Пайка алюминия в домашних условиях

Пайка алюминия паяльником и газовой горелкой

Существует распространенное убеждение, согласно которому невозможно паять или лудить алюминий (а также сплавы на его основе) не имея для этого спецоборудования.

В качестве аргумента приводится два фактора:

1. при контакте с воздухом на поверхности алюминиевой детали образуется химически стойкая и тугоплавкая оксидная пленка (AL₂O₃), в результате чего создается препятствие для процесса лужения;
2. процесс пайки существенно осложняется тем, что алюминий расплавляется при температуре 660°С (для сплавов это диапазон в пределах от 500 до 640°С). Помимо этого металл теряет прочность, когда в процессе нагрева его температура поднимается до 300°С (у сплавов до 250°С), что может вызвать нарушение устойчивости алюминиевых конструкций.

Учитывая приведенные выше факторы, осуществить пайку алюминия обычными средствами действительно невозможно. Решить проблему поможет применение сильнодействующих флюсов, в сочетании с использованием специальных припоев. Рассмотрим подробно эти материалы.

Припой

Обычно в качестве основы легкоплавкого припоя используются: олово (Sn), свинец (Pb), кадмий (Cd), висмут (Bi) и цинк (Zn). Проблема в том, что алюминий в этих металлах практически не растворяется (за исключением цинка), что делает соединение ненадежным.

Применив флюс с высокой активностью и проведя должным образом обработку мест соединения, можно использовать припой на оловянно-свинцовой основе, но лучше отказаться о такого решения. Тем более, что паянное соединение на основе системы Sn-Pb обладает низкой устойчивостью к коррозии. Нанесение лакокрасочного покрытия на место пайки позволяет избавится от этого недостатка.

Для пайки алюминиевых деталей желательно использовать припой на основе кремния, меди, алюминия, серебра или цинка. Например 34A, который состоит из алюминия (66%), меди (28%) и кремния (6%), или более распространенный ЦОП-40 (Sn – 60%, Zn – 40%).

Припой отечественного производства – ЦОП-40

Заметим, что чем больше процентное содержание цинка в составе припоя, тем прочнее будет соединение и выше его устойчивость к коррозии.

Высокотемпературным считается припой, состоящий из таких металлов, как медь, кремний и алюминий. Например, как упомянутый выше отечественный припой 34A, или его зарубежный аналог «Aluminium-13» , в котором содержится 87% алюминия и 13% кремния, что позволяет осуществлять пайку при температуре от 590 до 600°С.

«Aluminium-13» производства компании Chemet

При выборе флюса необходимо учитывать, что не каждый из них может быть активным к алюминию. Мы можем порекомендовать использовать в таких целях продукцию отечественного производителя – Ф-59А, Ф-61А, Ф-64, они состоят из фторборатов аммония с добавлением триэтаноламина. Как правило, на пузырьке есть пометка – «для алюминия» или «для пайки алюминия».

Флюс отечественного производства

Для высокотемпературной пайки следует приобрести флюс, выпускаемы под маркой 34А. Он состоит из хлористого калия (50%), хлорида лития (32%), фторида натрия (10%) и хлористого цинка (8%). Такой состав наиболее оптимален, если производится высокотемпературная пайка.

Рекомендуемый флюс для паки при высокой температуре

Подготовка поверхности

Прежде чем начинать лужение, необходимо выполнить следующие действия:

• обезжирить поверхность при помощи ацетона, бензина или любого другого растворителя;
• удалить оксидную пленку с места, где будет производится пайка. Для зачистки используется наждачная бумага, абразивный круг или щетка с щетиной из стальной проволоки. В качестве альтернативы можно применить травление, но эта процедура не так сильно распространена в силу своей специфичности.

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.

Паяльник мощностью 300 Вт

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

Простая газовая горелка

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

• нельзя перегревать основной металл, поскольку он может расплавиться. Поэтому в процессе необходимо регулярно контролировать температуру. Делать это можно, касаясь припоем нагреваемого элемента. Расплавление припоя даст знать, что достигнута необходимая температура;
• не следует использовать кислород для обогащения газовой смеси, поскольку он способствует сильному окислению металлической поверхности.

Инструкция по пайке

Процесс пайки алюминиевых деталей не имеет своих отличительных особенностей, он осуществляется также как со сталью или медью.

Алгоритм действий следующий:

• обезжиривается и зачищается место пайки;
• производится фиксация деталей в нужном положении;
• нагревается место соединения;
• прикасаются стержнем припоя (содержащим активный флюс) к месту соединения. Если используется безфлюсовый припой, то для разрушения пленки оксида наносится флюс, после чего трут твердым куском припоя по месту пайки.

Для разрушения пленки оксида алюминия также используется щетка со щетиной из стальной проволоки. При помощи этого простого инструмента производят растирание расплавленного припоя по алюминиевой поверхности.

Пайка алюминия — полная видео инструкция
https://www.youtube.com/watch?v=ESFInizLE9U

Что делать при отсутствии нужных материалов?

Когда нет возможности подготовить все необходимые для пайки материалы, можно использовать альтернативный способ, при котором применяется припой на оловянной или оловянно-свинцовой основе. Что касается флюса, то он заменяется канифолью. Чтобы не образовывалась новая пленка оксида алюминия на месте старой, зачистка производится под слоем расплавленной канифоли.

Паяльник, помимо своего прямого назначения, будет использоваться как инструмент, разрушающий оксидную пленку. Для этого на его жало надевается специальный скребок. Увеличить результативность процесса можно, добавив в канифоль металлических опилок.

Процесс производится следующим образом:

• нагретым луженым паяльником расплавляют канифоль в месте пайки;
• когда канифоль полностью покрывает поверхность, начинают тереть об нее жалом паяльника. В результате этого металлические опилки и жало разрушают пленку оксида алюминия. Поскольку слой расплавленной канифоли не позволяет проникать воздуху к алюминиевой поверхности, на ней не образовывается оксидная пленка. По мере того, как производится разрушение пленки, будет происходить лужение детали;
• когда процесс лужения завершен, детали соединяют и прогревают, пока не будет достигнута температура плавления припоя.

Необходимо предупредить, что процесс пайки алюминия без специальных материалов — довольно хлопотный процесс без гарантии успешного завершения. Поэтому лучше не тратить на такую работу свои силы и время, тем более, что качество и надежность такого соединения будут сомнительными.

Гораздо проще купить активный флюс и высокотемпературный припой, при помощи которых пайка алюминия даже в домашних условиях не вызовет затруднений.

Пруток для пайки алюминия в домашних условиях

Всем привет! Многие знают, что алюминий паяют в основном в аргоновой среде специальным сварочным аппаратом, но есть еще вариант для работы с газовой горелкой, да даже турбозажигалкой в небольших масштабах можно пользоваться.

Вообще это не первое мое знакомство с данной проволокой, но опыт покупок не очень хороший, так что поделюсь не только результатом тестирования, но и проверенными местами для покупки, чтобы не получить образец №2, но начнем по порядку.

Содержание

Характеристики

B-Zn98Al 381-400
Примерный состав (вес %): 2,4 Al – остальное Zn
Температура плавления ºС: 360
Прочность на разрыв (МПа): До 100 (Al)
Плотность (г/cм3): 7,0

Распаковка и внешний вид

Последним и самым выгодным приобретением был образец №3 из banggood.

Пришел в небольшом сером пакете

Пруток дополнительно упакован в прозрачный зип-пакет.

5 метров обошлись мне в $8 с поинтами, то есть $1.6 за метр — перейти в магазин

В центре виден белый порошковый флюс, пруток в меру жесткий, выглядит как алюминий без окисления

Сравнение

Первым был куплен крайний левый образец №1 в али. Он абсолютно идентичен по свойствам с образцом №3, но 3 метра обошлись мне в $12, то есть $4 за метр, что почти втрое дороже. проверить текущую цену

В центре образец №2. Он стоит $5 за 3 метра или $1.7 за метр, как и образец №3

Но как только берешь пакет в руку, понимаешь, что это ПОС с не очень густым флюсом внутри.

Еще два образца по $8 за 3 метра так и не были доставлены, вероятно их даже не отправили.

Тестирование

Алюминий со временем покрывается оксидной пленкой, из-за которой поверхность становится матовой, так вот, перед спаиванием поверхности обязательно нужно зачищать до блеска, иначе припой просто будет шариками скатываться по поверхности независимо от степени ее нагрева. Образец №1

Вообще правильно нагреть деталь до температуры около 400 градусов, а затем просто водить прутком, который будет плавиться и заполнять собой щели, но у меня мало опыта, поэтому чтобы не перегреть поверхность, я периодически вношу пруток в пламя горелки. Если температура низкая, припой скатится по поверхности шариком, если достаточная — залудит ее.

Проверка на излом показывает хороший результат — разрыв происходит не по шву

Образец №2. Плавится очень хорошо, выделяет много дыма, воняет горелым «аспирином». К алюминию липнет, но если перегреть, довольно быстро выгорает.

Работать неудобно из-за вони и необходимости контролировать температуру.

Образец №3. Решил спаять трубки внешними стенками

Пробуем разорвать шов. После того как трубка выскочила из тисков, я зажал ее выше, выведя из фокуса и заметил это только на стадии создания гифок

Но есть фото результата на котором видно, что шов не пострадал.

Ну и напоследок срастим алюминиевую трубку с куском «дюральки»

Тест на разрыв так же прошел успешно

Итоги

Занятная проволока — алюминий паяет отлично, заполняя собой даже мелкие щели, главное чтобы стыки не были загрязнены. К меди тоже липнет хорошо, но опытные люди говорят, что для работы с ней лучше использовать другие сплавы, хотя для экстренного полевого ремонта вполне сгодится и этот пруток.

Температура плавления алюминия около 660ºС, казалось бы, можно использовать прутки и на 450-500 градусов, но можно столкнуться с двумя проблемами:
1. Массивную деталь до 500 градусов нужно еще чем-то прогреть
2. Можно перегреть место пайки и испортить деталь

Самым оптимальным мне показался образец №3. Соответствует заявленным характеристикам и стоит дешевле остальных минимум вдвое. Так же на выбор есть лоты разной длины:
1 метр — $2.89
2 метра — $4.39
3 метра — $6.39
5 метров — $9.89

Пайка алюминия

Трудность пайки алюминия обычными припоями и флюсами обуславливается целым рядом факторов. Прежде всего, это наличие тугоплавкой и химически стойкой оксидной пленки. Оксид Al₂O₃ препятствует смачиванию поверхности припоем и растворению в нем основного металла. Чтобы разрушить его, применяют механическую обработку и сильнодействующие флюсы.

Создает трудности для пайки и низкая температура плавления алюминия, составляющая 660°C. При нагреве прочность металла быстро снижается, и уже при температурах 250-300°С алюминиевые конструкции могут терять устойчивость. Температура солидуса (температура, при которой плавится самый легкоплавкий компонент) основных алюминиевых сплавов, варьируется в интервале 500-640°С. Это оставляет очень узкий температурный интервал для применения высокотемпературной пайки, при которой существует опасность перегрева и расплавления самой паяемой детали.

В отношении большинства элементов, составляющих основу легкоплавких припоев (Sn, Pb, Cd, Bi, In), у алюминия имеет место слабая взаимная растворимость, что снижает прочность паяных соединений. Исключением является цинк, который с алюминием хорошо взаиморастворимы, обеспечивая необходимую прочность соединения.

Материалы для пайки алюминия

Качественную пайку алюминия обеспечивают припои содержащие цинк, серебро, медь, алюминий, кремний. Существует большое количество составов как отечественного, так и импортного производства, содержащих эти элементы в различном соотношении. Из отечественных припоев можно привести ЦОП40 (60% олова и 40% цинка) и 34А (66% Аl, 28% Cu и 6% Si). Чем выше содержание цинка в цинковом припое, тем большую коррозионную стойкость и прочность имеет паяное соединение.

Большинство припоев является низкотемпературными, однако температура их плавления выше, чем у оловянно-свинцовых. По-настоящему высокотемпературными являются алюминиево-кремниевые (силумины) и алюминиево-медно-кремниевые припои. В качестве первого можно привести припой Aluminium-13 фирмы Chemet, содержащий 13% Si и 87% Аl (припой покрыт флюсом). Его температура пайки составляет 590-600°C. Примером второго может служить, уже упоминавшийся, отечественный припой 34А, состоящий из 66% Аl, 28% Cu и 6% Si. Интервал его температуры пайки – 530-550°C. Если возникает необходимость в применении высокотемпературных припоев, они применяются для пайки алюминия и тех его сплавов, которые имеют достаточно высокую температуру плавления, или деталей имеющих массивные размеры, обеспечивающие хороший теплоотвод.

Если говорить о самых удобных материалах, то к ним относятся, конечно, бесфлюсовые низкотемпературные припои, например HTS-2000.

Флюсы. К выбору флюса нужно подходить очень серьезно, именно его активность определяет паяемость алюминия, особенно при использовании обычных оловянно-свинцовых припоев. Далеко не все флюсы проявляют в отношении алюминия активность, заявляемую их производителями. Одним из отечественных флюсов является состав, называемый предельно информативно – “флюс для пайки алюминия”. Ещё есть флюс Ф59А, Ф61А (содержащий триэтаноламин, фторборат цинка, фторборат аммония) и другие. Под названием “флюс для пайки алюминия” могут скрываться Ф59А, Ф61А или другие, даже если это не указано на упаковке.

В качестве высокотемпературного флюса можно привести флюс 34А, который содержит 50% KCl, 32% LiCl, 10% NaF и 8% ZnCl₂.

Подготовка деталей к пайке

Нужно понимать, что после удаления старой окисной пленки, взамен ее мгновенно образуется новая, так что полностью избавиться от оксидного барьера все равно не получается. Смысл зачистки состоит в том, что вновь образующаяся пленка оказывается значительно тоньше и слабее старой, в результате чего флюсу с ней легче справляться.

Способы нагрева

При нагреве следует проявлять осторожность, чтобы не допустить перегрева основного металла, способного привести к его расплавлению. Нужно постоянно контролировать температуру основного металла, прикасаясь к нему стержнем припоя. При достижении рабочей температуры он начнет плавиться.

Пламя должно быть нормальным – без избытка или недостатка кислорода. В сбалансированной газовой смеси пламя только нагревает металл и не оказывает сильного окислительного действия. В случае сбалансированной газовой смеси пламя горелки обладает ярко-синим цветом и небольшой величиной. Пересыщенное кислородом пламя сильно окисляет поверхность металла, его факел бледно-голубого цвета и маленький.

Мелкие детали с небольшим теплоотводом при использовании низкотемпературных припоев паяются электропаяльниками.

Технология пайки алюминия

Пайка бесфлюсовым припоем имеет особенность, заключающуюся в том, что для облегчения проникновения припоя через оксидную пленку, её желательно разрушить, осуществляя чиркающие движения твердым концом прутка припоя или стержнем из нержавеющей стали по расплаву. При этом происходит нарушение целостности окисной пленки.

Разрушать оксидную пленку можно и щеткой из нержавеющей стали, растирая ею расплавленный припой по поверхности деталей. Соединяемые элементы лучше прижимать друг к другу лужеными поверхностями и нагревать до температуры пайки. Полученное таким способом соединение получается очень прочным.

Примеры использования пайки алюминия

Пайка алюминия широко используется при ремонте автомобилей, тракторов, мотоциклов. Во многих случаях она оказывается предпочтительней, чем сварка, поскольку не приводит к изменению структуры металла и его деформации. Восстановление герметичности протекшего картера из алюминия, пайка алюминиевого радиатора, ремонт изношенной или разрушенной детали – для всех этих случаев пайка может оказаться безальтернативным способом устранения неисправности.

Пайкой можно отремонтировать алюминиевый блок цилиндров, заделать появившиеся на нем трещины, прогары, сколы. Восстановить резьбу в разбитом резьбовом отверстии. Для этого последнее заполняется расплавленным припоем, после чего в него вставляется болт. После охлаждения конструкции остается лишь вывернуть болт. Прочность резьбы, восстановленной таким способом, не уступает прочности исходной.

Пайка позволяет заделать отверстия в различных емкостях и изделиях, для которых необходима герметичность. Паять отрытым пламенем емкости, в которых хранились воспламеняющиеся жидкости нельзя, подробнее здесь.

Пайкой ремонтируют алюминиевые трубопроводы компрессоров, насосов и кондиционеров. Пайка алюминия в домашних условиях позволяет отремонтировать любую вещь, изготовленную из чистого алюминия или его сплава – лестницу, водосточный желоб, посуду, алюминиевый сайдинг. При использовании качественных материалов может быть достигнута такая прочность соединения, что отремонтированное изделие окажется прочнее нового.

Если нет хорошего флюса и припоя

Роль инструмента, разрушающего оксидную пленку, играет специальный паяльник со скребком или добавленные в канифоль железные опилки. При трении облуженного паяльника о деталь, покрытую канифолью, скребок или опилки удаляют старую пленку, а канифоль не позволяет образоваться новой. Одновременно происходит лужение очищенной от окисла поверхности припоем, добавляемым на паяльник по мере необходимости.

Этот хлопотный и не гарантирующий успеха способ целесообразно применять лишь в случае крайней необходимости. Самый простой и естественный вариант – приобретение качественных флюсов и припоев, пайка которыми обеспечивает получение прочного и коррозионностойкого соединения без ненужной траты времени и сил.

Способы пайки алюминиевых проводов

Несмотря на то, что в современном строительстве при производстве электротехнических работ алюминиевые кабели все чаще вытесняются медными, алюминий остается незаменимым материалом при изготовлении проводов и кабелей большого сечения.

Причины этого лежат на поверхности – удельное электрическое сопротивление алюминия больше, чем у меди примерно в полтора раза, а объемный вес меньше в три раза.

При большом сечении проводника, когда вес важнее прочности, выбор в пользу алюминия очевиден. Площадь сечения алюминиевого проводника будет больше, чем у медного в полтора раза, и при этом алюминиевый все равно будет в два раза легче медного. Для соединения проводов среди прочих методов применяют пайку.

Методы спаивания

Проблемой при использовании алюминиевых проводников является их быстрое окисление. Пленка оксида оказывает значительное препятствие прохождению электрического тока при соединениях. Для этого скрутки алюминиевых проводов пропаивают.

Паять алюминиевые провода в распределительной коробке можно, пользуясь паяльником или газовой горелкой. Применять паяльник сложнее из-за невозможности точно осуществить нагрев до необходимой температуры. А для алюминия перегрев так же неприемлем, как и недогрев.

Металл обладает большой теплопроводностью, и изоляция на большом участке от места пайки может просто оплавиться.

Газовой горелкой регулировать температуру нагрева проще, но ею долго осуществлять подготовку поверхности. Тем не менее, именно горелку нужно будет применять, если необходимо припаять какие-либо массивные детали друг к другу. В любом случае, при пайке алюминиевых проводов нужна их подготовка.

Предварительная обработка

Сложность при пайке заключается в том, что сам алюминий является очень легкоплавким материалом (660 ℃) и при неосторожном нагреве он может расплавиться.

Еще одним фактором, затрудняющим пайку алюминиевых проводов, является быстрое окисление на воздухе.

Окисная пленка на поверхности материала надежно защищает алюминий от воздействия всевозможных внешних факторов, но она же препятствует адгезии припоя с материалом, и ее нужно обязательно удалять.

Механически снять пленку оксида в обычных условиях практически невозможно. Материал моментально окисляется и покрывается новой пленкой. Можно механически удалить окисную пленку под слоем масла.

Но масло перед этим нужно прокалить до 200 ℃, чтобы удалить из него активный кислород, который может там присутствовать. Этот способ очень неудобен в домашних условиях и трудоемок.

Поэтому концы алюминиевых проводников необходимо облудить перед пайкой. Использование канифоли или большинства других флюсов не даст результата из-за высокой химической стойкости оксидной пленки. Она не растворяется даже органическими кислотами.

Чтобы облудить провода, необходимо использовать одновременно специальный флюс и механический способ.

Конечно же, делать это надо до того, как провода скручены, иначе механически очистить всю поверхность провода не удастся. Только облуженные концы можно скрутить друг с другом и спаять.

Работа паяльником

Для того чтобы запаять алюминий паяльником, существует несколько способов, суть которых заключается в том, чтобы производить очистку сразу под слоем флюса при непосредственном контакте с расплавленным припоем.

Первый способ заключается в том, что алюминиевые проводники, перед тем как припаивать, зачищают горячим облуженным паяльником, используя смесь канифоли и стальных опилок.

Опилки оказывают абразивное действие, канифоль удаляет все примеси и сразу же очищенные участки покрываются припоем, который должен быть на жале паяльника.

Второй способ предполагает зачистку алюминиевого провода об наждачную бумагу средней зернистости непосредственно под воздействием горячего паяльника с припоем и флюсом.

Газовой горелкой

Обработка газовой горелкой производится, когда детали находятся в таком положении относительно друг друга, при котором они будут эксплуатироваться. Обработка плавно переходит в сам процесс пайки.

Происходит это следующим образом:

• горелкой нагреваются поверхности алюминиевых деталей;
• по достижению температуры, при которой металл восстанавливается из оксида, пленка механически счищается;
• под воздействием пламени детали покрываются флюсом, и в зону пайки вносится припой.

Если детали толстые, то кромки их необходимо разделать под углом 45°. Обычно разогрев происходит до температуры плавления олова, когда припой растекается и заполняет желобок скрутки.

Отличия технологии при использовании флюса

Благодаря достижениям современной науки и техники, получены составы флюсов для алюминия, которые активно растворяют оксидную пленку и защищают материал от дальнейшего окисления.

Примерами таких препаратов могут служить составы с маркировкой Ф-59А и Ф-61А. Буква А означает, что эти составы предназначены для пайки алюминия.

При использовании этих флюсов пайка алюминиевых проводов значительно облегчается. Достаточно просто обработать флюсом уже готовую скрутку, даже не нагревая ее, а потом, прогрев паяльником или горелкой, наложить припой.

Он растечется по всей поверхности проводов и хорошо прилипнет, обеспечивая прочное и электропроводное паяное соединение.

Особенности пайки многожильных проводов

Многожильные провода необходимо паять только с применением специального флюса, так как механическая обработка их практически невозможна. Технология пайки отличается тем, что каждый проводок нужно сначала хорошо обработать флюсом.

Для этого пучок придется раскрутить и распушить. После обработки каждый тонкий проводок жилы покрывают припоем и скручивают жгут. После этого делают скрутку двух концов и пропаивают ее.

Можно ли соединять с медью

Нередко возникают ситуации, когда необходимо соединить алюминиевый провод с медным. Это, пожалуй, единственный случай, когда пайка не может использоваться.

Все дело в самом алюминии. Он вообще не может припаиваться к другим металлам из-за своих физических и химических свойств. При соединении с медью напрямую, между этими двумя активными металлами возникает электрохимическая коррозия, которая быстро уничтожит соединение.

А если их спаять, используя нейтральный к обоим материалам припой, то разный коэффициент температурного расширения металлов быстро разрушит спаянный контакт. Ведь при прохождении тока через проводник, он непременно будет нагреваться, а после отключения – остывать.

Техника безопасности

Техника безопасности при пайке алюминиевых проводов сводится к соблюдению общих мер предосторожности при работе с электрическими нагревательными приборами, с открытым пламенем и с агрессивными жидкостями, примером которых могут стать флюсы.

Недопустимо использование неисправных паяльников с нарушенной изоляцией, с мощностью более необходимой.

Запрещается использование горелок вблизи легковозгораемых предметов. При работе в помещениях должна быть правильно организована принудительная вентиляция.

Сложности при спаивании проводов из алюминия

Основной сложностью при спайке проводов из алюминия, как указано выше, является наличие оксидной пленки на поверхности металла. Борьба с ней сильно замедляет процесс пайки.

А если учесть, что провода из алюминия сейчас используются в основном для прокладки наружной силовой проводки, становится очевидным, что обычным паяльником и наждачной бумагой в этом случае не обойтись. Для соединения таких проводов все чаще применяется сварка.