アルミニウムろう付けフラックスの選択: 信頼性の高い接合のための腐食性または非腐食性

ろう付けしたばかりのアルミニウムコアのバッチは、接合部の周りに白い粉が現れるまで、2週間倉庫に保管されていました。拡大してみると、フィレット付近の領域にくぼみが見られました。ろう付け合金は正しく、炉のプロファイルは仕様と一致していましたが、とにかく部品が故障しました。原因はフラックスでした。生産チームは、濡れを良くするために強力な塩化物ベースのフラックスを選択し、コアの溝が閉じていて洗浄の信頼性が低かったため、熱湯すすぎを省略しました。この決定により、成功したろう付けが、待ち構えていた腐食破壊に変わりました。

アルミニウムろう付け用フラックスを選択する際に最初に答えるべき質問は、価格やブランドではありません。フラックス残留物が完成品の内部に許容されるかどうかです。腐食性フラックスと非腐食性フラックスは、ろう付けサイクル後の挙動が大きく異なり、その違いにより、部品にろう付け後の洗浄ラインが必要かどうか、残留物をそのまま残せるかどうか、および接合部がどのくらいの期間使用できるかが決まります。この記事では、これらの違いについて説明し、生産用のフラックスを選択および認定するための実践的な基準を示します。

腐食性フラックスと非腐食性フラックス: 実際に何が変わるのか

腐食性フラックスと非腐食性フラックスは、2 つの異なる製造哲学を表しています。残留物は除去されると考えられます。もう 1 つは、残留物が残ることを前提としています。

ろう付けが行われる前に、フラックスが母材の酸化アルミニウム層を突き破る必要があります。酸化アルミニウムは安定していて溶けにくく、きれいなアルミニウム表面にほぼ瞬時に形成されます。酸化膜が除去されるか破壊されるまで、溶加材はベース金属を濡らすことはできません。フラックスは、ろう付け温度で酸化物を化学的に攻撃することでこれを行い、溶融したフィラーを流動させてフィレットを形成します。

腐食性フラックスは通常、塩化物塩をベースとしています。これらは酸化アルミニウムの溶解に積極的であり、幅広い炉条件で使用できます。しかし、その残留物は空気中の湿気を吸収し、導電性電解質を形成し、時間の経過とともにアルミニウムの母材を侵食します。つまり、ろう付けされたすべての部品はろう付け後に、通常は熱湯でかき混ぜながら、場合によっては化学添加剤を使用して徹底的に洗浄する必要があります。隙間、閉じた水路、または狭いフィンの隙間に残留物が残っていると、そこから腐食が始まります。

非腐食性フラックスはフルオロアルミン酸カリウム化合物をベースとしています。それらの残留物は水に溶けず、湿気を吸収せず、一般に使用中のアルミニウムと互換性があります。これらは塩化物フラックスより攻撃性が低いため、よりきれいな表面とより制御された炉雰囲気が必要です。しかし、ろう付けサイクルが完了すると、残留物は直ちに腐食の危険を伴うことなく所定の位置に留まります。

次の表は、実際の違いをまとめたものです。

アルミニウム熱交換器にとってフラックスの選択が重要な理由

アルミニウムのプレートフィン熱交換器の場合、部品の形状により残留物の除去がほぼ不可能になるため、非腐食性フラックスがデフォルトの選択となります。

プレートフィン熱交換器コアは、交互に配置された平板と波形フィンで構成されており、水力直径が小さく、流路が狭いです。コアがろう付けされると、これらの通路は複数の側面でシールされます。フィンのギャップ内に閉じ込められた塩化物フラックスの残留物は、確実に洗い流すことができません。時間の経過とともに、冷却ループ内の湿気が残留物に凝縮して電解質を形成し、孔食が発生します。その後、腐食生成物が剥がれ落ち、流路を詰まり、冷却されている流体を汚染します。

これが、今日のろう付けアルミニウム熱交換器の製造のほとんどが非腐食性フッ化物フラックスプロセスを使用している理由です。フラックスは、水ベースのスラリーとしてフィン素材に塗布されるか、乾燥コーティングとして塗布され、その後コアが組み立てられ、残留物が所定の位置に残された状態で約 590 ～ 615 ℃の窒素雰囲気中でろう付けされます。腐食を引き起こさないため、取り外す必要はありません。追加の保護が必要なアプリケーションの場合、 耐腐食性アルミニウムプレートフィンラジエーター このプロセスは、耐用年数を延ばすために設計された材料選択および表面処理と組み合わされています。

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冷却装置の部品仕様を評価している場合、フラックスの選択と長期耐食性は直接関係します。腐食性フラックスでろう付けされ、洗浄が不完全な部品は、納品時には完璧に見えても、6 か月後には故障する可能性があります。腐食環境向けの材料とプロセスの選択について詳しくは、 実用的な耐食性プレートフィンラジエター選択ガイド 主要なパラメータを調べます。

腐食性を超えたフラックス選択基準

腐食性/非腐食性の決定が行われると、フラックスの選択は、フラックス ウィンドウを母材、溶加材、および炉の雰囲気に適合させるというエンジニアリング作業になります。

温度ウィンドウ

フラックスはろう付け温度で完全に活性でなければならず、その有効範囲は金属フィラーの溶融範囲と重なっていなければなりません。 Al-Si 合金などの一般的なアルミニウムろう付け材は、摂氏 575 度付近で溶け始めます。フラックスは、フィラーが完全に流動性になる前に溶けて広がる必要があります。フラックスの活性化が遅すぎると、フィラーは濡れません。活性化が早すぎると、接合部が形成される前にフラックスが乾燥してしまう可能性があります。

非腐食性のフルオロアルミン酸カリウムフラックスの場合、一般的な有効範囲はおよそ摂氏 560 ～ 620 度です。これはほとんどのアルミニウムろう付け用途をカバーしていますが、使用している特定の合金の組み合わせに対して検証してください。

粉末の粒子サイズとキャリア

フラックスは、多くの場合、スラリー、ペースト、またはプレコート層として塗布されます。粉末の粒子サイズは、塗布の均一性と加熱中のコーティングの挙動に影響を与えます。粗い粉末は扱いやすいですが、不均一に残る可能性があります。細かい粉末を使用すると、より均一なコーティングが得られますが、混合や制御が難しくなる場合があります。キャリアシステムも重要です。水ベースのスラリーは一貫した乾燥が必要ですが、溶媒ベースのシステムでは異なる取り扱いが必要になる場合があります。狭いギャップを持つフィン アセンブリをろう付けする場合、通常は最大のフラックス活性よりも均一で薄いフラックス層の方が重要です。

炉の雰囲気

非腐食性フラックスは、乾燥した不活性雰囲気、通常は窒素中で最もよく機能します。酸化物の再成長を防ぐために雰囲気は乾燥している必要があり、露点は通常摂氏マイナス 40 度未満である必要があります。炉内の酸素と水分のレベルは、フラックス効率に直接影響します。雰囲気が悪い場合、フラックスはろう付けを可能にするのではなく、酸化物との戦いで自身を消費し、接合部の枯渇につながります。腐食性フラックスは雰囲気品質に対する耐性が高いため、手動ろう付けやトーチろう付け用途に腐食性フラックスが使用され続ける理由の 1 つです。

生産前のフラックスの評価

フラックスは、残留挙動試験を含む小規模なバッチ試験を行わずに連続生産に移行すべきではありません。化学仕様だけでは、フラックスが炉内、フィンの形状、洗浄および組み立てプロセスでどのように機能するかを知ることはできません。

実際の認定手順には次のものが含まれます。

• 有効成分と不純物の分析証明書を確認します。鉄、銅、亜鉛のレベルが指定された制限を超えると、接合部の品質と腐食挙動に影響を与える可能性があります。
• バッチ間の一貫性をチェックします。ろう付け温度の範囲は狭く、10 度高く活性化するフラックス バッチでは、生産工程全体にわたって不完全なフィレットが発生する可能性があります。
• 保管条件を管理します。パッケージを開いたままにしておくと、フラックスパウダーが湿気を吸収します。湿気はダマの原因となり、活動を低下させます。密閉容器を使用し、保存期間を確認してください。
• 生産で使用されるのと同じ母材、フィラー、フラックス充填、および雰囲気を使用して、小規模バッチのろう付けを実行します。フィレットの形成、残留物の外観、およびチャネルの清浄度を検査します。
• ろう付けが完了したサンプルに対して湿気暴露テストを実行します。サンプルを一定期間高温多湿の環境にさらし、腐食生成物がないか検査します。これは、フラックスとプロセスの組み合わせが安全であることを確認する最も直接的な方法です。

これらの手順は消耗品の材料にとっては重く見えるかもしれませんが、フラックスは良好なろう付けプロセスを現場での信頼性の問題に変える主な変数です。当社では、自社の製造において、特に熱交換器が油圧冷却やパワートレインの熱管理などの要求の厳しい用途に使用される場合、フラックスの認定を製品設計レビューの一部として扱います。

フラックスの選択は信頼性を考慮して決定するものであり、消耗品のコストを決定するものではありません。

アルミニウムろう付けでは、溶加材と炉のプロファイルが最も注目されますが、接合部が最初の使用に耐えられるかどうかはフラックスによって決まります。非腐食性フッ化物フラックスは、湿気を吸収して接合部を内側から腐食させる閉じ込められた残留物という最大のリスクを排除します。熱交換器コアやその他の密閉構造の場合、これが正しいデフォルトの選択になります。フラックスを購入する場合は、温度ウィンドウ、雰囲気要件、残留物の挙動を確認し、実際の製造試験で検証してください。

ろう付けアルミニウム冷却製品を設計または調達している場合、 アルミプレートフィンクーラー 制御された非腐食性フラックスプロセスで構築されることが期待されるベースラインです。

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