Соединение металлических деталей пайкой широко распространено благодаря несложности технологии, доступности оборудования и достаточной во многих случаях прочности. Однако если одна или обе детали выполнены из алюминия, все становится намного сложнее.
Особенности поведения алюминия при пайке
Алюминий («крылатый» металл) обладает массой достоинств. К ним относятся легкость, простота в обработке, дешевизна, а сплавляя алюминий с другими металлами можно достичь и неплохой прочности, не теряя изначальных плюсов.
Однако алюминий чрезвычайно активен химически. При контакте с кислородом, содержащемся в воздухе, на его поверхности мгновенно образуется тонкая, но прочная пленка оксида. Во время пайки она мешает адгезии припоя к поверхности (припой не «прилипает» к алюминию при применении обычных технологий, прекрасно работающих для меди, стали и других металлов).
Механическое удаление оксида неэффективно – пленка мгновенно возникает вновь. И даже если от нее удается избавиться, благодаря различным ухищрениям, адгезия стандартных припоев на основе олова низка. Сварной шов изначально непрочен и может развалиться через небольшой промежуток времени (от нескольких дней до нескольких месяцев).
Подготовка поверхности алюминия
Тем не менее, возможность паять алюминий есть. О различных способах будет рассказано далее, а сначала поверхность, которую предстоит залудить, надо подготовить. Делается это стандартным образом:
- жиры и загрязнения смываются растворителем;
- твердая грязь счищается механическим способом.
В интернете можно найти советы попробовать счистить слой оксида с поверхности алюминия с помощью абразивных материалов (наждачной бумаги и т.п.). Это обосновывается тем, что, несмотря на то, что слой окиси мгновенно образуется снова, но его толщина будет меньше, и это облегчит пайку.
На самом деле эффективность этого совета не подтверждена, но и вреда от него не будет (помимо потерь времени).
Выбор паяльного материала
Для выполнения пайки надо выбрать:
- Припой.
- Флюс.
- Инструмент для нагрева.
В первую очередь надо выбрать припой, так как все остальное в большой степени зависит от него. Можно попробовать паять обычным оловянно-свинцовым припоем, и если соблюсти технологию, то процесс даже может пройти успешно. Но по причинам, указанным выше (олово с алюминием плохо образует твердый раствор) прочность такого шва будет низкой и со временем будет становиться еще ниже. Такой способ можно рекомендовать в большинстве случаев для временных, не подверженных механическим нагрузкам или неответственных соединений.
Гораздо эффективнее паять припоями на основе цинка (например, Cd-Zn). Цинк намного лучше растворяет алюминий и при этом цинковые припои являются относительно легкоплавкими.
Наиболее прочные соединения дают припои на основе алюминия. Такая пайка по сути своей близка к сварке. Проблема только в том, что алюминиевые сплавы слишком тугоплавки, и их не получится паять обычным паяльником. Другая трудность – нагрев спаиваемой области надо локализовать, чтобы избежать потерь прочности детали.
Припои на основе цинка или алюминия продаются в виде прутков или трубок, наполненных флюсом.
Следующий шаг – выбор флюса. Существует прием, позволяющий паять с помощью обычного флюса на основе канифоли (о нем ниже), но лучше применять специализированные вещества, даже если предстоит пайка припоем на базе олова.
В большинстве случаев применяются активные флюсы на основе кислоты. Их главная задача – растворить оксидную пленку и перекрыть доступ кислорода к поверхности металла на время процесса. С этой целью справится любой специализированный состав. Но все же лучше подбирать флюс под конкретный вид припоя – так обеспечится наилучшая адгезия.
Чаще всего тип припоя, для которого предназначен состав, обозначается на этикетке с активным веществом.
И, наконец, надо выбрать тип паяльника, то есть, нагревательный инструмент. Основной критерий – сможет ли паяльник нагреться до температуры плавления выбранного припоя. Если выбран метод пайки оловом, подойдет любой бытовой паяльник соответствующей мощности. Чем массивнее деталь, тем мощнее должен быть паяльник. Чтобы спаять провода, достаточно и 40 ваттного электроинструмента, а, чтобы запаять, например, алюминиевую канистру, потребуется минимум 80 ватт (лучше еще больше).
Надо иметь в виду, что для пайки кислотными флюсами нельзя применять паяльник со стальным жалом, рабочая зона которого имеет гальваническое покрытие. Кислота быстро «съест» нанесенный слой и жало станет непригодным для дальнейшего использования (стоимость запасного жала сравнима с ценой нового паяльника). Поэтому надо применять паяльники только с медными сменными наконечниками.
Температура жала обычного паяльника не превышает 300 градусов Цельсия, а это значит, что ее может не хватить для расплавления цинкового припоя (в разных составах этот уровень может составлять от 300 до 420 градусов), и заведомо не хватит для плавления алюминиевого припоя.
В этом случае надо применить газовую горелку (например, на базе бытового баллончика с пропаном). Только надо иметь в виду, что без наддува кислородом (воздухом) температура горения пропана может достичь 1500 градусов (с наддувом – 2100), что намного превышает температуру плавления алюминия и его сплавов (640-700 градусов). Поэтому пользоваться горелкой надо крайне аккуратно.
Примерно такие же температуры дает пламя бутана и бутан-пропановой смеси.
Методы пайки
В первую очередь надо нанести флюс. Тем, кто имеет опыт пайки меди с канифольными веществами, следует немного изменить свои навыки. Нанести каплю флюса и растирать ее паяльником по поверхности не получится. Сначала надо прогреть поверхности для облуживания, затем нанести на них жидкий флюс для пайки алюминия. После этого надо выдержать 0,5..2 минуты, пока не начнется реакция и не пойдут мелкие пузырьки. Лишь после этого надо начинать облуживать поверхность металла.
Можно использовать и флюсы на основе канифоли. При их применении надо обильно покрыть поверхность алюминия слоем флюса и под его защитой жалом паяльника попробовать соскрести слой оксида, одновременно пытаясь облудить зону пайки. Можно сделать и по-другому – покрыть участок облуживания минеральным маслом и скребком попытаться зачистить поверхность, а потом, не удаляя защитный слой, попробовать выполнить лужение паяльником. Этот способ более трудоемок и не всегда эффективен.
Пример спайки алюминия паяльником
Чтобы спаять алюминиевые провода между собой или медный провод с алюминиевым, лучше воспользоваться паяльником, потому что горелка может оплавить изоляцию. Для такого вида пайки подойдут:
- флюс Ф64;
- свинцово-оловянный припой;
- паяльник мощностью 40..60 ватт.
Сначала надо освободить проводящие жилы от пластиковой изоляции на необходимую длину (обычно, 1..1,5 см в большинстве случаев достаточно). Поверхность проводника под изоляцией обычно чистая, поэтому дополнительная очистка и зашкуривание не нужны.
В интернете можно найти советы предварительно скрутить провода, а затем облуживать. На самом деле, лучше оба провода предварительно облудить. Так гарантируется отсутствие контакта медь-алюминий по всей соединяемой поверхности.
Медный провод лудится как обычно, с канифольным флюсом. Алюминиевый провод прогревается, на него наносится активный флюс, после паузы он лудится хорошо прогретым паяльником. И только потом можно скручивать провода. Скрученные жилы пропаиваются по всей длине обычным способом. Во время пайки надо следить, чтобы изоляция не оплавилась.
Видео пример пайки с помощью паяльника.
Пример спайки алюминия газовой горелкой
Запаять отверстие в алюминиевой посуде, спаять две трубки из белого металла удобнее с помощью горелки. Подобная пайка относится к высокотемпературным операциям, поэтому здесь наиболее подходящим будет флюс Ф-34А.
Затем надо подготовить газовую горелку. Перед началом работ ее надо внимательно осмотреть горелку и ёмкость с газом (баллон) на предмет утечек. Это важно, если используется недорогое китайское оборудование.
После зажигания факела надо прогреть место будущего спаивания, не допуская расширения зоны нагрева. На прогретую поверхность надо нанести флюс, и подождать некоторое время для начала реакции.
Далее спаиваемые поверхности надо совместить в положении, в котором они должны будут соединены и прогревать место стыка, прикладывая пруток из припоя, подобно присадке при сварке.
Припой будет плавиться, одновременно облуживая поверхность и затекая в место стыка. При определенном навыке он будет обтекать участок соединения красивой ровной каплей.
Видео пример пайки горелкой.
Что надежнее сварка или пайка
В общем случае сварное соединение надежнее паяного. Это обусловлено тем, что при сварке металл сплавляется и образует монолит. При пайке все зависит от адгезии припоя с поверхностью соединяемых деталей.
В случае с алюминием все несколько сложнее. В первую очередь надо помнить о том, что алюминий имеет свойство при нагреве размягчаться (на этом его свойстве основан способ горячего изгиба алюминиевых заготовок). К исходному твердому состоянию он возвращается долго (иногда очень долго), поэтому велика вероятность деформации готового узла при незначительных усилиях.
Читайте также: Уроки пайки с нуля для начинающих
Вторая проблема – набившая оскомину химическая активность белого металла. При сварке оксидная пленка мешает не меньше, чем при пайке – смешиваясь с расплавленным металлом, она не дает возможности получить равномерный по структуре шов. А это значит, что соединение будет непрочным. Чтобы этого избежать применяется сварка в аргонной среде. А это уже иной уровень – для такой работы требуется специальное оборудование и мастер высокой квалификации.
Кроме того, при любой сварке есть общая проблема – как не прожечь металл, если надо соединить две тонкие детали. При сварке изделий из алюминия вопрос стоит даже более жестко хотя бы из-за низкой температуры плавления. А при спаивании риск прожигания отсутствует, да и риск деформации намного ниже.
Поэтому во многих случаях (особенно, при соединении деталей или проводов небольших размеров и массы) отдают предпочтение пайке.
Приведенные в обзоре советы по пайке алюминия в домашних условиях не исчерпывают всех существующих технологий. Если эти рекомендации по какой-либо причине неприемлемы, в литературе или Интернете можно найти другие. В этом вопросе точка еще не поставлена.
