Selezione del flusso per brasatura dell'alluminio: corrosivo o non corrosivo per giunti affidabili

Un lotto di nuclei di alluminio appena brasati è rimasto in un magazzino per due settimane prima che comparisse polvere bianca attorno alle giunture. Sotto ingrandimento, l'area vicino ai filetti mostrava vaiolature. La lega per brasatura era corretta e il profilo del forno corrispondeva alle specifiche, ma le parti si sono comunque guastate. La causa era il flusso. Il team di produzione aveva scelto un flusso aggressivo a base di cloruro per una migliore bagnatura e aveva saltato il risciacquo con acqua calda perché i nuclei avevano canali chiusi che rendevano la pulizia inaffidabile. Quella decisione trasformò una brasatura riuscita in un fallimento dovuto alla corrosione in attesa di verificarsi.

La prima domanda a cui rispondere quando si seleziona il flusso per brasatura dell’alluminio non è il prezzo o la marca. Dipende se i residui di disossidante possono essere tollerati all'interno del pezzo finito. I flussi corrosivi e non corrosivi si comportano in modo molto diverso dopo il ciclo di brasatura e tale differenza determina se le parti necessitano di una linea di pulizia post-brasatura, se i residui possono essere lasciati sul posto e per quanto tempo il giunto sopravviverà in servizio. Questo articolo spiega tali differenze e fornisce criteri pratici per la scelta e la qualificazione del flusso per la produzione.

Flusso corrosivo e non corrosivo: cosa cambia realmente

I flussi corrosivi e non corrosivi rappresentano due diverse filosofie produttive. Si presume che il residuo verrà rimosso. L'altro presuppone che il residuo rimarrà.

Prima che possa avvenire la brasatura, il flusso deve attraversare lo strato di ossido di alluminio sul metallo base. L'ossido di alluminio è stabile e difficile da sciogliere e si forma quasi istantaneamente su una superficie di alluminio pulita. Nessun metallo d'apporto può bagnare il metallo di base finché la pellicola di ossido non viene rimossa o interrotta. Il flusso fa questo attaccando chimicamente l'ossido alla temperatura di brasatura, consentendo al riempitivo fuso di fluire e formare un raccordo.

I flussi corrosivi sono tipicamente basati su sali di cloruro. Sono aggressivi nel dissolvere l'ossido di alluminio e possono funzionare in una gamma più ampia di condizioni del forno. Ma i loro residui assorbono l’umidità dall’aria, formano elettroliti conduttivi e col tempo attaccano il metallo di base in alluminio. Ciò significa che ogni parte brasata deve essere lavata accuratamente dopo la brasatura, solitamente in acqua calda agitata, a volte con additivi chimici. Se rimangono residui in una fessura, in un canale chiuso o in uno spazio stretto tra le alette, la corrosione inizierà da lì.

I flussi non corrosivi sono a base di composti di fluoroalluminato di potassio. I loro residui sono insolubili in acqua, non assorbono l'umidità e sono generalmente compatibili con l'alluminio in servizio. Sono meno aggressivi dei flussi di cloruro, quindi richiedono una superficie più pulita e un'atmosfera del forno più controllata. Ma una volta completato il ciclo di brasatura, i residui possono rimanere sul posto senza rischio immediato di corrosione.

La tabella seguente riassume le differenze pratiche.

Perché la scelta del flusso è fondamentale per gli scambiatori di calore in alluminio

Per gli scambiatori di calore con alette in alluminio, il flusso non corrosivo è la scelta predefinita perché la geometria della parte rende quasi impossibile la rimozione dei residui.

Il nucleo dello scambiatore di calore a piastre è costituito da un'alternanza di piastre piatte e alette corrugate, con diametri idraulici piccoli e passaggi di flusso stretti. Una volta brasato il nucleo, tali passaggi vengono sigillati su più lati. Un residuo di flusso di cloruro intrappolato all'interno di un'intercapedine tra le alette non può essere eliminato in modo affidabile. Nel corso del tempo, l'umidità all'interno del circuito di raffreddamento si condensa sul residuo, forma un elettrolita e inizia la vaiolatura. I prodotti della corrosione quindi si sfaldano, intasano il percorso del flusso e contaminano qualunque fluido venga raffreddato.

Questo è il motivo per cui oggi la maggior parte della produzione di scambiatori di calore in alluminio brasato utilizza il processo di flusso di fluoro non corrosivo. Il flusso viene applicato come impasto liquido a base di acqua alle alette o come rivestimento a secco, quindi il nucleo viene quindi assemblato e brasato in un'atmosfera di azoto a circa 590-615 gradi Celsius, con il residuo lasciato sul posto. Non è necessario rimuoverlo perché non provoca corrosione. Per le applicazioni che richiedono una protezione aggiuntiva, a Radiatore con alette a piastra in alluminio resistente alla corrosione combina questo processo con la selezione dei materiali e il trattamento superficiale progettati per una maggiore durata.

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Se si stanno valutando le specifiche dei componenti per le apparecchiature di raffreddamento, il collegamento tra la scelta del flusso e la resistenza alla corrosione a lungo termine è diretto. Una parte brasata con flusso corrosivo e pulizia incompleta può sembrare perfetta alla consegna e guastarsi sei mesi dopo. Per uno sguardo più dettagliato alle scelte di materiali e processi per ambienti corrosivi, ns pratica guida alla scelta del radiatore a piastre con alette resistenti alla corrosione passa attraverso i parametri chiave.

Criteri di selezione del flusso oltre la corrosività

Una volta presa la decisione corrosivo/non corrosivo, la selezione del flusso diventa un compito tecnico di adattamento della finestra di flusso al metallo di base, al metallo d'apporto e all'atmosfera del forno.

Finestra della temperatura

Il flusso deve essere completamente attivo alla temperatura di brasatura e il suo intervallo effettivo deve sovrapporsi all'intervallo di fusione del metallo d'apporto. I comuni riempitivi per brasatura dell'alluminio, come le leghe Al-Si, iniziano a sciogliersi a circa 575 gradi Celsius. Il flusso dovrebbe sciogliersi e diffondersi prima che il riempitivo raggiunga la piena liquidità. Se il fondente si attiva troppo tardi il riempitivo non si bagnerà; se si attiva troppo presto, il flusso potrebbe seccarsi prima che si formi la giunzione.

Per i flussi di fluoroalluminato di potassio non corrosivi, l'intervallo attivo tipico è compreso tra circa 560 e 620 gradi Celsius. Ciò copre la maggior parte delle applicazioni di brasatura dell'alluminio, ma verificalo rispetto alla specifica combinazione di leghe che stai utilizzando.

Dimensione delle particelle di polvere e trasportatore

Il flusso viene spesso applicato come impasto liquido, pasta o strato prerivestito. La dimensione delle particelle di polvere influisce sull'uniformità dell'applicazione e sul comportamento del rivestimento durante il riscaldamento. La polvere grossolana è più facile da maneggiare ma può depositarsi in modo non uniforme; la polvere fine fornisce un rivestimento più uniforme ma può essere più difficile da miscelare e controllare. Anche il sistema di trasporto è importante: i fanghi a base di acqua necessitano di un'essiccazione costante, mentre i sistemi a base di solvente possono richiedere una gestione diversa. Se si brasano gruppi di alette con spazi stretti, uno strato uniforme e sottile di disossidante è solitamente più importante della massima attività di disossidante.

Atmosfera della fornace

Il flusso non corrosivo funziona meglio in un'atmosfera secca e inerte, tipicamente azoto. L'atmosfera deve essere secca per impedire la ricrescita dell'ossido e il punto di rugiada dovrebbe normalmente essere inferiore a meno 40 gradi Celsius. I livelli di ossigeno e umidità nel forno influiscono direttamente sull'efficienza del flusso. Se l'atmosfera è povera, il flusso si consumerà combattendo l'ossido invece di consentire la brasatura, portando a giunti affamati. I flussi corrosivi sono più tolleranti nei confronti della qualità dell'atmosfera, motivo per cui rimangono in uso per applicazioni di brasatura manuale e a cannello.

Qualificare un flusso prima della produzione

Nessun fondente dovrebbe entrare nella produzione in serie senza una prova su piccoli lotti che includa test sul comportamento dei residui. Le specifiche chimiche da sole non dicono come si comporterà il flusso nel forno, sulla geometria delle alette, con il processo di pulizia e assemblaggio.

Le fasi pratiche di qualificazione includono:

• Verificare il certificato di analisi per contenuto attivo e impurità. Livelli di ferro, rame e zinco superiori ai limiti specificati possono influire sulla qualità del giunto e sul comportamento alla corrosione.
• Controllare la coerenza tra batch. La temperatura di brasatura è una finestra ristretta e un lotto di disossidante che si attiva a una temperatura superiore di 10 gradi può causare raccordi incompleti nell'intero ciclo di produzione.
• Controllare le condizioni di conservazione. Le polveri fondenti assorbono l'umidità se le confezioni vengono lasciate aperte. L'umidità provoca grumi e riduce l'attività. Utilizzare contenitori sigillati e controllare la durata di conservazione.
• Eseguire una brasatura in piccoli lotti con lo stesso metallo di base, materiale di apporto, carico di flusso e atmosfera che verrà utilizzato nella produzione. Ispezionare la formazione del raccordo, l'aspetto dei residui e la pulizia del canale.
• Eseguire un test di esposizione all'umidità sui campioni brasati finiti. Esporre i campioni a condizioni caldo-umide per un periodo definito e ispezionare i prodotti di corrosione. Questo è il modo più diretto per verificare che la combinazione flusso-processo sia sicura.

Questi passaggi potrebbero sembrare pesanti per un materiale di consumo, ma il flusso è la variabile principale che può trasformare un buon processo di brasatura in un problema di affidabilità sul campo. Per la nostra produzione, consideriamo la qualificazione del flusso come parte della revisione della progettazione del prodotto, soprattutto quando lo scambiatore di calore verrà utilizzato in applicazioni impegnative come il raffreddamento idraulico o la gestione termica del gruppo propulsore.

La scelta del flusso è una decisione relativa all'affidabilità, non ai costi dei materiali di consumo.

Nella brasatura dell'alluminio, il metallo d'apporto e il profilo del forno ricevono la maggior parte dell'attenzione, ma il flusso determina se il giunto sopravvive al primo anno di servizio. Il flusso di fluoro non corrosivo elimina il rischio maggiore: residui intrappolati che assorbono l'umidità e corrodono il giunto dall'interno. Per i nuclei degli scambiatori di calore e altre strutture chiuse, ciò la rende la scelta predefinita corretta. Quando si acquista il flusso, verificare l'intervallo di temperatura, i requisiti dell'atmosfera e il comportamento dei residui, quindi convalidare con una prova di produzione reale.

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