Пайка алюминия в домашних условиях инструкция

Особенности процесса

Поверхность алюминиевых деталей покрыта оксидной плёнкой, которая обладает высокой химической стойкостью, а также температурой плавления выше в 2 раза, чем чистого металла. В интервале от 2500С до 3000С алюминий становится неустойчивым и подплавляется. Минимальная температур плавления оксидной плёнки составляет 5000С.

При пайке соединяемые детали под наружным слоем начинают плавится. Поэтому пайщику нужно устранить негативное влияние оксидного слоя. Принцип всех способов основан на удалении плёнки, а также повышении адгезионных свойств.

Методы удаления оксидного слоя:

• механический — использование абразивных инструментов для зачистки;
• химический — применение флюсов со специальными составами;
• электрохимический — основан на процессах электролиза.

Оба способа проводятся только в среде с отсутствием доступа кислорода.

Технические трудности пайки изделий и деталей из алюминия

Паять алюминиевые конструкции и другие элементы всегда достаточно сложно, особенно, если это выполняется дома начинающими мастерами, не до конца изучившими процесс. В основном такая пайка выполняется промышленными способами на специальном оборудовании. Тем не менее, вполне возможно создать наиболее подходящие условия для сваривания деталей изготовленных из алюминия.

Для достижения этой цели необходимо обязательно разрешить несколько проблем технического характера:

• Больше всего неприятностей при пайке доставляет окисление в виде пленки, возникающей на поверхности в результате контакта алюминия и воздуха. Даже если металл подготовлен, налет на нем образуется практически сразу же после этого. Подобное пленочное покрытие создает препятствия соединительному процессу и добавляет множество проблем в процессе лужения и спаивания. В данной ситуации обычные типы припоев и флюсов совершенно не годятся, поскольку они не дают гарантии качественного соединения. Пленка удаляется или физико-механическим путем, или с помощью сильнодействующих химических веществ.
• Следует учесть и высокие показатели температуры, при которой алюминий начинает плавиться. Максимально она достигает 600С. Возникает разница температур между спаиваемым металлом и его пленкой, вызывающая сложности в процессе паек.
• Из-за температурного режима, алюминий в процессе разогрева начинает заметно терять свою прочность. Этот момент наступает уже при нагреве свариваемого материала до 250-300 градусов. Некоторые алюминиевые сплавы содержат компоненты, температура плавления которых имеет различия с основным металлом.
• Слабое взаимодействие алюминия с традиционными видами припоев, состоящих, преимущественно, из олова, кадмия и других элементов. Это приводит к недостаточным прочностным характеристикам и надежности создаваемых швов. Проблема как спаять, решается посредством специальных припоев, содержащих цинк, который, в свою очередь, отлично контактирует с алюминием и проникает в него. Происходит сцепление, выходящее на молекулярный уровень, обеспечивая необходимую прочность соединения.

Используемые материалы

Для пайки алюминия подходят припои со следующими маркировками:

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

Применение флюса позволяет улучшить адгезию металла с припоем, за счёт чего получить прочное соединение. От его выбора зависит долговечность шва, прочностные характеристики изделия, стойкость материала к негативным воздействиям внешней среды. В составе флюсов содержатся активные элементы: фторборат цинка или аммония, триэтаноламин.

Паяльный жир бывает следующих видов:

• нейтральный на основе канифоли и стеарина — отличается густотой, способен удалять небольшие загрязнения, хорошо держится на поверхности свариваемых металлов;
• активный со сложным химическим составом — эффективно удаляет окислы, следы коррозии, повышает паяльные свойства.

В составе жира содержится хлорид цинка и аммония, парафин, вспомогательные вещества.

Паяльный жир имеет следующие преимущества:

• лёгкое лужение за счёт растекания тонким слоем;
• доступность;
• точность дозировки;
• отсутствие следов после его использования.

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

Подготовка к пайке алюминиевых деталей

Большое значение придается подготовке алюминия к предстоящей пайке.

Для этого существует несколько способов, обеспечивающих надежность соединения:

• Участок соединения предварительно обезжиривается и обрабатывается канифолью. После того как вещество нанесено на поверхность, сюда же укладывается наждачная шкурка. Далее нужно включить мощный паяльник и плотно прижать им наждачку к поверхности.
• После этого поверхность затирается и шлифуется, а само место соединения одновременно подвергается лужению. На подготовленную поверхность устанавливается алюминиевая деталь, которую можно припаивать уже по обычной схеме. При необходимости, канифоль может быть заменена маслом, используемым в швейных машинах.
• Во втором варианте в канифоль добавляется металлическая стружка, после чего полученная смесь наносится на поверхность места будущего соединения. Жало паяльника нужно хорошо разогреть и залудить, а затем натирать им всю рабочую поверхность спаиваемых деталей до тех пор, пока не расплавится стружка. Одновременно сюда же добавляется припой. В этом случае происходит снятие окиси механическим путем, а припой тут же попадает на поверхность и защищает ее от повторного появления оксидной пленки.
• Третий способ заключается в предварительной очистке поверхности. Для этой цели используется медь, посредством которой удаляется оксидная пленка. Данный метод относится к наиболее сложным, поскольку омеднение поверхности должно выполняться в специальной ванночке.

Выбор припоя и флюса для алюминия

Припои на основе олова и свинца могут использоваться для сваривания проводов, элементов и деталей из алюминия при условии их тщательной очистки. Такая пайка должна осуществляться с использованием специальных флюсовых растворов, состоящих из высокоактивных веществ. Однако, такие соединения обладают недостаточной прочностью по причине слабого взаимодействия алюминиевых изделий с оловом и свинцом, склонности к образованию коррозии. Поэтому в виде антикоррозийного покрытия поверхностей из этого металла применяются специальные составы.

К числу таких составов относятся припои с содержанием меди, цинка, алюминия и кремния. Они производятся как в нашей стране, так и за рубежом. Среди отечественных марок наибольшее распространение получил ЦОП-40, содержание которого составляет 40% цинка и 60% олова, а также соединение 34А с алюминием (66%), медью (28%) и кремнием (6%). Содержание цинка оказывает влияние не только на прочность алюминиевых контактов, но и на их устойчивость к коррозии.

Из всех известных припоев минимальной температурой, при которой они начинают плавиться, обладают составы на оловянно-свинцовой основе. Наивысшая температура плавления принадлежит соединениям с алюминиево-кремниевой структурой, а также с алюминием, медью и кремнием. Подобные виды припоев в первом случае расплавляются при достижении температуры 590-600 градусов, а во втором – при 530-550 градусов.

Технологические процессы неразрывно связаны со специальными видами флюсов, применяемых для более качественного взаимодействия всех компонентов сварки.

Подбор наиболее подходящего материала считается довольно сложным мероприятием. Это особенно важно, когда в рабочем процессе используется припой на оловянно свинцовой основе. В структуру таких флюсов включены элементы, формирующие его повышенную активность при взаимодействии с алюминием. Среди них можно отметить триэтаноламин, фторборат аммония, фторборат цинка и другие аналогичные составляющие.

Одним из наиболее популярных флюсовых веществ российского производства считается вещество марки Ф64, отличающееся высокой активностью. Качество данного соединения позволяет припаять металлические детали из алюминия, не снимая тугоплавкое оксидное покрытие, расположенное на поверхности.

Методы пайки

Существуют такие методы пайки:

• с канифолью;
• с припоем;
• электрохимический.

С канифолью

Пошаговая реализация метода:

1. Прогревается паяльник.
2. Залуживается жало для удаления грязи или нагара.
3. Наносится канифоль на стыковочный шов, расплавляется паяльником.
4. После расплавления жалом нужно тереть поверхность до тех пор, пока не будет удалена оксидная плёнка. Одновременно происходит лужение.
5. После завершения процесса элементы стыкуют, нагревают до температуры плавления, затем оставляют остывать.

Метод с использованием припоя для пайки алюминия реализуется следующим образом:

1. Стыкуемые поверхности очищаются механическим способом.
2. Детали надёжно фиксируются.
3. Выполняется локальный прогрев конструкции.
4. Стержень с припоем ведут вдоль стыковочного шва, одновременно прогревая его горелкой до расплавления.

Пошаговая электрохимическая пайка алюминия:

1. Поверхность очищается от грязи, частично от оксидной плёнки механическим способом.
2. Наносится тонким слоем медный купорос.
3. К детали подключается отрицательный электрод источника тока.
4. Положительный электрод соединяется с проводом из меди высокой чистоты (диаметр более 1 мм). Располагается над конструкцией на специальной подставке, обеспечивается контакт только с обработанной площадкой.
5. Включается источник питания. Начинает протекать процесс электролиза.
6. После удаления оксидной плёнки провод убирается, а детали прогреваются паяльником до температуры плавления или используется припой.

Спаивание компонентов из алюминия

Порядок действий и технический процесс сваривания алюминия точно такой же, как и для других видов цветных металлов.

Среди домашних мастеров чаще всего используются следующие два варианта:

• Высокотемпературная пайка, используемая для сваривания элементов с крупными размерами. В эту категорию входят алюминиевые конструкции с толстыми стенками и увеличенной массой, для разогрева которых требуется температура 550-650С.
• Пайка при пониженных температурах, составляющих 250-300С, которой вполне хватает для монтажа проводов радиоэлектронной аппаратуры и сваривания мелких предметов, используемых в повседневной жизни. В таком же режиме соединяются и алюминиевые провода в любой электросети.

Соединения в режиме высоких температур происходит с использованием специальных нагревательных элементов. Одним из них является горелка, для работы которой требуется газ в виде пропана или бутана. Если же такая горелка отсутствует, домашние мастера пользуются различными типами паяльных ламп. Сваривание при высокой температуре требует постоянного контроля над степенью нагрева поверхностей соединяемых деталей.

Спаивание при пониженной температуре осуществляется электропаяльником на 100-200 Вт. Мощность паяльника зависит от величины соединяемых компонентов: чем больше деталь, тем более производительный паяльник потребуется для того, чтобы ее разогреть. Проводники легко соединяются паяльником мощностью 50 Вт.

Независимо от температурного режима, соединения выполняются одинаково, а все действия выполняются в следующем порядке:

• Место будущего соединения деталей или кабелей обрабатывается механическим способом. Для этого используются любые чистящие средства, ослабляющие окислительный налет, обеспечивая более полное взаимодействие с флюсовым веществом.
• Место соединения требуется обезжирить ацетоном, бензином, спиртом и другими органическими растворителями.
• Перед тем как паять алюминий паяльником или горелкой в домашних условиях, детали прочно фиксируются в наиболее удобном положении.
• Нанесение флюса осуществляется на подготовленную плоскость. Если вещество применяется в жидком виде, то оно наносится кисточкой.
• Точка соединения разогревается с помощью электрического паяльника достаточной мощности или газовой горелкой. Далее сюда же наносится расплавленный припой и распределяется ровным слоем.
• Металлические поверхности соединяются и фиксируются в нужном положении.
• После остывания припоя и схватывания деталей, место соединения промывается проточной водой. Остатки флюса вымываются и в дальнейшем не вызывают коррозию.

Общие принципы пайки алюминия в домашних условиях

Нужно подготовить небольшую поверхность на алюминиевом изделии, просто зачистив её. На эту поверхность нанести несколько капель концентрированного раствора медного купороса. Алюминиевое изделие подключить, используя провод диаметром примерно 1 мм к источнику постоянного тока. Можно использовать алюминиевый провод. Другой медный провод свернуть так, чтобы получился небольшой диск. Другой конец этого провода подключить к « » источнику постоянного тока.

В эту цепь можно последовательно включить обычную лампу накаливания на соответствующее напряжение. В качестве источника питания подойдёт трансформаторный выпрямитель от 3 до 12 вольт, аккумуляторная батарея или даже батарейка от карманного фонарика с напряжением 4,5 вольт.

Основные принципы пайки алюминия в домашних условиях:

• необходимо выполнить качественную очистку поверхности металла от загрязнений, покрытий, оксидной плёнки;
• временной интервал между очисткой и пайкой должен быть минимальным;
• для удаления оксидной плёнки лучше использовать щётки по металлу или паяльники со специальными насадками;
• выбор нагревательного инструмента выполняется в зависимости от площади пайки, так как из-за высокой теплопроводности алюминий быстро остывает;
• если нет подходящего припоя, то допускается использование любого, в составе которого есть олово, свинец;
• при прогреве деталей для нанесения припоя важно не перегреть алюминий, так как он отличается меньшей температурой плавления, по сравнению с оксидной плёнкой;
• залуживание поверхности алюминия сплошным слоем позволит избавиться от появления окислов, что упростит его паяние;
• при использовании горелки важно соблюдать правила противопожарной безопасности, особенно при нанесении растворителей для обезжиривания;
• пайка может выполняться в несколько слоёв, перед нанесением каждого нужно выжидать пока застынет предыдущий;
• использование флюса потребует применения защитных средств, так как в его составе могут содержаться едкие вещества;
• пламя горелки всегда должно быть направлено в противоположную от себя сторону;
• для пайки рекомендуется использовать паяльники мощностью более 100 Вт;
• флюс применяется в основном для элементов с толщиной от 4 мм или поверхностей со сложными формами;
• состав припоя выбирается на основе вида пайки, но температура плавления всегда ниже, чем у алюминия;
• чтобы паять заготовки с толщиной более 4 мм, по краю стыковочного шва нужно срезать кромку под углом 45⁰ для увеличения поверхности контакта;
• после проведения работ необходимо обязательно убедиться в целостности, прочности, равномерности шва.

При выборе припоя необходимо учитывать тип инструмента, используемого для расплавления. Для паяльника подойдут сплавы с низкой температурой плавления: оловянные сплавы с медью, цинком, висмутом. Чтобы создать тугоплавкое соединение, потребуется сложный сплав алюминия, меди, кремния.