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.

В чем состоит проблема

Оксидная пленка плавится при очень высокой температуре. Ее присутствие мешает проникновению припойного расплава в основной металл, нарушает смачивание места пайки.

Алюминий имеет низкую температуру плавления. Он полностью переходит в жидкое состояние при 660 ℃. Начинается изменение агрегатного состояния при температуре около 300 ℃. В большинство алюминиевых сплавов входят металлы, которые расплавляются уже при 500 ℃.

При высокотемпературной пайке очень легко «проскочить» маленький интервал нагревания, позволяющий получить нормальный шов.

Велика вероятность перегрева зоны плавления, вследствие которого в жидкое состояние перейдут фрагменты деталей. Следует помнить, что паяние должно проводиться путем обволакивания твердых рабочих участков изделий расплавленной массой припоя.

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.

Алюминиевые сплавы с добавками

Эффективен для пайки высокотемпературный припой, содержащий 66 % чистого алюминия, 28 % меди и 6 % кремния. Сделан он в России. Значительная концентрация базового металла, идентичного материалу рабочих деталей, увеличивает растворяемость, проникновение расплава.

Основа шва, включающая медь с алюминием, укрепляется присутствием кремния. Образующееся посредством алюминиевого припоя соединение не корродирует, имеет хорошие механические качества.

Добавка кремния повышает температуру плавления припоев. Так, состав из 87 % алюминия и 13 % кремния плавится при значениях температуры около 600 ℃. Этот вид импортной продукции поступает в продажу уже готовый к применению. Припой с флюсом стоит дороже. Повышенная цена окупается высоким качеством шва.

Отличный результат пайки дает американский композит из 9 компонентов. Прутки плавятся при температуре 347 ℃, увеличиваясь в объеме на 10 %. Образующийся шов отличается пластичностью, в 3 раза превосходящей показатели соединений из других сплавов.

Высокотемпературную пайку проводят при работе с массивными деталями из алюминия или изделиями из сплавов, плавящихся только при сильном нагревании. Нагрев обеспечивается газовыми горелками, работающими на чистых углеводородах или их смесях с кислородом. Можно пользоваться обычным паяльником.

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.

Кастолин

Импортный кастолин состоит только из алюминия и цинка. Он обладает хорошей текучестью, проникающей способностью, электропроводностью.

Компания Castolin поставляет в продажу линейку припоев с разнообразным сочетанием компонентов. Проконсультировавшись, можно подобрать средство для конкретных условий.

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.

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.

Другие методы соединения меди и алюминия

Для соединения разнородных проводов, в данном случае, это медь и алюминий, существуют и другие методы, которые вполне себя оправдывают, что подтверждает многолетняя практика.

Метод опрессовки

Термоусадку на скрутку надевают так, чтобы она хотя бы по сантиметру захватывала изоляцию на одном и на другом проводе. Сначала гильзу надевают на один из проводов, затем делают плотную скрутку, передвигают термичку так, чтобы она получилась по центру, но при этом с двух сторон захватывала изоляцию. После этого остается только подогреть термоусадочную трубку, и она обожмет как изоляцию по двум сторонам, так и саму скрутку. Нагревают ее, как правило, обыкновенной горящей спичкой, а остывает гильза за 1-2 минуты. После этого доступ кислорода к соединению прекращается.

Клеммные колодки

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.