Почему алюминий плохо паяется?
Кто пытался паять алюминий, тот знает, что обычный припой на него совершенно не липнет. Все из-за устойчивой пленки оксида алюминия, которая обладает плохой адгезией к припою. Причем эта пленка покрывает алюминий и его сплавы очень быстро. Не успеешь зачистить — легкий металл уже окислился. Поэтому все методы пайки алюминия борятся сначала именно с пленкой, а затем уже заботятся об адгезии.
Оксид алюминия (Al2O3) в минералогии называется корундом. Крупные прозрачные кристаллы корунда являются драгоценными камнями. Из-за примесей корунд бывает окрашен в разные цвета: красный корунд (содержащий примеси хрома) называется рубином, а синий — сапфиром. Теперь понятно почему окисная пленка совсем не паяется.
Пайка и её особенности
Чтобы получить действительно качественное соединение нужно выдержать специальную температуру в зоне шва. В среднем этот показатель варьируется в пределах 50-100 градусов. Также учитывается то, что температурный порог необходимый для того, чтобы расплавился припой, значительно выше, чем просто для плавления обрабатываемого металла. Положительные качества пайки:
- полная герметичность соединенных деталей;
- высокая прочность соединений;
- значительная экономия времени и затрачиваемых сил, в сравнении со сварочными процессами;
- на местах спайки образуется специальный слой-пленка, которая противостоит коррозии и окислению металлов.
| Марка | Состав, % | Температур плавления, °С | Прочность при растяжении, кг/мм | Применение |
| ПОС-90 | Олово — 80…91, свинец — остальное | 220 | 4,9 | Для пайки пищевой посуды и медицинских инструментов |
| ПОС-61 | Олово — 60… 62, свинец — остальное | 190 | 4,3 | Для лужения и пайки в аппаратуре, где недопустим перегрев |
| ПОС-40 | Олово — 39…41, свинец — остальное | 238 | 3,8 | Для пайки в электроаппаратуре и деталей из оцинкованной стали |
| ПОС-ЗО | Олово — 29…31, свинец — остальное | 256 | 3,3 | Для лужения и пайки деталей из меди и ее сплавов и стали |
| ПОС-10 | Олово — 9.. .11, свинец — остальное | 299 | 3,2 | Для лужения и пайки контактных поверхностей в электроаппаратуре |
| ПОС-61М | Олово — 60…62, медь — 1,2.. .2, свинец — остальное | 192 | 4,5 | Для лужения и пайки электропаяльником тонких медных проводов, печатных проводников и фольги |
| ПОСК 50-18 | Олово — 49.. .51, кадмий — 17… 19,свинец — остальное | 145 | 6,7 | Для пайки чувствительных к перегреву деталей |
| ПОССр-15 | Олово — 15, цинк — 0,6, свинец — 83, 1 5, серебро — 1,25 | 276 | — | Для пайки деталей из цинка и оцинкованной стали |
| Авиа-1 | Олово — 55, цинк — 25, кадмий — 20 | 200 | — | Для пайки тонкостенных деталей из алюминия и его сплавов |
| Авиа-2 | Олово — 40, цинк — 25, кадмий — 20, алюминий — 1 5 | 250 | — | То же |
| 34А | Медь — 27…29, кремний — 5…7, алюминий — остальное | 525 | Для пайки деталей из меди и ее сплавов при высоких требованиях к прочности соединения | |
| МФ1 | Фосфор — 8,5.. .10, медь — остальное | 800 | — | Для пайки деталей из меди и сталей при невысоких требованиях к прочности |
| ПСр-25 | Медь — 40, серебро — 25, цинк — 35 | 780 | 28 | Для пайки деталей из сталей, меди и ее спагвов при высоких требованиях к прочности и антикоррозийной стойкости |
| Сплав Вуда | Олово — 12,5, свинец — 25, кадмий — 12,5, висмут — 50 | 60,5 | _ | Для пайки в тех случаях, когда требуется очень низкая температура плавления припоя |
| Сплав д’Арсе | Олово — 9,6, свинец — 45,1, висмут — 45,3 | 79 | — | То же |
Примечание. В припоях марок ПОС допускаются следующие примеси (%): висмут — 0,1. мышьяк — 0,05, железо, никель, сера — до 0,02, цинк, алюминий — до 0,002, медь — до 0,05. В припое марки ПСр-25 допускается не более 0,5% примеси, в том числе не более 0,15 % свинца.
ФЛЮС — это вещество или смесь, предназначенная для растворения и удаления оксидов с поверхности спаиваемых деталей. Он должен надежно защищать поверхности деталей и припоя от окисления в процессе пайки. Выбор флюса зависит от соединяемых пайкой металлов или сплавов и применяемого припоя, а также от вида монтажно-сборочных работ.
Активные флюсы интенсивно растворяют оксидные пленки на поверхности металла, чем достигается высокая механическая прочность соединения. Такие флюсы используют, когда можно полностью удалить их остатки с поверхности соединяемых деталей и места пайки. При монтаже и ремонте бытовой электронной технике и радиоаппаратуры активные флюсы применять нельзя.
Бескислотные флюсы изготовляются на основе канифоли, которая при пайке очищает поверхность от оксидов и защищает ее от окисления. Их широко используют при монтаже радиоаппаратуры. Удаление этих флюсов после пайки не обязательно.
Активированные флюсы изготовляют на основе канифоли с добавкой активизаторов. Они пригодны для соединения металлов и сплавов, плохо поддающихся пайке (сталь, никель, нихром и др.).
Антикоррозионные флюсы не вызывают коррозии после пайки. Некоторые из них можно не удалять с места пайки.
Состав и область применения некоторых флюсов приведены в таблице ниже. При пайке медными и латунными припоями, которые отличаются высокой температурой плавления, в качестве флюссв используют главным образом буру (Na2B4O7) и смеси ее с борной кислотой (Н3ВO3) и некоторыми другими солями.
| Состав, % | Применение | Способ удаления остатков |
| Активные флюсы | ||
| Хлорид цинка — 25.. .30, соляная кислота — 0,6.. .0,7, вода — остальное | При пайке деталей из черных и цветных металлов | Тщательная промывка водой |
| Флюс-паста: хлорид цинка (насыщенный раствор) — 3,7, вазелин УН-1 или УН-2 — 85, дистиллированная вода — остальное | То же | То же |
| Флюс КЭЦ: канифоль — 24, хлорид цинка — 1, спирт этиловый — остальное | При пайке цветных и драгоценных металлов, а также ответственных деталей из черных металлов | Промывка ацетоном |
| Флюс-паста: канифоль — 16, хлорид цинка — 1, вазелин УН-1 или УН-2 — остальное | То же, если требуется повышенная прочность соединения | То же |
| Бескислотные флюсы | ||
| Канифоль светлая | При пайке меди и ее сплавов во время электромонтажных работ мягкими припоями | Промывка ацетоном или спиртом |
| Флюс КЭ: канифоль — 15,.. 28, спирт этиловый — остальное | То же. Удобен для переноса в труднодоступные места | То же |
| Глицериноканифольный флюс: канифоль — 6, глицерин — 14, спирт этиловый (или денатурат) — остальное | То же, когда требуется герметичность соединения | То же |
| Активированные флюсы | ||
| Флюс ЛТИ-1: спирт этиловый — 67…73, канифоль — 20…25, солянокислый анилин — 3…7, триэтаноламин — 1…2 | При пайке большинства металлов и сплавов (сталь, нержавеющая сталь, медь и ее сплавы, цинк, нихром, никель, серебро и др.) | Удаление не обязаятельно |
| Флюс ЛТИ-1: спирт этиловый — 63…74, канифоль — 20…25, днэтиламин солянокислый — 3…5, триэтаноламин — 1…2 | То же | То же |
| Антикоррозийные флюсы | ||
| Флюс ВТС: вазелин технический — 63, триэтаноламин — 6,3, салициловая кислота — 6,3, спирт этиловый — остальное | При пайке меди и ее сплавов, константана, серебра, платины и ее сплавов | Промывка спиртом или ацетоном |
| Флюс ФИМ: ортофосфорная кислота (плотность 1,7 г/см3) — 1 6, спирт этиловый — 3,7, вода дистиллированная — остальное | То же, а также при пайке черных металлов | Промывка водой |
| Флюс с анилином; солянокислый анилин — 1,75, глицерин — 1,5, канифоль — остальное. Для уменьшения вязкости добавляют уайт-спирит | То же. В большинстве случаев может заменить флюсы ВТС и ФИМ | Удаление не обязательно |
Сложности, которые вызывает пайка алюминия при помощи традиционных припоев и флюсов, объясняются рядом факторов, преимущественно связанных с характеристиками данного металла. Основным из таких факторов является наличие на поверхности деталей из алюминия оксидной пленки, которая отличается высокой температурой плавления и исключительной химической стойкостью. Такая пленка при выполнении пайки препятствует соединению основного металла и материала припоя.
Подготовленные к пайке дюралевые детали
Сам алюминий, в отличие от оксидной пленки на его поверхности, обладает достаточно низкой температурой плавления: 660 градусов, что также осложняет технологический процесс выполнения пайки. Такая характеристика алюминия приводит к тому, что при нагреве детали из него быстро теряют прочность, а при определенной температуре, находящейся в интервале 250–300 градусов, конструкции из данного металла начинают терять устойчивость.
Основу большей части легкоплавких припоев, использующихся для пайки, составляют олово, кадмий, висмут и индий. С этими элементами алюминий плохо вступает в соединения, что делает паяные соединения, полученные с их использованием, очень непрочными и ненадежными. Хорошей взаимной растворимостью обладают алюминий и цинк, поэтому данный элемент при его использовании в припоях обеспечивает полученному соединению высокую прочность.
Характеристики флюсов для пайки мягкими припоями
Состав флюсов, применяемых для пайки алюминия
Большое практическое значение имеет не только пайка алюминия в домашних условиях. Данную технологию также активно используют на ремонтных и производственных предприятиях. Применяя метод пайки, можно получать соединения, отличающиеся высокой прочностью, надежностью и эстетической привлекательностью.
При работе с тонким листовым алюминием пайка позволяет избежать деформацию материала
Большой популярностью данная технология пользуется при выполнении ремонтных работ с автотранспортными средствами, тракторами и мотоциклами. Объясняется такая популярность тем, что при пайке не происходит изменение структуры соединяемого металла, поэтому подобный способ соединения во многих случаях является даже более предпочтительным, чем сварка.
Практически безальтернативной пайка является тогда, когда необходимо восстановить герметичность алюминиевого радиатора или картера, отремонтировать изношенную или разрушенную деталь, изготовленную из алюминиевого сплава. Удобно и то, что сделать такой ремонт можно и своими руками, для этого не потребуется сложного и дорогостоящего оборудования.
Отремонтированный в домашних условиях автомобильный радиатор
Прогары, сколы и трещины, образовавшиеся в блоке цилиндров, изготовленном из алюминиевого сплава, также можно успешно отремонтировать при помощи пайки. Очень полезна данная технология в том случае, если необходимо восстановить изношенную внутреннюю резьбу. При этом изношенное резьбовое отверстие заполняется расплавленным припоем, а затем в него вворачивается болт.
Используемые материалы
При выполнении пайки изделий из алюминия можно использовать припои оловянно-свинцовой группы, если тщательно очистить поверхность деталей и применять высокоактивные флюсы. Соединения, полученные с их помощью, по причине плохой взаимной растворимости алюминия, олова и свинца отличаются невысокой надежностью, также они склонны к развитию коррозионных процессов. Чтобы сделать подобные соединения более устойчивыми к коррозии, их необходимо покрывать специальными составами.
Припои, включающие в свой состав данные элементы, производят как отечественные, так и зарубежные компании. Наиболее распространенными отечественными марками являются ЦОП40, содержащий в своем составе 40% цинка и 60% олова, и 34А, в составе которого содержится алюминий (66%), медь (28%) и кремний (6%).
Самую низкую температуру плавления из всех вышеперечисленных имеют оловянно-свинцовые припои. Наиболее высокотемпературными являются те, в составе которых содержится алюминий и кремний, а также материалы, содержащие алюминий вместе с медью и кремнием. К последним, в частности, относится припой популярной марки 34А, температура плавления которого находится в интервале 530–550 градусов.
Учитывая температуру плавления, применяют такие припои в тех случаях, когда соединить необходимо крупногабаритные детали из алюминия, в которых обеспечивается хороший теплоотвод, либо изделия, выполненные из алюминиевых сплавов, плавящихся при достаточно высоких температурах.
Но, конечно, максимальное удобство в работе демонстрируют низкотемпературные припои, одной из распространенных марок которых является HTS-2000.
Припой HTS-200 для спайки деталей из алюминия и цветных металлов
Технология пайки алюминия обязательно предполагает использование специального флюса, который необходим для того, чтобы улучшить соединяемость основного металла с материалом припоя. Именно поэтому подходить к выбору такого материала необходимо очень ответственно. Особенно актуально это требование в тех случаях, когда детали из алюминия необходимо спаять при помощи оловянно-свинцового припоя.
Флюс Ф-64 для пайки легких сплавов без предварительной механической обработки поверхностей
Одним из наиболее популярных отечественных материалов является флюс марки Ф64. Популярность Ф64 обусловлена тем, что данный материал отличается повышенной активностью. Благодаря такому качеству выполнять пайку с флюсом Ф64 можно, даже не зачищая поверхность алюминиевых деталей от тугоплавкой оксидной пленки.
Из популярных высокотемпературных флюсов следует выделить материал марки 34А, в состав которого входит 50% хлорида калия, 32% хлорида лития, 10% фторида натрия и 8% хлорида цинка.
Подготовка деталей
Для получения качественного и надежного соединения недостаточно просто знать, как паять алюминий, важно также правильно подготовить поверхности соединяемых деталей к пайке. Заключается такая подготовка в обезжиривании поверхностей и удалении с них окисной пленки.
Удаление окисной пленки перед пайкой, которое также несложно выполнить своими руками, преимущественно совершается при помощи механической обработки, для чего можно использовать шлифовальную машинку, наждачную бумагу, металлическую щетку или сетку из нержавеющей проволоки. Значительно реже применяется химический способ удаления такой пленки, который подразумевает травление поверхности алюминиевых деталей при помощи кислотных растворов.
Зачистка поверхностей перед пайкой с помощью шлифовальной насадки на болгарку
Как известно, окисная пленка на поверхности алюминия образовывается практически моментально при ее контакте с окружающим воздухом. Такой процесс происходит и на зачищенной перед пайкой поверхности, но смысл выполнения зачистки состоит в том, что вновь образующаяся пленка значительно тоньше удаленной, поэтому флюсу будет гораздо легче с ней справиться.
Паяльник для пайки алюминия
Пайка алюминия при помощи паяльника должна учитывать площадь спаиваемых деталей. Алюминий, как и медь является хорошим проводником тепла, а значит тепла от паяльника должно поступать больше, чем рассеивают его спаиваемые детали.
Примерный расчет такой — 1000 кв. см. алюминия эффективно могут рассеять около 50 Вт тепловой мощности. Получается, чтобы спаять две детали с общей площадью 1000 кв. см, нужно взять , как минимум. Тогда пайка алюминия будет достаточно быстрая, чтобы не превратиться в пытку.
Можно паять и маломощным паяльником. Например, когда я паял радиатор своего Кузнечика паяльником 60 Вт, то мне помогла термовоздушная паяльная станция, которая выполняла роль подогрева.
лучше брать с площадью побольше. Встречал упоминания зазубренных жал. Это чтобы легче было снимать оксидную пленку под слоем масла. Такое жало применять удобно — не нужно стружку пилить.
Источники нагрева
В качестве элемента, при помощи которого выполняется прогрев габаритных соединяемых деталей из алюминия и расплавление припоя, преимущественно используется газовая горелка, работающая на пропане или бутане. Если вы решили спаять изделия из алюминия своими руками в условиях домашней мастерской, то можно использовать и обычную паяльную лампу.
Удобная в использовании газовая паяльная лампа
При выполнении нагрева необходимо очень внимательно следить за тем, чтобы не расплавились соединяемые детали. С этой целью к поверхности деталей как можно чаще прикасаются припоем, чтобы проконтролировать начало его плавления. Это и будет свидетельством того, что достигнута рабочая температура.
Нагревая детали и припой перед началом пайки, также необходимо следить за пламенем газовой горелки: смесь газа и кислорода, которая его формирует, должна быть сбалансированной. Делать это необходимо по той причине, что сбалансированная газовая смесь активно нагревает металл, но не оказывает серьезного окислительного действия.
Горелки для пайки алюминия
Когда мощности паяльника и подогрева не хватает для спайки, например, толстых алюминиевых листов, то на помощь приходят .
Про горелки я уже писал отдельную статью — Топ 10 горелок для пайки. Мощность и размер сопла горелки также зависит от тех площадей, которые нужно прогреть. Достоинством грелки является бесконтактное донесение тепла и высокая скорость разогрева. Часто края заготовки не успевают нагреться, а соединение уже спаяно.
Соблюдайте технику безопасности при работе с горелками!
Вот что можно делать с простой горелкой на баллончике.
Технологические приемы пайки
Пайка деталей, выполненных из алюминия, по технологии выполнения практически ничем не отличается от процесса соединения изделий, изготовленных из других металлов. Сначала соединяемые детали обезжириваются и тщательно зачищаются, после этого их выставляют в нужное положение относительно друг друга. Затем на зону будущего соединения необходимо нанести флюс и начать ее прогрев вместе с припоем до рабочей температуры.
Процесс пайки деталей из алюминиевого сплава
При достижении рабочей температуры кончик припоя начнет плавиться, поэтому им необходимо постоянно прикасаться к поверхности деталей, контролируя процесс нагрева.
Пайка изделий из алюминия, для выполнения которой используется безфлюсовый припой, имеет свои особенности. Заключаются они в том, что для того, чтобы проникновению припоя к поверхности детали не препятствовала окисная пленка, его кончиком необходимо совершать чиркающие движения по месту будущего соединения. Таким образом нарушается целостность пленки, и припой беспрепятственно соединяется с основным металлом.
Посмотреть, как пайка выполняется практически, можно на обучающем видео.
Есть еще один технологический прием, позволяющий разрушить оксидную пленку в процессе пайки. Сделать это можно при помощи стержня из нержавеющей стали или металлической щетки, которыми водят по месту соединения и уже расплавленному припою.
Что лучше — сварка или пайка алюминия?
Споры при ответе на этот вопрос и не думают стихать. Оказывается все зависит от вашего предназначения. Точнее предназначения ваших соединяемых деталек.
Если нужно запаять радиатор автомобиля, то подходит лучше пайка алюминия, потому как дешево. Для ответственных работ (несущие конструкции) и пищевых емкостей (например, молочная фляга) лучше подходит сварка, потому как надежнее. Вот как бы я сформулировал ответ на этот вопрос.
Ясно, что Мастеру с газовой сваркой легче заварить радиатор, а не паять его и наоборот — Мастеру с паяльником легче запаять.
А теперь посмотрите про TIG сварку для начинающих. Очень полезно и хорошо снято.
Использование подручных средств
Если во всех предыдущих флюсовых растворах базовым являлось жидкое органическое вещество, то состав с аббревиатурой ФИМ радует возможностью приготовления на воде.
К воде нужно добавить 16% ортофосфорной кислоты с плотностью 1,7 г/мл и 3,7% этанола. Флюс применяют для пайки стальных, медных сплавов, драгоценных металлов. Промывать рабочую зону по окончании следует водой.
Можно приводить еще много составов с разными пропорциями компонентов. Способы приготовления зависят от конкретных рабочих потребностей и условий пайки.
Если появилась срочная нужда спаять что-то на удаленной даче, где вообще ничего купить невозможно, то пригодятся экстремальные советы. Например, растворить аспирин в одеколоне или нашатырь в глицерине.
Можно использовать салициловый спирт, фруктовый сок (в нем есть природные кислоты) и растительное (желательно оливковое) масло. Конечно, на детали образуется налет, нагар, но, в крайнем случае, эти советы помогут выйти из положения.
https://www.youtube.com/watch?v=nu8TgMU5I2k
Специалисты по пайке часто готовят флюсы самостоятельно, поэтому рецептов составления растворов довольно много. Однако всегда моно купить готовые препараты. Производители поставляют их на рынок с избытком.
Нередки ситуации, когда под рукой нет активного флюса и припоя, который специально предназначен для соединения деталей из алюминия, а спаять их необходимо срочно. В таких ситуациях можно выполнить пайку обычным припоем, состоящим из алюминия и олова или олова и свинца. В качестве флюса в данном случае можно использовать канифоль.
Оксидная пленка при использовании данного метода пайки разрушается под слоем канифоли, в которую можно дополнительно добавить металлические опилки. Для ее разрушения применяется специальный паяльник со скребком, который необходимо предварительно залудить. Скребок наряду с опилками разрушает оксидную пленку на поверхности деталей, а канифоль не дает образоваться новой. Кроме того, скребок-паяльник, перемещая расплавленный припой по месту будущего соединения, обеспечивает его лужение.
