Bktp-omsk.ru

Делаем сами
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Пайка алюминия со сталью

Пайка алюминия с медью

О трудностях при пайке алюминия хорошо известно. Но следующим уровнем по сложности и трудности получения качественного и достаточно надежного соединения является пайка изделий из двух таких конфликтных и различных по своим свойствам металлов – алюминия и меди.

Этот процесс сложный, затратный, с большой вероятностью брака в работе. Но потребность в таких соединениях есть и, следовательно, такая технологическая операция становится необходимой в производственной или бытовой сфере.

Сразу предупреждение – стандартный флюс и припой, подходящий для пайки алюминия, неэффективен для такой же операции с медью. На практике приходится получать соединения из литых заготовок, листового материала, труб и проводов. Последний вариант полностью отрицается электриками, так как даже при отличном качестве пайки, надежности соединения и контакта – это место навсегда останется самым ненадежным и опасным в электропроводке из-за склонности к электрохимической коррозии. Вместо пайки лучше применять переходники и зажимы из металлов, которые не «конфликтуют» ни с алюминием, ни с медью. Но вернемся к пайке.

Преимущества:

  • возможность осуществления сложного по технологии соединения;
  • существование нескольких способов получения соединения деталей;
  • получение работником ценного опыта при пайке технологически сложных соединений.

  • для осуществления пайки необходимо наличие дополнительных, часто узкоспециализированных и дорогостоящих, материалов;
  • специальные расходные материалы не так часто применяются – поэтому не являются распространенными и легкодоступными для их приобретения;
  • с пайкой алюминий-медь справится только опытный мастер;
  • в частном (бытовом) порядке такая пайка является трудноосуществимой;
  • иногда требуется изготовление или подборка стальных переходных муфт; при использовании таких муфт возрастает количество применяемых расходников (для каждого металла нужен свой флюс и припой).

Трудности пайки:

  • оба металла имеют оксидные поверхностные пленки;
  • медь является более тугоплавкой, что часто служит причиной преждевременного прогорания легкоплавкого алюминия в процессе работы;
  • металлы имеют различные коэффициенты линейного расширения.

Способы пайки

1. С использованием муфты

Этот способ основан на способности обоих металлов надежно и вполне качественно паяться со сталями. Именно к стальным переходным муфтам с разных сторон и припаивают стыкуемые заготовки.

2. С применением специальных припоев

Самый известный припой – Castolin192FBK – продается в виде прутка с сердечником из флюса. Это жидкоплавкий, низкотемпературный (380°С-430°С) припой с хорошими смачивающими свойствами на основе цинка и алюминия. Из-за низкой текучести он является отличным помощником для устранения больших трещин или отверстий.

3. Поверхностная пайка

Суть метода – увеличить площадь контакта соединяемых деталей с припоем, которая повысит прочность соединения на разрыв, излом, кручение. Сначала из алюминиевого края заготовки получают раструб (воронку), в который должна войти медная проволока или трубка. Края полученной воронки запаивают припоем, который, стекая, заполняет весь объем раструба. Таким образом, припой соединяет детали в единое изделие. Чем глубже воронка, тем больше поверхность соединения.

Инструмент, материалы

  • Условия работы определяют выбор главного инструмента – паяльника или горелки.
  • Припой. Он может быть специальным для непосредственной пайки алюминия с медью. При использовании муфт в работе понадобятся припои для каждого металла, подходящие для пайки их со сталью.
  • Флюс, подходящий для используемого конкретного вида припоя.
  • Муфта, если выбран данный вид соединения.
  • Фиксирующие положение деталей инструменты и приспособления.
  • Для поверхностной пайки – приспособление для возможности разделки раструба.

Технология пайки

  • Подготовительный этап, подразумевающий разделку кромок или, по необходимости, изготовление воронки-раструба.
  • Механическая обработка кромок заготовок или концов проводов и трубок с обезжириванием и удалением окислов.
  • Фиксация деталей перед пайкой.
  • Обработка места стыка флюсом.
  • Непосредственно пайка. Если для соединения выбрана муфта, то пайка производится поочередно с двух сторон. После пайки с одной стороны муфты и остывания, выполняется соединение с другой стороны и другими расходными материалами.
  • После работы дать остыть стыковому шву. Остатки флюса нужно снять после окончания работы и остывания стыка.
  • Проверить качество полностью готового изделия. При отсутствии брака считать его годным к эксплуатации.

Полезные советы

  • Нельзя допускать нагревания открытым огнем самого припоя в месте стыка.
  • При пайке нагрев производится с разных сторон стыка с перерывами. Тепло от нагретого участка металла должно плавно перейти на сам стык.
  • Начинайте прогревать с меди.
  • Чем медленнее будет расти температура в месте пайки, тем выше вероятность получения качественного соединения.

Техника безопасности

  • Работы производить с использованием вытяжки над местом пайки или хорошей вентиляции в рабочем помещении.
  • Обязательно выполнять все требования по безопасному использованию электроприборов.
  • Не нарушать правила пожарной безопасности, используя горячий инструмент и открытый огонь при пайке.
  • Пользоваться специальными подставками для горячего инструмента.
  • Удалить из рабочей зоны все лишние предметы и вещи, особенно легковоспламеняющиеся.

Технологический процесс пайки металлов

Известны бесфлюсовые способы низкотемпературной пайки. Бесфлюсовую пайку алюминия можно осуществить в газовых средах без применения защитных покрытий контактно-реактивным методом.

В качестве припоя применяют кремний, медь или серебро, которые наносят на алюминий гальваническим путем, термовакуумным напылением или плакировкой. Высокое качество паяного соединения получают при пайке в вакууме 10- 5 мм рт. ст. и толщине покрытия 10-12 мкм.

Пайку алюминия припоями типа силумина осуществляют в специальных газовых средах. В качестве последних используют смеси аргона с парами магния. Такая атмосфера способна при температуре 550-580°С восстанавливать окись алюминия и обеспечивать смачивание паяемой поверхности припоями типа силумин.

При пайке алюминиевых сплавов в атмосфере паров магния последний переходит из газовой фазы в расплав. Предел прочности соединений сплава АМг6, выполненных этим способом, составляет 35,2-35,8 кгс/мм 2 , а для сплава АМц 11,5-12,5 кгс/мм 2 . Коррозионная стойкость получаемых соединений намного выше соединений, чем при флюсовой пайке.

Пайку в защитной атмосфере можно осуществить при использовании самофлюсующих припоев (например, 3-15% Si, 0,4-10% Mg, Al — остальное).

Другой припой состава 7,5-13,0% Si, 0,3% Си, 0,1 % Mg, 4,5% Р, 0,1-30,0% металлов из группы Ni и Со, 0,2% Zn, 0,5% Mn, А1 — остальное. Пайку этими припоями следует производить в среде аргона, гелия или в вакууме.

Бесфлюсовую пайку алюминия припоями типа 34А, силумин ПСр 5АКЦ можно производить по предварительно луженной поверхности припоем П200А. Лужение производят абразивным способом, толщина слоя должна составлять 0,03-0,05 мм на сторону.

Нагрев под пайку рекомендуется производить в печи, в потоке аргона или на воздухе индукционным способом.

Известны способы низкотемпературной пайки без применения флюсов, такие как абразивная пайка или пайка трением. При этом способе пайки окисную пленку с поверхности алюминия можно удалить шабером, металлическими щетками, частицами абразива (асбест, металлические порошки, первичные кристаллы сплавов-припоев, в твердо-жидком состоянии и т. п.), находящимися в расплаве припоя.

Применяют также абразивные паяльники для лужения алюминия, у которых рабочая часть паяльника представляет собой стержень из частиц припоя и абразива.

Собственно операция пайки осуществляется уже после абразивного лужения путем обеспечения плотного контакта по луженым поверхностям при температуре полного расплавления припоя. Возможна подпитка шва припоем.

Ультразвуковое лужение можно производить с помощью ультразвуковых паяльников и в ультразвуковых ваннах.

В связи с тем, что при ультразвуковом лужении отмечается сильная эрозия основного металла, лужению этим способом нельзя подвергать детали с толщиной стенок менее 0,5 мм.

Имеется также способ абразивно-кавитационного лужения. При этом способе лужения твердые частицы, находящиеся в жидком припое, в ультразвуковом поле оказывают дополнительное абразивное воздействие на металл.

При пайке алюминия припоями-пастами на основе галлия в качестве наполнителя паст служат алюминий и сплав алюминия с магнием. Температура пайки 200-225°С, время выдержки 4-6 ч. Предел прочности соединений составляет 3-5 кгс/мм 2 .

При пайке по полуде чистым галлием с последующей термообработкой предел прочности соединения составляет 2,8-3,8 кгс/мм 2 . Паяные швы выдерживают ударные, вибрационные и термоциклические нагрузки, обеспечивают вакуумную плотность не ниже 10 -2 мм рт. ст. и имеют удовлетворительную коррозионную стойкость.

Применяют также пайку цинковыми припоями по серебряному покрытию, нанесенному на поверхность алюминия предпочтительно термовакуумным напылением с последующей термообработкой.

Разработан ряд технологических процессов, обеспечивающих надежное соединение алюминия с медью и ее сплавами, со сталью, никелевыми и другими сплавами.

Основные трудности при осуществлении процесса пайки алюминия с указанными материалами заключаются в трудности выбора флюса или газовой среды, обеспечивающих удаление окислов с поверхностей столь разнородных материалов; в образовании хрупких соединений из-за возникновения интерметаллидов в зоне шва; в наличии большой разницы температурных коэффициентов линейного расширения алюминия и перечисленных выше материалов.

Первые два осложнения успешно преодолевают при предварительном нанесении на поверхности соединяемых материалов защитных металлических покрытий.

Пайку алюминия с медью можно успешно осуществить по никелевому покрытию, нанесенному на алюминий химическим способом. Пайку производят в водороде припоем состава 49% Ag, 20% Си, 31% In; температура пайки близка к температуре плавления алюминия.

Пайка алюминия с медью и ее сплавами может также быть осуществлена путем нанесения защитных покрытий типа цинк, серебро и их сплавы на поверхность меди. При этом используют припои на основе олова, кадмия, цинка.

Через серебряное покрытие на меди может быть осуществлена контактно-реактивная пайка с образованием в паяном шве хрупкой эвтектики Al — Ag — Си. Такие паяные соединения могут быть использованы только в несиловых конструкциях.

Соединение алюминия со сталью, в том числе и с нержавеющей, облегчается при предварительном лужении поверхности стальной детали легкоплавкими свинцово-оловянистыми припоями, алюминием и алюминиевыми припоями с применением активных флюсов на основе хлористых и фтористых солей.

При пайке алюминия со сталью очень важно строго ограничивать режим из-за опасности образования хрупких интерметаллидов в паяных швах. Время выдержки не должно превышать 1-4 мин, температура пайки также не должна превышать заданного предела.

Пайка алюминия с титаном возможна только по слою алюминия или олова, нанесенных на поверхность титана путем горячего лужения.

Пайка алюминия в домашних условиях – чем и как паять, флюсы, припои

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.

Читать еще:  Металлические элементы крепежа

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.

Автоматическая сварка, 2013, №02

Автоматическая сварка 2013 №02

«Автоматическая сварка», 2013, № 2, с. 32-37

ФЛЮСОВАЯ ДУГОВАЯ ПАЙКА АЛЮМИНИЯ С ОЦИНКОВАННОЙ СТАЛЬЮ

Авторы
В. Ф. ХОРУНОВ, О. М. САБАДАШ
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11, E-mail: office@paton.kiev.ua

Реферат
Работа посвящена исследованию процессов при флюсовой дуговой пайке на постоянном токе нахлесточных тонколистовых соединений алюминия с оцинкованной сталью. В экспериментах использовали алюминий АД1, оцинкованную сталь 08Ю и реактивный флюс солевой системы KF–AlF3–K2SiF6–KZnF3. Показано, что при пайке без прохождения припоя через дуговой промежуток реактивный флюс системы K–Al–SiF улучшает условия формирования нахлесточных соединений (смачивание, растекание и заполнение капиллярных зазоров алюминиево-кремниевым припоем) алюминия с оцинкованной сталью за счет быстрого разрушения пленки оксидов и образования слоев из легкоплавких металлических расплавов в месте пайки вследствие реакций флюса с паяемыми материалами. Установлено, что при пайке в условиях дугового нагрева скорость растекания припоя по оцинкованной стали примерно в 3 раза выше, чем по алюминию. Неравновесный угол смачивания на оцинкованной стали составляет 28. 33, а на алюминии — 8. 10 o . Приведены данные о структуре паяных соединений, составе отдельных фаз и химической неоднородности соединений. Согласно результатам микрорентгеноспектрального анализа на контактной границе со сталью образуется переходный слой переменного состава системы Al–Fe–Si толщиной 2. 5 мкм, в котором присутствуют небольшие количества марганца (из стали) и цинка (из покрытия). Показано, что соединения сплава АД1 с оцинкованной сталью 08Ю, паянные алюминиево-кремниевым припоем, равнопрочны алюминиевому сплаву. Нахлесточные соединения допускают загиб на угол 180 o , а при многократном перегибе (5. 6 раз) разрушение происходит по алюминию.
Библиогр. 23, табл. 2, рис. 5.

Ключевые слова: алюминий, оцинкованная сталь, дуговая пайка, реактивный флюс, растекание припоя, реакционный слой, паяные соединения

Поступила в редакцию 13.11.2012
Опубликовано: 24.01.2013

1. Ductility of interstitial-free steel under high strain rate tension: Experiments and macroscopic modeling with a physicallybased consideration / M. Kuroda, A. Uenishi, H. Yoshida, A. Igarashi // Int. J. Solids and Struct. — 2006. — 43. — P. 4465–4483.
2. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов: Пер. с англ. — М.: Металлургия, 1979. — 640 с.
3. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник в 3-х т. / Под общ. ред. Н. П. Лякишева. — М.: Машиностроение, 1997. — Т. 2 — 1024 с.
4. Han J. H., Ahn J. P., Shin M. C. Effect of interlayer thickness on shear deformation behaviour of AA5083 aluminum alloy/SS41 steel plates manufactured by explosive welding // J. Mat. Sci. — 2003. — 38. — P. 13–18.
5. Friction welding process of 5052 aluminium alloy to 304 stainless steel / S. Fukumoto, H. Tsubakino, K. Okita et al. // Mat. Sci. and Techn. — 1999. — 15. — P. 1080–1086.
6. Рябов В. Р., Рабкин Д. М. Сварка разнородных металлов и сплавов. — М.: Машиностроение, 1984. — 239 с.
7. Брукнер Й. Дуговая сварка стали с алюминием // Автомат. сварка. — 2003. — № 11. — С. 185–187.
8. Dissimilar material joining using laser (aluminum to steel using zinc-based filler wire) / A. Mathieua, R. Shabadib, A. Deschampsb et al. // Optics & Laser Technology. — 2007. — 39. — P. 652–661.
9. Gap-free fibre laser welding of Zn-coated steel on Al alloy for light-weight automotive applications / Hui-Chi Chen, A. J. Pinkerton, Lin Li et al. // Mater. and Design. — 2011. — 32. — P. 495–504.
10. The arc characteristics and metal transfer behaviour of cold metal transfer and its use in joining aluminium to zinc-coated steel / H. T. Zhanga, J. C. Feng, P. Heb et al. // Mater. Sci. and Eng. A. — 2009. — 499. — P. 111–113.
11. Interfacial microstructure and mechanical properties of aluminiumzinc-coated steel joints made by a modifild metal inert gas welding-brazing process / H. T. Zhang, J. C. Feng, P. He, H. Hack // Materials Characterization. — 2007. — 58. — P. 588–592.
12. Dissimilar metal joining of steel to aluminum using the arc heat source / Y. Kim, K. Park, Y. Kim, S. Kim // Mater. Sci. Forum Vols. — 2012. — 706-709. — P. 2974–2979.
13. Laser brazing of a steel/aluminium assembly with hot filler wire (88% Al, 12% Si) / A. Mathieu, S. Pontevicci, Jean Claude Viala et al. // Mater. Sci. and Eng. A. — 2006. — 435-436. — P. 19–28.
14. Dissimilar metal joining of aluminum to steel by MIG arc brazing using flux cored wire / M. Taichi, N. Kazuhiro, H. Tong, U. Masao // ISIJ International. — 2003. — 43, № 10. — P. 1596–1602.
15. Plasma arc brazing: a low-energy joining technique for sheet metal / U. Draugelates, B. Bouaifi, A. Helmich et al. // Welding J. — 2002. — 81, № 3. — P. 38–42.
16. Siewert T., Samardzic I., Klaric S. Application of an on-line weld monitoring system // 1st Intern. conf. on advanced technologies for developing countries, Slavonski Brod, Croatia, Sept. 12–14, 2002. — P. 1–6.
17. Кинетика растекания алюминия на железе / В. Н. Еременко, Н. Д. Лесник, Т. С. Пестун, В. Р. Рябов // Физическая химия поверхностных явлений в расплавах. — Киев: Наук. думка, 1971. — С. 203–206.
18. О кинетике растекания алюмокремниевых расплавов по железу / В. Н. Еременко, Н. Д. Лесник, Т. С. Пестун, В. Р. Рябов // Смачиваемость и поверхностные свойства расплавов и твердых тел. — Киев: Наук. думка, 1972. — С. 39–41.
19. Khorunov V. F., Sabadash O. M., Andreiko A. A. Investigation of fusibility and chemical interaction in the K, Al, Si/F salt system fluxes for high-temperature brazing of aluminium // Intern. conf. «Brazing, high temperature brazing and diffusion welding». — Aachen, Germany, May, 1998. — P. 200–202.
20. Сабадаш О. М., Хорунов В. Ф. Материалы и технология флюсовой пайки алюминия и алюминия с нержавеющей сталью // Автомат. сварка. — 2005. — № 8. — С. 69–74.
21. Хорунов В. Ф., Сабадаш О. М. Реактивный фторидный флюс для пайки алюминия и разнородных соединений // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2006. — Вып. 39. — С. 68–75.
22. Сабадаш О. М., Хорунов В. Ф. Реактивный флюс для пайки алюминия // Докл. 2-го науч.-техн. Семинара «Сварка и родственные процессы в промышленности», 17 апр. 2007, г. Киев. — Киев: Екотехнологія, 2007. — С. 48–49.
23. Новые литейные сплавы. Цинковистые силумины / А. А. Бочвар, З. Н. Свидерская, Н. И. Рытвин и др. — М.: ЦИИН ЦМ СССР, 1947. — 108 с.

Как спаять медь с алюминием?

  1. Способы
  2. Подготовка
  3. Описание процесса
  4. Полезные советы

Пайка алюминия с медью считается сложным процессом, требующим от специалиста, выполняющего работы, большого опыта и тщательного подхода к делу. Эти металлы обладают условной совместимостью, при прямом контакте достаточно быстро окисляются, ухудшая токопроводность соединения. Чтобы справиться с задачей, нужно сначала разобраться в том, можно ли их скреплять обычными способами, и как это сделать в домашних условиях паяльником.

Читать еще:  Как очистить кирпичную кладку от раствора?

Способы

Для того чтобы пайка алюминия с медью прошла успешно, сначала нужно разобраться в том, какие именно соединения нужно создавать. Например, провода в холодильнике, где применяют такие жилы, опытные мастера скрепляют только припоем, рекомендованным производителями техники. На производстве и в быту также может потребоваться соединение трубчатых элементов именно в неразрывном, герметичном виде. Под это определение подходит только пайка

Можно выделить ряд актуальных способов ее выполнения.

  1. С применением стальной муфты. В этом случае между стыками алюминиевой и медной деталей устанавливается вставка из черного металла. Пайка осуществляется с каждой стороны отдельно, что позволяет сделать соединение более прочным, исключает возникновение проблем из-за разницы температур плавления. Со сталью и медь, и алюминий хорошо взаимодействуют.
  2. С применением специализированных припоев. Наиболее ярким примером является материал, выпускаемый брендом Castolin, к которому компания предлагает дополнительно целую линейку флюсов с нужными характеристиками. Стоят такие расходные материалы заметно дороже, встречаются редко. Именно их обычно используют в мастерских по ремонту сложной бытовой техники.
  3. Поверхностный способ. Он заключается в использовании особого соединения, при котором медная часть вставляется в алюминиевый раструб. По краю широкой части наносится припой, закрывающий зазор. Используются легкоплавкие составы, при работе мастеру нужно захватить как можно большую часть поверхности медной детали. Этот способ применим при работе с трубчатыми элементами.
  4. Скрутками. Этот метод позволяет использовать общий оловянно-свинцовый припой, но с использованием специальных флюсов для каждого металла. Таким образом исключается возможность окисления, устраняется потеря алюминиевой жилой ее прочности и первоначальных рабочих характеристик. Эта технология пайки проводов считается допустимой, но не рекомендована для применения под высокими сетевыми нагрузками.
  5. С меднением алюминия. В этом случае на поверхности металла создаются контактные площадки, позволяющие образовать надежное соединение с мало совместимой с ним медью. Кислотный состав не применяется.

Это основные способы, которые используют, чтобы получить соединение медных и алюминиевых элементов путем пайки.

Сочетая преимущества стали и алюминия

Получения новых сочетаний материалов с помощью дуговой сварки

При любом сравнении стали и алюминия, как конструкционных материалов, необходимо учитывать многочисленные технические и экономические критерии. К ним относятся: масса, прочность, жесткость, предел текучести или обрабатываемость, а также доступность ресурсов, стоимость сырья, производственные затраты и последующие расходы. В частности, в сфере производства легких конструкций предпочтительнее выбирать оптимальную комбинацию обоих материалов: твердую сталь для конструкций с тяжелыми условиями работы, в сочетании с легким алюминием для конструкций, испытывающих меньшие напряжения. До недавнего времени, тем не менее, использование дуговой сварки для таких соединений не представлялось возможным, несмотря на многочисленные технические и экономические достоинства технологии. Компании Fronius удалось решить эту проблему.

Легкие конструкции обеспечивают существенные преимущества при использовании в автомобилестроении, например, при создании эксклюзивных автомобилей, в кровельных конструкциях промышленных предприятий или на ветросиловых установках. В автомобилестроении легкие конструкции играют особенно важную роль. Масса кузова составляет большую часть от общей массы автомобиля (порядка 40%). Если транспортному сектору необходимо сократить выбросы CO2, снижение веса и внедрение новых идей — это первое, с чего можно начать. Снижение веса на 100 кг может обеспечить снижение расхода топлива до 0,3 л/100 км, что в свою очередь снизит выбросы CO2 на 700 г/100 км.

Учитывая необходимость обеспечивать приемлемую массу и ёмкость аккумулятора, масса кузова — критически значимый параметр для электромобилей. Значительное сокращение массы таким образом продолжает оставаться основной целью современного кузовостроения.

Это означает, что технология соединения материалов играет значимую роль в сфере производства легких конструкций, в частности в плане соединения стали и алюминия. Для решения данной задачи компания Fronius заключила партнерство с австрийской сталелитейной компанией Voestalpine. Цель проекта состояла в разработке заготовок из стали и алюминия с высокой способностью к формообразованию, причем заготовки из обоих металлов соединяются с использованием технологии термического соединения.


Рис. 1: Элементы, изготовленные из гибридных листов из металлов, способны систематически поглощать, например, энергию удара, возникающего в результате аварии.

Проблемы и ограничивающие условия

Долгое время считалось, что прочное соединение стали и алюминия невозможно обеспечить при использовании термических средств. Основную трудность представляет различие точек плавления, составляющих 1 500°C и 660°C соответственно, и, в частности, формирование интерметаллических фаз (IMP). Это происходит ограниченной взаимной растворимости железа и алюминия при комнатной температуре. IMP образуется в процессе диффузии и, как правило, характеризуется высокой твердостью и чрезвычайно низкой ударной вязкостью. Для примера, твердость сплава Fe2Al5 по Виккерсу составляет около 1 050 HV, а сплава FeAl3 около 900 HV. Чем больше тепловложение в шов, тем меньше IMP — и тем хуже механические и конструкционные свойства шва. Слой IMP должен быть как можно более тонким, и не должен превышать 10 мкм. Дальнейшие сложности вызваны значительно отличающимися коэффициентами теплового расширения, составляющими около 1,2 мм/100°C для стали и 2,34 мм/100°C для алюминия. Еще одним фактором является изменение электрохимического потенциала, равного ок. 1,22 В при использовании стали/алюминия и ок. 0,9 В при использовании цинка/алюминия.

В свете этих физических факторов, специалисты в сфере металлургии и эксперты по сварке определили следующие необходимые условия для сварки алюминия и стали:

  • Используемая технология должна обеспечивать наименьшее возможное тепловложение;
  • Поверхность стального листа должна быть оцинкована;
  • Величина интерметаллической фазы должна быть минимизирована, а ее свойства должны использоваться по максимуму.

Поиск технологии теплового соединения предопределил использование технологии CMT (холодный перенос металла). Данная технология дуговой сварки была выбрана во многом благодаря великолепным результатам, демонстрировавшимся на протяжении десяти лет ее использования экспертами по сварке из компании Fronius.


Рис. 2: Прочность
соединения настолько велика, что при проведении испытания на разрыв, разрыв происходит не в районе шва, а в алюминиевой части элемента.

Пути достижения инновационного соединения

Три основных фактора, обеспечивающих образование бездефектного соединения:

  • две заготовки, которые необходимо соединить
  • технология соединения присадочный металл

Помимо слоя цинка, толщина которого должна быть не менее 10 мкм, еще одним фактором, влияющим на качество и упругость соединения, является подготовка кромок стальных листов. Геометрические характеристики кромки, разработанные компанией «Voestalpine» для листов, подлежащих соединению, запатентованы. Удовлетворительные результаты были достигнуты при использовании стандартных марок особо мягкой стали. Алюминиевые листы изготавливаются из материалов серии AW5xxx или 6xxx. Так же, как и в случае использования традиционной технологии сварки плавящимся электродом в среде защитных газов, поверхность алюминия достаточно просто очистить. Поскольку IMP между двумя соединенными материалами ведет себя аналогично керамике, она чувствительна к нормальным нагрузкам и менее чувствительна к нагрузкам, направленным по касательной. В процессе проектирования необходимо учитывать эти свойства.

Специальная технология дуговой сварки в среде защитного газа CMT отвечает важнейшим требованиям к используемой здесь технологии соединения: низкое тепловложение и хорошая управляемость. Эта технология «холодной» сварки защищена несколькими патентами, выданными компании Fronius. При соединении стали и алюминия, присадочный металл и алюминий смачивают лист оцинкованной стали, а присадочный металл сплавляется с алюминием. На стороне стали получается паяный шов, к которому затем приваривается алюминий. Таким образом, для описания получаемого шва используется термин соединение». Для гибридных листов также оказалось предпочтительнее использовать сварные системы, которые обеспечивают «синхронную» листов с использованием технологии CMT с обеих сторон.


Рис. 3: Технология
CMT характеризуется сочетанием сварки на алюминиевой стороне и пайки на стальной стороне.

Третьим определяющим фактором является присадочный металл. Компания Fronius также является обладателем патента на особый сплав алюминия, используемый в процессе Для получения оптимального шва важно обеспечить правильное позиционирование присадочного металла в процессе


Рис. 4: Учет всех различных воздействующих факторов обеспечивает возможность для создания плотного металлургического соединения листов алюминия (справа) и стали (слева).


Рис. 5: Гибридные листы также отвечают практическим требованиям к дальнейшему изменению формы.

Практичные и проверенные — гибридные листы из стали и алюминия

Для выяснения и документирования пригодности продукта для фактического применения, как партнеры компании, так и внешние организации провели обширные испытания гибридных листов из стали и алюминия, соединенных методом

Основное исследование: Отправным пунктом здесь являются материалы и DX54D, а также присадочный материал Z200, изготовленный из сплава AlSi3Mn1. Институт исследований металлов им. Макса Планка (MPIE) определил размер зерен в околошовной зоне, а также оптимальный присадочный металл. Размер зерен в зоне плавления алюминиевого образца представлен на Рис. 12. Цвета иллюстрируют гранулометрический состав и рост зерен.

Предел прочности на разрыв: Два различных образца имитируют подходящую комбинацию материалов для крыш автомобилей и оконных рам. Ключевым результатом испытания на разрыв стал окончательный разрыв образца в области алюминиевого листа, при этом шов, созданный методом не получил никаких повреждений в ходе испытаний. Основные значения указаны в Таблице 1 и на соответствующих фотографиях.

Коррозионные свойства и испытания в солевой камере: Коррозионная стойкость незащищенного гибридного листа из стали и алюминия проверялась в солевой камере (SST). Даже после 300 часов пребывания, следов местной коррозии/коррозии под напряжением или межкристаллитной коррозии не было обнаружено. Легкие следы коррозии были заметны лишь на поверхности.

Способность к деформации: Способность листов к деформации играет ключевую роль в кузовостроении. Гибридные листы из стали и алюминия подходят для неоднократной обработки листового металла только в случае, если они могут удовлетворить данным требованиям. О пригодности листов свидетельствует возможность осуществления различных процессов деформации. Соответствующие данные представлены в Таблице 2. Пример «испытания на вытяжку» наглядно демонстрирует, что даже в пограничной зоне при глубокой вытяжке все равно достигаются положительные результаты.

Испытание на удар: Когда гибридные листы из материалов изначально проектируются как элементы, обеспечивающие безопасность, они могут систематически поглощать энергию удара. При использовании амортизатора ударной нагрузки из гибридных материалов, поглощение происходит практически полностью в алюминиевой части элемента. Как шов, так и стальная часть элемента остаются нетронутыми. В противоположность этому, элемент, состоящий только из стали и поглощающий то же количество энергии, получает более серьезные повреждения. Надлежащим образом спроектированные элементы из гибридных материалов отвечают требованиям к поглощению энергии, когда это необходимо, обеспечивая при этом соответствие требованиям к геометрическим характеристикам и безопасным расстояниям. Подробная информация содержится в Таблице 3.


Рис. 6: «Испытание на вытяжку» ясно демонстрирует, что даже в пограничной зоне рассматриваемая технология обеспечивает хорошие результаты.


Рис. 7: шов остается неповрежденным даже в ходе испытания элемента на удар.


Рис. 8: Гибридные листы размером 300 × 220 мм, толщиной 1,2 / 1,5 мм подвергаются на скорости 78 см/мин. перед формовкой по модели несущих конструкций крыши.

Заключение

Компании Fronius и «Voestalpine» разработали технологический процесс, предназначенный для серийного производства гибридных листов из алюминия и стали. Длительные испытания доказали их практическую пригодность, а также позволили документально зафиксировать дополнительные конструкционные преимущества и возможности применения в некоторых отдельных случаях.

Таблица 1: Предел прочности на разрыв

ЗаготовкаНесущая конструкция крышиОконная рама
МатериалDX54 + AW6181DX54 + AW6016
Толщина [мм]1,2 + 1,51,0 + 1,2
Присадочный металлZ140Z140
Предел текучести1) Rp0.2 [МПа]126132
Предел прочности на разрыв1) Rm [МПа]210239

1) с учетом поперечного сечения алюминия

Таблица 2: Деформируемость

Технологическая заготовкаСгиб таврового профиляИспытание на вытяжку
МатериалDX54 + AW 5182DX54 + AW 5182
Толщина [мм]1,0 + 1,51,0 + 1,5
Радиус [мм]2×10; 2×115
Диаметр пуансона [мм]90
Присадочный металлZ255

Таблица 3: Испытание в имитаторе аварийных ситуаций

ЗаготовкаАмортизатор удара при аварии
Условия испытаний6,4 кДж при комнатной температуре
МатериалH340 + AW6181
Толщина [мм]1,0 + 2,0
Присадочный металлZE75/75
Молот, масса [кг]86
Скорость [км/ч]44
Начальная высота [мм]280
Конечная высота [мм]173
Поглощенная энергия [кДж]6 523
Сила, макс. [кН]296


Рис. 9: Сравнение поведения при ударе амортизаторов продольных ударов показывает, что стальная часть гибридного элемента (слева) сохраняет форму и необходимое безопасное расстояние, в то время как элемент, состоящий только из стали (справа) деформируется по всей длине.


Рис. 10: Основные исследования, проведенные Институтом исследований металлов им. Макса Планка (MPIE), расположенном в Дюссельдорфе, указывают на образование гранул в зоне соединения в соответствии с типом материала и размером частиц.

Пайка алюминия паяльником и газовой горелкой

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.

Читать еще:  Технология изготовления металлических дверей своими руками

«Aluminium-13» производства компании Chemet

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.

Центр знаний ЭСАБ

Можно ли сваривать алюминий со сталью?

В. Можно ли сваривать алюминий со сталью с использованием дуговой сварки стальным плавящимся или вольфрамовым электродом в среде инертного газа (GMAW и GTAW)?

О. В то время как алюминий сравнительно легко скрепляется с большинством металлов адгезивным соединением или механическими способами, для дуговой сварки алюминия с другими металлами, такими как сталь, необходимы особые технологии. При непосредственном приваривании к алюминию методом дуговой сварки таких металлов, как сталь, медь, магний и титан, образуются очень хрупкие интерметаллические соединения. Чтобы избежать формирования таких хрупких составов, были разработаны специальные средства, позволяющие изолировать второй металл от расплавленного алюминия во время дуговой сварки. Два самых распространенных метода дугового сваривания алюминия со сталью — использование биметаллических переходных вставок и покрытие разнородным материалом перед сваркой.

Биметаллические переходные вставки. В продаже доступны биметаллические переходные материалы для сваривания алюминия с такими металлами, как сталь, нержавеющая сталь и медь. Такие вставки представляют собой элементы из алюминия, к которому уже прикреплен другой материал. Для скрепления этих разнородных материалов в биметаллическую переходную вставку обычно используются такие методы, как прокатка, сварка взрывом, трением, оплавлением или давлением с подогревом, но не дуговая сварка. Для дуговой сварки переходных вставок из стали и алюминия можно использовать обычные технологии, такие как GMAW и GTAW. Стальная сторона вставки приваривается к стали, а алюминиевая — к алюминию. При сварке следует избегать перегрева вставок, так как это может привести к образованию хрупкого интерметаллического соединения на стыке стали и алюминия внутри вставки. Рекомендуется начинать со сварки алюминия с алюминием. Это позволяет увеличить отвод тепла при сварке стали со сталью и тем самым избежать перегрева на участке соприкосновения стали с алюминием. Сварка с использованием биметаллических переходных вставок — распространенный метод скрепления алюминия и стали, который часто применяется для обеспечения сварных соединений высокого качества в строительной отрасли. Эта технология используется для приваривания алюминиевых палубных рубок к стальным палубам на судах, в трубных решетках теплообменников, состоящих из алюминиевых труб и решеток из обычной и нержавеющей стали, а также для формирования сварных швов между алюминиевыми и стальными трубами с использованием дуговой сварки.

Покрытие разнородными материалами перед сваркой. Чтобы упростить дуговую сварку стали с алюминием, на сталь можно нанести покрытие. Одним из вариантов является нанесение покрытия из алюминия. Для этого иногда применяется метод покрытия погружением (в расплав алюминия) или пайка алюминия на стальную поверхность. После нанесения покрытия стальной элемент можно приваривать к алюминиевому методом дуговой сварки (при этом необходимо избегать соприкосновения дуги со сталью). При такой технологии сварки используются особые приемы, которые помогают направить дугу на алюминиевый элемент и позволяют расплавленному алюминию из зоны сварки стечь на стальной элемент с алюминиевым покрытием. Еще один метод соединения алюминия со сталью предполагает покрытие стальной поверхности серебряным припоем. После этого выполняется сварка соединения с использованием алюминиевого присадочного сплава (при этом необходимо избегать прожигания слоя из серебряного припоя). Методы сварки на основе покрытия обычно не применяются в случаях, если необходимо обеспечить высокую механическую прочность соединения. Они используются только для герметизации.

ПАЙКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Пайку алюминия низкотемпературными припоями осуществить без предварительного нанесения технологических покрытий или лужения паяемых поверхностей весьма сложно. В качестве тех­нологических покрытий перед пайкой наносят: медь, гальваниче­ский или химический никель, серебро, цинк толщиной 15—25 мкм. Покрытия могут наноситься термовакуумным напылением, элек­трохимическим, химическим и другими способами Лужение паяе­

мых поверхностей алюминиевых деталей проводят абразивным и ‘ ультразвуковым методами или с применением активных флюсов. При абразивном лужении оксидную пленку удаляют шабером, металлическими щетками, абразивным паяльником или частицами абразива, находящегося в припое [6, 8J.

Для лужения и последующей пайки применяют стандартные оловянно-свинцовые припои, припои на основе олова с цинком (П200А, П250А), припои системы Sn—Cd—Zn (П150А).

Соединения, паянные этими припоями, склонны к щелевой коррозии, поэтому использовать их для работы в нагруженных узлах и агрессивных средах не рекомендуется. Такие соединения могут длительное время работать в вакууме, инертных газах или после защиты их лакокрасочными покрытиями и специальными компаундами. Припоями П250, П200 и Ґ1150А (температура пайки 200—300 °С) можно паять алюминий и его сплавы в монтажных условиях паяльником и ТВЧ. При этом применяются флюсы марок Ф54А, Ф59А, Ф61А, содержащие в своем составе высококипящие органические соединения, триэтаноламин.

Низкотемпературную пайку алюминиевых сплавов можно осу­ществлять с припоями на основе цинка, например, состава, %. Zn 70; Sn 30 (температура плавления 380 °С); Zn 95; А1 5 (тем­пература плавления 400 °С) с использованием галогенидных. и фторборатных флюсов. Нагрев под пайку проводят газопламен­ными горелками, в печах или погружением в расплавленную, соль. Предел прочности на срез соединений алюминия, паянных припоем системы Zn—А1, 90 МПа, припоем системы Zn—Sr. 40 МПа [12, 13].

Иногда для пайки алюминиевых сплавов используют припои, содержащие в своем составе компоненты флюса, способствующие удалению оксидов с поверхности алюминия. Припой ПЦАМ90, содержащий, %: Zn90; А17,5; Си 0,4—0,6; Mg 0,05—0,1; NaCl 0,3— 0,5; КС1 0,5—0,7; ВаС12 0,8—0,1; криолита 0,1—0,2 (температура плавления 368—385 °С), позволяет получать соединения с преде­лом прочности на срез 17—20 МПа при пайке технических спла­вов Д1 и Д16 и 80—87 МПа при пайке алюминия АД1.

Соединения алюминиевых сплавов, полученные с помощью флюсовой пайки, отличаются низкой коррозионной стойкостью. Наибольшей сопротивляемостью коррозии обладают соединения, паянные припоями на основе цинка с добавками алюминия, серебра и меди. Добавки к цинку олова, свинца, кадмия и висмута понюхают коррозионную стойкость соединений. Поэтому детали после пайки необходимо тщательно отмывать от остатков флюса и защищать лакокрасочными покрытиями. Соединения сразу после пайки должны промываться в проточной горячей и холодной воде с последующей обработкой в 5%-ном растворе азотной кислоты или 10%-ном растворе хромового ангидрида.

Повысить каяемость и коррозионную стойкость соединений удается за счет нанесения перед пайкой технологического покры­тия. Пайка по покрытию легко осуществляется оловянно-свинцо­выми и другими низкотемпературными припоями с применением канифольно-спиртовых флюсов на основе водных растворов хло­ристого цинка. Предел прочности на срез соединений из сплава АМц, паянных по никель-фоефорному покрытию припоями ПСр 2,5,, равен 16—19 МПа, ПСр 8КНЦ — 17—29 МПа, ПОС 61 — 30—60 МПа. Коррозионная стойкость этих соединений выше, чем аналогичных, полученных при пайке по медному покрытию и без технологических покрытий. Однако более коррозионно — стойкими являются соединения, паянные по цинковому покрытию припоем ПОСК51. Удаление оксидной пленки с покрытия перёд пайкой осуществляют металлической щеткой, а пайку ведут с флюсом на основе глицерина, содержащего 20% эвтектики NaOH—ХОН.

Пайку алюминия с медью, никелем и сталью также проводят по предварительно нанесенному на поверхность алюминия слою никеля или меди. Лужение и пайку осуществляют оловянно — свщщовыми припоями и флюсами, рекомендованными для низко­температурной пайки чистых меди и никеля.

Высокотемпературная флюсовая пайка алюминия и его спла­вов может проводиться с применением газопламенного, печного и индукционного нагрева, а также путем погружения в расплав­ленную соль [34, 12].

При пайке горелками используют бензовоздушные и газовоз­душные смеси. Ацетилено-кислородное пламя непригодно, так как снижает активность флюсов. Для пайки крупногабаритных конструкций, требующих равномерного нагрева, используют печи.

Индукционный нагрев обеспечивает высокую скорость на­грева, например, при пайке тонкостенных (до 10 мм) телескопиче­ских соединений, но для изделий сложной конфигурации приме­няется ограниченно [3, 5, 6].

Пайка в солевых ваннах отличается высокой производитель­ностью. Расплавленная соль служит одновременно теплоносите­лем и флюсующей средой. Изделие перед погружением в солевой расплав предварительно подогревают в электропечах до темпе­ратуры на 30—50 °С ниже температуры солидуса припоя с келью предотвращения попадания воды в ванну, исключения коробления и ускорения нагрева изделия до температуры пайки. Соотношение массы паяемого изделия с приспособлением и массы солевого рас­плава берется равным от 1 : 15 до 1 : 30. Припои в этом случае должны быть заранее нанесены на одну из деталей в виде покры­тия или плакирующего слоя. При этом зазор не должен быть более 0,1 мм П.2);

В качестве флюсов при любом способе нагрева применяют смеси солей хлоридов щелочных и тяжелых металлов с добавками фторидов: например, для пайки горелкой и в печи применяют флюсы 34А, ФЗ, ВФЗХ и др. Для пайки в солевых расплавах ши­роко применяется флюс 16ВК. Пайку с указанными флюсами про­водят припоями на основе алюминия: СИЛ-1 и СИЛ-2 (9—12% Si), П575А (80% А1, 20% Zn), 34А (66% Al, 28% Си, 6% Si) и другими при температурах 590—620, 580—600 и 550—560 °С соответ­ственно. Если припой нанесен заранее, то зазор при флюсовой пайке должен быть не менее 0,15—0,25 мм.

Флюсовую пайку, например, пластинчато-ребристых тепло­обменников размерами до 850 x 850 x 3000 мм производят погруже­нием во флюсовую ванну. Теплообменник изготовляют из сплава АМд. На проставочные листы методом плакирования наносят при­пой (силумин с 11,7% Si). Собранное в приспособлении изделие подогревают до температуры 400—560 °С, а затем погружают в расплав флюса 16ВК, нагретого до 620 °С, и выдерживают

Флюсовую пайку теплообменников осуществляют и в электро­печах. Изделия также собирают в приспособлении, наносят припой и флюс. Например, при пайке трубчатых теплообменников из сплава АМд припой (силумин 9—32% Si) наносят на трубные доски методом плакирования, а трубки, с целью улучшения их смачивания, покрывают слоем меди (3—5 мкм). Спиртовой или водный раствор флюса 34А (1,5 : 1) наносят на изделие кистью или погружением.

Пайку проводят при температуре 580—590 °С и выдержке

3— 5 мин. После флюсовой пайки с изделия удаляют остатки флюса промывкой в горячей и холодной воде, предел прочности соеди­нений на срез 80—100 МПа.

Бесфлюсовую пайку алюминиевых радиаторов размером 600 х X 400×150 мм проводят припоями системы алюминий—кремний в вакууме 10“а—Ю

8 Па в парах магния при температуре 610 °С. Пайку можно проводить и в инертных газовых средах: аргоне, азоте, гелии. Перед пайкой газы обязательно очищают от паров воды и кислорода до содержания, соответствующего вакууму 10″®—10″8 Па.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector