Co musisz wiedzieć o pastach do lutowania aluminium

Aluminium jest jednym z trudniejszych materiałów w lutowaniu i nie decyduje o tym sam metal, lecz warstwa tlenku, która odtwarza się na nim natychmiast po odsłonięciu czystej powierzchni. W typowym lutowaniu płomieniowym, prowadzonym w atmosferze powietrza, żadne spoiwo nie zwilży aluminium bez udziału topnika - osobnego albo zawartego w samym spoiwie. Ten przewodnik dotyczy topników do lutowania aluminium w postaci pasty, stosowanych w lutowaniu twardym: Pasty AL1 oraz Proszku ALU12, który przed użyciem zarabia się wodą na pastę.

Jedno zastrzeżenie terminologiczne na wstępie, bo bywa źródłem nieporozumień przy zamówieniach. Określenie "pasta" oznacza tutaj preparat topnikowy niezawierający sproszkowanego spoiwa.

Dlaczego aluminium wymaga topnika i dlaczego akurat w postaci pasty

Tlenek glinu Al₂O₃ topi się w temperaturze rzędu 2050°C, podczas gdy samo aluminium około 660°C. To sytuacja odwrotna niż przy miedzi: warstwa tlenku nie zniknie pod palnikiem, ponieważ materiał rodzimy stopi się dużo wcześniej niż jego własny tlenek. Do tego warstwa odbudowuje się w ciągu sekund od odsłonięcia czystego metalu - zanim operator przyłoży płomień, powierzchnia zdąży się ponownie utlenić. Zadaniem topnika jest chemiczne usunięcie tej warstwy i osłona gołego metalu do momentu, w którym spoiwo zdąży go zwilżyć.

Postać pasty ma nad sypkim proszkiem konkretną przewagę roboczą: pasta pozostaje dokładnie tam, gdzie ją nałożono - zarówno na złączu, jak i na gołym pręcie - podczas gdy drobny proszek bywa zdmuchiwany przez płomień palnika. Z tego samego powodu Proszku ALU12 nie stosuje się na sucho: zgodnie z kartą produktu miesza się go z wodą, a uzyskaną pastą pokrywa drut do lutowania i łączone miejsca.

Wąskie okno temperaturowe - parametr, który decyduje o powodzeniu

Karta lutu AL12 podaje dla spoiwa AlSi12 temperaturę topnienia w przedziale solidus-likwidus 573-585°C. Czyste aluminium topi się w temperaturze około 660°C, ale jego stopy - zależnie od składu - mogą zaczynać się nadtapiać wcześniej, dlatego rzeczywiste okno procesowe należy ustalać na podstawie gatunku lutowanego materiału, a nie samej różnicy tych dwóch wartości. W praktyce margines jest wąski i, co istotne, pozbawiony sygnału wizualnego: aluminium podczas nagrzewania nie zmienia barwy tak jak miedź. O kontroli temperatury przy tym materiale pisaliśmy we wpisie "Lutowanie aluminium - czy to się może udać?".

Karty produktów podają dla obu topników następujące wartości:

Niezależnie od tego, jak szeroki zakres podaje karta, obowiązuje ta sama zależność technologiczna: topnik musi zadziałać wcześniej, niż spoiwo zacznie płynąć. Jeżeli ciekły lut trafi na powierzchnię, z której tlenek nie został jeszcze usunięty, nie zwilży materiału niezależnie od poprawności pozostałych parametrów procesu.

Przegląd past i topników do lutowania twardego aluminium

W ofercie armack topniki do lutowania aluminium obejmują dwa preparaty stosowane w postaci pasty:

Najważniejsza różnica między tymi produktami nie dotyczy wygody aplikacji, lecz tego, co zostaje na złączu po zakończeniu pracy.

Pasta AL1 to topnik korozyjny w klasie FL10. Jej pozostałości należy usunąć zgodnie z instrukcją producenta - resztki topnika korozyjnego na aluminium prowadzą do korozji złącza, czyli do usterki, która ujawni się dopiero w trakcie eksploatacji.

Proszek ALU12 jest topnikiem niekorozyjnym w klasie FL20. Karta produktu wskazuje jego zastosowanie przy produkcji wymienników ciepła oraz w motoryzacji - a więc tam, gdzie dostęp do wnętrza gotowego zespołu po zlutowaniu bywa ograniczony albo niemożliwy.

Stąd praktyczne kryterium wyboru: jeżeli po lutowaniu jesteś w stanie dokładnie umyć złącze, obie ścieżki pozostają otwarte. Jeżeli pozostałości nie da się usunąć, na przykład we wnętrzu zamkniętego zespołu, należy sięgnąć po topnik deklarowany jako niekorozyjny - pod warunkiem że odpowiada on danemu stopowi, spoiwu i sposobowi nagrzewania.

Kiedy pasta jest potrzebna, a kiedy nie

Pasta jest potrzebna wyłącznie przy spoiwie gołym, lub w sytuacji gdy widzimy wyraźny problem z utlenianiem się aluminium przy użyciu spoiwa rdzeniowego lub kompozytowego. Oferta materiałów do aluminium jest zbudowana tak, że część spoiw zawiera topnik w sobie:

W przypadku wymienionych spoiw karty producenta wskazują, że zawartość topnika eliminuje potrzebę użycia dodatkowego preparatu. Wniosek dla praktyka jest odwrotny do intuicji: pytanie "jaką pastę kupić do aluminium" ma sens dopiero po ustaleniu, w jakiej postaci kupowane jest spoiwo. Przy lutach rdzeniowych i kompozytowych dokupywanie pasty jest zbędne. Przy gołym AL12 pasta nie jest opcją, lecz elementem technologii.

Ograniczenia, których pasta nie przeskoczy

Zawartość magnezu. Karta lutu AL12 wskazuje stosowanie go z Proszkiem ALU12 lub Pastą AL1 przy zawartości Mg w stopie ≤ 3%, a jednocześnie określa spoiwo jako idealne dla materiałów podstawowych o zawartości magnezu poniżej ok. 0,7%. Te dwie wartości nie są sprzeczne: pierwsza wyznacza granicę stosowalności, druga optimum. Realna tolerancja magnezu zależy dodatkowo od sposobu nagrzewania, ilości topnika i konstrukcji złącza, dlatego przy stopach o podwyższonej zawartości Mg dobór technologii warto potwierdzić przed rozpoczęciem prac.

Zawartość krzemu w materiale podstawowym. Karta wskazuje AL12 do łączenia stopów aluminium o zawartości krzemu powyżej 7% - to samo spoiwo bywa zresztą wykorzystywane jako drut do spawania metodą TIG takich stopów.

Zakres materiałowy. Karta gołego AL12 wskazuje możliwość wykorzystania stopu do połączeń aluminium ze stalą chromowo-niklową; połączenia aluminium z miedzią wymieniono na kartach wariantu rdzeniowego oraz sprasowanego z topnikiem. Niezależnie od wariantu są to połączenia różnoimienne, wymagające przemyślanej konstrukcji złącza oraz ścisłej kontroli czasu i temperatury. W układzie aluminium-miedź występuje eutektyka w temperaturze około 548°C, a więc poniżej zakresu topnienia AlSi12 - przy zbyt długim kontakcie ciekłego spoiwa z miedzią grozi to lokalnym nadtapianiem złącza.

To nie jest ten sam topnik, co do miedzi. Pasty AL1 nie należy mylić z Pastą HS do lutowania twardego w klasie FH10, przeznaczoną do miedzi, mosiądzu i brązu. To dwie różne rodziny preparatów, opisane w odrębnych klasyfikacjach, a topniki do lutowania twardego miedzi nie są przeznaczone do aluminium. Dla porządku: samo spoiwo AlSi12 jest na karcie klasyfikowane według EN ISO 17672 jako Al 112, a według dawnej DIN EN 1044 jako AL 104.

Lutowanie miękkie aluminium to osobna ścieżka. Do lutowania miękkiego aluminium i jego stopów służy Topnik ALU33, na karcie sklasyfikowany według dawnej normy DIN EN 29454-1 jako 2.1.2.C - obecnie klasyfikację topników do lutowania miękkiego reguluje EN ISO 9454-1. Stosuje się go ze spoiwem Lut miękki nr 3 Sn97Cu3 albo drutem VD60 Sn60Pb40, przy czym to drugie spoiwo zawiera 40% ołowiu, co w części zastosowań podlega ograniczeniom formalnym. Inna norma, inne spoiwa, inny zakres temperatur: opisane wyżej preparaty FL10 i FL20 nie mają tam zastosowania.

Najczęstsze błędy przy pracy z pastami do aluminium

Bezpieczeństwo pracy

Topniki do lutowania aluminium są preparatami chemicznie aktywnymi, a ich profil zagrożeń różni się między produktami: korozyjna Pasta AL1 i niekorozyjny Proszek ALU12 mają odrębne karty charakterystyki i ustaleń z jednej nie należy przenosić na drugą. Przed rozpoczęciem pracy sprawdź aktualną kartę charakterystyki konkretnego produktu.

Niezależnie od preparatu obowiązują te same zasady stanowiskowe: sprawna wentylacja, unikanie wdychania pyłu topnika oraz dymów powstających przy nagrzewaniu, ochrona oczu i rękawice odporne na chemikalia oraz temperaturę. Topnika nie należy przegrzewać ponad zakres podany w karcie produktu.

Podsumowanie: dobór w dwóch pytaniach

Po pierwsze - w jakiej postaci masz spoiwo? Lut rdzeniowy lub sprasowany ma topnik w sobie i osobna pasta jest zbędna. Goły AL12 (AlSi12) wymaga topnika i to jedyny przypadek, w którym pytanie o pastę w ogóle się pojawia.

Po drugie - czy po lutowaniu zmyjesz złącze? Jeżeli tak, w grę wchodzą oba preparaty. Jeżeli nie, bo złącze znajduje się w zamkniętym zespole, pozostaje topnik niekorozyjny - pod warunkiem że odpowiada gatunkowi stopu i przyjętej technologii.

I pytanie zerowe, od którego zaczyna się cała reszta: jaki to stop? Zawartość magnezu i krzemu oraz temperatura, w której zaczyna się nadtapiać lutowany materiał, decydują o tym, czy opisana tu ścieżka w ogóle ma zastosowanie. Pełną ofertę znajdziesz w kategoriach topniki do lutowania aluminium oraz luty do lutowania aluminium, a przy nietypowych stopach warto ustalić dobór materiałów przed rozpoczęciem prac.