Пайка алюмінію в домашніх умовах - чим і як паяти, флюси, припої

Паяння алюмінію, як слушно вважають багато фахівців, є досить складним у виконанні технологічним процесом. Тим часом таку думку можна вважати вірною лише щодо тих ситуацій, коли спаяти вироби з алюмінію намагаються, використовуючи для цього припої та флюси, які застосовуються для з'єднання деталей з інших металів: міді, сталі та ін. Якщо ж використовується спеціальний флюс для паяння алюмінію , а також відповідний припій, то даний технологічний процес не становить особливих складнощів.

Паяння алюмінію з використанням пропанового пальника

Особливості процесу

Складнощі, які викликає паяння алюмінію за допомогою традиційних припоїв та флюсів, пояснюються низкою факторів, переважно пов'язаних із характеристиками даного металу. Основним з таких факторів є наявність на поверхні деталей з алюмінію оксидної плівки, що відрізняється високою температурою плавлення та винятковою хімічною стійкістю. Така плівка при виконанні паяння перешкоджає з'єднанню основного металу та матеріалу припою.

Перед здійсненням паяння виробів з алюмінію їхньої поверхні необхідно ретельно очистити від оксидної плівки, для чого можна використовувати механічну обробку або застосовувати флюси, до складу яких входять компоненти, що сильно діють.

Підготовлені до паяння алюмінієві деталі

Сам алюміній, на відміну від оксидної плівки на його поверхні, має досить низьку температуру плавлення: 660 градусів, що також ускладнює технологічний процес виконання паяння.Така характеристика алюмінію призводить до того, що при нагріванні деталі з нього швидко втрачають міцність, а за певної температури, що знаходиться в інтервалі 250-300 градусів, конструкції з даного металу починають втрачати стійкість. Найлегше плавкий компонент, який входить до складу найбільш поширених алюмінієвих сплавів, починає плавитися вже в інтервалі температур 500-640 градусів, що може призвести до перегріву і навіть до розплавлення деталей, що з'єднуються.

Основу більшої частини легкоплавких припоїв, що використовуються для паяння, становлять олово, кадмій, вісмут та індій. З цими елементами алюміній погано вступає в сполуки, що робить паяні сполуки, отримані з їх використанням дуже неміцними і ненадійними. Хорошу взаємну розчинність мають алюміній і цинк, тому даний елемент при його використанні в припоях забезпечує отриманому з'єднанню високу міцність.

Характеристики флюсів для паяння м'якими припоями

Склад флюсів, які застосовуються для паяння алюмінію.

Використовувані матеріали

При виконанні паяння виробів з алюмінію можна використовувати припої олов'яно-свинцевої групи, якщо ретельно очистити поверхню деталей та застосовувати високоактивні флюси. З'єднання, отримані з їх допомогою, через погану взаємну розчинність алюмінію, олова і свинцю відрізняються невисокою надійністю, також вони схильні до розвитку корозійних процесів. Щоб зробити подібні сполуки стійкішими до корозії, їх необхідно покривати спеціальними сумішами.

Найбільш якісне, надійне та стійке до корозії паяне з'єднання, дозволяють отримувати припої, у складі яких міститься цинк, мідь, кремній та алюміній.

Припої, що включають до свого складу ці елементи, виробляють як вітчизняні, так і зарубіжні компанії. Найбільш поширеними вітчизняними марками є ЦОП40, що містить у своєму складі 40% цинку та 60% олова, і 34А, у складі якого міститься алюміній (66%), мідь (28%) та кремній (6%). Цинк, що міститься в припої для паяння виробів з алюмінію, визначає не тільки міцність одержаного з'єднання, а й корозійну стійкість.

Найнижчу температуру плавлення з усіх перерахованих вище мають олов'яно-свинцеві припої. Найбільш високотемпературними є ті, у складі яких міститься алюміній та кремній, а також матеріали, що містять алюміній разом з міддю та кремнієм. До останніх зокрема відноситься припій популярної марки 34А, температура плавлення якого знаходиться в інтервалі 530–550 градусів.

Для інформації: матеріали на основі алюмінію та кремнію плавляться за температури 590–600 градусів.

Враховуючи температуру плавлення, застосовують такі припої в тих випадках, коли необхідно з'єднати великогабаритні деталі з алюмінію, в яких забезпечується хороший тепловідведення, або вироби, виконані з алюмінієвих сплавів, що плавляться при досить високих температурах.

Але, звичайно, максимальна зручність у роботі демонструють низькотемпературні припої, однією з найпоширеніших марок яких є HTS-2000.

Припій HTS-200 для спайки деталей з алюмінію та кольорових металів

Технологія паяння алюмінію обов'язково передбачає використання спеціального флюсу, який необхідний для того, щоб покращити сполучність основного металу із матеріалом припою. Саме тому підходити до вибору такого матеріалу потрібно дуже відповідально.Особливо актуальною є ця вимога в тих випадках, коли деталі з алюмінію необхідно спаяти за допомогою олов'яно-свинцевого припою. Склад флюсів містить елементи, які формують його активність по відношенню до алюмінію. До таких елементів належать: триетаноламін, фторборат цинку, фторборат амонію та ін.

Флюс Ф-64 для паяння легких сплавів без попередньої механічної обробки поверхонь

Одним із найпопулярніших вітчизняних матеріалів є флюс марки Ф64. Популярність Ф64 обумовлена ​​тим, що цей матеріал відрізняється підвищеною активністю. Завдяки такій якості виконувати паяння з флюсом Ф64 можна, навіть не зачищаючи поверхню алюмінієвих деталей від оксидної тугоплавкої плівки.

З популярних високотемпературних флюсів слід виділити матеріал марки 34А, до складу якого входить 50% хлориду калію, 32% літрового хлориду, 10% фториду натрію і 8% хлориду цинку.

Підготовка деталей

Для отримання якісного і надійного з'єднання недостатньо просто знати, як паяти алюміній, важливо також правильно підготувати поверхні деталей, що з'єднуються, до паяння. Полягає така підготовка у знежиренні поверхонь та видаленні з них окисної плівки.

Для знежирення використовують традиційні засоби: ацетон, бензин або будь-який відповідний розчинник.

Видалення окисної плівки перед пайкою, яке також нескладно виконати своїми руками, переважно здійснюється за допомогою механічної обробки, для чого можна використовувати шліфувальну машинку, папір наждачку, металеву щітку або сітку з нержавіючого дроту.Значно рідше застосовується хімічний спосіб видалення такої плівки, який має на увазі травлення поверхні алюмінієвих деталей за допомогою кислотних розчинів.

Зачистка поверхонь перед пайкою за допомогою шліфувальної насадки на болгарку

Як відомо, окисна плівка на поверхні алюмінію утворюється практично моментально при її контакті з навколишнім повітрям. Такий процес відбувається і на зачищеній перед паянням поверхні, але сенс виконання зачистки полягає в тому, що плівка, що знову утворюється, значно тонше віддаленої, тому флюсу буде набагато легше з нею впоратися.

Джерела нагрівання

В якості елемента, за допомогою якого виконується прогрів габаритних деталей з алюмінію і розплавлення припою, переважно використовується газовий пальник, що працює на пропані або бутані. Якщо ви вирішили спаяти вироби з алюмінію своїми руками в умовах домашньої майстерні, можна використовувати і звичайну паяльну лампу.

Зручна у використанні газова паяльна лампа

При виконанні нагрівання необхідно дуже уважно стежити за тим, щоб не розплавилися деталі, що з'єднуються. З цією метою до поверхні деталей якнайчастіше торкаються припоєм, щоб проконтролювати початок його плавлення. Це і буде свідченням того, що досягнуто робочої температури.

Нагріваючи деталі та припій перед початком паяння, також необхідно стежити за полум'ям газового пальника: суміш газу та кисню, що його формує, має бути збалансованою. Робити це необхідно з тієї причини, що збалансована газова суміш активно нагріває метал, але не чинить серйозної окисної дії.Про те, що газова суміш збалансована, свідчить яскраво-синій колір полум'я, яке має невеликий розмір. Якщо полум'я пальника занадто маленьке за розміром і має блідо-блакитний колір, це свідчить про те, що в газовій суміші занадто багато кисню.

Для паяння невеликих виробів з алюмінію використовуються електричні паяльники та припої, що плавляться за невисокої температури.

Технологічні прийоми паяння

Паяння деталей, виконаних з алюмінію, за технологією виконання практично нічим не відрізняється від процесу з'єднання виробів, виготовлених з інших металів. Спочатку деталі, що з'єднуються, знежирюються і ретельно зачищаються, після цього їх виставляють у потрібне положення відносно один одного. Потім на зону майбутнього з'єднання необхідно нанести флюс і почати прогрівання разом з припоєм до робочої температури.

Процес паяння деталей із алюмінієвого сплаву

При досягненні робочої температури кінчик припою почне плавитися, тому їм необхідно постійно торкатися поверхні деталей, контролюючи процес нагрівання.

Паяння виробів з алюмінію, до виконання якої використовується безфлюсовий припій, має особливості. Полягають вони в тому, що для того, щоб проникненню припою до поверхні деталі не перешкоджала окисна плівка, його кінчиком необхідно здійснювати рухи, що чіркають, за місцем майбутнього з'єднання. Таким чином порушується цілісність плівки і припій безперешкодно з'єднується з основним металом.

Подивитися, як паяння виконується практично, можна на навчальному відео.

Є ще один технологічний прийом, що дозволяє зруйнувати оксидну плівку у процесі паяння.Зробити це можна за допомогою стрижня з нержавіючої сталі або металевої щітки, якими водять за місцем з'єднання та вже розплавленим припоєм.

Щоб отримати максимально міцне з'єднання методом паяння, поверхні, що з'єднуються, необхідно піддати попередньому лудіння.

Сфера застосування процесу

Велике практичне значення має не тільки паяння алюмінію в домашніх умовах. Цю технологію також активно використовують на ремонтних та виробничих підприємствах. Застосовуючи метод паяння, можна отримувати сполуки, що відрізняються високою міцністю, надійністю та естетичною привабливістю.

При роботі з тонким листовим алюмінієм паяння дозволяє уникнути деформації матеріалу.

Великою популярністю ця технологія користується при виконанні ремонтних робіт з автотранспортом, тракторами та мотоциклами. Пояснюється така популярність тим, що при пайці не відбувається зміна структури металу, що з'єднується, тому подібний спосіб з'єднання в багатьох випадках є навіть більш кращим, ніж зварювання.

Практично безальтернативна пайка є тоді, коли необхідно відновити герметичність алюмінієвого радіатора або картера, відремонтувати зношену або зруйновану деталь, виготовлену з алюмінієвого сплаву. Зручно і те, що зробити такий ремонт можна і своїми руками, для цього не потрібно складного та дорогого обладнання.

Відремонтований в домашніх умовах автомобільний радіатор

Прогари, сколи та тріщини, що утворилися в блоці циліндрів, виготовленому з алюмінієвого сплаву, також можна успішно відремонтувати за допомогою паяння.Дуже корисна дана технологія в тому випадку, якщо необхідно відновити зношене внутрішнє різьблення. При цьому зношений різьбовий отвір заповнюється розплавленим припоєм, а потім у нього повертається болт. Після того як припій застигне, болт з отвору вивертається, а всередині нього виявляється сформована за необхідними параметрами різьблення. Така нескладна операція дозволяє отримати нове різьблення, яке за своїми характеристиками міцності нічим не поступається вихідною.

Крім цього, паяння успішно застосовується для ремонту та відновлення герметичності труб, виготовлених з алюмінію та сплавів даного металу. Такі труби зараз активно використовують у багатьох технічних пристроях. За допомогою паяння ви можете своїми руками, не вдаючись до дорогих послуг кваліфікованих фахівців, відремонтувати багато предметів з алюмінію та його сплавів, що використовуються в побуті: посуд, сходи, різні деталі інтер'єру, ринви, елементи сайдингу та ін. За допомогою паяння можна не тільки ремонтувати, а й своїми руками виготовляти будь-які конструкції з алюмінію.

Використання якісних витратних матеріалів і суворе дотримання технології, якій зовсім нескладно навчитися і відео урокам, дозволяє отримувати методом паяння з'єднання, що відрізняються високою якістю, надійністю, привабливим і акуратним зовнішнім виглядом.

Використання підручних засобів

Непоодинокі ситуації, коли під рукою немає активного флюсу та припою, який спеціально призначений для з'єднання деталей з алюмінію, а спаяти їх необхідно терміново. У таких ситуаціях можна виконати пайку звичайним припоєм, що складається з алюмінію та олова або олова та свинцю.Як флюс в даному випадку можна використовувати каніфоль.

Оксидна плівка при використанні даного методу паяння руйнується під шаром каніфолі, в яку можна додатково додати металеву тирсу. Для її руйнування застосовується спеціальний паяльник зі скребком, який необхідно залудити. Скребок поряд з тирсою руйнує оксидну плівку на поверхні деталей, а каніфоль не дає утворитися новою. Крім того, скребок-паяльник, переміщуючи розплавлений припій за місцем майбутнього з'єднання, забезпечує його лудіння.

Звичайно, такий спосіб паяння дуже клопіткий і не завжди гарантує отримання якісного та надійного з'єднання, тому використовувати його можна лише у крайніх випадках. Найдоцільніше витратити час і гроші на придбання якісних припою і флюсу і не переживати за якість з'єднання, що формується з їх допомогою.

Чим потрібно паяти алюміній

З'єднання металевих деталей пайкою широко поширене завдяки нескладності технології, доступності обладнання та достатньої у багатьох випадках міцності. Однак якщо одна або обидві деталі виконані з алюмінію, все набагато складніше.

Особливості поведінки алюмінію при паянні

Алюміній («крилатий» метал) має масу переваг. До них відносяться легкість, простота в обробці, дешевизна, а сплавляючи алюміній з іншими металами, можна досягти і непоганої міцності, не втрачаючи початкових плюсів.

Однак алюміній надзвичайно активний хімічно. При контакті з киснем, що міститься в повітрі, на поверхні миттєво утворюється тонка, але міцна плівка оксиду.Під час паяння вона заважає адгезії припою до поверхні (припій не «прилипає» до алюмінію при застосуванні звичайних технологій, які чудово працюють для міді, сталі та інших металів).

Механічне видалення оксиду неефективне - Плівка миттєво виникає знову. І навіть якщо її вдається позбутися, завдяки різним хитрощам, адгезія стандартних припоїв на основі олова низька. Зварний шов спочатку неміцний і може розвалитися через невеликий проміжок часу (від кількох днів до кількох місяців).

Підготовка поверхні алюмінію

Тим не менш, можливість паяти алюміній є. Про різні способи буде розказано далі, а спочатку поверхню, яку належить заблудити, треба підготувати. Робиться це стандартним чином:

• жири та забруднення змиваються розчинником;
• твердий бруд зчищається механічним способом.

В інтернеті можна знайти поради спробувати зчистити шар оксиду з поверхні алюмінію за допомогою абразивних матеріалів (наждакового паперу тощо). Це обґрунтовується тим, що, незважаючи на те, що шар окису миттєво утворюється знову, але його товщина буде меншою, і це полегшить пайку.

Насправді ефективність цієї ради не підтверджено, але й шкоди від неї не буде (крім втрат часу).

Вибір паяльного матеріалу

Для виконання паяння треба вибрати:

Насамперед треба вибрати припій, тому що все інше великою мірою залежить від нього. Можна спробувати паяти звичайним олов'яно-свинцевим припоєм, і якщо дотриматися технології, то процес навіть може пройти успішно. Але з причин, зазначених вище (олово з алюмінієм погано утворює твердий розчин), міцність такого шва буде низькою і з часом ставатиме ще нижче.Такий спосіб можна рекомендувати в більшості випадків для тимчасових, не схильних до механічних навантажень або невідповідних з'єднань.

Набагато ефективніше паяти припоями на основі цинку (наприклад, Cd-Zn). Цинк набагато краще розчиняє алюміній і при цьому цинкові припої відносно легкоплавкі.

Найбільш міцні сполуки дають припої на основі алюмінію. Така паяння по суті близька до зварювання. Проблема тільки в тому, що алюмінієві сплави занадто тугоплавкі, і їх не вийде паяти звичайним паяльником. Інша труднощі - нагрівання області, що спаюється, треба локалізувати, щоб уникнути втрат міцності деталі.

Припої на основі цинку або алюмінію продаються як прутків або трубок, наповнених флюсом.

Наступний крок – вибір флюсу. Існує прийом, що дозволяє паяти за допомогою звичайного флюсу на основі каніфолі (про нього нижче), але краще застосовувати спеціалізовані речовини, навіть якщо паяння припоєм на базі олова.

Найчастіше застосовуються активні флюси з урахуванням кислоти. Їхнє головне завдання – розчинити оксидну плівку та перекрити доступ кисню до поверхні металу на час процесу. З цією метою впорається будь-який спеціалізований склад. Але все ж таки краще підбирати флюс під конкретний вид припою - так забезпечиться найкраща адгезія.

Найчастіше тип припою, котрим призначений склад, позначається на етикетці з активною речовиною.

І, нарешті, треба вибрати тип паяльника, тобто нагрівальний інструмент. Основний критерій – чи паяльник зможе нагрітися до температури плавлення обраного припою. Якщо вибрано метод паяння оловом, підійде будь-який побутовий паяльник відповідної потужності. Чим масивніша деталь, тим потужнішим повинен бути паяльник.Щоб спаяти дроти, достатньо і 40 ватного електроінструменту, а щоб запаяти, наприклад, алюмінієву каністру, потрібно мінімум 80 ват (краще ще більше).

Треба мати на увазі, що для паяння кислотними флюсами не можна застосовувати паяльник із сталевим жалом, робоча зона якого має гальванічне покриття. Кислота швидко «з'їсть» нанесений шар і жало стане непридатним для подальшого використання (вартість запасного жала можна порівняти з ціною нового паяльника). Тому треба застосовувати паяльники лише з мідними змінними наконечниками.

Температура жала звичайного паяльника не перевищує 300 градусів Цельсія, а це означає, що її може не вистачити для розплавлення цинкового припою (у різних складах цей рівень може становити від 300 до 420 градусів), і не вистачить для плавлення алюмінієвого припою.

Температура плавлення припою в залежності від виду

Метод з'єднання металевих (і не тільки) гарячих деталей набув поширення не тільки в радіо- та електротехніці. Цим способом монтують труби, збирають легкі конструкції, виготовляють судини тощо. Важливою складовою успіху операції зі спаювання є правильний вибір припою.

Що називають припоєм, для чого використовують

Припоєм називається метал або сплав металів, які застосовують при паянні для з'єднання деталей. Припій розплавляється, заливає місце з'єднання, адгезуючи до обох поверхонь, потім застигає, утворюючи міцний шов. Часто припій плутають із присадним матеріалом при зварюванні. Зовні їх використання виглядає схожим, але все ж таки є принципові відмінності. При зварюванні обидві деталі, що з'єднуються, і присадка плавляться, утворюючи моноліт. При паянні плавиться лише припій, з'єднуючи дві тверді поверхні.

Зварювання можна виконати без присадки, а паяння без припою неможливо.

Базовий склад припоїв

Більшість припоїв виготовляється з урахуванням олова. Назва цього легкоплавкого металу навіть застосовується як синонім слова «припій». Насправді чистим оловом паяють рідко. З'єднання виходить менш міцним і менш довговічним, ніж при застосуванні сплавів, та й коштує чисте олово дорожче.

Чисте олово застосовують для паяння предметів, що контактують із їжею. У цьому випадку добавки токсичних металів (свинець, кадмій тощо) неприпустимі.

Натомість олово має інші переваги:

• низька температура плавлення;
• м'якість;
• хороша адгезія до багатьох металів (з використанням відповідних флюсів).

З цих причин як припої широко поширені сплави олова з іншими металами (наприклад, зі свинцем). Змінюючи склад сплавів, можна регулювати фізичні властивості припоїв.

При всіх перевагах припоїв на основі олова, їх сфера застосування не всеосяжна. Наприклад, при паянні алюмінію такі сплави погано адгезують до поверхні, шов виходить неміцним, через деякий час роз'єднуються місце з'єднання. Для цих цілей застосовують припої на основі алюмінію або цинку (або майже повністю складаються з цих металів).

Види припою їх характеристики та призначення

Виконати класифікацію сплавів для паяння можна за різними критеріями.

За хімічним складом

Для застосування в побутових та промислових умовах найбільш поширені такі види припоїв:

1. Сплави олова та свинцю у різних пропорціях. Широко використовуються, мають низькі температури плавлення (до 250 градусів).Для покращення механічних властивостей легуються невеликими добавками інших металів (цинк, сурма, алюміній тощо).
2. Припої на основі вісмуту. Належать до дуже легкоплавких сплавів. Найвідоміші склади – сплави Вуда та Розі. Вони переходять у рідкий стан нижче точки закипання води. Сплав Троянди у вигляді гранул
3. Припої на основі індію. Їх також характерна легкоплавкість. Важлива властивість – вони не розчиняють золото, тому використовуються в ювелірній промисловості. Такі сплави можна використовувати для паяння скла. Пайка виробів із золота складом на базі Індія.
4. Свинцеві припої. Використовуються для паяння деяких металів. До недоліків відноситься зайва плинність у твердому стані.
5. Склади з урахуванням кадмію . Цей метал у чистому вигляді для паяння не застосовується, а у поєднанні зі сріблом та цинком дає сплав для паяння алюмінію.
6. Цинкові припої. Належать до категорії щодо тугоплавких. Також застосовуються для з'єднання деталей із алюмінію.
7. Припої, що складаються з алюмінію з деякими добавками. Використовуються для паяння алюмінієвих сплавів.
8. Сплави з високим вмістом срібла. Служать для створення з'єднань високої міцності, що витримують високу температуру або збереження високої електропровідності місця паяння.

За температурою плавлення

За температурою плавлення припої можна розділити на групи:

• особливо легкоплавкі;
• легкоплавкі (м'які);
• тугоплавкі (тверді).

До першої категорії відносять сплави, що плавляться при температурах до 100 градусів. Сюди включаються вже згадані сплави Розе та Вуда, а також кілька інших припоїв на основі вісмуту. Верхньою температурою плавлення легкоплавких припоїв зазвичай вважають 400 градусів.Сюди входять усі сплави свинцю та олова, а також інші склади. До тугоплавких відносять припої на основі цинку та алюмінію (їх застосовують для паяння алюмінієвих сплавів), а також сплави з високим вмістом срібла.

За наявності флюсу

Деякі припої випускаються як трубочок, заповнених флюсом. У більшості випадків це зручно, але трапляються ситуації, коли треба точніше підібрати поєднання сплаву для паяння та хімічного реагенту. У цих обставинах треба використовувати безфлюсові припої.

Трубочки з припою, наповнені флюсом

Форми випуску та діаметр

Зазвичай сплави для паяння випускаються у формі дроту або прутків (рідше – у вигляді гранул, порошку, стрічки тощо), а також припої входять до складу паяльних паст. Діаметр прутків може становити від 1 до 10 мм і від.

Припій у вигляді прутків

На властивості властивостей діаметр «кругляка» не впливає, але треба мати на увазі, що чим менша потужність паяльника, тим складніше здійснити паркан припою від прутка. Паяльник на 25 ват насилу плавитиме «дрот» діаметром 5..10 мм, і паяння перетвориться на муку. Тому перший вибір «тирозміру» припою виконується за характерним просторовим розміром.

Багато припої досить м'які і пластичні, тому можна відрізати і сформувати шматочок сплаву під малопотужний паяльник за допомогою дрібного слюсарного інструменту.

Якщо навпаки, є потужний паяльник і тонко сформований припій, проблему складе набрати потрібний обсяг розплаву. Краще використовувати в цьому випадку товстіший пруток або скрутити кілька тонких.

Для паяльника з великим жалом застосовувати тонкі прутки незручно

Марки припоїв та їх температура плавлення

Різні метали мають різну температуру плавлення.Це треба враховувати при виборі обладнання (паяльника, фена, ІЧ-стола тощо).

Очевидно, що підсумкова температура плавлення сплаву часто буває нижче температури плавлення легкоплавкого компонента.

Вибір марки припоїв для паяння

Для різних цілей застосовують сплави різного складу. Для кожного виду робіт колективним досвідом підібрано оптимальні припої.

Радіодеталей та мікросхем

Мікросхеми та інші електронні компоненти при пайці не рекомендується перегрівати (хоча цей момент на практиці надмірно міфологізований). Ще менш толерантними до перегріву є друковані провідники плат. Тому для паяння радіодеталей зручніше використовувати класичні свинцево-олов'яні флюси з великим вмістом олова (м'які припої з металевим блиском), що випускаються у вигляді дроту товщиною 1..2 мм. Зручно використовувати трубочки, наповнені флюсом – як правило, він нейтральний та придатний для такого виду робіт.