Пайка алюминия: как паять в домашних условиях паяльником?

Почему алюминий плохо паяется

Многие пробовали паять алюминий в домашних условиях и хорошо поняли: припой не пристанет к поверхности деталей. Это связано с образованием на металле устойчивой оксидной пленки, имеющей низкую адгезию к припою. Способы пайки алюминия в домашних условиях сводятся к борьбе с защитной пленкой.

В минералогии оксид алюминия называют корундом. Он состоит из прозрачных кристаллов, являющихся драгоценными камнями. Корунд имеет разный цвет в зависимости от примесей: хром дает красноватый оттенок, сапфир — голубоватый. Оксидная пленка обладает высокой прочностью и не поддается пайке. Его необходимо удалить с поверхности и затем приступить к пайке деталей.

Особенности процесса

Поверхность алюминиевых деталей покрыта оксидной пленкой, обладающей высокой химической стойкостью, а также температурой плавления в 2 раза выше, чем у чистого металла. В интервале от +2500С до +3000С алюминий становится неустойчивым и плавится. Минимальная температура плавления оксидной пленки +5000С.

При пайке соединяемые детали под наружным слоем начинают плавиться. Поэтому пайщик должен устранить негативное влияние оксидного слоя. Принцип всех методов основан на удалении пленки, а также повышении адгезионных свойств.

Методы удаления оксидного слоя:

• механические – использование шлифовальных инструментов для зачистки;
• химический – использование флюсов со специальными составами;
• электрохимический – основанный на процессах электролиза.

Оба метода выполняются только в среде без доступа кислорода.

Используемые материалы

Для выполнения работы необходимо подготовить следующие материалы:

• поток;
• припой.

Для достижения качественных швов нужно использовать флюс для пайки алюминия на основе цинка, кремния, меди. Соединения прочные, долговечные, устойчивые к коррозии, статическим и динамическим нагрузкам.

Для пайки алюминия подходят припои со следующей маркировкой:

• ЦОП-40 — огнеупорный оловянно-цинковый состав;
• ПОС — сплав припой;
• 34А – сплав на основе меди и кремния;
• «Алюминий-13» — зарубежный аналог 34А.

Использование флюса улучшает сцепление металла с припоем, благодаря чему достигается прочное соединение. От выбора зависит долговечность шва, прочностные свойства изделия, устойчивость материала к негативным воздействиям окружающей среды. Флюсы содержат активные элементы: фторборат цинка или аммония, триэтаноламин.

Паяльная смазка бывает следующих видов:

• нейтральный на основе канифоли и стеарина – разный по плотности, способен удалять мелкие примеси, хорошо сцепляется с поверхностью свариваемых металлов;
• активный со сложным химическим составом — эффективно удаляет оксиды, следы коррозии, улучшает паяльные свойства.

Смазка содержит цинк и хлорид аммония, парафин, вспомогательные вещества.

Паяльная смазка имеет следующие преимущества:

• легкое лужение за счет растекания тонким слоем;
• доступность;
• точность дозировки;
• без следов использования.

Рекомендуется использовать флюсы следующих марок: Ф-64, Ф-61А, Ф-59А, 34А, Ф-5, Ф-124.

Пайка алюминия припоем

Сфера применения процесса

Паяные алюминиевые изделия используются в следующих областях:

• автомобильная промышленность;
• радиоэлектроника;
• производство оконных рам;
• производство запчастей для велосипедов;
• создание каркасов для теплиц, ящиков для техники.

Методы пайки

Существуют такие способы пайки:

• с канифолью;
• с припоем;
• электрохим.

С применением припоев

Способ с использованием припоя для пайки алюминия реализуется следующим образом:

1. Соединяемые поверхности зачищают механическим способом.
2. Детали наверняка исправлены.
3. Осуществляется локальный подогрев конструкции.
4. Стержень с проволокой припоя пропускают по стыковому соединению, при этом нагревают горелкой до расплавления.

Если используется бесфлюсовый припой, его необходимо использовать отдельно. Предварительно наносится равномерным слоем на алюминий.

Электрохимический метод

Пошаговая электрохимическая пайка алюминия:

1. Поверхность очищается от грязи, частично от оксидной пленки механическим способом.
2. Наносится тонкий слой медного купороса.
3. К детали подключается отрицательный электрод источника тока.
4. Положительный электрод соединен с медным проводом высокой чистоты (диаметр более 1 мм). Он размещается над конструкцией на специальной подставке и соприкасается только с обрабатываемой зоной.
5. Электропитание включено. Начинается процесс электролиза.
6. После удаления оксидной пленки проволоку удаляют, а детали нагревают паяльником до температуры плавления или используют припой.

Для обеспечения качественной пайки необходимо наносить гальванические покрытия специальными инструментами. Они позволят выполнить равномерное меднение.

 

Подготовка деталей

При подготовке к работе необходимо использовать следующие методы обработки поверхности:

• при использовании растворителя проводят обезжиривание, применяют ацетон, уайт-спирит, бензин;
• оксидная пленка удаляется абразивными инструментами, либо для нанесения флюса используется паяльник или газовая горелка.

Как удалить оксидную пленку

Пленка удаляется с поверхности металла несколькими способами, наиболее эффективными из которых являются химический и механический. Оба метода требуют безвоздушной среды, где нет кислорода для работы.

Химический метод основан на осаждении цинка или меди на поверхность заготовки путем электролиза. Медный купорос наносят в виде концентрированного раствора на подготовленный к пайке участок. Минусовую клемму аккумулятора или другого источника питания прикрепляют к чистому металлическому участку.

Один конец медного провода подключают к плюсовой клемме, другой опускают в раствор на алюминиевой поверхности. В результате электролиза медь или цинк осаждаются тонким слоем на алюминии и прочно прилипают к нему. Теперь можно паять алюминий с оловом.

Масляная пленка используется для удаления оксида. Для этого метода лучше взять синтетическое масло или трансформаторное масло с низким содержанием воды. Другие виды масел необходимо хранить при температуре +150…+200°С, вода будет испаряться.

При более высоких температурах содержимое начнет разбрызгиваться. Обезвоженное масло наносится на поверхность алюминиевой детали. Наждачной бумагой потрите алюминий под нанесенным слоем, чтобы удалить оксид.

Наждачную шкурку заменяют скальпелем, зубчатым жалом паяльника или железной стружкой, полученной из натертого надфилем ногтя. Стружка высыпается на масло и растирается жалом паяльника по поверхности, чтобы окисный слой отслоился.

Массивную деталь рекомендуется нагревать струей горячего воздуха. Припой с паяльником погружают в каплю масла и втирают в место пайки. Для лучшего процесса пайки добавляется канифоль или другой флюс.

Для пайки алюминиевых проводов изготавливают флюсы на основе ацетилсалициловой или ортофосфорной кислоты, солей борной или натриевой кислоты. Канифоль применяют редко, она малоэффективна, если речь идет об алюминии. Флюсы используются для пайки проводов, кастрюль и прочего.

Флюсы для пайки алюминия

Флюсы очень активны, поэтому после пайки их необходимо смывать раствором воды и щелочи. Роль щелочи хорошо выполняет пищевая сода. После щелочи место соединения промывают чистой водой. Органы дыхания должны быть защищены от попадания в них паров флюса. Они могут раздражать слизистые оболочки и попадать в кровоток. Наиболее распространенные из них необходимо оценивать индивидуально.

Канифоль

Канифоль – самый востребованный из всех флюсов. Используется при соединении различных металлов. На алюминии работает только при отсутствии воздуха, поэтому применяется редко. Больше времени уходит на работу с канифолью, меньше эффективность. Этот флюс не для профессионалов, паять можно, но качество соединения не долговечное.

Порошковый флюс

Алюминий паяют газовой горелкой с использованием порошковых флюсов. Не рекомендуется добавлять кислород в пламя, это снижает эффективность флюса. Наиболее распространенные флюсы:

• Ф-34А;
• бура;
• ацетилсалициловая кислота;
• паяльная смазка.

F-34A представляет собой активный флюс, содержащий 50 % хлорида калия, 32 % хлорида лития, 10 % фторида натрия и 8 % хлорида цинка. Состав используется с припоями, содержащими химические добавки. Он гигроскопичен и растворяется в воде.

Бура представляет собой порошок, плавящийся при 700°С, растворимый в воде и смываемый водным раствором лимонной кислоты. Отличается низкими затратами.

Ацетилсалициловая кислота выпускается в виде таблеток аспирина. При нагревании паяльником выделяются вредные для здоровья человека пары, обжигающие нос, глаза и дыхательные пути.

Паяльная смазка состоит из парафина, хлорида аммония и цинка, деионизированной воды. Хорошая пайка предварительно прогретых мест, прошедших процедуру лужения. После пайки алюминиевых деталей рекомендуется смыть остатки флюса, иначе он вызывает коррозию металла.

Жидкий флюс

Жидкий флюс наносится на место пайки тонким слоем. При работе паяльником быстро испаряется с выделением паров горения. Flux F-64 содержит фториды, тетраэтиламмоний, ингибиторы коррозии и ионизированную воду. Он хорошо разрушает оксидную пленку и помогает при пайке крупных алюминиевых заготовок. Используется при пайке меди, алюминия, оцинкованного железа и других металлов.

F-61 состоит из триэтаноламина, фторбората аммония и фторбората цинка. Используется для лужения и пайки алюминиевых сплавов при температуре до 250°С. Castolin Alutin 51 L состоит из кадмия, свинца и 32% олова. Наиболее эффективно работает при температуре выше 160°C.

Любой из перечисленных флюсов помогает спаять алюминиевую кастрюлю, алюминиевые заготовки разных размеров, соединить дюралюминиевые, дюралюминиевые (дюралюминиевые) заготовки пайкой.

Читайте также: Как надо подключать сварочный аппарат

Особенности пайки

Изначально следует помнить, что пайка является одним из эффективных способов выполнения надежных соединений в одном изделии элементов из металлов. Важно учитывать, что достаточно долгое время технология характеризовалась относительно низкой производительностью.

При этом было обращено внимание на то, что прочность соединений оставляет желать лучшего. Именно с учетом этих ключевых факторов описанный тип пайки не нашел широкого применения в промышленных масштабах.

На сегодняшний день существует мнение, если сторонники утверждают, что невозможно паять и лужить рассматриваемый металл и его сплавы без применения специального оборудования. Доказательствами таких утверждений являются следующие аргументы.

1. На поверхности всех алюминиевых деталей при контакте с воздухом неизбежно образуется оксидная пленка, имеющая формулу AL2O3. Важнейшими его свойствами являются химическая стойкость и огнестойкость. Именно эти свойства создают существенные проблемы в процессе соединения алюминиевых элементов конструкций и ремонта изделий.
2. Описанный процесс также очень сложен из-за свойств самого металла. Все дело в том, что он начинает плавиться при температуре, достигающей 660 градусов по Цельсию. При этом в ситуациях со сплавами на его основе температурный показатель колеблется от 500 до 600 градусов.

Параллельно следует учитывать, что при температуре металла 300 градусов, а сплавов — 250 градусов они значительно теряют свою прочность, что в конечном итоге может крайне негативно сказаться на работоспособности собираемых конструкций.

Принимая во внимание все вышеизложенное, можно сделать вывод, что выполнить качественную пайку алюминия стандартными методами практически невозможно.

Выходом в таких ситуациях является использование специальных сильных флюсов в паре с припоями, обладающими нужными свойствами.

Способы

Многих интересует возможность использования аргона, холодной сварки, а также низкотемпературных и пламенных технологий. Пайка отдельных конструктивных элементов и изделий осуществляется при помощи обычных паяльников, горелок, а также хорошо известных многим паяльных ламп. В настоящее время существует 3 основных варианта создания таких подключений, а именно:

• использование канифоли в качестве флюса;
• использование припоя с другой основой;
• электрохимический процесс.

Первый способ в основном актуален для соединения поверхностей небольших площадей. Чаще всего это провода и кабели, спаянные части которых на этапе подготовки необходимо максимально качественно обработать и залудить, создав подходящий слой канифоли. Допускается использование раствора флюса указанного типа в диэтиловом эфире. Этот метод предполагает добавление инструмента без отрыва паяльного жала.

Важно учитывать, что мощность при пайке тонких проводов может быть 50 Вт, а при толщине 1 мм – 100 Вт.

Пайка с применением припоев широко применяется в современной электротехнике, а также в процессе ремонта автомобилей и алюминиевых изделий. На начальном этапе необходимо покрыть соединяемые детали сплавом. Речь идет об обязательном лужении этих деталей непосредственно перед их пайкой.

Электрохимический метод – процедура, требующая специальной установки, предназначенной для создания покрытия. Данное оборудование позволяет выполнять меднение поверхностей соединяемых элементов.

Если такой настройки нет, то в принципе можно создать нужный слой самостоятельно. В домашних условиях медный купорос наносится на предварительно очищенный наждачной бумагой участок. Следующим шагом является подключение отрицательного полюса источника питания к заготовке или заготовке.

В качестве самостоятельного источника энергии вполне можно использовать аккумулятор, аккумулятор и даже выпрямители. В этом случае к плюсовой клемме подключается электрод в виде зачищенного медного провода, сечение которого около 1 мм. Он должен быть размещен на изолирующей поверхности (подставке). В результате электролиза на заготовки осаждается медный слой.

Выбор необходимых инструментов и соответствующих материалов

Учитывая все технические нюансы и свойства самого алюминия, рассматриваемая пайка является реальным и достаточно эффективным способом восстановления:

• все виды инструментов;
• автомобили, а также бытовые радиаторы отопления;
• трубы разного диаметра и сечения;
• ассортимент продукции, в том числе сантехника.

На предприятиях пайку деталей из описываемого металла и сплавов производят с помощью специализированных приспособлений. В домашних, гаражных и небольших мастерских аналогичные процессы реализуются с помощью:

• обычные паяльники разной мощности;
• горелки (преимущественно газовые);
• специальные добавки, в том числе агенты в виде порошка;
• магниевые карандаши;
• оловосодержащие припои.

Флюсы

В первую очередь необходимо помнить, что флюсы отличаются повышенной активностью. Исходя из этого, после пайки эти вещества следует удалять щелочными растворами и водой. В процессе проведения работ необходимо уделять внимание защите органов дыхания от дыма.

На сегодняшний день можно выделить следующие наиболее распространенные виды флюсов.

1. Изюм, которому по праву принадлежит пальма первенства в рейтингах популярности. Этот флюс широко используется при пайке с латунью, нержавеющей сталью и другими металлами. В ситуациях с алюминием обязательным условием является отсутствие воздуха, на основании чего канифоль применяют редко.
2. Порошковые составы, которые обычно применяют при пайке газовыми горелками. При этом специалисты не рекомендуют добавлять кислород, что негативно сказывается на эффективности флюса. В настоящее время чаще всего применяют буру, паяльную смазку, ацетилсалициловую кислоту и марку Ф-34А.
3. Жидкие флюсы, которые наносятся тонким слоем на места будущих стыков. Важно помнить, что такие изделия активно испаряются при нагревании, выделяя потенциально вредные для здоровья пары. Так, Ф-64 содержит ионизированную воду, ингибиторы коррозии, а также тетраэтиламмоний и фториды. Это соединение эффективно разрушает роковой оксидный слой.

Флюс Ф-61 применяется для лужения и качественной пайки алюминиевых сплавов при температуре до 250 градусов. Со своей стороны, Castolin Alutin 51 L эффективен при рабочей температуре 160 градусов. Этот флюс содержит 32% олова, свинца и кадмия.

Припой

В подавляющем большинстве случаев основными компонентами легкоплавких припоев являются олово, кадмий, цинк, свинец, а также висмут. Ключевым моментом является то, что в перечисленных металлах (единственное исключение — цинк) алюминий практически не растворяется. Это, в свою очередь, негативно сказывается на качестве соединения.

С одной стороны, можно использовать активные флюсы при тщательной обработке мест пайки. Параллельно используются припои на основе свинца и олова. Однако такие соединения характеризуются пониженной коррозионной стойкостью.

Частично компенсировать этот эффект поможет нанесение качественной краски.

Лучшим выбором будет припой, в основе которого алюминий, медь, цинк или серебро. В список таких материалов входит, например, припой 34А, который содержит алюминий, медь и кремний в концентрации 66, 28 и 6 процентов соответственно.

Не менее распространен припой ЦОП-40, в составе которого 60 % свинца и 40 % цинка. Важно учитывать, что прочность соединений и устойчивость к коррозии прямо пропорциональны содержанию цинка.

Особого внимания заслуживают высокотемпературные припои, содержащие алюминий, кремний и медь. В их список входит уже упомянутый 34А, а также его аналог Алюминий-13. В составе последнего 87% алюминия и 13% кремния.

Такие пропорции позволяют производить пайку при температурах в диапазоне 590-600 градусов.

Проволока

Речь идет о трубчатом припое, который разработан специально для качественной пайки алюминия. Стержни или проволоки представляют собой гибкие трубки, содержащие порошок. Последний выполняет функции флюса с повышенной активностью.

Вы можете купить шнуры в специализированных магазинах и на веб-сайтах.

Паяльник

Чтобы правильно выбрать оборудование, необходимо учитывать ряд важных факторов. Одним из них является область ссылок. Как уже было сказано, мелкие детали можно паять паяльником в пределах 50-60 Вт. Лучше всего выбирать устройства с широким жалом.

Кстати, на нем можно сделать насечки, которые в процессе пайки снимут оксидную пленку с поверхностей.

Горелки

Следует отметить, что сегодня в процессе пайки алюминиевых изделий широко используются газовые горелки. Это наиболее актуально для больших площадей стыков, т.е в ситуациях, когда использование паяльника малоэффективно.

Говоря об очевидных преимуществах, необходимо уточнить, что горелка способна очень быстро нагреть место пайки практически до температуры плавления самого алюминия.

Этот метод чрезвычайно прост. После нагревания будущего соединения и нанесения припоя необходимо тщательно обработать полученное соединение. Это необходимо для удаления остатков флюса с поверхности. Также при использовании газовых горелок ключевым моментом является соблюдение правил пожарной безопасности.

На рабочем месте не должно быть легковоспламеняющихся материалов.

Технология

Следует учитывать, что процесс пайки алюминиевых изделий не имеет принципиальных отличий. По большому счету она реализуется так же, как и в ситуациях со сталью, медью и другими металлами. В общем случае алгоритм включает следующие шаги:

• тщательная очистка и обезжиривание поверхностей;
• надежная фиксация соединяемых элементов;
• утепление места будущих стыков;
• применение флюса и припоя.

Убрать оксидную пленку с поверхности можно щеткой с жесткой щетиной. Именно этим простейшим инструментом натирают припоем соединяемые детали.

В домашних условиях при отсутствии специализированного оборудования широко применяется альтернативный метод пайки. Он основан на использовании припоев на оловянно-свинцовой основе. В некоторых случаях канифоль может выполнять функции флюса. Чтобы на поверхности алюминия не образовалась новая оксидная пленка, ее очищают под слоем расплавленной канифоли.

Однако стоит учесть, что это будет не лучший вариант.

Еще одним достаточно эффективным средством в борьбе с оксидообразованием может стать паяльник. Для этого на жало можно надеть подобие скребка.

Не менее эффективным приемом является добавление в канифоль металлической стружки. Описываемый алгоритм включает следующие шаги.

1. Канифоль проплавляется в месте соединения хорошо нагретым и залуденным паяльником.
2. После того, как флюс полностью расплавится, потрите место пайки жалом паяльника. Скребок и металлическая стружка с добавлением канифоли разрушают оксидную пленку на поверхности. Важно учитывать, что расплавленный флюс одновременно препятствует проникновению кислорода и, следовательно, образованию нового слоя оксида алюминия.
3. После завершения описанной обработки деталей их соединяют и тщательно прогревают до начала активного плавления используемого припоя.

Резюмируя, стоит отметить, что пайка алюминиевых изделий при отсутствии специально предназначенных для этого расходных материалов является достаточно сложной процедурой. А при значительных временных затратах и ​​трудоемкости прочность швов не на самом высоком уровне. Лучшим решением будет купить флюсы с повышенной активностью, а также высокотемпературный припой.

При их наличии описанный процесс даже при реализации в домашних условиях не станет источником затруднений.