Припой для пайки алюминия: разновидности и применение

Пайка алюминия, как справедливо считают многие специалисты, является довольно сложным в выполнении технологическим процессом. Между тем такое мнение можно считать верным лишь в отношении тех ситуаций, когда спаять изделия из алюминия пытаются, используя для этого припои и флюсы, которые применяются для соединения деталей из других металлов: меди, стали и др.

Если же используется специальный флюс для пайки алюминия, а также соответствующий припой, то этот технологический процесс не представляет особых сложностей.

Особенности и принципы процесса

Технологический процесс пайки затрудняет низкотемпературная величина плавки материала. Детали очень быстро будут терять прочность при нагреве, а конструкция снизит устойчивость при достижении температуры в 300 градусов. Если использовать легкоплавкие припои, которые состоят из кадмия, висмута, индия, олова, то они будут очень трудно вступать в контакт с алюминием, а также не будет обеспечиваться хорошая прочность.

Очень хорошая растворимость имеется у металлов, которые сочетают в себе цинк. В таком случае спаянные материалы будут обладать высокой надёжностью. Перед началом пайки следует очистить материал от окислов и грязи. Для этого применяется механическое воздействие. Можно использовать щётку или применять специальные флюсы, которые имеют сильнодействующий состав. Перед началом процедуры необходимо залудить участки, которые будут обрабатываться. Если покрытие оловянное, то деталь будет защищена от возникновения окислов.

Для надёжной пайки алюминиевых изделий нужно подбирать правильный нагревательный инструмент. А ещё надёжность соединения зависит от выбора сплава и флюса для пайки алюминия.

Применение алюминия

Распространенность применения изделий из алюминия заключается в первую очередь в том, что он является легким металлом. Алюминий широко используется в электротехнике, поскольку обладает отличной электропроводимостью.

Для бытовых нужд из этого металла изготавливаются кастрюли, бидоны, дуршлаги, кружки. Чистый алюминий применяют для производства фольги, используемой для электролитических конденсаторов. Можно его использовать и при производстве радиаторов.

Однако, пайка этого металла может доставить массу проблем. Это объясняется тем, что при легком взаимодействии с воздухом, поверхность алюминия покрывается тонкой, но твердой оксидной пленкой. Она защищает алюминий от дальнейшего окисления, но при процессе пайки создает труднопреодолимую преграду.

Существует несколько методов решения этой проблемы, например, пайка с канифолью, однако наилучший результат дает применение специально предназначенных для этого флюсов.

Методы пайки

Пайка алюминиевых материалов производится при помощи электрического паяльника, паяльной лампы или газовой горелки. Имеется несколько способов пайки из алюминия:

• С использованием припоя.
• С канифолью.
• С применением электрохимического метода.

С канифолью

Такой вариант пайки алюминиевой поверхности необходимо применять для небольших размеров детали. Зачищенный участок необходимо покрыть канифолью и поместить на шлифовальную шкурку, которая имеет среднюю зернистость. Сверху проводок прижимается залуженным жалом нагретого паяльника. Такое действие производить необходимо несколько раз, после чего выполняется сама процедура пайки. А также можно применить канифольный раствор в диэтиловом эфире.

В этом варианте конец паяльника не нужно отнимать от заложенного конца, а сверху просто потребуется добавить канифоль. Если необходимо соединить тонкие алюминиевые проводки, то паяльник подойдёт с мощностью в 50 Вт. Если толщина алюминия примерно в 1 мм, тогда паяльник необходимо выбирать в 100 Вт, а для деталей толще 2 мм потребуется предварительный подогрев места соединения.

С использованием припоя

Этот метод является очень распространённым и часто применяется в электротехнике, ремонте автомобилей, а также других изделий. Перед тем как начинать процесс, необходимо произвести покрытие материала сплавом, а дальше идёт соединение облуженных элементов. Детали, которые предварительно облущили, соединяются между собой и другими сплавами и металлами.

Можно применять легкосплавные припои, которые имеют в составе цинк, олово и кадмий. А также в последнее время очень активно применяют тугоплавкие материалы на основе алюминия. Легкосплавные составы применяются из-за того, что можно будет паять алюминиевые изделия при температуре до 400 градусов. Это позволит не испортить свойства материала и сохранить прочность. Составы с кадмием и оловом не позволят создать хороший контакт, а также они будут подвержены коррозии. В тугоплавких материалах нет таких недостатков.

Электрохимический метод

Если применять электрохимический метод, тогда потребуется устройство для выполнения гальванического покрытия. Таким образом будет производиться омеднение поверхности. Если такого аппарата нет, тогда придётся самостоятельно производить обработку детали. Для этого потребуется зачистить шкуркой необходимую поверхность, и нанести несколько капель медного купороса. А уже после к изделию подключается отрицательный полюс независимого источника электропитания.

Можно применить обычную батарейку или аккумулятор, а также любой другой электрический выпрямитель. На положительный вывод подсоединяется очищенный медный провод, который имеет диаметр в 1 мм и располагается в изолированной подставке. Когда происходит процесс электролиза, то на детали начинает оседать медь, а уже после можно проводить лужение участка, сушку с помощью паяльника. А уже после можно с лёгкостью запаять необходимое залуженное место.

Припои и флюсы для пайки

Большинство способов пайки осуществляют с применением различных припоев и лишь в тех случаях, когда в процессе пайки между металлами могут образоваться легкоплавкие эвтектики, пайка возможна без специального припоя. К припоям предъявляют ряд требований общего характера. Припой должен хорошо растекаться по поверхности основного металла, смачивать и растворять его, легко заполнять зазоры между деталями, обеспечивать необходимую прочность соединения и т. п. Припои применяют в виде лент, паст, прутьев. Особенно распространены припои в виде проволочных контуров и прокладок из фольги, штампуемых в соответствии с поверхностью соединяемых частей. Широкое применение в качестве припоев получили высокотемпературные припои — сплавы на основе серебра, алюминия, меди и др., обладающие, как правило, температурой плавления выше 450—500 С (723—773 К). Медно-цинковые припои ПМЦ 36, ПМЦ 48, ПМЦ 54 имеют предел прочности σв = 21-35 кгс/мм2 (206,0—343,2 МН/м3), относительное удлинение до 26%, рекомендуются для пайки изделий из меди, томпака, латуни, бронзы. Серебряные припои имеют температуру плавления 740—830 С (413—1103 К). Согласно ГОСТ 8190-56 марки припоев разделяют в зависимости от содержания в сплавах серебра, которое изменяется в пределах от 10 (ПСр 10) до 72% (ПСр 72). В них также содержатся цинк, медь и в небольшом количестве свинец. Эти припои применяют для пайки тонких деталей, соединения медных проводов и в случаях, когда место спая не должно резко уменьшать электропроводность стыковых соединений. Низкотемпературные припои имеют температуру плавления ниже 450—400 С (723—673 К). Они обладают небольшой прочностью. Их применяют для пайки почти всех металлов и сплавов в разных их сочетаниях. В большинстве случаев низкотемпературные припои содержат значительный процент олова. Низкотемпературные оловянно-свинцовые припои (ГОСТ 1499—70) имеют верхнюю критическую точку плавления 209—327° С (482—600 К). Олово имеет точку плавления 232 С (505 К). Его предел прочности при растяжении 1,9 кгс/мм2 (18,6 МН/м2), относительное удлинение 49%, НВ 6.2 кгс/мм2 (60,8 МН/м2). Оловянно-свинцовые припои ПОС-90, ПОС-61, ПОС-40 и др. применяют при пайке медных аппаратов, авиационных радиаторов, изделий из латуни и железа, медных проводов и т. д. Образование качественного паяного соединения в значительной степени зависит от возможности наиболее полного удаления с поверхности металла окисных, адсорбированных газовых и жидких пленок. В практике пайки для удаления поверхностных пленок применяют различного рода флюсы, восстановительную атмосферу или вакуум. В последнее время для этой цели успешно используют механическое разрушение пленок с помощью ультразвуковых упругих колебаний. Флюсы при пайке имеют несколько назначений. Они защищают основной металл и припои от окисления, растворяют или восстанавливают образовавшиеся окислы, улучшают смачивание поверхностей, способствуют растеканию припоев. Флюсы можно применять в твердом, жидком и газообразном виде (в виде порошков, паст, растворов газов). Роль флюса выполняют некоторые специальные газовые атмосферы и вакуум, которые также могут способствовать восстановлению окислов и улучшению условий смачивания. Флюсующее действие оказывают в некоторых случаях отдельные составляющие, входящие в состав припоев. Например, фосфористые припои не требуют флюсов при пайке медных сплавов.

Припои, флюсы, материалы

Можно применять для пайки алюминия олово, но только в тех случаях, если имеется высокоактивный флюс, а также произведена хорошая зачистка участков. Оловянные соединения необходимо дополнительно покрывать специальными составами, поскольку наблюдается плохая прочность и слабая защита от коррозии.

Очень хорошие паяные соединения можно получить, если использовать припой с кремнием, цинком, алюминием или медью. Такие материалы выпускаются как отечественными, так и зарубежными производителями. Русские марки припоев выпускаются под названием ЦОП40. Согласно ГОСТу они в своём составе имеют 60% олова и цинка 40%, ещё есть припой 34А. В его состав входит 66% алюминия, 6% кремния и 28% меди. Состав придаст хорошую прочность месту контакта и обеспечит надёжную устойчивость от коррозии. К иностранным составам относится HTS- 2000. Это средство очень удобно в применении.

Такие сплавы можно применять с крупногабаритными деталями, а также с высоким теплоотводом, если использовать грелку или предметы из алюминиевых сплавов, имеющие высокотемпературное плавление. Если никогда раньше не производили пайку предметов, тогда желательно посмотреть специальные обучающие видео, которые помогут ответить на многие вопросы.

Помимо припоев, необходимо использовать также специальные флюсы, которые имеют в своём составе цинк, фтор, бурат аммония, а также триэтаноламин и другие элементы. К популярным отечественным флюсам относится Ф64, который имеет хорошую химическую активность. Обычно это средство применяется даже без предварительной очистки деталей от оксидной плёнки. А также можно использовать 34А, который содержит в своём составе хлорид лития, цинка и калия, а также фторид натрия.

Подбор флюсов

Хорошую проникающую способность обеспечивает многокомпонентный флюс из фторборатов аммония и цинка, триэтаноламина, добавочных веществ. Средство имеет доступную цену. Его эффективность многократно проверена на практике.

Известный высокотемпературный флюс состоит из хлоридов калия, лития и цинка; фторида натрия. Сухую смесь всыпают в рабочую зону пайки на палочке, дожидаясь равномерного расплавления и перемешивания с массой припоя.

Подготовка материала

Чтобы достигнуть хорошего качества соединения, нужно использовать не только правильные технологии, но и уметь хорошо подготовить обрабатываемую поверхность. Нужно удалить все загрязнения и оксидные плёнки. Механическая обработка выполняется при помощи шкурки или металлической щётки, а также иногда применяют проволочную нержавеющую сетку и шлифовальную машинку. А также можно использовать разные кислотные растворы.

Обезжиривать поверхность нужно с помощью растворителя, ацетона или бензина. Когда происходит зачистка алюминиевой поверхности, то сразу же образовывается оксидная плёнка. Однако её толщина будет ниже первоначальной, а потому паяльный процесс облегчится.

Инструменты

Если необходимо произвести соединение алюминиевых изделий в домашних условиях, то целесообразно использовать электропаяльник. Это универсальный прибор, который очень удобно позволяет припаивать провода, ремонтировать маленькие трубки и прочие элементы. Для приспособления необходимо минимальное количество пространства. А также в доме обязательно должно быть электричество. Если нужно починить крупногабаритный прибор, тогда применяют для пайки алюминия газовую горелку, для которой используют бутан, аргон и пропан. Чтобы производить пайку предметов в домашних условиях, подойдёт стандартная паяльная лампа.

Если применяются газовые горелки, то необходимо постоянно наблюдать за пламенем, которое представляет собой сбалансированную подачу газов и кислорода. Если имеется правильная газовая смесь, то язык пламени будет ярко-синий. Неяркий оттенок будет свидетельствовать о том, что имеется избыток кислорода.

Подготовка поверхности

Прежде чем начинать лужение, необходимо выполнить следующие действия:

Следует учитывать, что полностью оксидную пленку удалить не получится, поскольку на очищенном месте моментально появляется новое образование. Поэтому зачистка производится не с целью полного удаления пленки, а для уменьшения ее толщины, чтобы упростить флюсу задачу.

Нагрев места пайки

Для пайки небольших деталей можно воспользоваться паяльником мощностью не менее 100Вт. Массивные предметы потребуют более мощного нагревательного инструмента.

Наиболее оптимальный вариант для нагрева — использование газовой горелки или паяльной лампы.

При использования горелки в качестве нагревательного инструмента следует учесть следующие нюансы:

Этапы пайки алюминия

Пайка алюминиевых предметов особо ничем не отличается от соединения других металлических материалов:

1. Сначала необходимо зачистить и обезжирить место будущего соединения.
2. Уже после все элементы устанавливаются в рабочее положение.
3. На необходимый участок наносят флюс и изделие начинают нагревать при помощи паяльника или горелки.
4. Когда наблюдается повышение температуры, то пруток припоя плавится, им необходимо постоянно касаться поверхности элементов, тем самым контролируя процесс.

Необходимо запомнить, что пайку следует производить в хорошо проветриваемом помещении, поскольку в процессе нагревания выделяются опасные соединения.

Если применяется бесфлюсовый припой, тогда необходимо знать о некоторых нюансах работы. Чтобы оксидная плёнка не мешалась, надо концом прутка выполнить царапающие движения по участку элемента. Таким образом, оксидная целостность будет нарушаться, а припой пойдёт в контакт с обрабатываемым металлом.

Разрушить оксидный слой можно и другими способами. Обрабатываемый участок нужно поцарапать металлической щёткой или прутком из нержавеющей стали.

Чтобы обеспечить максимальную прочность соединения, необходимо обработать участки лужением.

HTS -2000 – припой для пайки алюминия и его сплавов

Американский продукт выпускается в форме стержня и состоит из девяти сплавов. Припой HTS -2000 – это продукт последних достижений, с помощью которого пайку можно проводить без флюса. Он легко проникает через лежащие ниже поверхности примеси, через которые не могут проникнуть составы конкурентов.

При применении продукта HTS -2000 не требуется обладать какими-то специальными навыками, что означает его высокое качество. Нагреваясь, припой легко проникает через образовавшуюся на поверхности пленку оксида алюминия и создает прочные молекулярные соединения.

Из-за того, что электрохимический потенциал между алюминием и припоем невелик, коррозия материалу не страшна. Срок эксплуатации изделий с таким соединением более 10 лет.

Область применения продукта HTS -2000:

• восстановление деталей после сколов, поломки, износа;
• ремонт картеров автомобилей;
• ремонт алюминиевых днищ лодок;
• ремонт трубок кондиционеров, компрессоров, насосов;
• пайка и медных и алюминиевых элементов в различных сочетаниях;
• ремонт топливных баков из алюминия;
• восстановление и ремонт головок блока цилиндра;
• ремонт радиаторных трубок;
• восстановление резьбовых отверстий.

Кроме этого, с помощью такого припоя можно ремонтировать алюминиевые лестницы, желоба, лодки. Довольно часто его применяют при ремонте дизельных двигателей.

Важно знать, что припой HTS -2000 специалисты не рекомендуют использовать для пайки алюминия с медью. Вследствие такой процедуры возникает электрохимическая коррозия, которая быстро разрушает металл.

Материал используется с кислородно-ацетиленовой или пропановой горелкой. Он является самым сильным, быстрым и в то же время простым припоем для пайки среди других аналогичных сплавов.

Техника безопасности

Перед началом работы с паяльником всегда нужно сначала изучит правила безопасности.

• Работать нужно только при открытом окне. Поскольку можно отравиться из-за выделений в процессе работы.
• Вокруг не должно быть ничего легковозгорающегося. Если паяльник уронить на бумагу, к примеру, то это может привести к возникновению пожара.
• Аппарат держать следует исключительно за специальную ручку, поскольку в процессе работы он сильно нагревается, что может привести к ожогу.
• К паяльнику нельзя подпускать ребёнка. Устройство всегда следует держать в труднодоступном для малыша месте.
• Аппарат опускать в перерывах между пайкой можно только на специальную подставку. Если паяльник будет помещён на стол, то возможно возгорание.

Следуйте этим простым правилам, и никаких проблем во время работы не возникнет.

Чтобы производить качественную пайку алюминиевых материалов в домашних условиях, необходимо полностью соблюдать технологию. Если выбирать качественные методы, припои, флюсы и материалы, тогда результат будет положительным.