Ako na efektívne spájkovanie hliníka a jeho zliatín

Ako na efektívne spájkovanie hliníka a jeho zliatín
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  818 zobrazení
2
 0
Výrobné postupy a návody

Spájanie hliníka bez špecializovaného vybavenia je v mnohých prípadoch skutočnou výzvou. Pripravte sa na to, že si budete musieť kúpiť špeciálnu spájku alebo spájkovaciu zliatinu určenú pre použitie na hliník alebo na spájanie hliníka s iným kovom v závislosti od vášho projektu. Akonáhle budete mať v ruke spájku, potom je hlavnou výzvou pracovať dostatočne rýchlo na to, aby ste dosiahli dokonalý spoj ihneď po odstránení vrstvy oxidu hlinitého z povrchu.

Spájkovanie hliníka a jeho zliatin je podobné procesu spájkovania iných kovov. Pri výbere taviva však musíte venovať zvýšenú pozornosť, pretože nemôžeme použiť rovnaké tavidlo, aké používame na spájkovanie iných napríklad železných kovov. Hlavne treba mať na pamäti, že hliník oveľa ľahšie reaguje s atmosférickým kyslíkom a vytvára na svojom povrchu hrubú vrstvu oxidu hlinitého, ktorý je pomerne veľmi ťažko odstrániť.

Okrem toho hliník lepšie absorbuje teplo ako väčšina iných kovov. Na zvýšenie teploty hliníka preto musíte použiť silný zdroj tepla. Až potom sa spájka (výplňový materiál) roztaví a spojí dva spájané kusy. Nasledujúci článok vysvetľuje rôzne techniky spájkovania hliníka a jeho zliatin a vysvetľuje základný postup tak, aby bol výsledný spoj efektívny. Poskytuje tiež informácie o rôznych typoch spájok, ktoré môžete použiť na spájkovanie.

Spájkovanie hliníkových zliatin

Najčastejšie sa spájkujú hliníkové zliatiny obsahujúce menej ako 1 % horčíka a 5 % kremíka. Je to preto, že hliníkové zliatiny s vyššou koncentráciou týchto prvkov majú zlé vlastnosti pre zmáčanie taviva. Okrem toho zliatiny s vysokými koncentráciami medi a zinku tiež nie sú vhodné na spájkovanie. Na spájkovanie hliníka teda potrebujete silnejšie tavidlo.

Príprava

Pred začatím spájkovania hliníka sa musíte uistiť, že kovový povrch je čistý. Musí byť zbavený prachu, mastnoty a iných mexhanických nečistôt. Na čistenie povrchu môžete použiť nerezovú kefu alebo jemnú brúsnu vlnu. Okrem toho musíte vykonať odmastnenie vhodným rozpúšťadlom, napríklad acetónom, alebo izopropylalkoholom (IPA) aby ste sa uistili, že povrch je dokonale zbavený mastnoty. Ak je povrch zoxidovaný, možno budete musieť na čistenie hliníkového povrchu použiť aj agresívnejšie chemikálie.

Pri práci dávajte pozor nakoľko pracujete s potencionálne nebezpečnými chemickými látkami! Keď používate spájku a tavidlo, robte tak vždy v dobre vetranom priestore, pretože výpary z taviva sú toxické. Spájky na báze olova alebo kadmia sú tiež toxické a mali by sa používať iba v dobre vetraných priestoroch.

Techniky spájkovania hliníka

Existujú 4 základné techniky spájkovania hliníka. Viem, poviete si, že ich je viac, ale v tomto článku si preberieme tie základné - jednoducho realizovateľné aj v domácich podmienkach.

1. Spájkovanie s použitím kvapalného tavidla a spájky

Kvapalné tavidlo sa vyrába s použitím zmesi organických amínov a anorganických fluoroboritanových solí. Ak chcete menej viskózny tok, môžete pridať chemikálie, ako je napríkld alkohol, aby ste znížili jeho viskozitu. Kvapalné tavidlo je ideálne na indukčné spájkovanie, pretože pri vysokej teplote sa pomerne rýchlo znehodnocuje. Spájkovacia kvapalina na hliník sa používa na mäkké spájkovanie hliníka a jeho zliatin, ideálne v použití so spájkou Sn90Zn. Pri zahriatí naleptáva hliník a uľahčuje tak jeho spájkovanie.

2. Spájkovanie s použitím tavidla na báze pasty a spájky

Pastové tavidlo môžete vytvoriť pridaním chemických spojív do tekutého taviva. Tok pasty umožňuje presnejšie umiestnenie spájky a následného spoja, pretože môžme použiť napríklad ihlu na nanášanie pasty na spájkovaný kov.

3. Spájkovanie s použitím prídavného kovu na spájkovanie s tavivom

Plnivo s tavivom bude mať vyššiu viskozitu a vyšší obsah pevnej látky. Keď sa toto tavidlo zahreje, zmení sa na tekutú formu. Potom môžete použiť injektor na dávkovanie na kovový povrch. Prídavný materiál vychladne a stvrdne, pričom oba obrobky budú držať pevne pohromade.

4. Spájkovnie s použitím spájkovacej kovovej pasty

Organické tavidlo môžete premeniť na spájkovaciu výplňovú kovovú pastu pridaním spájkovacieho prášku a spojív. Môžete ju použiť na spájkovanie hliníkových plechov, ktoré sa používajú v oblastiach s vysokou teplotou. Výplňový materiál v tomto prípade dobre odoláva teplotám až do 420 ºC. Znamená to však to, že na roztavenie výplňového materiálu musíte vygenerovať také isté ak nie vyššie množstvo tepla.

Druhy spájok

Spájky môžme rozdeleliť do troch hlavných typov na základe ich teploty topenia.

1. Spájky s nizkou teplotou tavenia

Nízkoteplotné spájky majú bod topenia v rozmedzí teplôt od 148 ºC až 260 ºC a zvyčajne sú vyrobené zo zinku, cínu, olova a kadmia. Tieto spájky vytvárajú spoje, ktoré majú pomerne nízku odolnosť voči korózii a teda bez dodatočného ošetrenia nie sú veľmi vhodné pre použitie v elektronike.

2. Spájky so strednou teplotou tavenia

Teplota tavenia tohto druhu spájok je medzi 260 ºC až 371 ºC. Ich základným materiálom je cín alebo kadmium so zinkom. Okrem toho obsahuje aj malé stopové množstvá iných materiálov, ako je olovo, meď, hliník, nikel alebo striebro. Vhodým typom tohto druhu spájok je napríklad špeciálna bezolovnatá spájka Sn70% Zn30%, ktorá je vhodná  pre spájkovanie hliníka a má teplotu tavenia 350 °C. Má výbornú zatekavosť a dobrú zmáčavosť.

3. Spájka s vysokou teplotou tavenia

Tieto spájky majú bod tavenia v rozsahu teplôt od 371 ºC až do 426 ºC. Ako základný materiál sa používa zinok a spájka obsahuje 3 až 10 % prímeového hliníka. Okrem toho môže obsahovať aj ďalšie materiály, ako je železo, nikel a striebro. Na základe zloženia týchto materiálov bude mierny rozdiel v ich vlastnostiach topenia a zmáčania. Spájky s najvyšším obsahom zinku majú najväčšiu spojovú pevnosť. Sú to tiež najodolnejšie spájky voči korózii.

Pravidlá spájkovania hliníka

  1. Pred spájkovaním odstráňte z hliníkového povrchu prach a iné nečistoty
  2. Povrch dôkladne odmastite
  3. Počas spájkovania sa uistite, že sú spájkované časti pevne zafixované
  4. Presvedčte sa, že používate správny typ taviva a spájky
  5. Používajte vhodnú a najmä výkonnú spájkovačku
  6. Na roztavenie výplňového materiálu použite správnu teplotu tak, aby nedochádzalo k degradácii spájky a tavidla pretavením

Ako na to

Ak je to možne identifikujte zliatinu.

Čistý hliník sa dá pomerne dobre spájkovať, aj keď to nie je práve kov, s ktorým sa pracuje v tomto ohľade ľahko. Mnohé hliníkové predmety sú totiž v skutočnosti hliníkové zliatiny. Väčšina z nich sa dá spájkovať rovnakým spôsobom, ale s niekoľkými z nich je veľmi ťažké pracovať a možno bude potrebné nakoniec vyhľadať služby profesionálneho zvárača. Ak je hliníková zliatina podľa normy označená písmenom alebo číslom, je možné ju dohľadať a a zistiť, či pre ňu existujú nejaké špecifické požiadavky. Nanešťastie, neoznačené hliníkové zliatiny, ktorých je väčšina je veľmi ťažké ak nie nemožné identifikovať a profesionálne identifikačné príručky sa pravdepodobne oplatia iba vtedy, ak je táto činnosť predmetom vášho podnikamia. Pripravte sa na to, že možno budete musieť použiť metódu "Pokus a omyl" a vyskúšať svoje šťastie.

Ak spájate hliník s iným kovom, vlastnosti hliníka sú zvyčajne limitujúcim faktorom, takže presná identifikácia zloženia druhej zliatiny nemusí byť potrebná. Je známe, že niektoré kombinácie, ako napríklad hliník-oceľ, sú mimoriadne náročné na spájkovanie, alebo môžu vyžadovať špeciálne metódy zvárania namiesto spájkovania.

Vyberte vhodnú spájku s nízkym bodom tavenia. Hliník sa topí pri relatívne nízkych teplotách do 660ºC, čo v kombinácii s jeho vysokou tepelnou kapacitou takmer znemožňuje spájkovanie pomocou spájok na všeobecné použitie. Budete preto potrebovať špeciálnu spájku s výrazne nižším bodom tavenia. Zvyčajne sa na tento účel používa zliatina vyrobená z nejakej kombinácie hliníka, kremíka a/alebo zinku, ale skontrolujte pre istotu výrobný štítok, alebo katalógový list výrobcu, aby ste sa uistili, že je určená pre váš typ spájkovania, ako je hliník-hliník alebo hliník-meď.

Technicky sa prídavné kovy, ktoré sa topia pri teplote vyššej ako 450 °C, spájajú spájkovaním. Spájkovanie je v praxi uprednostňované pre použitie s elektrickými obvodmi. Vždy, keď je to možné, sa vyhýbajte spájkam, ktoré obsahujú olovo.

Použite vždy vhodné tavidlo. Podobne ako spájka, tak aj tavidlo by malo byť špecializované práve pre použitie na hliník alebo na kombináciu kovov, ktoré plánujete spojiť. Najjednoduchšou možnosťou je kúpiť tavidlo od rovnakého výrobcu ako je vaša spájka, pretože je pravdepodobné, že budú navzájom spolupracovať. Odporúčaná teplota pre zvolené tavidlo by mala byť podobná teplote topenia vašej spájky. Spájkovacie tavidlo zvoľte podľa toho, aká je teplota tavenia vašej spájky, ktorú ste si vybrali.. Niektoré spájkovacie tavivá nie sú určené na použitie na tenké hliníkové plechy alebo drôty. Namiesto toho hľadajte tavidlo, ktoré je vhodné pre "spájkovanie ponorom".

Vyberte si pre prácu vhodnú spájkovačku. Na spájanie obyčajného hliníkového drôtu môžete použiť spájkovačku, ale na iné práce sa možno bude vyžadovať použitie horáka. Typicky sa používa nízkoteplotný horák s vhodne nastaveným plameňom, ktorý dosahuje 315 až 425 °C. Ak vo vašom pracovnom priestore nie je možné použiť horák, skúste spájkovačku o minimálnom výkone 150-wattov.

Svorky alebo malý stolový zverák sú výborná vec, pokiaľ budete potrebovať spájkovať viac ako jeden kus kovu. Pokiaľ budete robiť malé opravy na jednom predmete tiež vám uľahčia manipuláciu a ich fixovanie. Odporúča sa tiež moriaci roztok alebo špeciálna látka na čistenie oxidov po spájkovaní. Niektoré tavivá ktoré sú na báze živice sa musia očistiť acetónom aby sa zabránilo ich následnej korózii.

Pripravte si bezpečný pracovný priestor. Chráňte sa pred toxickými výparmi nosením respirátora, alebo masky a prácujte v dobre vetranom priestore. Dôrazne sa odporúča použiť masku na tvár alebo okuliare, rovnako ako kožené rukavice a nesyntetické oblečenie. Majte v blízkosti hasiaci prístroj pokiaľ pracujete s otvoreným plameňom a pracujte len na nehorľavých povrchoch.

Spájkovanie

Naneste si vrstvu spájky na každú zo spájkovaných častí (podľa potreby). Veľké spoje alebo zložité kombinácie, ako napríklad hliník-oceľ, môžu výrazne profitovať zo spájkovania, respektíve z nanesenia malej vrstvy spájky na každú časť, nakoľko sa tak uľahčí samotné spájkovanie. Postupujte preto podľa pokynov nižšie pre každý kus, ktorý plánujete spojiť, a potom zopakujte s kusmi zovretými k sebe.

Hliník dôkladne očistite kefou z nehrdzavejúcej ocele, nakoľko ten pri kontakte so vzduchom rýchlo tvorí na svojom povrchu oxid hlinitý a táto tenká vrstva oxidu účinne zabraňuje spájkovaniu. Dôkladne ho preto vydrhnite oceľovou kefou. Rovnako buďte pripravení čistiť, taviť a spájkovať v rýchlom slede, aby oxid nedostal ďalšiu príležitosť na opätovné vytvorenie. Starý hliník so silnou oxidáciou alebo inými povrchovými úlomkami môže vyžadovať brúsenie, prípadne vytieranie izopropylalkoholom a acetónom.

Ak spájate dva kusy namiesto toho, aby ste opravovali jeden predmet, spojte tieto kusy dohromady v polohe, v ktorej ich chcete spojiť. Medzi nimi by mala byť mierna medzera tak, aby ňou mohla spájka tiecť, ale ponechajte ju iba v šírke 1 mm alebo menej.

Naneste dostatočné množstvo vhodného tavidla. Ihneď po vyčistení kovu naneste tavidlo pozdĺž oblasti, ktorá sa má spájkovať. Tým sa zabráni tvorbe ďalšieho oxidu. Ak spájkujete drôty, ponorte ich do tekutého tavidla. Ak máte tavidlo vo forme prášku, pokyny na miešanie nájdete na jeho štítku.

Začnite postupným zahrievaním kovu. Môžte použite horák, teplovzdušnú pištoľ, alebo spájkovačku na zahriatie kovového predmetu. V blízkosti budúceho spoja, začnite na spodnom konci obrobku. Priamy plameň na mieste opravy pravdepodobne prehreje spájku a tavidlo. Ak používate horák, udržujte ho vo vzdialenosti najmenej 10 až 15 cm od kovu. Neustále pohybujte zdrojom tepla v malých, pomalých kruhoch tak, aby sa oblasť rovnomerne zohriala. Spájkovačkám môže trvať až desať minút, kým sa zohrejú, kým sa dajú použiť. Ak tavidlo sčernie, nechajte oblasť vychladnúť, vyčistite ju a začnite odznova.

Začnite nanášať spájku. Väčšina tavív bude bublať a zmení sa na svetlohnedú pastu, či škvarelinu, keď dosiahnu správnu teplotu. Potiahnite tyč alebo drôt spájkovacieho materiálu cez spoj a pokračujte v ohrievaní oblasti nepriamo z opačnej strany kovu alebo blízkeho povrchu. Spájku by ste mali naniesť pozdĺž medzery, ale na vytvorenie rovnomerného lemu je potrebný neustály pomalý pohyb z vašej strany. Vytvorenie pohľadovo pekného a pevného rovnomerného spoja môže vyžadovať prax. Ak sa spájka nespojí s hliníkom, môže sa stať, že sa na povrchu vytvorí viac oxidu hlinitého, v takom prípade je potrebné ho vyčistiť a okamžite znova prespájkovať. Môže to byť aj tým, že máte nesprávny typ spájky alebo je váš hliník v skutočnosti ťažko spojiteľnou exotickou zliatinou.

Ak sa dielo podarilo a pracovali ste správne, tak výsledkom by mal byť dokonalý spoj. Teraz nechajte spoj vychladnúť a odstráňte prebytočné tavidlo a prípadnú novo vzniknutú oxidíciu. Ak používate tavidlo na vodnej báze, môžete tavidlo po vychladnutí opláchnuť vodou. Ak používate tavidlo na báze živice, použite na očistenie acetón. Po odstránení tavidla môžte vložiť hotový kus do moriaceho roztoku, aby ste odstránili všetky zostatkové oxidy, ktoré sa mohli vytvoriť pri vysokej teplote počas spájkovania.

Záver

Hlavnou výhodou spájkovania hliníka je eliminácia potreby samostatného pokovovania hliníka pred spájkovaním. Existuje niekoľko rôznych techník a metód pre metalurgické spájanie hliníka. Jednou z nich je aj zváranie pomocou striedavého prúdu, nazývaného aj "AC Pulse TIG", ale to je technika zvárania ako napovedá názov zváranie striedavým pulzačným prúdom kde sa nejedná o spájkovanie.  Na základe zloženia hliníkových zliatin si preto môžete vybrať techniku, ktorá vytvorí najpevnejší spoj podľa vašich potrieb a možností.

Samozrejme nezabudnite pred spájkovaním vyčistiť povrch spájkovaného miesta a použiť spájku s adekvátnym výkonom, nakoľko hliník, alebo zliatiny hliníka veľmi dobre odvádzajú teplotu.

Zdroj obrázkov

Pozri aj...

Čo je spájkovacia pasta a ako ju používať?

Spájkovacia pasta sa nanáša na dosky PCB s povrchovou montážou pred vybratím a umiestnením a pri prechode infračerveným reflow strojom sa roztaví, aby...

Pozrieť príspevok

Ako si vybrať kvalitnú spájku?

Spájka a jej použitie v elektronike sa môže javiť ako veľmi všeobecná vec. Ale ako si vybrať z množstva druhov, hrúbok a veľkostí to už niekedy až tak...

Pozrieť príspevok

Tavidlá a spájky a ich použitie v elektronike

Dosť často sa stane, že spájka sa dokonale nespojí s komponentom, čo má za následok nekvalitný spoj, studený spoj s vysokým merným odporom alebo dokon...

Pozrieť príspevok

 

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 200.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo
PCBWay Promo
PCBWay Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Webwiki Button