Пайка алюминия 

Твердая пайка алюминиевых сплавов

 

Алюминий и алюминиевые сплавы можно соединять большим разнообразием процессов пайки. Разделяют высокотемпературную пайку или пайку твердыми припоями и низкотемпературную пайку или пайку мягкими припоями. В английском языке для этих видов пайки применяют различные термины – brazing и soldering соответственно.

К твердым относят припои с температурой плавления ликвидус, то есть окончания плавления, выше 450 °С, а также ниже температуры солидус, то есть начала плавления, основного металла. Пайка мягкими припоями отличается от пайки твердыми припоями точкой плавления припоя – мягкие припои плавятся ниже температуры 450 °С.

Различия твердой пайки и сварки

  • Тведая пайка отличается от сварки тем, что при ней не происходит существенного подплавления основного металла.
  • Температура твердой пайки находится между температурами сварки и мягкой пайки.
  • Кроме того, паяные твердыми припоями алюминиевые конструкции обычно находятся между сварными и паяными мягкими припоями также и по прочности, и сопротивлению коррозии.

Флюсы, температуры ликвидуса и солидуса

Пайка алюминиевых сплавов твердыми припоями стала возможной благодаря разработке:

  • флюсов, которые разрушают оксидную пленку, не повреждая при этом нижележащий металл и
  • припоев, которые также являются алюминиевыми сплавами.

(См. также Флюсы для плавления алюминия)

Припои на основе алюминия, применяемые для пайки алюминиевых сплавов, имеют температуры ликвидуса намного более близкие к температуре солидуса основного металла, чем при пайке большинства других металлов [1].

  • По этой причине припайке твердыми припоями необходим жесткий контроль температуры.
  • Температура пайки должна быть примерно на 40 °С ниже температуры солидуса основного металла.
  • В отдельных случаях при точном контроле температуры и коротком цикле пайки, эта разница может даже 5 °С.
  • Большинство алюминиевых сплавов паяют твердыми припоями при температурах от 560 до 615 °С.

Алюминиевые сплавы для твердой пайки

Термически неупрочняемыми деформируемыми сплавами, которые паяются лучше всех, являются:

  • сплавы серии 1ххх и 3ххх, а также
  • сплавы серии 5ххх с низким содержанием магния, сплавы с более высоким содержанием магния паяются труднее.

Обычно хорошо паяются термически упрочняемые сплавы серии 6ххх, например, 6063 и 6061. Алюминиевые сплавы серий 2ххх и 7ххх имеют низкие температуры плавления и поэтому их трудно паять, за исключением таких относительно низколегированных сплавов как 7004 и 7005 (таблицы 1 и 2).

Из литейных алюминиевых сплавов хорошо паяются сплавы 356.0, 357.0, 359.0, 443.0, 710.0, 711.0 и 712.0.

Пайка алюминия твердыми припоями обычно ограничена толщиной изделий не более 0,4 мм. Однако при пайке погружением и вакуумной  пайке без флюса толщина изделия может такой малой как 0,13 мм.

Таблица 1 – Melting ranges and brazeability of common base metal aluminium alloys [1]

Таблица 2 – Brazeability of aluminium alloys [2]

Промышленные твердые припои

Промышленные твердые припои для пайки алюминия и алюминиевых сплавов содержат от 7 до 12 % кремния. Пониженные точки плавления получают – при некоторой потере в коррозионной стойкости – путем добавок меди и цинка. Твердые припои относятся к алюминиевым деформируемым сплавам серии 4ххх.  Самыми известными из них являются сварочные сплавы 4343, 4047 и 4145.

Выбор твердого припоя

При пайке с применение горелки обычно применяют припой с температурой ликвидус как можно ниже от температуры солидус основного металла. Поскольку в этом случае температурный контроль затруднен, то большая разница температур плавления снизит вероятность случайного подплавления основного металла.

(См. Температура плавления алюминиевых сплавов)

Когда необходимо получить плотный паяный шов выбирают припой с коротким интервалом плавления – минимально разницей между температурой ликвидус и солидус. Например, сплав 4047 имеет интервал между температурами твердого и жидкого состояний всего 5,5 °С. Этот припой почти эвтектический и быстро превращается из жидкого в твердый и сильно сокращает время пайки, что часто очень благоприятно сказывается на качестве паяного шва. Такой припой особенно подходит для тонких паяных швов.

Источник:

  1. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996
  2. Brazing of Aluminum Alloys / Y. Sugiyama //  Encyclopedia of Aluminum and Its Alloys – Eds. G.E. Totten, M. Tiryakioğlu, and O. Kessler – 2019 – 171-182