لحیم کاری سخت(Brazing) به عنوان یک روش اتصال دهی محبوب در حال گسترش است و به طو رخاص برای اتصال آلومینیوم و آلیاژهای آن با روش خلأ استفاده می شود. برخی از مزایای اصلی لحیم کاری سخت در خلأ، انعطاف پذیری در اتصال تنوع وسیعی از مواد با اشکال مختلف استو همچنین امکان اتصال مواد غیرمشابه نیز وجود دارد.

همراه با جوشکاری، لحیم کاری سخت یک روش بسیار مهم در اتصال مواد مختلف است. بسیاری از محصولات ساخته شده از آلومینیوم را می توان کاملا اقتصادی و به صرفه با روش های لحیم کاری سخت اتصال دهی کرد.

ویژگی های منحصربه فرد لحیم کاری سخت آن است که اکسید آلومینیوم نمی تواند با خلآ حذف شود. مکانیزم فرایند لحیم-کاری سخت در خلأ به شرح زیر است:

    ضریب انبساط حرارتی آلومینیوم حدود 3 برابر بیشتر از اکسید آلومینیوم است. این یعنی لایه اکسید حین حرارت دادن ترک خورده و آلیاژ لحیم سخت مذاب از طریق این ترک ها به سطح زیر اکسید می رسد.

لایه اکسید آلومینیوم به طور مکانیکی نیز حذف می شود. باید از اکسیداسیون آلومینیوم حین حرارت دادن نیز جلوگیری شود، اگر اتمسفر به طور کامل عاری از اکسیژن باشد این امر محقق می شود. بنابراین، به حداقل میزان خلأ mbar  4-10 نیاز است.

فرایند لحیم کاری سخت تحت خلأ آلومینیوم (Vacuum Aluminum Brazing) یک چرخه نسبتا کوتاه دارد، به دلیل پمپ کردن سریع و خصوصیات گرمایش کوره، یکنواختی دمایی بسیار عالی حاصل می شود، علاوه بر این، هدایت حرارتی آلومینیوم زیاد است. شکل 1 چرخه حرارت-دهی آلومینیوم در لحیم کاری سخت تحت خلأ را نشان می دهد.

شکل 1: چرخه لحیم کاری سخت آلومینیوم تحت خلأ

 

مزایای لحیم کاری سخت آلومینیوم تحت خلأ

لحیم کاری سخت در مقایسه با سایر فرایندهای اتصال دهی، مزایای زیادی دارد، لحیم کاری سخت موجب ذوب فلزات پایه نمی شود، امکان کنترل بسیار دقیق تلورانس ها و حصول اتصال تمیز بدون نیاز به پرداخت نهایی امکان پذیر است. فلز پُرکننده را می توان به اشکال مختلف در آورد و برای کاهش تمرکز تنش و بهبود خواص خستگی مفید است.

•    اتصال دهی قطعات با مقطع بسیار نازک یا بسیار ضخیم.
•    قطعات فشرده شامل تعداد زیادی اتصال که باید آب بند شوند (مثل مبدل های حرارتی) یا اتصالات عمیق بدون دسترسی
•    اتصال دهی فلزات غیرمشابه مثل مس و فولاد زنگ نزن
•    مجموعه های با تعداد زیاد قطعه مخصوصا لحیم کاری سخت آلومینیوم، کاهش اعوجاج قطعه به دلیل حرارت دهی و سرد شدن یکنواخت در مقایسه با فرانیدهای اتصال دهی موضعی.

لحیم کاری سخت تحت خلأ برای مواد حساس به اکسیداسیون بسیار مناسب است، لحیم کاری سخت تحت خلأ یک فرایند عاری از اکسید است که از فلاکس استفاده نمی شود، از این رو، پسماندهای مخرب فلاکس های باقی مانده که خوردگی ایجاد می کنند وجود نخواهد داشت. قطعات پس از لحیم کاری سخت تمیز هستند و به پرداخت نیاز ندارند. فرایند غیرآلاینده است و به تمیزکاری پس از لحیم کاری سخت نیاز نمی باشد.

نمونه هایی از قطعات لحیم کاری شده آلومینیوم تحت خلأ شامل مبدل های حرارتی، کندانسورها و تبخیرکننده در صنایع مختلف مثل خودرو، هوا-فضا، هسته ای و انرژی است. برخی از این قطعات در شکل 2 و3 نشان داده شده است.

شکل 2: رادیاتور لحیم کاری شده تحت خلأ

شکل 3: آلومینیوم 3003 لحیم کاری شده تحت خلأ برای ساخت رادیاتورهای صفحه ای

 

انواع کوره های لحیم کاری سخت آلومینیوم تحت خلأ

کوره های لحیم کاری سخت آلومینیوم به صورت تک محفظه (نوع Batch) یا چند محفظه (نیمه پیوسته) در دسترس است. کوره های تک محفظه معمولا افقی شارژی می شوند، اما برای عملیات بارگذاری نوع شارژ عمودی نیز وجود دارد. کوره-های نیمه پیوسته افقی و معمولا با سیستم های نوار نقاله شارژ می شوند.

کوره های تک محفظه طراحی ساده تری دارند، ارزان هستند و به راحتی قابل استفاده می باشند. کوره های غیرپیوسته بازده تولید بالاتری دارند، زیرا در طراحی آن ها چند محفظه وجود دارد و مناطق گرمایش و سرد شدن متمایزی دارند. نمونه هایی از کروه های تک محفظه و چند محفظه در شکل 4 و 5 نشان داده شده است.

شکل 4: کوره های لحیم کاری سخت آلومینیوم تحت خلا تک محفظه و چند محفظه.

شکل 5: کوره های لحیم کاری سخت آلومینیوم تحت خلا چند محفظه.

 

جمع بندی:

بر اساس آنچه بیان شد، مزایای لحیم کاری سخت آلومینیوم تحت خلأ به شرح زیر است:
•    جریان فلز پُرکننده بسیار عالی است، در فین های با چگالی زیاد و مبدل های حرارتی کاربرد دارد.
•    مفید برای کاربردهای خنک کننده با مساحت سطحی زیاد.
•    در کاربردهای با فشار زیاد و آب بندی حتی در طراحی های جداره نازک
•    در ترکیب با انواع فرایندهای جوشکاری یا اتصال دهی ساختاری برای طراحی فلکسیبیلیتی ها
•    فرایند عاری از فلاکس موجب حذف مشکلات خوردگی
•    بازده بالای تولید که به اندازه و هندسه قطعه بستگی دارد.