Seleção de fluxo de brasagem de alumínio: corrosivo versus não corrosivo para juntas confiáveis

Um lote de núcleos de alumínio recém-soldados ficou em um depósito por duas semanas antes que um pó branco aparecesse ao redor das juntas. Sob ampliação, a área próxima aos filetes apresentou corrosão. A liga de brasagem estava correta e o perfil do forno correspondia às especificações, mas as peças falharam mesmo assim. A causa foi o fluxo. A equipe de produção escolheu um fluxo agressivo à base de cloreto para melhor umedecimento e ignorou o enxágue com água quente porque os núcleos tinham canais fechados que tornavam a limpeza pouco confiável. Essa decisão transformou uma brasagem bem-sucedida em uma falha por corrosão esperando para acontecer.

A primeira pergunta a ser respondida ao selecionar o fluxo para brasagem de alumínio não é preço ou marca. É se o resíduo de fluxo pode ser tolerado dentro da peça acabada. Os fluxos corrosivos e não corrosivos se comportam de maneira muito diferente após o ciclo de brasagem, e essa diferença determina se as peças precisam de uma linha de limpeza pós-brasagem, se os resíduos podem ser deixados no local e por quanto tempo a junta sobreviverá em serviço. Este artigo explica essas diferenças e fornece critérios práticos para escolher e qualificar o fluxo para produção.

Fluxo corrosivo vs não corrosivo: o que realmente muda

Fluxos corrosivos e não corrosivos representam duas filosofias de produção diferentes. Supõe-se que o resíduo será removido. O outro assume que o resíduo permanecerá.

Antes que a brasagem possa ocorrer, o fluxo deve romper a camada de óxido de alumínio no metal base. O óxido de alumínio é estável e difícil de derreter e se forma quase instantaneamente em uma superfície limpa de alumínio. Nenhum metal de adição pode molhar o metal base até que a película de óxido seja removida ou rompida. O fluxo faz isso atacando quimicamente o óxido na temperatura de brasagem, permitindo que a carga fundida flua e forme um filete.

Os fluxos corrosivos são normalmente baseados em sais de cloreto. Eles são agressivos na dissolução de óxido de alumínio e podem funcionar em uma ampla gama de condições de forno. Mas seus resíduos absorvem a umidade do ar, formam eletrólitos condutores e atacam o metal base do alumínio com o tempo. Isso significa que cada peça soldada deve ser cuidadosamente lavada após a brasagem, geralmente em água quente com agitação, às vezes com aditivos químicos. Se algum resíduo permanecer em uma fenda, canal fechado ou fenda estreita nas aletas, a corrosão começará aí.

Os fluxos não corrosivos são baseados em compostos de fluoroaluminato de potássio. Seus resíduos são insolúveis em água, não absorvem umidade e geralmente são compatíveis com o alumínio em serviço. Eles são menos agressivos que os fluxos de cloreto, portanto requerem uma superfície mais limpa e uma atmosfera de forno mais controlada. Mas uma vez concluído o ciclo de brasagem, o resíduo pode permanecer no local sem risco imediato de corrosão.

A tabela a seguir resume as diferenças práticas.

Por que a escolha do fluxo é crítica para trocadores de calor de alumínio

Para trocadores de calor de placas de alumínio, o fluxo não corrosivo é a escolha padrão porque a geometria da peça torna a remoção de resíduos quase impossível.

Um núcleo de trocador de calor com aletas de placas consiste em placas planas alternadas e aletas corrugadas, com pequenos diâmetros hidráulicos e passagens de fluxo estreitas. Depois que o núcleo é soldado, essas passagens são seladas em vários lados. Um resíduo de fluxo de cloreto preso dentro de uma abertura de aleta não pode ser removido de forma confiável. Com o tempo, a umidade dentro do circuito de resfriamento condensa no resíduo, forma um eletrólito e inicia a corrosão. Os produtos de corrosão então se descamam, obstruem o caminho do fluxo e contaminam qualquer fluido que esteja sendo resfriado.

É por isso que a maior parte da produção de trocadores de calor de alumínio brasado hoje usa o processo de fluxo de flúor não corrosivo. O fluxo é aplicado como uma pasta à base de água na aleta ou como um revestimento seco, e o núcleo é então montado e soldado em uma atmosfera de nitrogênio a aproximadamente 590 a 615 graus Celsius, com o resíduo deixado no lugar. Não precisa ser removido porque não provoca corrosão. Para aplicações que exigem proteção adicional, um radiador de aleta de placa de alumínio resistente à corrosão combina esse processo com a seleção de materiais e tratamento de superfície projetado para prolongar a vida útil.

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Se você estiver avaliando especificações de peças para equipamentos de refrigeração, a conexão entre a escolha do fluxo e a resistência à corrosão a longo prazo é direta. Uma peça soldada com fluxo corrosivo e limpeza incompleta pode parecer perfeita na entrega e falhar seis meses depois. Para uma visão mais detalhada das escolhas de materiais e processos para ambientes corrosivos, nosso guia prático de seleção de radiador com aleta de placa de resistência à corrosão passa pelos principais parâmetros.

Critérios de seleção de fluxo além da corrosividade

Uma vez tomada a decisão corrosiva/não corrosiva, a seleção do fluxo torna-se uma tarefa de engenharia de combinar a janela de fluxo com o metal base, metal de adição e atmosfera do forno.

Janela de temperatura

O fluxo deve estar totalmente ativo na temperatura de brasagem e sua faixa efetiva deve se sobrepor à faixa de fusão do metal de adição. Cargas comuns de brasagem de alumínio, como ligas de Al-Si, começam a derreter em torno de 575 graus Celsius. O fluxo deve derreter e espalhar-se antes que o enchimento atinja a liquidez total. Se o fluxo for ativado tarde demais, o enchimento não ficará molhado; se for ativado muito cedo, o fluxo pode secar antes que a junta se forme.

Para fluxos não corrosivos de fluoroaluminato de potássio, a faixa ativa típica é de aproximadamente 560 a 620 graus Celsius. Isso cobre a maioria das aplicações de brasagem de alumínio, mas compare-o com a combinação específica de liga que você está usando.

Tamanho e transportador de partícula de pó

O fluxo é frequentemente aplicado como uma pasta, uma pasta ou uma camada pré-revestida. O tamanho das partículas do pó afeta a uniformidade da aplicação e o comportamento do revestimento durante o aquecimento. O pó grosso é mais fácil de manusear, mas pode assentar de maneira irregular; o pó fino proporciona um revestimento mais uniforme, mas pode ser mais difícil de misturar e controlar. O sistema de transporte também é importante: pastas à base de água precisam de secagem consistente, enquanto os sistemas à base de solvente podem precisar de um manuseio diferente. Se você estiver brasando conjuntos de aletas com intervalos estreitos, uma camada de fluxo fina e uniforme é geralmente mais importante do que a atividade máxima do fluxo.

Atmosfera do Forno

O fluxo não corrosivo funciona melhor em uma atmosfera inerte seca, normalmente nitrogênio. A atmosfera deve estar seca para evitar o novo crescimento de óxido, e o ponto de orvalho normalmente deve estar abaixo de 40 graus Celsius negativos. Os níveis de oxigênio e umidade no forno afetam diretamente a eficiência do fluxo. Se a atmosfera for pobre, o fluxo se consumirá combatendo o óxido em vez de permitir a brasagem, levando a juntas desnutridas. Os fluxos corrosivos são mais tolerantes à qualidade da atmosfera, razão pela qual permanecem em uso em aplicações de brasagem manual e com maçarico.

Qualificando um fluxo antes da produção

Nenhum fluxo deve entrar em produção em série sem um teste em pequenos lotes que inclua testes de comportamento de resíduos. A especificação química por si só não informa como o fluxo funcionará em seu forno, na geometria das aletas, no processo de limpeza e montagem.

As etapas práticas de qualificação incluem:

• Verifique o certificado de análise de conteúdo ativo e impurezas. Níveis de ferro, cobre e zinco acima dos limites especificados podem afetar a qualidade da junta e o comportamento à corrosão.
• Verifique a consistência entre lotes. A temperatura de brasagem é uma janela estreita, e um lote de fluxo que é ativado 10 graus mais alto pode causar filetes incompletos em toda a produção.
• Controle as condições de armazenamento. Os pós de fluxo absorvem a umidade se as embalagens forem deixadas abertas. A umidade causa aglomeração e reduz a atividade. Use recipientes fechados e verifique o prazo de validade.
• Execute uma brasagem em pequenos lotes com o mesmo metal base, enchimento, carga de fluxo e atmosfera que serão usados ​​na produção. Inspecione a formação de filetes, a aparência de resíduos e a limpeza do canal.
• Realize um teste de exposição à umidade em amostras soldadas acabadas. Exponha as amostras a condições quentes e úmidas por um período definido e inspecione quanto a produtos de corrosão. Esta é a maneira mais direta de confirmar se a combinação de fluxo e processo é segura.

Essas etapas podem parecer pesadas para um material consumível, mas o fluxo é a principal variável que pode transformar um bom processo de brasagem em um problema de confiabilidade em campo. Para nossa própria fabricação, tratamos a qualificação do fluxo como parte da revisão do projeto do produto, especialmente quando o trocador de calor for usado em aplicações exigentes, como resfriamento hidráulico ou gerenciamento térmico do trem de força.

A seleção do fluxo é uma decisão de confiabilidade, não uma decisão de custo de consumíveis.

Na brasagem de alumínio, o metal de adição e o perfil do forno recebem a maior parte da atenção, mas o fluxo determina se a junta sobreviverá ao seu primeiro ano de serviço. O fluxo de flúor não corrosivo elimina o maior risco: resíduos presos que absorvem a umidade e corroem a junta por dentro. Para núcleos de trocadores de calor e outras estruturas fechadas, isso o torna a escolha padrão correta. Ao adquirir o fluxo, confirme a janela de temperatura, os requisitos da atmosfera e o comportamento dos resíduos e, em seguida, valide com um teste de produção real.

Se você estiver projetando ou adquirindo produtos de resfriamento de alumínio brasado, um refrigerador de aleta de placa de alumínio construído com um processo de fluxo não corrosivo controlado é a base esperada.

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