Пайка алюминиевых соединений

Типы паяных соединений

Чтобы обеспечить эффективное проникновение припоя в шов, между соединяемыми металлами должен быть подходящий зазор. Это означает, что в почти во всех случаях необходимо гарантировать жесткие геометрические допуски как для отдельных изделий из двух элементов, так и для сложных многоэлементных конструкций.

При пайке алюминия применяют два основных типа соединений (рисунок 1):

• стыковые соединения  и
• соединения внахлест.

Все другие типы соединений являются модификациями этих двух основных типов.

Рисунок 1 – Конструкция паяных соединений [1]

Нахлесточное соединение имеет повышенную прочность за счет дополнительной паяной площади и толщины соединяемых элементов. Их легко выполнять и они требуют минимальную фиксацию перед пайкой или вообще обходятся без нее.

Стыковые соединения являются не такими прочными, как нахлесточные соединения. Поэтому всегда принимают во внимание, что паянное стыковое соединение всегда будет слабее, чем основной металл.

На практике обычно применяют комбинации этих двух типов паяных соединений (см. ниже рисунок 2).

Стыковые соединения

В стыковом соединении торцы обоих металлических элементов состыковывают напротив друг друга. Припой между торцами элементов или наносят заранее, или помещают сверху стыка уже после того, как оба элемента соединены вместе. В процессе пайки припой плавится и затекает в зазор между элементами за счет явления капиллярности.

Стыковые соединения обычно применяют там, где прочностные требования не являются критическими или когда применение нахлесточного соединения невозможно, например, из-за ограничений по толщине.

Главная слабость стыкового соединения заключается в малой площади пайки. Поэтому очень важно, чтобы торцы стыков были прямоугольные и параллельные. Скругленные торцы могут значительно снижать эффективную площадь пайки (см. рисунок 1).

Нахлесточные соединения

В нахлесточных соединениях два металлических элемента, которые подвергаются пайке, просто накладываются один на другой. Прочность паяного нахлесточного соедиенения зависит от размера нахлеста и толщины самого паяного соединения. Приемлемый размер нахлеста составляет три толщины самого тонкого из соединяемых компонентов. Более широкий нахлест не дает прироста прочности паяного соединения, а слишком малый нахлест может приводить к повреждению самого паяного шва, а не основного металла. Для хорошей прочности нахлесточного паянного соединения соединяемые поверхности должны быть достаточно близкими друг к другу и параллельными (см. рисунок 2).

Общие требования к паяным соединениям

Паяные соединения алюминия и алюминиевых сплавов – твердые и мягкие – должны отвечать определенным требованиям [2]:

• В первую очередь, конструкция паяного соединения – конструкция шва – должна  позволять свободное нанесение флюса на соединяемые поверхности непосредственно перед пайкой.
• Кроме того, необходимо предусмотреть, чтобы флюс при пайке замещался припоем, так как остающийся в стыке флюс является потенциальным источником коррозии.
• Конструкция стыка для пайки должна также позволять удаление газа и полное проникновение припоя по всему шву.

Типичные конструкции паяных соединений

Типичные конструкции паяных швов для алюминия и алюминиевых сплавов представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Типичные конструкции паяных швов (твердых и мягких)
для алюминия и алюминиевых сплавов [2]

При конструировании паяных швов с применением флюсов особое внимание уделяют путям подачи флюса в соединение и путям его удаления из него. Например, швы внахлест, для которых требуется течение припоя на большое расстояние, конструируют так, чтобы это течение происходило только в одном направлении. В противном случае, если припой течет с обоих краев, происходит захват флюса внутрь шва.

Требования к конструкции паяного шва

Хорошая конструкция паяного соединения должна принимать во внимание следующее [2]:

• Площадь контакта припоя должна быть достаточной для обеспечения необходимой прочности, герметичности и хорошей термической и электрической проводимости.
• Между соединяемыми поверхностями должен быть обеспечен достаточный зазор для протекания флюса и припоя.
• Способ наложения припоя должен быть таким, чтобы он был хорошо виден и доступен для ручной корректировки.
• Возможность удаления продуктов реакции флюса и его остатков с поверхности соединения.
• Минимум доступа для коррозионного воздействия.
• Если это нужно, то форма стыка должна быть подходящей для последующего защитного покрытия.

Зазоры в паяных соединениях

При пайке алюминия в основном применяют стыки двух типов – нахлесточные и тавровые. Чисто стыковые соединения применяют редко.

При пайке внахлест мягкими припоями рекомендуют величину зазоров от 0,13 до 0,40 мм, а для твердых припоев – от 0,05 до 01,25 мм. Эти данные применяют для нахлестов не более 6-7 мм. Для более широких нахлестов требуются более широкие зазоры – до 0,65 мм – с тем, чтобы обеспечить затекание припоя во внутренние области соединения.

Источники:

1. EEA Aluminium Automotive Manual –  Joining – 6. Brazing, EEA, 2015
2. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996