Избранное

Пайка алюминия: какой припой и флюс нужны, если оловянный не держится?

Статья для тех, кто делает пайку алюминия и подбирает для этого припой и флюс. Ниже разбираем, почему мешает оксидная плёнка, какие припои и флюсы применяют по ГОСТ и учебным источникам, получится ли без флюса и чем аргонная пайка отличается от сварки.

Почему оксидная плёнка мешает пайке алюминия?

Плёнка Al2O3 нарастает на алюминии почти мгновенно и за первый час доходит до 2,5-5,0 нм, а в присутствии влаги - до 10 нм; дальше рост тормозится, потому что плёнка сама изолирует металл от кислорода. Плавится этот оксид при 2045 °C - при обычных режимах пайки он не расплавляется и не восстанавливается, поэтому расплавленный обычный припой скатывается по нему шариком, не смачивая поверхность. После механической зачистки плёнка нарастает заново, и деталь нужно паять не позднее чем через 12 часов после очистки.

Пайка алюминия паяльником: какие припои и флюсы применяют?

По ГОСТ 19248-90 припои делятся по температуре расплавления на низкотемпературные (мягкая пайка, до 450 °C) и высокотемпературные (твёрдая пайка, свыше 450 °C); для алюминия применяют три группы. Легкоплавкие припои на основе Sn, Pb, Cd работают при температуре ниже 300 °C, но дают низкую прочность и коррозионную стойкость шва и требуют предварительного лужения детали. Припои на основе цинка работают в диапазоне 300-450 °C и подходят для любых алюминиевых сплавов - ими паяют абразивным, ультразвуковым или флюсовым способом. Для мягкой пайки алюминия отдельно упоминаются оловянно-цинковые сплавы. Пайка алюминия артикул 1952005R - под этим артикулом продавцы указывают упаковку из пяти прутков припоя Castolin 195 FBK диаметром 2 мм; назначение прутка и режим пайки для конкретного сплава приводит паспорт Castolin.

Для высокотемпературной пайки применяют готовые припои на основе самого алюминия - систем Al-Si, Al-Zn, Al-Cu-Si, Al-Mg-Si, а зарубежная классификация присадочных материалов выделяет группу Al-Si как отдельный, стандартный припой именно для пайки алюминия. Пайку эвтектическим силумином ведут при температуре около 610 °C, а распространённые алюминиевые сплавы АМц и АМг начинают плавиться уже при 640 °C и 630 °C - разница между температурой пайки и температурой самого металла здесь мала, режим приходится выдерживать точно. Температура пайки алюминия у каждой группы припоев своя: у легкоплавких - ниже 300 °C, у цинковых - 300-450 °C, у алюминиевых - 450-630 °C.

Какой НТД на пайку алюминия паяльником действует?

Отдельного действующего ГОСТ конкретно на алюминиевые припои или флюсы не найдено. Общие термины пайки задаёт ГОСТ 17325-79, деление на низко- и высокотемпературную пайку с порогом 450 °C и классификацию припоев по основному компоненту - ГОСТ 19248-90, а состав конкретного флюса или припоя (например, флюса 34А) задают технические условия производителя.

Какой флюс нужен для пайки алюминия?

Для алюминия применяют не тот же флюс, что для меди или стали: канифоль и хлорид цинка, обычные для электроники, оксидную плёнку алюминия не берут. Для локального нагрева горелкой, паяльной лампой или токами высокой частоты используют флюс марки 34А на основе фторида натрия и хлоридов цинка, лития и калия. Для печной пайки с общим нагревом применяют флюсы Ф5, Ф124 и ТПИ-3 на основе тех же хлоридов и фторидов щелочных металлов. При пайке в соляных ваннах - самом отработанном промышленном способе - используют флюс на основе хлоридов натрия, калия, лития и смеси фторида калия с хлоридом кальция при температуре пайки 600-610 °C, припоем при этом служит эвтектический силумин.

Остатки таких хлоридных флюсов коррозионно активны и требуют обязательной отмывки после пайки. Перспективная альтернатива - бесхлоридные флюсы на основе алюмокалиевых фтористых солей: в твёрдом состоянии их остатки негигроскопичны, малорастворимы в воде и коррозионно неактивны, поэтому отмывка после пайки не нужна.

Пайка алюминия без флюса: получится ли?

Оксидную плёнку убирают и без флюса. Пайка алюминия без флюса реализуется тремя способами. Абразивно-ультразвуковая (абразивно-кавитационная) пайка разрушает плёнку механически: кавитационные эффекты ультразвука очищают поверхность и обеспечивают смачивание припоем без флюса или при температуре, где обычные флюсы уже неэффективны, - этим же способом паяют и другие плохо смачиваемые материалы, керамику и стекло. Пайка в защитном газе (азоте, аргоне или гелии) требует точки росы не выше -60 °C и содержания кислорода не более 0,002 % - в припой при этом добавляют литий, кальций, магний, висмут, сурьму или барий, чтобы снизить поверхностное натяжение расплава. Третий способ - вакуумная пайка при остаточном давлении 0,01-0,001 Па с введением паров магния: магний химически восстанавливает оксид алюминия по реакции Al2O3 + 3Mg = 3MgO + 2Al и одновременно связывает остаточный кислород и влагу в камере. Вакуумная пайка вообще востребована для металлов с самыми устойчивыми оксидами - алюминия, титана, циркония, - потому что в обычных печах на воздухе их паять нельзя.

Отдельный промышленный способ - погружная пайка в расплаве солей: деталь с нанесённым слоем припоя погружают в ванну расплавленных хлоридов (NaCl, KCl и другие), которая одновременно служит теплоносителем и флюсом, а воздух в неё не попадает - оксидная плёнка заново не образуется.

Пайка алюминия аргоном - это то же самое, что сварка?

Аргон в обеих технологиях защищает металл от воздуха, но задачи разные. Пайку алюминия аргоном иногда путают со сваркой TIG - аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом в среде инертного газа. При пайке основной металл не плавится - расплавляется только припой при температуре ниже точки плавления алюминия, при сварке TIG дуга проплавляет сами кромки, и в шов добавляется присадочная проволока без флюса, рассчитанная на температуру плавления самого алюминия. Как настроить аргонодуговую сварку алюминия - в статье «Сварка алюминия аргоном и полуавтоматом: что учесть».

Частые ошибки при пайке алюминия

  • Берут обычный оловянно-свинцовый припой и канифоль - оксидная плёнка не разрушается, припой скатывается шариком
  • Затягивают с пайкой после зачистки детали дольше 12 часов - плёнка успевает нарасти заново
  • Оставляют хлоридный флюс (34А, Ф5, Ф124) не смытым после пайки - его остатки коррозионно активны
  • Ведут пайку алюминиевым припоем (силумином) при температуре, близкой к температуре плавления самого сплава детали (например, АМг с плавлением от 630 °C) - разница между температурой пайки и температурой самого металла здесь мала, режим приходится выдерживать точно

Порядок действий при пайке алюминия

  1. Зачистить место соединения до чистого металла
  2. Сразу нанести подходящий по температуре флюс, пока плёнка не наросла заново, или подготовить бесфлюсовый способ - ультразвуковую активацию, защитный газ или вакуум
  3. Прогреть деталь до температуры плавления выбранного припоя - паяльником, горелкой, ТВЧ или в печи, в зависимости от группы припоя
  4. Нанести припой и обеспечить смачивание поверхности - механическим растиранием при абразивно-ультразвуковом способе или за счёт флюса при флюсовой пайке
  5. Пропаять соединение, соблюдая температурный режим, - для высокотемпературных алюминиевых припоев запас между температурой пайки и температурой разупрочнения основного металла невелик
  6. При хлоридном флюсе - смыть его остатки водой и просушить соединение

Коротко про пайку алюминия

  • Оловянный припой и канифоль на алюминии не держат - мешает оксидная плёнка Al2O3, плавящаяся при 2045 °C
  • Низкотемпературную пайку (до 450 °C по ГОСТ 19248-90) ведут припоями на основе Sn, Pb, Cd или цинка; высокотемпературную (450-630 °C) - припоями на основе алюминия: Al-Si, Al-Zn, Al-Cu-Si, Al-Mg-Si
  • Флюс для алюминия - не тот же, что для меди или стали: марки 34А, Ф5, Ф124 на основе хлоридов и фторидов, их остатки нужно смывать
  • Без флюса плёнку снимают ультразвуком, защитным газом с точкой росы не выше -60 °C или вакуумом с парами магния
  • Пайка аргоном - не то же самое, что сварка TIG: в пайке основной металл остаётся твёрдым, в сварке дуга его проплавляет

Припои для алюминия можно подобрать в разделе «Припои сварочные», а горелку или паяльную лампу для нагрева детали - среди бытовых горелок и паяльных ламп; паяльник или паяльную станцию - в разделе «Паяльное оборудование».