Пайка алюминия в домашних условиях

Пайка алюминия, как справедливо считают многие специалисты, является достаточно сложным в выполнении технологическим процессом. Между тем такое мнение можно считать верным лишь в отношении тех ситуаций, когда спаять изделия из алюминия пытаются, используя для этого припои и флюсы, которые применяются для соединения деталей из других металлов: меди, стали и др. Если же используется специальный флюс для пайки алюминия, а также соответствующий припой, то данный технологический процесс не представляет особых сложностей.

Пайка алюминия с использованием пропановой горелки

Особенности процесса

Сложности, которые вызывает пайка алюминия при помощи традиционных припоев и флюсов, объясняются рядом факторов, преимущественно связанных с характеристиками данного металла. Основным из таких факторов является наличие на поверхности деталей из алюминия оксидной пленки, которая отличается высокой температурой плавления и исключительной химической стойкостью. Такая пленка при выполнении пайки препятствует соединению основного металла и материала припоя.

Перед осуществлением пайки изделий из алюминия их поверхности необходимо тщательно очистить от оксидной пленки, для чего можно использовать механическую обработку или применять флюсы, в состав которых входят сильнодействующие компоненты.

Подготовленные к пайке дюралевые детали

Сам алюминий, в отличие от оксидной пленки на его поверхности, обладает достаточно низкой температурой плавления: 660 градусов, что также осложняет технологический процесс выполнения пайки. Такая характеристика алюминия приводит к тому, что при нагреве детали из него быстро теряют прочность, а при определенной температуре, находящейся в интервале 250–300 градусов, конструкции из данного металла начинают терять устойчивость. Самый легкоплавкий компонент, который входит в состав наиболее распространенных алюминиевых сплавов, начинает плавиться уже в интервале температур 500–640 градусов, что может привести к перегреву и даже к расплавлению самих соединяемых деталей.

Основу большей части легкоплавких припоев, использующихся для пайки, составляют олово, кадмий, висмут и индий. С этими элементами алюминий плохо вступает в соединения, что делает паяные соединения, полученные с их использованием, очень непрочными и ненадежными. Хорошей взаимной растворимостью обладают алюминий и цинк, поэтому данный элемент при его использовании в припоях обеспечивает полученному соединению высокую прочность.

Характеристики флюсов для пайки мягкими припоями

Состав флюсов, применяемых для пайки алюминия

Используемые материалы

При выполнении пайки изделий из алюминия можно использовать припои оловянно-свинцовой группы, если тщательно очистить поверхность деталей и применять высокоактивные флюсы. Соединения, полученные с их помощью, по причине плохой взаимной растворимости алюминия, олова и свинца отличаются невысокой надежностью, также они склонны к развитию коррозионных процессов. Чтобы сделать подобные соединения более устойчивыми к коррозии, их необходимо покрывать специальными составами.

Наиболее качественное, надежное и устойчивое к коррозии паяное соединение, позволяют получать припои, в составе которых содержится цинк, медь, кремний и алюминий.

Припои, включающие в свой состав данные элементы, производят как отечественные, так и зарубежные компании. Наиболее распространенными отечественными марками являются ЦОП40, содержащий в своем составе 40% цинка и 60% олова, и 34А, в составе которого содержится алюминий (66%), медь (28%) и кремний (6%). Цинк, содержащийся в припое для пайки изделий из алюминия, определяет не только прочность полученного соединения, но и его коррозионную устойчивость.

Самую низкую температуру плавления из всех вышеперечисленных имеют оловянно-свинцовые припои. Наиболее высокотемпературными являются те, в составе которых содержится алюминий и кремний, а также материалы, содержащие алюминий вместе с медью и кремнием. К последним, в частности, относится припой популярной марки 34А, температура плавления которого находится в интервале 530–550 градусов.

Для информации: материалы на основе алюминия и кремния плавятся при температуре 590–600 градусов.

Учитывая температуру плавления, применяют такие припои в тех случаях, когда соединить необходимо крупногабаритные детали из алюминия, в которых обеспечивается хороший теплоотвод, либо изделия, выполненные из алюминиевых сплавов, плавящихся при достаточно высоких температурах.

Но, конечно, максимальное удобство в работе демонстрируют низкотемпературные припои, одной из распространенных марок которых является HTS-2000.

Припой HTS-200 для спайки деталей из алюминия и цветных металлов

Технология пайки алюминия обязательно предполагает использование специального флюса, который необходим для того, чтобы улучшить соединяемость основного металла с материалом припоя. Именно поэтому подходить к выбору такого материала необходимо очень ответственно. Особенно актуально это требование в тех случаях, когда детали из алюминия необходимо спаять при помощи оловянно-свинцового припоя. Состав флюсов содержит элементы, которые и формируют его активность по отношению к алюминию. К таким элементам относятся: триэтаноламин, фторборат цинка, фторборат аммония и др.

Флюс Ф-64 для пайки легких сплавов без предварительной механической обработки поверхностей

Одним из наиболее популярных отечественных материалов является флюс марки Ф64. Популярность Ф64 обусловлена тем, что данный материал отличается повышенной активностью. Благодаря такому качеству выполнять пайку с флюсом Ф64 можно, даже не зачищая поверхность алюминиевых деталей от тугоплавкой оксидной пленки.

Из популярных высокотемпературных флюсов следует выделить материал марки 34А, в состав которого входит 50% хлорида калия, 32% хлорида лития, 10% фторида натрия и 8% хлорида цинка.

Подготовка деталей

Для получения качественного и надежного соединения недостаточно просто знать, как паять алюминий, важно также правильно подготовить поверхности соединяемых деталей к пайке. Заключается такая подготовка в обезжиривании поверхностей и удалении с них окисной пленки.

Для обезжиривания используют традиционные средства: ацетон, бензин или любой подходящий растворитель.

Удаление окисной пленки перед пайкой, которое также несложно выполнить своими руками, преимущественно совершается при помощи механической обработки, для чего можно использовать шлифовальную машинку, наждачную бумагу, металлическую щетку или сетку из нержавеющей проволоки. Значительно реже применяется химический способ удаления такой пленки, который подразумевает травление поверхности алюминиевых деталей при помощи кислотных растворов.

Зачистка поверхностей перед пайкой с помощью шлифовальной насадки на болгарку

Как известно, окисная пленка на поверхности алюминия образовывается практически моментально при ее контакте с окружающим воздухом. Такой процесс происходит и на зачищенной перед пайкой поверхности, но смысл выполнения зачистки состоит в том, что вновь образующаяся пленка значительно тоньше удаленной, поэтому флюсу будет гораздо легче с ней справиться.

Источники нагрева

В качестве элемента, при помощи которого выполняется прогрев габаритных соединяемых деталей из алюминия и расплавление припоя, преимущественно используется газовая горелка, работающая на пропане или бутане. Если вы решили спаять изделия из алюминия своими руками в условиях домашней мастерской, то можно использовать и обычную паяльную лампу.

Удобная в использовании газовая паяльная лампа

При выполнении нагрева необходимо очень внимательно следить за тем, чтобы не расплавились соединяемые детали. С этой целью к поверхности деталей как можно чаще прикасаются припоем, чтобы проконтролировать начало его плавления. Это и будет свидетельством того, что достигнута рабочая температура.

Нагревая детали и припой перед началом пайки, также необходимо следить за пламенем газовой горелки: смесь газа и кислорода, которая его формирует, должна быть сбалансированной. Делать это необходимо по той причине, что сбалансированная газовая смесь активно нагревает металл, но не оказывает серьезного окислительного действия. О том, что газовая смесь сбалансирована, свидетельствует ярко-синий цвет пламени, которое имеет небольшой размер. Если пламя горелки слишком маленькое по размеру и имеет бледно-голубой цвет, то это является свидетельством того, что в газовой смеси слишком много кислорода.

Для пайки небольших изделий из алюминия используются электрические паяльники и припои, плавящиеся при невысокой температуре.

Технологические приемы пайки

Пайка деталей, выполненных из алюминия, по технологии выполнения практически ничем не отличается от процесса соединения изделий, изготовленных из других металлов. Сначала соединяемые детали обезжириваются и тщательно зачищаются, после этого их выставляют в нужное положение относительно друг друга. Затем на зону будущего соединения необходимо нанести флюс и начать ее прогрев вместе с припоем до рабочей температуры.

Процесс пайки деталей из алюминиевого сплава

При достижении рабочей температуры кончик припоя начнет плавиться, поэтому им необходимо постоянно прикасаться к поверхности деталей, контролируя процесс нагрева.

Пайка изделий из алюминия, для выполнения которой используется безфлюсовый припой, имеет свои особенности. Заключаются они в том, что для того, чтобы проникновению припоя к поверхности детали не препятствовала окисная пленка, его кончиком необходимо совершать чиркающие движения по месту будущего соединения. Таким образом нарушается целостность пленки, и припой беспрепятственно соединяется с основным металлом.

Посмотреть, как пайка выполняется практически, можно на обучающем видео.

Есть еще один технологический прием, позволяющий разрушить оксидную пленку в процессе пайки. Сделать это можно при помощи стержня из нержавеющей стали или металлической щетки, которыми водят по месту соединения и уже расплавленному припою.

Чтобы получить максимально прочное соединение методом пайки, соединяемые поверхности необходимо подвергнуть предварительному лужению.

Сфера применения процесса

Большое практическое значение имеет не только пайка алюминия в домашних условиях. Данную технологию также активно используют на ремонтных и производственных предприятиях. Применяя метод пайки, можно получать соединения, отличающиеся высокой прочностью, надежностью и эстетической привлекательностью.

При работе с тонким листовым алюминием пайка позволяет избежать деформацию материала

Большой популярностью данная технология пользуется при выполнении ремонтных работ с автотранспортными средствами, тракторами и мотоциклами. Объясняется такая популярность тем, что при пайке не происходит изменение структуры соединяемого металла, поэтому подобный способ соединения во многих случаях является даже более предпочтительным, чем сварка.

Практически безальтернативной пайка является тогда, когда необходимо восстановить герметичность алюминиевого радиатора или картера, отремонтировать изношенную или разрушенную деталь, изготовленную из алюминиевого сплава. Удобно и то, что сделать такой ремонт можно и своими руками, для этого не потребуется сложного и дорогостоящего оборудования.

Отремонтированный в домашних условиях автомобильный радиатор

Прогары, сколы и трещины, образовавшиеся в блоке цилиндров, изготовленном из алюминиевого сплава, также можно успешно отремонтировать при помощи пайки. Очень полезна данная технология в том случае, если необходимо восстановить изношенную внутреннюю резьбу. При этом изношенное резьбовое отверстие заполняется расплавленным припоем, а затем в него вворачивается болт. После того как припой застынет, болт из отверстия выворачивается, а внутри него оказывается сформированная по необходимым параметрам резьба. Такая несложная операция позволяет получить новую резьбу, которая по своим прочностным характеристикам ничем не уступает исходной.

Кроме этого, пайка успешно применяется для ремонта и восстановления герметичности труб, изготовленных из алюминия и сплавов данного металла. Такие трубы сейчас активно используются во многих технических устройствах. При помощи пайки вы можете своими руками, не прибегая к дорогостоящим услугам квалифицированных специалистов, отремонтировать многие предметы из алюминия и его сплавов, использующиеся в быту: посуду, лестницы, различные детали интерьера, водосточные желоба, элементы сайдинга и др. При помощи пайки можно не только ремонтировать, но и своими руками изготавливать любые конструкции из алюминия.

Использование качественных расходных материалов и строгое следование технологии, которой совсем несложно обучиться и по видео урокам, позволяет получать методом пайки соединения, отличающиеся высоким качеством, надежностью, привлекательным и аккуратным внешним видом.

Использование подручных средств

Нередки ситуации, когда под рукой нет активного флюса и припоя, который специально предназначен для соединения деталей из алюминия, а спаять их необходимо срочно. В таких ситуациях можно выполнить пайку обычным припоем, состоящим из алюминия и олова или олова и свинца. В качестве флюса в данном случае можно использовать канифоль.

Оксидная пленка при использовании данного метода пайки разрушается под слоем канифоли, в которую можно дополнительно добавить металлические опилки. Для ее разрушения применяется специальный паяльник со скребком, который необходимо предварительно залудить. Скребок наряду с опилками разрушает оксидную пленку на поверхности деталей, а канифоль не дает образоваться новой. Кроме того, скребок-паяльник, перемещая расплавленный припой по месту будущего соединения, обеспечивает его лужение.

Конечно, такой способ пайки очень хлопотный и не всегда гарантирует получение качественного и надежного соединения, поэтому использовать его можно только в крайних случаях. Целесообразнее всего потрать время и деньги на приобретение качественных припоя и флюса и не переживать за качество формируемого с их помощью соединения.

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

Флюс

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.