوب آلومینیوم چندان بالا نیست و حدود 660 درجه سانتیگراد است. به همین دلیل، اگر دما در حین لحیمکاری بیش از حد بالا برود، ممکن است قطعه ذوب شده یا تغییر شکل دهد. بنابراین، لازم است دما به‌طور مداوم کنترل شود و از لحیم مناسب استفاده گردد.
چالش دیگر، رسانایی حرارتی بالای این فلز است. به همین دلیل، هنگام لحیمکاری باید دقت کنیم که گرما فقط در محل موردنظر باقی بماند و به بخش‌های دیگر قطعه منتقل نشود. این عوامل باعث میشوند که لحیم کاری آلومینیوم به دقت، مهارت و استفاده از ابزارها نیاز داشته باشد.
در ادامه، ابتدا انواع لحیم کاری آلومینیوم را معرفی می‌کنیم و سپس درباره نکات مهمی صحبت می‌کنیم که در لحیم کاری آلومینیوم باید مدنظر داشته باشید.
انواع لحیم کاری آلومینیوم
برای اتصال قطعات آلومینیومی با استفاده از لحیمکاری روش‌های متفاوتی وجود دارد. زیرا هر آلیاژ آلومینیوم، ویژگی‌ها و خواص خودش را دارد و ممکن است تحمل نوعی از لحیم کاری را نداشته باشد. در ادامه رایج‌ترین روش‌ها برای لحیمکاری انواع قطعات، پروفیل‌ها و ورق‌های آلومینیومی را توضیح خواهیم داد.
برای آشنایی با انواع ورق آلومینیوم و آلیاژ به کار رفته در آن‌ها می‌توانید به مقاله انواع ورق آلومینیوم رجوع کنید.
لحیم کاری سخت
لحیمکاری سخت (Brazing) آلومینیوم با استفاده از آلیاژهای لحیم با نقطه ذوب بالاتر از ۴۵۰ درجه سانتیگراد انجام میشود و در صنایع خودروسازی، هوافضا و مهندسی به کار می‌رود. لحیمکاری سخت برای آلیاژهای آلومینیومی مناسب است که نقاط ذوب بالا دارند و مقادیر زیادی از عناصر آلیاژساز مانند مس، منیزیم و سیلیکون در ترکیبات آن‌ها به کار رفته است.
از مزیت‌های این روش می‌توان به ایجاد اتصالات قوی و مقاوم به حرارت و خوردگی اشاره کرد. با این حال، یک مشکل عمده این است که فرایند لحیمکاری آلومینیوم دشوار بوده و نیاز به تجهیزات پیشرفته و متخصصین با تجربه دارد.
اگر تمایل دارید درباره انواع آلیاژهای آلومینیوم و خواص آن‌ها اطلاعات بیشتری کسب کنید، مقاله آلیاژهای آلومینیوم را مطالعه کنید.
لحیم کاری نرم
در لحیمکاری نرم از آلیاژهای لحیم با نقطه ذوب پایینتر از ۴۵۰ درجه سانتیگراد استفاده میشود. این روش در صنایع الکترونیک، ساخت قطعات کوچک و تعمیرات خانگی به کار می‌رود و به دمای پایین‌تری نسبت به لحیمکاری سخت نیاز دارد. لحیمکاری نرم برای آلیاژهای آلومینیومی با نقطه ذوب پایین و مقادیر کمتری از عناصر آلیاژی مانند مس و منیزیم مناسب است.
مزیت اصلی لحیمکاری نرم، سادگی فرآیند و نیاز کمتر به تجهیزات پیچیده مانند هویه‌های استاندارد است، که باعث کاهش هزینه‌ها شده و خطر تغییر شکل قطعات را به حداقل می‌رساند. اما این روش اتصالاتی، با مقاومت مکانیکی و حرارتی کمتر ایجاد میکند و برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت بالا دارند مناسب نیست.
اگر می‌خواهید راجع به کاربردهای مختلف آلومینیوم اطلاعات بیشتری کسب کنید، پیشنهاد می‌کنیم به مقاله کاربرد آلومینیوم رجوع کنید.
مواردی که برای لحیم کاری آلومینیوم باید در نظر بگیرید
لحیمکاری آلومینیوم فرایندی است که نیاز به دقت و استفاده از مواد و تکنیک‌های خاص دارد. برای بهبود کیفیت لحیم کاری باید به چند نکته توجه شود. این نکات را در ادامه بررسی می‌کنیم.
فلاکس (شار) لحیم کاری آلومینیوم
استفاده از فلاکس (شار) مناسب در لحیمکاری آلومینیوم اهمیت بسیار زیادی دارد و چندین عامل باید در نظر گرفته شود تا اتصالات لحیم کاری قوی و با دوام باشند. این عوامل به شرح زیر هستند:
- فلاکس باید خواص شیمیایی مناسبی داشته باشد تا بتواند اکسیدهای آلومینیوم و سایر آلودگی‌ها را به صورت مؤثر حذف کند و فرایند لحیم را تسهیل کند.
- فلاکسهای عمومی ممکن است نتوانند به خوبی بر اکسید آلومینیوم اثر بگذارند.
- فلاکس باید در دمای مناسب فعال شود. فلاکس‌هایی که دمای فعال شدن پایین‌تری دارند، معمولاً برای لحیمکاری نرم مناسب‌ترند، در حالی که فلاکس‌هایی با دمای فعال شدن بالاتر برای لحیمکاری سخت استفاده میشوند.
- باید به تمیزکاری پس از لحیمکاری توجه شود. فلاکسهای با پایه آب میتوانند با آب شسته شوند؛ اما فلاکسهای رزینی، نیاز به پاک‌کننده‌های مخصوص دارند. توجه به این نکات می‌تواند به بهبود کیفیت لحیمکاری و ایجاد اتصالات قوی و بادوام کمک کند.
شناخت آلیاژهای آلومینیومی مختلف برای لحیم کاری
در انتخاب آلیاژهای آلومینیومی مختلف برای لحیمکاری، باید چندین عامل مهم را در نظر گرفت. مهم‌ترین عوامل عبارتند از:
- نقطه ذوب آلیاژ
نقطه ذوب آلیاژ برای انتخاب روش لحیم کاری اهمیت زیادی دارد. برای لحیم کاری آلیاژهای با نقطه ذوب پایینتر، معمولاً از لحیمکاری نرم استفاده میشود. آلیاژهای با نقطه ذوب بالاتر را نیز با روش لحیمکاری سخت به هم متصل میکنند. به عنوان مثال، قطعاتی از آلیاژ آلومینیوم 6061 به دلیل نقطه ذوب بالا و نوع ترکیبات به کار رفته در آن‌ها، باید با لحیم کاری سخت به هم متصل شوند.
- نوع ترکیبات آلیاژ
نوع ترکیبات آلیاژ نیز تأثیر زیادی بر عملکرد لحیمکاری دارد. برخی عناصر آلیاژی مانند مس و منیزیم میتوانند خواص لحیمکاری را بهبود بخشند. مس باعث افزایش هدایت حرارتی و الکتریکی و کاهش اکسیداسیون میشود و منیزیم مقاومت مکانیکی و پایداری حرارتی را افزایش و شکنندگی را کاهش می‌دهد. به عنوان نمونه، آلیاژ آلومینیوم 3003 که دارای منگنز است، برای لحیمکاری نرم مناسب می‌باشد. - قابلیت جوش‌پذیری آلیاژ
قابلیت جوش‌پذیری آلیاژ نیز اهمیت دارد؛ برخی آلیاژها ممکن است به دلیل ترکیب شیمیایی خود، به خوبی لحیم نشوند.
معرفی آلیاژهای آلومینیوم و قابلیت لحیمکاری آن‌ها
- آلیاژهای سری 1000، 3000 و 6000: این آلیاژها به طور کلی قابلیت لحیمکاری خوبی دارند.
- آلیاژهای سری 5000: آلیاژهای این سری که کمتر از 2 درصد منیزیم دارند، از طریق لحیمکاری سخت به یکدیگر متصل میشوند. اما آلیاژهای دارای بیش از 2 درصد منیزیم به دلیل نقطه ذوب پایین، برای لحیمکاری سخت مناسب نیستند.
- آلیاژهای سری 2000 و 7000: به دلیل دمای ذوب پایین، لحیمکاری سخت برای این سری آلیاژها توصیه نمی‌شود. با این حال، آلیاژهای سری 2000، که از ترکیب آلومینیوم و مس تولید میشوند، استحکام و قابلیت جوشکاری مناسب‌تری دارند.
- آلیاژهای ریختگی: بسیاری از آلیاژهای ریختگی مانند آلیاژهای 356، 357، 359، 443 و 712 با استفاده از لحیم کاری سخت قابل اتصال هستند.
انتخاب بهترین لحیم برای لحیم کاری
برای لحیمکاری آلومینیوم به دلیل دمای ذوب نسبتاً پایین و هدایت گرمایی بالای آن، نمی‌توان از لحیم‌های عمومی استفاده کرد. در عوض، باید از لحیم‌های ویژه‌ای استفاده کرد که دارای نقطه ذوب پایین‌تری باشند. در ادامه انواع لحیم مناسب برای آلومینیوم را معرفی می‌کنیم:
- آلیاژهای آلومینیوم-سیلیکون: مناسب برای لحیم کاری سخت
- آلیاژهای آلومینیوم-روی: مناسب برای لحیم کاری نرم
- آلیاژهای قلع، سرب، روی، کادمیوم و بیسموت: مناسب برای لحیم کاری نرم
- آلیاژهای قلع یا کادمیوم در ترکیب با روی: مناسب برای لحیم کاری نرم
انواع منابع گرمایی برای لحیمکاری آلومینیوم
برای لحیم کاری آلومینیوم، منبع گرما نقش مهمی در ایجاد اتصال مناسب و با کیفیت دارد. انتخاب منبع گرما بستگی به اندازه قطعات، نوع لحیم کاری (نرم یا سخت) و دقت مورد نیاز دارد. انواع منابع گرما برای لحیم کاری آلومینیوم عبارتند از:
- هویه لحیم کاری: برای لحیم کاری‌های ظریف و قطعات کوچک مناسب است.
- تورچ لحیم کاری (سر شعله): برای قطعات بزرگتر و مواردی استفاد میشود که نیاز به حرارت بیشتری دارند.
- کوره لحیم کاری:برای تولید قطعات آلومینیومی در مقیاس بزرگ کار می‌رود.
- دستگاه لحیم کاری لیزری: با استفاده از پرتو لیزر، اتصالات دقیق و سریع ایجاد میکند و برای پروژه‌های صنعتی مناسب است.
در جدول زیر خلاصه‌ای از آنچه ذکر شد را آورده‌ایم تا بتوانید مقایسه بهتری بین لحیم کاری نرم و سخت انجام دهید:
|
ویژگی |
لحیم کاری سخت آلومینیوم |
لحیم کاری نرم آلومینیوم |
|
دما |
بالاتر از 450 درجه سانتیگراد |
پایینتر از 450 درجه سانتیگراد |
|
فلز پرکننده |
آلیاژهایی با پایه آلومینیوم-سیلیکون (7 تا 12% سیلیسیم) |
آلیاژهای قلع، سرب، روی، کادمیوم و بیسموت |
|
کاربرد |
اتصال قطعات با استحکام بالا |
اتصال قطعات ظریف و مدارهای الکتریکی |
|
آلیاژهای مناسب |
سری 1000، 3000 و 6000، آلیاژهای سری 5000 با کمتر از 2% منیزیم، آلیاژهای ریخته‌گری 356، 357، 359، 443 و 712 |
آلیاژهای آلومینیوم با کمتر از 1% منیزیم یا کمتر از 5% سیلیسیم |
|
فلاکس |
فلاکس مخصوص لحیم کاری سخت مثل فلاکس خورنده سیمبن، فلاکس خورنده سیمنور و فلاکس R24 |
فلاکسهای مخصوص لحیم کاری نرم مثل فلاکس رزین خالص، فلاکس رزین فعال شده، فلاکس بر پایه آب و فلاکس بدون نیاز به شست‌وشو |
|
استحکام اتصال |
بیشتر |
کمتر |
|
روش انجام |
می‌تواند به صورت دستی یا خودکار انجام شود |
معمولاً به صورت دستی انجام میشود |
|
مقاومت به خوردگی |
مناسب |
پایین (در دسته اول)، بسیار مناسب (در دسته‌های دوم و سوم) |
|
منبع گرمایی |
تورچ، کوره |
هویه |
مراحل لحیم کاری آلومینیوم
برای آنکه فرایند لحیم کاری آلومینیوم به درستی انجام شود، لازم است که مراحلی به ترتیب طی شوند. این مراحل را در ادامه ذکر کرده و درباره هرکدام توضیح می‌دهیم.
مرحله اول: تمیز کردن سطح آلومینیوم
برای تمیز کردن اکسید آلومینیوم از روی سطح قطعات، لازم است سطح آن‌ها را با کمک برس استیل (برس ضد زنگ) و محلول فلاکس مناسب تمیز کنید. دقت کنید که بین تمیز کردن و انجام مراحل بعد فاصله زیادی وجود نداشته باشد؛ چرا که اکسید آلومینیوم دوباره به سرعت روی قطعات ایجاد میشود. برای تمیز کردن موثر، هرگونه روغن، اکسید و آلاینده را از فلز جدا کنید و از حلال‌هایی مانند استون یا الکل برای چربی زدایی استفاده کنید.
مرحله دوم: اتصال قطعات پایه به هم
برای آنکه قطعات را به هم لحیم کنید، باید آن‌ها را در فاصله‌ای بسیار کم، حدود 1 میلی‌متر، از هم قرار دهید. این قطعات باید با کمک گیره، محکم شده و کاملا صاف در کنار هم قرار گیرند تا لحیم کاری، با کیفیت انجام شود و شکل قطعه نهایی دچار به هم ریختگی نشود.
مرحله سوم: استفاده از فلاکس
برای آنکه در حین لحیم کاری از تشکیل مجدد اکسید آلومینیوم بر سطح قطعات جلوگیری کنید، مقداری از محلول فلاکس را روی سطوح بمالید تا لحیم بتواند بر آن‌ها اعمال شود. در صورتی که برای لحیم کاری از سیم لحیم استفاده می‌کنید، می‌توانید آن را نیز در مایع فلاکس غوطه‌ور کنید.
مرحله چهارم: گرم کردن فلز
با استفاده از تورچ یا هویه به سطح، گرما دهید. اگر از تورچ استفاده می کنید، نوک آن را در فاصله 10 تا 15 سانتی متری از سطح نگه دارید.
قبل از اعمال لحیم، مطمئن شوید که سطح آلومینیوم به اندازه کافی گرم شده است. دما باید به حدی باشد که لحیم به راحتی ذوب شود؛ اما نه آنقدر که آلومینیوم هم ذوب شود یا آسیب ببیند. لحیم کاری معمولا در دمای 450 درجه سانتیگراد یا کمتر از آن انجام میشود.
مرحله پنجم: اعمال لحیم
سیم لحیم را به ناحیه‌ای که قصد لحیمکاری آن را دارید نزدیک کنید. سپس آن را با ملایمت به سطح آلومینیوم فشار دهید. اگر دما مناسب باشد، لحیم به راحتی ذوب شده و به سطح آلومینیوم چسبیده و توزیع میشود. می‌توانید لحیم را به صورت دورانی یا به سمت جلو و عقب حرکت دهید تا تمام سطح مورد نیاز را پوشش دهد. این کار به توزیع یکنواخت لحیم کمک میکند و از ایجاد نقاط ضعیف جلوگیری میکند.
مرحله ششم: خنک کردن نقاط لحیم شده
پس از اعمال لحیم، بگذارید که قطعه به طور طبیعی خنک شود. این کار، اتصالات لحیم کاری را تثبیت کرده و از ایجاد ترک‌ها یا مشکلات دیگر جلوگیری میکند.
مرحله هفتم: تمیز کردن فلاکس و اکسیدهای باقی‌مانده
بعد از آنکه نقاط لحیم کاری خنک شدند، باید باقی‌مانده فلاکس و اکسید را از سطوح پاک کنید. اگر فلاکسی که استفاده کرده‌اید بر پایه آب بوده، آن را با آب شست‌وشو دهید؛ اما اگر از فلاکس رزینی استفاده کرده‌اید باید از پاک‌کننده مخصوص استفاده کنید. پس از پاک کردن فلاکس، ممکن است نیاز باشد قطعات لحیم شده را در یک محلول اسیدی قرار دهید تا اکسیدهایی که بر اثر حرارت تولید شده‌اند، از بین بروند.
جمع بندی مقاله نحوه لحیم کاری آلومینیوم
لحیم کاری آلومینیوم روشی است که برای اتصال قطعات آلومینیومی به هم استفاده میشود. برای این کار، از هویه، تورچ یا کوره استفاده میشود. پیش از شروع فرایند، حتما باید سطح قطعات پایه با فلاکس لحیم کاری آلومینیوم کاملا تمیز شود تا اتصالات دچار شکستگی نشوند.
لحیمکاری، فرایندی حساس و دقیق است که نیاز به مواد و تجهیزات مناسب دارد. انتخاب فلاکس، نوع لحیم و کنترل دقیق دما از نکات کلیدی این فرایند هستند. با رعایت این اصول، می‌توان اتصالات مقاوم و با کیفیتی بین قطعات آلومینیومی ایجاد کرد. اگر در پروژه‌تان از قطعات آلومینیومی همچون پروفیل‌ها و ورق‌ها استفاده می‌کنید، کسب اطلاعات درباره لحیم کاری آلومینیوم برای شما ضرورت دارد. زیرا باید بتوانید برای متصل کردن قطعات، روش مناسب را انتخاب کنید.
برای خرید ورق آلومینیوم از پیوان کلیک کنید.
