Пайка алюминия в домашних условиях

Информация о технике пайки алюминия

Способность металла создавать на своей поверхности прочную оксидную пленку является основной проблемой при производстве пайки. Ее невозможно удалить механическим путем с помощью зачистки, так как процесс образования новой пленки занимает по времени менее секунды. Такое препятствие не позволяет произвести лужение поверхности, потому что является тугоплавким, а основной материал (алюминий) обладает температурой плавления в 660(сплавы еще меньше).

Чтобы решить возникшую задачу, необходимо применение специальных флюсов и припоев. Может понадобиться дополнительное нагревание поверхности на газовой плите или посредством паяльной лампы.

Пайка алюминия своими руками может производиться с помощью обычного паяльника мощностью 100 и более Ватт либо газовой горелки. Второй вариант используется при обработке больших площадей и длинных стыков. Но нельзя допустить перегрева основной детали, потому что она может расплавиться или получить деформацию (изменение геометрии).

Работа паяльником

Для того чтобы запаять алюминий паяльником, существует несколько способов, суть которых заключается в том, чтобы производить очистку сразу под слоем флюса при непосредственном контакте с расплавленным припоем.

Первый способ заключается в том, что алюминиевые проводники, перед тем как припаивать, зачищают горячим облуженным паяльником, используя смесь канифоли и стальных опилок.

Опилки оказывают абразивное действие, канифоль удаляет все примеси и сразу же очищенные участки покрываются припоем, который должен быть на жале паяльника.

Второй способ предполагает зачистку алюминиевого провода об наждачную бумагу средней зернистости непосредственно под воздействием горячего паяльника с припоем и флюсом.

Как лучше соединить алюминиевые провода между собой

Когда требуется соединить между собой 2 разных участка провода, то необходимо кроме качественного контакта, получить достаточную прочность участка, где эти провода соединяются между собой.

Если принимать во внимание нормативные документы, которые действуют на территории нашей страны, то соединять алюминиевые провода между собой допустимо с помощью различных способов:

1. Сварка.
2. Опрессовка.
3. Спаивание.
4. Соединение при помощи клемм.

Несмотря на то, что все эти способы соединения, указанные в нормативных документах, представлены в качестве универсальных, далеко не каждый из них окажется подходящим при работе с алюминиевыми проводами.

Прежде всего, это связано с особенностями такого материала, как алюминий, в частности, с его техническими характеристиками. Как известно из школьного курса химии, на поверхности алюминия всегда находится оксидная пленка, образованная вследствие прямого контакта с кислородом воздуха.

Она не способна проводить через себя электрический ток. Помимо этого, у оксидной пленки довольно высокая температура плавления – в районе 2000 градусов. Этот показатель значительно выше по сравнению с температурой плавления самого алюминия.

Если же снимать эту пленку механическим способом, то она очень быстро снова возникнет. Стоит отметить, что наличие данной пленки при паянии алюминия очень сильно мешает процессу соединения алюминиевой жилы с припоем. Также, она способна вызвать затруднения при сварке проводов, потому что вследствие ее наличия возникают различные включения, из-за которых сильно снижается качество контакта.

К дополнительным характеристикам такого материала, как алюминий, относится повышенная хрупкость и текучесть. В связи с этим, при соединении проводов из алюминия следует заранее позаботиться, чтобы они были расположены так, чтобы полностью исключалась возможность механического воздействия на данный участок.

Скрутка

Алюминиевые провода зачастую соединяют между собой при помощи скрутки. Это наиболее простой, но и самый опасный метод соединения проводов между собой.

Последовательность действий при использовании данной технологии будет следующий:

1. Сначала, с проводов снимают изоляцию приблизительно по 4-5 см с каждой стороны. Удобнее всего здесь применять специальный инструмент, предназначенный именно для этой цели.
2. Теперь контакты следует обезжирить. Для этого их придется протереть тряпкой, предварительно смоченной в ацетоне.
3. Наждачной бумагой удаляют оксидную пленку с поверхности металла, то есть зачищают его до получения металлического блеска.
4. Провода скрещивают друг с другом, после чего одна из жил максимально плотно накручивается на другую при помощи пассатижей.
5. Второй провод таким же способом накручивается на первый.
6. Скрутку теперь следует заизолировать при помощи изоляционной ленты. Профессиональные электрики также рекомендуют воспользоваться специальной термоусадочной трубкой или кембриком. С его помощью можно качественно предохранить оголенную область от негативного воздействия внешней среды.

В принципе, технология довольно-таки простая. Надо лишь помнить о том, что жилы требуется оголять минимум на 4-5 см, а скрутку производить не вручную, а только при помощи пассатижей, чтобы провода прилегали к другу максимально близко.

Если этого не сделать, то в результате получится неплотный контакт, из-за чего участок может сильно нагреваться. В свою очередь, такой эффект вызывает короткое замыкание, а в некоторых случаях даже пожар.

Резьбовое соединение

Данный тип соединения может быть весьма надежным, если его правильно выполнить. Стоит отметить, что алюминий обладает наибольшим линейным расширением, в связи с чем между соединенными проводами с течением времени возникает зазор, ухудшающий их контакт между собой. Чтобы не допустить короткого замыкания, нужно время от времени подкручивать эти винты.

Для избавления от этой необходимости, устанавливают специальные шайбы с разрезами или гроверами. Они выбирают образующиеся зазоры и в несколько раз увеличивают надежность соединения.

Как удалить оксидную пленку?

Это самая сложная задача, с которой сталкиваются в процессе проведения работ. Рассмотрим проверенные способы удаления оксида с поверхности.

Осаждать медь или цинк?

Схема осаждения меди.

Для выполнения осаждения понадобится аккумуляторная батарея небольшой мощности. На зону соединения наносят медный купорос в чистом виде. Провод от минуса крепят к заготовке с помощью крокодиловых зажимов. К плюсу подключают медную или цинковую проволоку. После погружения проволоки в раствор, анодный металл начинает осаживаться на детали. После этого можно приступать к пайке.

Использовать трансформаторное масло

Метод заключается в подготовке зоны соединения под слоем масла. Лучше всего себя зарекомендовала смазка для трансформатора, однако при его отсутствии можно использовать любую автомобильную синтетику с низкой вязкостью.

Перед употреблением масло необходимо нагреть до 150-200 Сº. Такая температура удалит остатки воды из смеси. После этого смазку наносят на место соединения и приступают к удалению пленки из оксида. Для этого в масло добавляют абразивный материал и очищают налуженным паяльником зону соединения.

Подготовка к работе

Определение сплава изделия

Нужно определить сплав спаиваемых деталей, насколько это возможно, алюминий ли это вообще или нет. Многие алюминиевые предметы и детали в домашнем хозяйстве являются алюминиевыми сплавами. Многие сплавы можно успешно спаивать в домашних условия, используя домашние тиски и паяльник. Но некоторые сплавы — только на промышленной сварочной установке. Состав алюминиевой детали можно предположить исходя из твёрдости материала. Чем мягче кажется материал при обработке, тем большее количество чистого алюминия он содержит. Это условие успешных и качественных паек.

Выбор припоя

1. Если вы спаиваете алюминий с другими металлами, например, алюминиевый и медный провода, то эта пайка требует особый подход. Часто в таких случаях сам алюминиевый провод, небольшой его участок покрывают слоем меди. Потом лудят обычным припоем и спаивают провода.
2. Для паек необходим низкотемпературный припой. Так как температура плавления алюминия составляет 660 ºC, и он обладает хорошей теплопроводностью, то необходимое условие для успешных паек паяльником — необходимость достаточно легкоплавкого припоя, содержащего олово, а значит, быстрое плавление припоя. Во многих случаях вполне подходит припой ПОС-50. Также возможно использовать припой ПОС-61.
3. Можно приобрести специальные припои для паек алюминия. Это сплавы алюминия с кремнием и цинком. Они бывают разными, в зависимости от того, что вы будете соединять — алюминий с алюминием или алюминий с медью и другими материалами. Необходимо внимательно прочитать этикетку на упаковке.

Выбор флюса

Необходимо выбрать подходящий флюс для паек алюминия. Алюминий можно паять разными способами. В связи с тем, что основной проблемой при пайке и сварке алюминия является удаление оксидной плёнки с поверхностей соединяемых деталей, то при разных способах паек применяется различный флюс. В домашних условиях применяют обычную канифоль или щелочное масло. Также используют насыщенный раствор медного купороса. Кроме того, часто применяют обычное минеральное масло для швейных машин, которое можно купить в хозяйственном магазине. Оно наносится прямо на алюминий.

Выбор инструмента

• Нужно правильно выбрать источник тепла. Для мелких деталей вполне подойдёт паяльник с рабочей мощностью до 150 ватт, но для массивных деталей, например, радиатора автомобиля, необходима низкотемпературная газовая горелка. Её рабочая температура 315–425°C . Она может обеспечить хороший прогрев мест паек изделия и быстрое плавление припоя.
• Купите или соберите дополнительные приспособления. Когда вы будете соединять алюминий, вам будет необходим какой-то зажим или тиски. Кроме того, необходимо после завершения паек промыть спаянные поверхности в воде или в моющем средстве для удаления остатков кислотных или масляных флюсов. Если использовался флюс на основе смолы, то нужно промыть алюминий с помощью ацетона. Соответственно, для этого нужна какая-то ёмкость или ванна.
• Позаботьтесь о своей безопасности. Создайте комфортную рабочую зону. Обязательно приобретите респираторную маску для защиты от токсичных паров. Работайте только в хорошо проветриваемом помещении. При использовании жидких, а особенно кислотных флюсов, применяйте маску или защитные очки. При использовании газовой горелки алюминий может расплавиться, поэтому при работе нужно применять хлопчатобумажную спецодежду и сапоги.

Особенности процесса

Ключевые проблемы пропайки алюминия традиционными припоями и флюсами связаны с:

• образованием оксидной пленки, обладающей высокой температурой плавления и хорошей химической стойкостью, предотвращающей взаимодействие с оловянными или свинцовыми припоями;
• низкой температурой плавления чистого металла, затрудняющей качественный пропай.

Для проведения пропая алюминиевых деталей специалисты должны очистить поверхность материала от оксидной пленки либо применить специализированные агрессивные припои и флюсы.

Температура плавления алюминиевых изделий для пайки.

Основные правила пайки алюминия в домашних условиях при отсутствии цинкового или алюминиевого припоя включают следующие пункты:

1. Предварительную зачистку поверхности. Место, на котором необходимо выполнить паяльные работы следует внимательно очистить от краски, грязи и частичек других металлов.
2. Шлифовку. Для лучшей адгезии между припоем и алюминием следует отшлифовать место предполагаемого соединения.
3. Нельзя делать большой перерыв между очисткой алюминия и непосредственным нанесением флюса. Из-за высокой скорость образования оксида на поверхности, процесс очистки для алюминия может потребоваться повторно.
4. Правильный выбор устройства, для прогрева места пайки. Для этой работы идеально подойдет электропаяльники с регулируемой температурой жала.
5. Контроль за температурой места соединения. Ввиду хорошей теплопроводности металла, температура будет быстро растекаться по всей площади изделия, а потому пропаиваемый участок будет стремительно остывать.
6. Обязательным условием успешной пайки алюминия является залуживание места предполагаемого контакта. Если вовремя нанести на очищенный участок алюминия каплю припоя, оксидная пленка не сможет образоваться.

Существует несколько секретов, которые можно использовать для пайки алюминия без специализированного припоя:

1. Разрушение оксидной пленки путем интенсивного трения места соединения кирпичом. После того, как с камня облупится некоторое количество пыли следует набрать на жало паяльника необходимое количество канифоли или флюса и залить место пайки. После этого следует сделать сильные нажимистые движения плоским срезом паяльника, по месту планируемого пропая. Путем такого нехитрого действия кирпичная пыль разрушит тонкую оксидную пленку, а имеющийся на паяльнике припой залудить очищенный металл.
2. Разрушение оксидной пленки при помощи частичек железа. Для этого следует сточить толстый гвоздь напильником, нанести на место пайки большое количество жидкой канифоли или флюса, а затем насыпать металлические опилки. После того, как средство для пайки затвердеет следует набрать на жало паяльника припой и сильно вдавить его в место пайки.
3. Использование трансформаторного масла. Для осуществления данного способа следует снять верхний слой детали наждачной бумагой, а затем на очищенное место вылить масло. После этого можно втереть разогретый припой и получить хорошую адгезию между оловом и алюминием.

Это интересно: Пайка латуни газовой горелкой и паяльником — технология, припои, флюсы

Другие методы соединения меди и алюминия

Для соединения разнородных проводов, в данном случае, это медь и алюминий, существуют и другие методы, которые вполне себя оправдывают, что подтверждает многолетняя практика.

Метод опрессовки

При прокладке и монтаже электропроводки, появляется необходимость неразъёмного соединения медных и алюминиевых проводов опрессовкой с помощью гильзИсточник samelectrik.ru

Метод пайки для соединения алюминиевых и медных проводов подходит далеко не всегда, и причины могут быть разными. Во-первых, у вас просто может не оказаться флюса, а соединение нужно сделать срочно. Во-вторых, может не оказаться возможности подключения к ≈220 V, в-третьих, может отсутствовать свободное пространство, чтобы подобраться паяльником. Например, в электрической распределительной коробке (дозе) все скрутки должны быть хорошо изолированы, но привычная всем тряпичная лента в данном случае не подходит, так как она пропускает кислород, который будет способствовать окислению алюминия и, как следствие, перегоранию скрутки. Поэтому одним из самых оптимальных вариантов изоляции в таких ситуациях будет гильза – фрагмент нужной длины, отрезанный от термоусадочной трубки.

Термоусадку на скрутку надевают так, чтобы она хотя бы по сантиметру захватывала изоляцию на одном и на другом проводе. Сначала гильзу надевают на один из проводов, затем делают плотную скрутку, передвигают термичку так, чтобы она получилась по центру, но при этом с двух сторон захватывала изоляцию. После этого остается только подогреть термоусадочную трубку, и она обожмет как изоляцию по двум сторонам, так и саму скрутку. Нагревают ее, как правило, обыкновенной горящей спичкой, а остывает гильза за 1-2 минуты. После этого доступ кислорода к соединению прекращается.

Клеммные колодки

Один из самых распространенных способов соединения проводов — это клеммные колодкиИсточник elektroznatok.ru

Клеммные колодки или, как их называют электрики, клеммники, используются для соединения однородных и разнородных токопроводящих жил металлов. Для стыковки в пластиковой колодке используются болтовые или зажимные клеммы, которые обеспечивают стопроцентный контакт и полное отсутствие влияния окисления алюминия на медь. Между клеммами находится шунтирующая пластина из нейтрального металла (обычно, это луженая медь или латунь), на которую не влияет оксидная пленка. Самое основное в клеммной колодке – это хороший зажим обоих проводов, что является гарантией длительного эксплуатационного ресурса. Единственное противопоказание для такого соединения – это повышенная влажность воздуха. Если это происходит именно в таком помещении, то лучше использовать термоусадку.

Болтовое соединение

Иногда возникает необходимость соединения двух разных по химическому составу элементов электрических цепейИсточник samelectrik.ru

В правилах устройства электроустановок (ПУЭ) говорится о том, что обычные скрутки из двух разных по химическому составу элементов электрических цепей запрещены. Такие соединения можно производить только при помощи пайки либо других способов, указанных выше – при помощи клеммных колодок, термоусадочной трубки или болтового соединения. Последний вариант чрезвычайно прост: для этого нужен болт, одна гайка и три шайбы, как это показано на верхней фотографии. Но у этого метода есть серьезный недостаток – он подходит только для воздушных линий, так как на таком соединении отсутствует какая-либо изоляция. Безусловно, как вариант, такую конструкцию с маленьким болтом можно собрать в распределительной коробке (дозе) и обезопасить тряпичной изолентой, но это, скорее, исключение, нежели правило.

Пайка алюминия с медью припоем castolin.

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.

«Aluminium-13» производства компании Chemet

Предварительная обработка

Сложность при пайке заключается в том, что сам алюминий является очень легкоплавким материалом (660 ℃) и при неосторожном нагреве он может расплавиться. Еще одним фактором, затрудняющим пайку алюминиевых проводов, является быстрое окисление на воздухе

Еще одним фактором, затрудняющим пайку алюминиевых проводов, является быстрое окисление на воздухе.

Окисная пленка на поверхности материала надежно защищает алюминий от воздействия всевозможных внешних факторов, но она же препятствует адгезии припоя с материалом, и ее нужно обязательно удалять.

Механически снять пленку оксида в обычных условиях практически невозможно. Материал моментально окисляется и покрывается новой пленкой. Можно механически удалить окисную пленку под слоем масла.

Но масло перед этим нужно прокалить до 200 ℃, чтобы удалить из него активный кислород, который может там присутствовать. Этот способ очень неудобен в домашних условиях и трудоемок.

Поэтому концы алюминиевых проводников необходимо облудить перед пайкой. Использование канифоли или большинства других флюсов не даст результата из-за высокой химической стойкости оксидной пленки. Она не растворяется даже органическими кислотами.

Чтобы облудить провода, необходимо использовать одновременно специальный флюс и механический способ.

Конечно же, делать это надо до того, как провода скручены, иначе механически очистить всю поверхность провода не удастся. Только облуженные концы можно скрутить друг с другом и спаять.

Нагрев алюминиевого изделия

Метод прогрева алюминиевых деталей подбирается индивидуально. Изделия сравнительно небольших размеров можно прогреть при помощи электрического паяльника и залудить припоем и флюсом для пайки меди. Для более массивных деталей имеет смысл использовать другой способ пайки алюминия с применением газовой горелки или паяльной лампы.

Таблица марок припоев для пайки алюминия.

При прогреве детали следует:

1. Контролировать температуру нагреваемого изделия.
   Узнать текущую температуру поверхности детали можно, прикоснувшись к ней прутком припоя. Когда проволока припоя алюминия начинает плавиться следует уменьшить нагрев и приступать к непосредственной пайке с применением активного флюса.
2. Следить за пламенем горелки.
   Струя горелки содержит смесь природного газа и кислорода, а потому должна быть ярко-синего цвета. Правильный состав пламени горелки позволяет алюминиевой детали меньше окисляться и не перегреваться.

Ключевые преимущества прогрева массивных алюминиевых изделий газовой горелкой представлены:

1. Низкой стоимость оборудования. Газовая горелка потребляет небольшое количество топлива и продается в любом строительном магазине.
2. Отсутствие неравномерного прогрева и напряжений внутри изделия.
   Детали, прогретые газовой горелкой, имеют ровный шов и не меняют геометрию из-за перегрева.
3. Легкий контроль рабочих температур.
   При слишком сильном нагреве металла следует уменьшить интенсивность пламени горелки.
4. Возможность проведения паяльных работ в домашних условиях.
   При прогреве металла горелкой нет едкого запаха, отсутствует ультрафиолетовое облучение кожи и не летят искры.

Как удалить оксидную пленку?

Оксидная пленка алюминия удаляется двумя способами: механическим и химическим. Оба способа удаляют оксид алюминия в безвоздушной среде, то есть без доступа кислорода. Начнем с самого сложного, но самого правильного и надежного метода удаления — химического.

Осаждать медь или цинк

Химический метод пайки основан на предварительном осаждении меди или цинка на алюминий путем электролиза.  Для этого на нужное место наносят концентрированный раствор медного купороса и в свободном месте подключают минус аккумуляторной батареи или лабораторного источника питания. Затем берут кусок медной (цинковой) проволоки, подключают на него плюс и погружают в раствор.

Благодаря процессу электролиза медь (цинк) осаждается на алюминий и на молекулярном уровне прилипает к нему. Затем поверх меди осуществляется пайка алюминия. Правда непонятно как все это проходит через оксидный барьер. Думаю, что в этой инструкции пропущен этап царапания алюминия под пленкой медного купороса или другого химического воздействия. Хотя практика из видеоролика ниже показывает, что можно и не царапать.

стандартными флюсами

Использовать масло без воды

Второй по сложности метод заключается в удалении оксида алюминия . При этом масло должно содержать минимум воды — подойдет трансформаторное или синтетическое масло. Можно подержать масло при температуре 150 — 200 градусов несколько минут, чтобы из него испарилась вода и оно не брызгало при нагреве.

Под масляной пленкой также нужно заняться удалением окисла. Можно потереть наждачкой, поцарапать скальпелем или использовать зазубренное жало. Когда мне нужно было запаять радиатор охлаждения двигателя, я вычитал способ со стружкой. Берем гвоздь, пилим его напильником, чтобы получить стальную стружку.

Далее на место пайки наносим масло и сыпем стружку. Паяльником с широким жалом пытаемся потереть место пайки, так чтобы между жалом и алюминием была стружка. В случае с массивным радиатором, я дополнительно грел место лужения .

Затем берем припой на жало каплей, погружаем в масло на место пайки и опять растираем. Для лучшего лужения можно добавить канифоли или другой флюс. Происходит так называемая наплавка под слоем флюса. В видеоролике хорошо показана пайка алюминия с маслом.

Паять активным флюсом

Существуют отдельно разработанные активные флюсы для пайки алюминия. Обычно в них входят кислоты (ортофосфорная, ацетилсалициловая кислота) и соли (натриевая соль борной кислоты). Строго говоря, канифоль тоже состоит из органических кислот, но на практике она дает слабый результат на алюминии.

В силу своей активности, кислотные флюсы обязательно нужно смывать после пайки. После первой смывки можно дополнительно нейтрализовать кислоту щелочью (раствором соды) и смыть второй раз.

Активные флюсы дают хороший и быстрый результат, однако пары этого флюса вдыхать прямо запрещается. Пары раздражают слизистые, повреждают их или могут попасть в кровь через дыхательные пути.