Пайка алюминия 

Низкотемпературная пайка алюминия

Пайка алюминия: твердая и мягкая

Для алюминия и алюминиевых сплавов применяют различные способы пайки. Пайка бывает:

По-английски:

  • brazing и
  • soldering, соответственно.
  • К твердым относят припои с высокой температурой плавления (ликвидус выше 450 °С).
  • Мягкие припои плавятся ниже температуры 450 °С.


Рисунок – Ремонт алюминиевой трубы путем пайки мягким припоем  [2]

Мягкие припои для алюминия

Поскольку пайка мягкими припоями проводится при температуре ниже 450 °С, то, естественно, в этом случае не применяются твердые припои – припои на основе алюминия. Ранее большинство мягких припоев для пайки алюминия содержали  цинк, олово, кадмий и свинец. В настоящее время кадмий и свинец признаны вредными для людей и окружающей среды. Поэтому современные мягкий припой для пайки алюминия – это сплавы на основе олова и цинка.

Оловянно-цинковые сплавы

Для пайки алюминия к алюминию и алюминия к меди специально разработаны оловянно-цинковые сплавы:

  • 91 % олова / 9 % цинка – эвтектический сплав с точкой плавления 199 °С
  • 85 % Sn / 15 % Zn – интервал плавления от 199 до 260 °С
  • 80 % Sn / 20 % Zn – интервал плавления от 199 до 288 °С
  • 70 % Sn / 30 % Zn – интервал плавления от 199 до 316 °С
  • 60 % Sn / 40 % Zn – интервал плавления от 199 до 343 °С

Эвтектические и не эвтектические припои

Эвтектические припои широко применяют для печной пайки и других автоматических систем пайки алюминия. Это позволяет минимизировать применяемый нагрев для тонкостенных изделий путем быстрого плавления и затвердевания при температуре 199 °С.

Интервал затвердевания припоя, когда он находится в полужидком-полутвердом состоянии, позволяет выполнять над изделиями дополнительные операции, пока припой полностью не затвердел.

Повышенное содержание цинка способствует лучшему смачиванию припоя, но с увеличением содержания цинка температура полного затвердевания припоя (ликвидус) значительно возрастает.

Особенности мягкой пайки

Пайка мягкими припоями алюминия отличается от аналогичной пайки других металлов. Оксидная пленка на алюминии – плотная и огнеупорная – требует активных флюсов, которые разработаны специально для алюминия. Температура пайки также должна контролироваться более жестко.

Для алюминия сопротивление коррозии значительно больше зависит от состава припоя, чем для меди, латуни и железных сплавов. Все паяные мягкими припоями швы имеют более низкую коррозионную стойкость, чем швы после твердой пайки или сварки.

Высокая теплопроводность алюминия требует быстрого нагрева, чтобы обеспечить нужную температуру в шве.

Пайка деформируемых алюминиевых сплавов

Практически все алюминиевые сплавы так или иначе могут быть подвергнуты пайке мягкими припоями. Однако их химический состав сильно влияет на легкость пайки, тип припоя, применяемый метод пайки и способность паяного изделия выдерживать различные нагрузки в эксплуатации.

Относительная способность к низкотемпературной пайке – пайке мягкими припоями – основных деформируемых алюминиевых сплавов выглядит следующим образом:

  • отлично паяются: 1100 (АД), 1200 (АД), 1235 (≈АД1), 1350 (АД0Е), 3003 (АМц):
  • хорошо паяются: 3004 (Д12), 5357, 6061 (АД33), 6101, 7072, 8112;
  • средне паяются: 2011, 2014, 2017 (Д1), 2117 (Д18), 2018, 2024 (Д16), 5050, 7005 (1915);
  • плохо паяются: 5052 (АМг2,5), 5056 (≈АМг5), 5083 (АМг4,5), 5086 (АМг4), 5154 (≈АМг3), 7075 (≈В95).

Сплавы, которые содержат более 1 % магния, нельзя удовлетворительно паять с применением органического флюса, а сплавы с более чем 2,5 % магния – с активными флюсами. Сплавы, которые содержат более 5 % магния, нельзя паять ни с каким флюсом.

При пайке алюминиевых сплавов, содержащих более 0,5 % магния,  расплавленные оловянные припои проникают между зернами металла. Цинк также способен проникать по границам зерен между зернами алюминиево-магниевых сплавов, но уже при содержании магния более 0,7 %. Это межзеренное проникновение усугубляется наличием напряжений, внешних или внутренних.

Алюминиевые сплавы, легированные магнием и кремнием, менее подвержены межзеренному проникновению, чем бинарные алюминиево-магниевые сплавы.

Алюминиевые сплавы, содержащие медь или цинк в качестве основных легирующих элементов, обычно также содержат достаточное количество других элементов. Большинство этих сплавов подвержены межзеренному проникновению припоя и их обычно не паяют.

Термически упрочненные сплавы обычно имеют более толстую оксидную пленку чем та, которая возникает естественным образом. Эта пленка затрудняет пайку мягкими припоями. Для таких сплавов обычно перед пайкой применяют химическую подготовку поверхности.

Пайка литейных алюминиевых сплавов

Большинство литейных алюминиевых сплавов имеют высокое содержание легирующих элементов, что увеличивает вероятность того, что эти элементы будут растворяться в припое, а припой будет проникать по границам зерен. Поэтому литейные алюминиевые сплавов мягкими припоями паяются плохо.

Кроме того, характерные для литейных сплавов шероховатость поверхности, мельчайшие полости или пористость способствуют удержанию флюсов и делают удаление флюсов после пайки очень трудным.

Три литейных алюминиевых сплава 443.0, 443.2 и 356 относительно хорошо и легко паяются мягкими припоями. Несколько хуже, но еще приемлемо паяются сплавы 213.0, 710.0 и 711.0.

Источники:

  1. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996
  2. EEA Aluminium Automotive manual – Joining – Brazing, EEA, 2015