При виборі припою слід керуватися такими принципами:
1) температура плавлення паяних деталей повинна бути вищою, ніж температура плавлення припою,
2) повинна забезпечуватися хороша змочуваність основного матеріалу,
3) значення коефіцієнтів температурного розширення основного матеріалу та припою також повинні бути близькими,
4) найменша токсичність припою,
5) припій не повинен погіршувати механічні властивості основного матеріалу та утворювати з ним гальванічну пару, що призводить до інтенсивної корозії в процесі експлуатації,
6) властивості припою повинні відповідати техніко-експлуатаційним вимогам, що пред'являються до конструкції в цілому (міцність, електропровідність, корозійностійкість, холодостійкість та ін.),
7) припої з обмеженим інтервалом кристалізації вимогливі до якості підготовки поверхонь до паяння та забезпечення точного капілярного зазору, при великих зазорах краще застосовувати композиційні припої,
8) для проведення вакуумного паяння і паяння в середовищі захисних газів найбільш підходящими є припої, що самофлюсуються, без вмісту цинку та інших металів з високою пружністю парів,
9) для паяння неметалевих деталей використовують припої з добавками елементів, що мають найбільшу хімічну спорідненість (для кераміки та скла – з цирконієм, гафнієм, індієм, титаном).
Припої класифікують за кількома ознаками:
1. За температурою плавлення:
а) низькотемпературні (Тпл до 450 град., на основі галію, індія, олова, вісмуту, цинку, свинцю та кадмію): особливо легкоплавкі (Тпл до 145 градусів), легкоплавкі (Тпл = 145. 450 град.);
б) високотемпературні (Тпл понад 450 град., на основі міді, алюмінію, нікелю, срібла, заліза, кобальту, титану): середньоплавкі (Тпл=450. 1100 град.), високоплавкі (Тпл=1100. 1850 град.), туго (Тпл понад 1850 град.).
2. За типом розплавлення: повністю та не повністю розплавлювані (композиційні, з твердого наповнювача та легкоплавкої частини).
3. За способом отримання припою – готові та утворені в процесі паяння (контактно-реактивна паяння). При контактно-реактивному паянні припій виходить в результаті розплавлення основного металу, прокладок (фольги), покриттів або витіснення металу з флюсу.
4. За основним хімічним елементом у складі припою (вміст більше 50%): індієві, галієві, олов'яні, магнієві, цинкові, алюмінієві, мідні, срібні, золоті, нікелеві, кобальтові, залізні, марганцеві, паладієві, титанові, ванадієві, змішані припої із двох елементів.
5. За способом утворення флюсу: флюсовані та самофлюсуючі, що містять літій, бір, калій, кремній, натрій. Флюс служить для видалення оксидів та захисту кромок від окиснення.
6. За технологією виготовлення припою: пресовані, тягнуті, штамповані, катані, литі, спечені, аморфні, подрібнені.
7. За видом припою: пруткові, дротяні, трубчасті, стрічкові, листові, композитні, порошкові, пастоподібні, таблетовані у вигляді заставних деталей.
Серед низькотемпературних припоїв найбільшого поширення набули олов'яно-свинцеві припої (Тпл = 183 град.).при вмісті олова (60%). Вміст олова може коливатися не більше 30. 60%, Тпл=145. 400 град., при більшому вмісті цього елемента температура плавлення знижується, збільшується рідина сплавів.
Так як сплав олова та свинцю схильний до розсипання і погано взаємодіє з металами при пайці, то до складу цих припоїв вводять легуючі добавки цинку, алюмінію, срібла, кадмію, сурми, міді.
З'єднання кадмію покращують властивості припоїв, проте мають підвищену токсичність. Припої з підвищеним вмістом цинку застосовують для паяння кольорових металів – міді, алюмінію, латуні та цинкових сплавів. Олов'яні припої мають теплостійкість до температури близько 100 град., свинцеві – до 200 град. Свинець також швидко корродує за умов тропічного клімату.
Найбільш легкоплавкими припоями є склади, що містять галій (Тпл = 29 град.). Олов'яно-галієвий припій має Тпл = 20 град.
Вісмутові припої мають Тпл = 46. 167 град. Такі припої під час твердіння збільшують свій обсяг.
Температура плавлення Індія – 155 град. Індійові припої використовують при паянні матеріалів з різними температурними коефіцієнтами розширення (наприклад, корозійностійка сталь з кварцовим склом), оскільки він має властивість високої пластичності. Індій має стійкість до окислення, корозійну стійкість до лугів, хорошу електро- і теплопровідність і змочуваність.
Серед високотемпературних припоїв найбільш легкоплавкими є склади на основі міді. Мідні припої знаходять застосування при паянні сталі та чавуну, нікелю та його сплавів, а також при вакуумному паянні. Мідно-фосфорні припої (зміст фосфору до 7%) застосовують для паяння міді як альтернатива срібним припоям.
Більш високою пластичністю мають мідні припої з добавками срібла та марганцю. З метою підвищення механічних властивостей вводять також добавки нікелю, цинку, кобальту, заліза, лужних металів, бору та кремнію.
Мідно-цинкові припої більш тугоплавкі (Тпл більше 900 град. при кількості цинку до 39%), застосовуються для паяння вуглецевих сталей та різнорідних матеріалів. Втрати цинку як випарів змінюють властивості припою і шкідливі здоров'ю, як і пари кадмію. Для зниження цього ефекту в припій вводять кремній.
Мідно-нікелеві припої підходять для паяння деталей з корозійностійких сталей. Нікелева складова підвищує Тпл. Для її зниження в припій вводять кремній, бор, марганець.
Срібні припої виготовляють як системи «мідь-срібло» (Тпл=600. 860 град.). Срібні припої містять у своєму складі добавки, що знижують Тпл (олово, кадмій, цинк) і підвищують міцність сполуки (марганець і нікель). Срібні припої є універсальними та застосовуються для паяння металів та неметалів.
При паянні жароміцних сталей застосовують нікелеві припої системи «нікель-марганець». Крім марганцю такі припої містять інші добавки, що підвищують жароміцність: цирконій, ніобій, гафній, вольфрам, кобальт, ванадій, кремній і бор.
Паяння алюмінію виробляють алюмінієвими припоями з додаванням міді, цинку, срібла та кремнію, що знижують Тпл. Останній елемент утворює з алюмінієм найбільш корозійностійку систему.
Паяння тугоплавких металів (молібден, ніобій, тантал, ванадій) здійснюють чистими або композиційними припоями з високою Тпл на основі цирконію, титану та ванадій. Пайку вольфраму виробляють складними припоями систем «титан-ванадій-ніобій», «титан-цирконій-ніобій» та іншими.
Властивості припоїв та їх хімсклад вказані у таблицях 1-6.
Припій для паяння Передмова
Паяння є своєрідним замінником зварювання, тому що пропонує більш легкий спосіб з'єднання металевих деталей, який нехай поступається якістю. Припій для паяння тут виступає як головний наплавний матеріал. Випускається безліч його різновидів, які знаходять застосування у всіх областях, де затребувана паяння. Даний розділ розповість про все різноманіття, яке є припої у всіх їх проявах, як вони застосовуються, в яких умовах їх краще використовувати, щоб досягти максимально високої якості з'єднання, а також, які марки зустрічаються.
Технологія застосування є одним із головних факторів, щоб паяння пройшла якісно, є правильна технологія проведення цього процесу. Для кожної марки припою, яка може застосовуватися для кількох сортів металу, ця технологія відрізнятиметься. Тут ви дізнаєтесь, як правильно підготувати метал перед спаюванням, як наносити припій та яка температура робочого інструменту для цього потрібна. Також важливі наступні дії, що стосуються остигання матеріалу та перевірки якості. Тут же висвітлюються питання щодо роботи з металами, що важко піддаються пайці.В даному випадку повніше розкриваються нюанси проведення робіт, щоб уникнути поширених помилок. Сюди входить алюміній нержавіюча сталь, сплави міді, через високу температуру плавлення та інші різновиди.
Тут можна зустріти інформацію про різні види втілення припою, який може постачатися у вигляді дроту, стрижнів, тонких листів тощо. Також можна дізнатися, як краще вибрати припій для тієї чи іншої ситуації, якій марці віддати перевагу серед кількох схожих. Важливим моментом є підбір флюсу, який зможе покращити властивості спаювання і зробити кріплення більш надійним, навіть якщо йдеться про погано спаювані метали. Зі змісту статей можна отримати інформацію про закордонні аналоги, які зараз стають все більш поширеними на ринку, чи варто їх використовувати за умови вищої вартості і так далі. Припої можуть бути як вузькоспрямованими, так і універсальними, що підходять для багатьох видів спаювання. Всі ці та інші відмінності можна дізнатися, вивчивши матеріали даного розділу.
Як зробити припій у домашніх умовах
Паяння алюмінію, як слушно вважають багато фахівців, є досить складним у виконанні технологічним процесом. Тим часом таку думку можна вважати вірною лише щодо тих ситуацій, коли спаяти вироби з алюмінію намагаються, використовуючи для цього припої та флюси, які застосовуються для з'єднання деталей з інших металів: міді, сталі та ін.Якщо ж використовується спеціальний флюс для паяння алюмінію, а також відповідний припій, цей технологічний процес не становить особливих складнощів.
Паяння алюмінію з використанням пропанового пальника
Особливості процесу
Складнощі, які викликає паяння алюмінію за допомогою традиційних припоїв та флюсів, пояснюються низкою факторів, переважно пов'язаних із характеристиками даного металу. Основним з таких факторів є наявність на поверхні деталей з алюмінію оксидної плівки, що відрізняється високою температурою плавлення та винятковою хімічною стійкістю. Така плівка при виконанні паяння перешкоджає з'єднанню основного металу та матеріалу припою.
Перед здійсненням паяння виробів з алюмінію їхньої поверхні необхідно ретельно очистити від оксидної плівки, для чого можна використовувати механічну обробку або застосовувати флюси, до складу яких входять компоненти, що сильно діють.
Підготовлені до паяння алюмінієві деталі
Сам алюміній, на відміну від оксидної плівки на його поверхні, має досить низьку температуру плавлення: 660 градусів, що також ускладнює технологічний процес виконання паяння. Така характеристика алюмінію призводить до того, що при нагріванні деталі з нього швидко втрачають міцність, а за певної температури, що знаходиться в інтервалі 250-300 градусів, конструкції з даного металу починають втрачати стійкість. Найлегше плавкий компонент, який входить до складу найбільш поширених алюмінієвих сплавів, починає плавитися вже в інтервалі температур 500-640 градусів, що може призвести до перегріву і навіть до розплавлення деталей, що з'єднуються.
Основу більшої частини легкоплавких припоїв, що використовуються для паяння, становлять олово, кадмій, вісмут та індій.З цими елементами алюміній погано вступає в сполуки, що робить паяні сполуки, отримані з їх використанням дуже неміцними і ненадійними. Хорошу взаємну розчинність мають алюміній і цинк, тому даний елемент при його використанні в припоях забезпечує отриманому з'єднанню високу міцність.
Характеристики флюсів для паяння м'якими припоями
Склад флюсів, які застосовуються для паяння алюмінію.
Використовувані матеріали
При виконанні паяння виробів з алюмінію можна використовувати припої олов'яно-свинцевої групи, якщо ретельно очистити поверхню деталей та застосовувати високоактивні флюси. З'єднання, отримані з їх допомогою, через погану взаємну розчинність алюмінію, олова і свинцю відрізняються невисокою надійністю, також вони схильні до розвитку корозійних процесів. Щоб зробити подібні сполуки стійкішими до корозії, їх необхідно покривати спеціальними сумішами.
Найбільш якісне, надійне та стійке до корозії паяне з'єднання, дозволяють отримувати припої, у складі яких міститься цинк, мідь, кремній та алюміній.
Припої, що включають до свого складу ці елементи, виробляють як вітчизняні, так і зарубіжні компанії. Найбільш поширеними вітчизняними марками є ЦОП40, що містить у своєму складі 40% цинку та 60% олова, і 34А, у складі якого міститься алюміній (66%), мідь (28%) та кремній (6%). Цинк, що міститься в припої для паяння виробів з алюмінію, визначає не тільки міцність одержаного з'єднання, а й корозійну стійкість.
Найнижчу температуру плавлення з усіх перерахованих вище мають олов'яно-свинцеві припої.Найбільш високотемпературними є ті, у складі яких міститься алюміній та кремній, а також матеріали, що містять алюміній разом з міддю та кремнієм. До останніх зокрема відноситься припій популярної марки 34А, температура плавлення якого знаходиться в інтервалі 530–550 градусів.
Для інформації: матеріали на основі алюмінію та кремнію плавляться за температури 590–600 градусів.
Враховуючи температуру плавлення, застосовують такі припої в тих випадках, коли необхідно з'єднати великогабаритні деталі з алюмінію, в яких забезпечується хороший тепловідведення, або вироби, виконані з алюмінієвих сплавів, що плавляться при досить високих температурах.
Але, звичайно, максимальна зручність у роботі демонструють низькотемпературні припої, однією з найпоширеніших марок яких є HTS-2000.
Припій HTS-200 для спайки деталей з алюмінію та кольорових металів
Технологія паяння алюмінію обов'язково передбачає використання спеціального флюсу, який необхідний для того, щоб покращити сполучність основного металу із матеріалом припою. Саме тому підходити до вибору такого матеріалу потрібно дуже відповідально. Особливо актуальною є ця вимога в тих випадках, коли деталі з алюмінію необхідно спаяти за допомогою олов'яно-свинцевого припою. Склад флюсів містить елементи, які формують його активність по відношенню до алюмінію. До таких елементів належать: триетаноламін, фторборат цинку, фторборат амонію та ін.
Флюс Ф-64 для паяння легких сплавів без попередньої механічної обробки поверхонь
Одним із найпопулярніших вітчизняних матеріалів є флюс марки Ф64. Популярність Ф64 обумовлена тим, що цей матеріал відрізняється підвищеною активністю.Завдяки такій якості виконувати паяння з флюсом Ф64 можна, навіть не зачищаючи поверхню алюмінієвих деталей від оксидної тугоплавкої плівки.
З популярних високотемпературних флюсів слід виділити матеріал марки 34А, до складу якого входить 50% хлориду калію, 32% літрового хлориду, 10% фториду натрію і 8% хлориду цинку.
Підготовка деталей
Для отримання якісного і надійного з'єднання недостатньо просто знати, як паяти алюміній, важливо також правильно підготувати поверхні деталей, що з'єднуються, до паяння. Полягає така підготовка у знежиренні поверхонь та видаленні з них окисної плівки.
Для знежирення використовують традиційні засоби: ацетон, бензин або будь-який відповідний розчинник.
Видалення окисної плівки перед пайкою, яке також нескладно виконати своїми руками, переважно здійснюється за допомогою механічної обробки, для чого можна використовувати шліфувальну машинку, папір наждачку, металеву щітку або сітку з нержавіючого дроту. Значно рідше застосовується хімічний спосіб видалення такої плівки, який має на увазі травлення поверхні алюмінієвих деталей за допомогою кислотних розчинів.
Зачистка поверхонь перед паянням за допомогою шліфувальної насадки на болгарку
Як відомо, окисна плівка на поверхні алюмінію утворюється практично моментально при її контакті з навколишнім повітрям. Такий процес відбувається і на зачищеній перед паянням поверхні, але сенс виконання зачистки полягає в тому, що плівка, що знову утворюється, значно тонше віддаленої, тому флюсу буде набагато легше з нею впоратися.
Джерела нагрівання
В якості елемента, за допомогою якого виконується прогрів габаритних деталей з алюмінію і розплавлення припою, переважно використовується газовий пальник, що працює на пропані або бутані. Якщо ви вирішили спаяти вироби з алюмінію своїми руками в умовах домашньої майстерні, можна використовувати і звичайну паяльну лампу.
Зручна у використанні газова паяльна лампа
При виконанні нагрівання необхідно дуже уважно стежити за тим, щоб не розплавилися деталі, що з'єднуються. З цією метою до поверхні деталей якнайчастіше торкаються припоєм, щоб проконтролювати початок його плавлення. Це і буде свідченням того, що досягнуто робочої температури.
Нагріваючи деталі та припій перед початком паяння, також необхідно стежити за полум'ям газового пальника: суміш газу та кисню, що його формує, має бути збалансованою. Робити це необхідно з тієї причини, що збалансована газова суміш активно нагріває метал, але не чинить серйозної окисної дії. Про те, що газова суміш збалансована, свідчить яскраво-синій колір полум'я, яке має невеликий розмір. Якщо полум'я пальника занадто маленьке за розміром і має блідо-блакитний колір, це свідчить про те, що в газовій суміші занадто багато кисню.
Для паяння невеликих виробів з алюмінію використовуються електричні паяльники та припої, що плавляться за невисокої температури.
Технологічні прийоми паяння
Паяння деталей, виконаних з алюмінію, за технологією виконання практично нічим не відрізняється від процесу з'єднання виробів, виготовлених з інших металів. Спочатку деталі, що з'єднуються, знежирюються і ретельно зачищаються, після цього їх виставляють у потрібне положення відносно один одного.Потім на зону майбутнього з'єднання необхідно нанести флюс і почати прогрівання разом з припоєм до робочої температури.
Процес паяння деталей із алюмінієвого сплаву
При досягненні робочої температури кінчик припою почне плавитися, тому їм необхідно постійно торкатися поверхні деталей, контролюючи процес нагрівання.
Паяння виробів з алюмінію, до виконання якої використовується безфлюсовий припій, має особливості. Полягають вони в тому, що для того, щоб проникненню припою до поверхні деталі не перешкоджала окисна плівка, його кінчиком необхідно здійснювати рухи, що чіркають, за місцем майбутнього з'єднання. Таким чином, порушується цілісність плівки, і припій безперешкодно з'єднується з основним металом.
Подивитися, як паяння виконується практично, можна на навчальному відео.
Є ще один технологічний прийом, що дозволяє зруйнувати оксидну плівку в процесі паяння. Зробити це можна за допомогою стрижня з нержавіючої сталі або металевої щітки, якими водять за місцем з'єднання та вже розплавленим припоєм.
Щоб отримати максимально міцне з'єднання методом паяння, поверхні, що з'єднуються, необхідно піддати попередньому лудіння.
Сфера застосування процесу
Велике практичне значення має не тільки паяння алюмінію в домашніх умовах. Цю технологію також активно використовують на ремонтних та виробничих підприємствах. Застосовуючи метод паяння, можна отримувати сполуки, що відрізняються високою міцністю, надійністю та естетичною привабливістю.
При роботі з тонким листовим алюмінієм паяння дозволяє уникнути деформації матеріалу.
Великою популярністю ця технологія користується під час виконання ремонтних робіт з автотранспортними засобами, тракторами та мотоциклами.Пояснюється така популярність тим, що при пайці не відбувається зміна структури металу, що з'єднується, тому подібний спосіб з'єднання в багатьох випадках є навіть більш кращим, ніж зварювання.
Практично безальтернативна пайка є тоді, коли необхідно відновити герметичність алюмінієвого радіатора або картера, відремонтувати зношену або зруйновану деталь, виготовлену з алюмінієвого сплаву. Зручно і те, що зробити такий ремонт можна і своїми руками, для цього не потрібно складного та дорогого обладнання.
Відремонтований в домашніх умовах автомобільний радіатор
Прогари, сколи та тріщини, що утворилися в блоці циліндрів, виготовленому з алюмінієвого сплаву, також можна успішно відремонтувати за допомогою паяння. Дуже корисна дана технологія в тому випадку, якщо необхідно відновити зношене внутрішнє різьблення. При цьому зношений різьбовий отвір заповнюється розплавленим припоєм, а потім у нього повертається болт. Після того як припій застигне, болт з отвору вивертається, а всередині нього виявляється сформована за необхідними параметрами різьблення. Така нескладна операція дозволяє отримати нове різьблення, яке за своїми характеристиками міцності нічим не поступається вихідною.
Крім цього, паяння успішно застосовується для ремонту та відновлення герметичності труб, виготовлених з алюмінію та сплавів даного металу. Такі труби зараз активно використовують у багатьох технічних пристроях. За допомогою паяння ви можете своїми руками, не вдаючись до дорогих послуг кваліфікованих фахівців, відремонтувати багато предметів з алюмінію та його сплавів, що використовуються в побуті: посуд, сходи, різні деталі інтер'єру, ринви, елементи сайдингу та ін.За допомогою паяння можна не тільки ремонтувати, а й своїми руками виготовляти будь-які конструкції з алюмінію.
Використання якісних витратних матеріалів і суворе дотримання технології, якій зовсім нескладно навчитися і відео урокам, дозволяє отримувати методом паяння з'єднання, що відрізняються високою якістю, надійністю, привабливим і акуратним зовнішнім виглядом.
Використання підручних засобів
Непоодинокі ситуації, коли під рукою немає активного флюсу та припою, який спеціально призначений для з'єднання деталей з алюмінію, а спаяти їх необхідно терміново. У таких ситуаціях можна виконати пайку звичайним припоєм, що складається з алюмінію та олова або олова та свинцю. Як флюс в даному випадку можна використовувати каніфоль.
Оксидна плівка при використанні даного методу паяння руйнується під шаром каніфолі, в яку можна додатково додати металеву тирсу. Для її руйнування застосовується спеціальний паяльник зі скребком, який необхідно залудити. Скребок поряд з тирсою руйнує оксидну плівку на поверхні деталей, а каніфоль не дає утворитися новою. Крім того, скребок-паяльник, переміщуючи розплавлений припій за місцем майбутнього з'єднання, забезпечує його лудіння.
Звичайно, такий спосіб паяння дуже клопіткий і не завжди гарантує отримання якісного та надійного з'єднання, тому використовувати його можна лише у крайніх випадках. Найдоцільніше витратити час і гроші на придбання якісних припою і флюсу і не переживати за якість з'єднання, що формується з їх допомогою.