sales@svarkatut.ru
Пн-Пт, с 9:00 до 18:00
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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».
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».