Как правильно паять металл

Многие могут спаивать провода и радиодетали, но не каждый паял металл. В этой статье я максимально коротко и с примерами изложу принцип пайки металла.

Введение

Начнём с общих представлений о пайке. Пайка это физико — химический процесс получения соединения в результате взаимодействия припоя и спаиваемого металла. Она имеет сходство со сваркой плавлением, но всё же между ними имеются различия. При сварке в месте шва свариваемые детали плавятся, а при пайке паяемый материал не плавится. Так же в отличие от сварки пайка осуществляется при температурах ниже плавления спаиваемого металла. Формирование шва при пайке происходит путём заполнения припоем зазора между соединяемыми деталями, т.е. процесс происходит за счёт смачивания и капиллярного эффекта.

Встаёт вопрос, зачем же пользоваться пайкой, если сварка лучше скрепляет детали. На это есть свои плюсы:

• Пайка более доступна, чем сварка.
• При пайке соединения получается разъёмными.
• Сварке не поддаются маленькие детали.

Пайка — достаточно прочное соединение, если соблюдать технологию.

Оборудование

Для спаивания металла необходимо следующее основное оборудование:

♦ Паяльник. Мощность зависит от размера спаиваемых деталей. Для пайки небольших деталей (жесть, проволока, болтики) сойдёт паяльник ватт на 60, для более крупных — 100 ватт и выше. Я использую 2 паяльника — на 65 и 100 w, для домашних условий это вполне достаточно.

 

 

На том, как залудить паяльник я подробно останавливаться не буду, в интернете есть отдельные статьи про это. Скажу лишь основное:

— При первом включении паяльника ему нужно дать обгореть — выставить включённым его на улицу и подождать когда перестанет вонять и дымиться.

— Далее необходимо напильником зачистить жало до блеска, опустить кончик жала в канифоль, потом расплавить им олово.

— Олово должно равномерно покрыть жало. При нагреве жало будет выгорать, его нужно будет затачивать и заново лудить.

♦ Паяльная кислота и припой. Деревянная палочка используется для нанесения кислоты.

 

♦ Вспомогательные приспособления. К ним относятся напильник и наждак, необходимые для зачистки паяльника и деталей.

Так же паяльнику нужна подставка. Самое простое что можно использовать в качестве подставки — любой металлический предмет, с которого паяльник не будет скатываться.

Для удержания спаиваемых деталей используются различные инструменты, например тиски и плоскогубцы. Так же детали можно закрепить гвоздиками на доске.

Основы пайки

Давайте теперь разберемся, какие металлы легко поддаются пайке:

1. Серебро
2. Медь
3. Латунь
4. Цинк
5. Никель
6. Железо
7. Нержавеющая сталь

Остальные металлы паяют при помощи специальных флюсов и другой технологии. В данной статье эта тема затрагиваться не будет.

С металлами разобрались, теперь приступаем к изучению процесса пайки:

• Зачищаем то место, где будет располагаться шов. Для этого я использую мини шлиф машинку.
• Обезжириваем место спайки, используя ацетон, бензин и т.д.
• Наносим на шов деревянной палочкой паяльную кислоту. Делаем это как можно ровнее, т.к. в дальнейшем ровно по этому место растечётся припой.
• С заранее залуженного паяльника удаляем окислы (если они имеются) и прикасаемся им к палочке припоя. Припой должен лечь на жало ровной каплей. Если этого не происходит, значит паяльник плохо залужен.
• Прикасаемся жалом к месту спайки. Нельзя ожидать, что при первом же прикосновении паяльника произойдет спайка. Для этого необходимо прогревать спаиваемые поверхности до температуры плавления припоя. Тепло от паяльника передается на спаиваемое место не сразу. Жесть, проволоки и другие тонкие части прогреваются довольно быстро, но не моментально. На прогрев толстых материалов нужно сравнительно много времени.
• Для спайки тонких частей надо довольно медленно вести паяльником, передвигая его дальше, когда припой растечется и зальет шов. При спайке толстых предметов приходится относительно долго держать паяльник на одном месте и ждать, пока прогреются спаиваемые поверхности и припой растечется по шву.
• Проведя паяльником на некоторое расстояние, двигают его немного назад, затем снова вперед и опять назад, до тех пор, пока припой не разольется ровной и чистой дорожкой. По мере израсходования припоя, его набирают с палочки. Набирать много припоя не следует, особенно, если спаиваемые поверхности ровно и плотно соединены; избыток припоя приведет к образованию натеков.
• По окончании пайки необходимо смыть остатки кислоты водой. Если кислота плохо смывается, используйте мыло. Не смытая кислота приведёт к окислению металла.

Лучше всего обучаться пайке на белой жести. Её не нужно зачищать, но необходимо обезжиривать. При наличии жира кислота не смачивает поверхность жести. Ниже рассмотрены примеры спаивания проволок и жести. Для обучения можно повторить всё это.

Спаивание жести / листового металла

Далее в добавок к фотографиям будут идти схематические изображения. Вот условные обозначения:

 

Соединение «Впритык»

Качество: Малопрочно

Соединение «Внахлёст»

Качество: Прочно

Соединение «В замок»

Качество: Очень прочно

Спаивание проволоки

Соединение «Впритык»

Качество: Малопрочно

Соединение «Внахлёст»

Качество: Прочно

Соединение «С усилением»

Качество: Очень прочно

Для усиления на левом соединении используется намотанная виток к витку медная проволока, на правом — стержень и резьба обёрнуты полоской жести:

Спаивание проволоки и листового металла

Соединение «Впритык»

Прочность: Малопрочно

Соединение «Внахлёст»

Качество: Прочно

Соединение «Насквозь»

Качество: Очень прочно

Заключение

Пайка — несомненно нужная вещь, использование которой решает многие проблемы с соединением деталей. Напоследок в качестве примера представлю несколько работ, в которых она использовалась:

Продувочный баллон

Рукояти для инструмента

Складной инструмент

Модернизация мультититула

Приспособление «Третья рука»

Жестяная воронка

Ручки для надфилей и напильников

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ!

---

About SterAK

правила процесса, инструмент и паяльные материалы для нее

Процесс соединения заготовок, в результате которого их материал не расплавляется, называется пайкой. То есть, материал не изменяет своих технических характеристик и качеств.

Пайка металлов происходит за счет смачивания поверхностей заготовок жидким припоем, которым заполняется зазор между двумя металлическими изделиями. При этом припой – это металл или сплав нескольких металлов, обычно олова и свинца.

Соединение с помощью пайки, без расплавления, дает возможность в будущем разъединить детали (распаять или перепаять заново), не нарушая их свойств. Качество пайки зависит от типов соединяемых металлов, от припоя и флюса, нагрева и вида соединения.

Преимущества и недостатки

К преимуществам процесса пайки можно отнести:

• возможность соединять сталь с цветными металлами;
• высокая технологичность процесса;
• возможность проводить паяльные операции в труднодоступных и неудобных местах;
• возможность соединять сложные по конструкции узлы и детали;
• процесс можно проводить не точно по контуру соединения, а по всей плоскости;
• нагрев при пайке обеспечивает термическую обработку металлических заготовок.

Что касается недостатков пайки, основной – это невысокая прочность паяного соединения на отрыв и сдвиг за счет мягкости припойного металла. Сложно проводить операции, которые касаются высокотемпературной технологии.

Где применяется

После сварки пайка находится на втором месте по применению в категории стыковки металлов. А в некоторых областях производства она занимает главенствующую позицию.

К примеру, в производстве компьютеров, сотовых телефонов и другой IT-ной техники. Ведь мельчайшие детали этой техники требуют компактного контакта между собой.

Кроме этого пайка применяется для соединения медных трубок в производстве холодильников, теплообменников, при соединении твердосплавных деталей между собой, к примеру, режущие пластины к резцам.

При проведении кузовных работах проводится соединение деталей к тонким металлическим листам. Лужение тоже является частью процесса пайки, а эту операцию применяют для защиты различных конструкций от коррозии металлов.

В общем, можно сказать, что если в каких-то ситуациях нельзя соединить две металлические заготовки между собой сваркой, болтовым соединением, шпильками, клепками, клеем или другими способами, то на помощь приходит именно пайка металла.

Разновидности

Классификация пайки металлов достаточно сложна, потому что в каждой категории приходится учитывать большое количество различных параметров. Имеет значения тип припоя, способ нагрева, присутствует ли в зазоре давление или нет, как кристаллизуется паяный шов.

Но чаще всего разделение проводится по температуре расплавленного припоя. Это низкотемпературный процесс (до 450 ℃) и высокотемпературный (свыше 450 ℃).

Низкотемпературную пайку чаще всего используют именно в электронике, потому что сама технология достаточно проста и экономична. При этом появляется возможность паять мелкие детали, что актуально для этой промышленности. К тому же этим способом можно проводить соединение разнородных металлов и материалов.

Что касается высокотемпературной технологии, то она обозначается высокими прочностными характеристиками места стыка, такое соединение может выдержать даже ударные нагрузки и высокое давление.

В мелкосерийном производстве высокую температуру обеспечивают газовыми горелками или токами индукционного типа средней или высокой частоты.

В классификации процесса пайки есть еще одно разделение, в основе которого лежит тип припоя. Самый распространенный способ – использовать готовый припой.

Кстати, это не обязательно стержни из сплавов, это может быть специальная паста. Припой просто расплавляется и затекает в зазор между деталями. Здесь проявляется капиллярное явление. Силы поверхностного натяжения заставляют расплавленный металл проникать во все поры и трещины деталей.

Вторая позиция в этом разделении – реакционно-флюсовая операция, для чего используется цинкосодержащий флюс. По сути, между нагретыми кромками заготовок из металла и флюсовым материалом происходит химическая реакция, конечный результат которой и есть припой.

Способы нагревания

Паяльные материалы можно нагревать разными способами. Если говорить о домашнем применении процесса пайки металлов, то самый распространенный вариант – паяльник или горелка.

Первый инструмент используется, если необходимо провести низкотемпературный процесс, второй – если высокотемпературный. Разнообразие современных паяльников велико. Среди них есть устройства с автоматической регулировкой температуры и другими полезными функциями.

В производстве используются в основном другие технологии: печная пайка, с помощью индукционных нагревателей, с погружением в специальные ванны с металлом или солями.

Применяется нагрев электросопротивлением, когда припой и соединяемые заготовки нагреваются за счет протекания по ним электрического тока, и прочие.

Припои

В реализации пайки элементов важны припои. Изготавливают их из чистых металлов или их сплавов. При выборе обращают внимание на две основные их характеристики: смачиваемость и температура плавления. Первое свойство – это сцепление припоя с заготовками, где прочность соединения между ними становится выше, чем между молекулами самого припойного материала.

Что касается температуры, то тут есть одно требование – температура плавления припойного металла должна быть ниже, чем тот же показатель у заготовок. Поэтому припойный материал делится на две категории: легкоплавкие и тугоплавкие.

Первые – материалы на основе олова и свинца в чистом виде или с добавлением различных компонентов. Вторые – материалы на основе серебра или меди. Это медно-цинковые припои, которыми можно паять медные, бронзовые и стальные заготовки.

Серебряные марки считаются лучшими, у них высокие прочностные характеристики, поэтому их применяют для стыка деталей, работающих под вибрацией или ударами.

Кроме основных видов в промышленности используются и другие разновидности. К примеру, никелевые применяют для деталей, работающих при высоких температурах.

Золотые – для соединения золотых украшений или пайки трубок, работающих под вакуумом. Магниевые – для стыковки магниевых заготовок или деталей из сплавов этого металла.

Сам припой может быть изготовлен в виде стержней, пасты, порошка, таблеток, тонкой фольги, гранул различного размера.

Флюсы

Основное требование к качеству соединения – это физический контакт припоя с металлом двух деталей. Поэтому очень важно, чтобы на кромках заготовок не образовалась оксидная пленка.

Именно для этого в процессе пайки и применяют флюсы. Их основная задача – удалить старую пленку и не дать возможности образоваться новой.

Классификация флюсов основана на ряде различий по составу и свойствам. Они бывают:

• активные и нейтральные;
• с низкой температурой нагрева и высокой;
• твердые, пастообразные, жидкие, в виде гелей;
• на основе воды и безводные.

Из всех разновидностей, что сегодня используются для пайки металлов, самыми распространенными являются борная кислота и ее натриевая соль (бура), хлористый цинк, канифоль и ортофосфорная кислота.

Особенности паяния

Так как в промышленности реализуются разные проекты, то в процессе пайки могут участвовать разные металлы. Поэтому технологии пайки могут отличаться, а некоторых случаях ее применение крайне затруднено.

Сталь

Сразу надо оговориться, что стальные заготовки можно паять только припоями на основе олова. Цинкосодержащие материалы для этой операции не подходят за счет низкого смачивания. Вот технологическая карта проводимых этапов.

Кромки заготовок из металла очищают от грязи. Затем обрабатывают их наждачной бумагой или железной щеткой, удаляя тем самым оксидную пленку.

Проводится процесс обезжиривания с помощью любого растворителя. Заготовки стыкуются с зазором 2-3 мм. Производится нагрев паяльной лампой или другим нагревательным инструментом.

В зону нагрева добавляется флюс, а затем и припой. Обратите внимание, что последний должен нагреваться больше не от пламени огня, а от разогретых кромок заготовок. После окончания процесса с участка стыка удаляются остатки флюса и припоя.

Чугун

Соединять пайкой можно только серый чугун или ковкий, белый паять нельзя. Правила пайки чугуна основаны на решении двух проблем. Первая – плохая смачиваемость металла за счет большого в нем содержания графита.

Решается проблема просто. Надо перед пайкой обработать поверхности соединения борной кислотой. Вторая проблема – в процессе нагрева в металле происходят изменения его структуры, поэтому пайку чугуна рекомендуют проводить при температуре не выше +750 ℃.

Титан

Пайка титана одна из самых сложных. На поверхности этого металла расположен альфированный слой, который насыщен атмосферными газами. Его и придется удалить или с помощью травления, или пескоструйкой. И даже после этого на поверхности останется оксидная пленка.

Чтобы соединение стало качественным, пайку проводят или в вакууме, или аргоном, или специальными флюсами. Последний вариант не гарантирует высокое качество конечного результата. При этом необходимо строго соблюдать температурный режим, который варьируется для данного металла в диапазоне 800-900 ℃.

Что касается припоев, то здесь используют или серебряные, или алюминиевые. Оловянные и свинцовые припои применяют редко, потому что с самим титаном они соединяются плохо. Хотя если нанести оловянный слой или свинцовый на поверхность титановой заготовки, то можно гарантировать неплохое качество пайки.

Нихром

Пайка нихрома – самый простой процесс, потому что сам сплав (а это симбиоз хрома и никеля) является жаростойким и пластичным.

Температура его плавления в зависимости от добавок варьируется в пределах 1100-1400 ℃. То есть, для пайки можно использовать даже тугоплавкий припойный материал.

Пайка деталей из нихрома проводится при низкотемпературном режиме. Соединение сплава со сталью требует наличия высокотемпературного паяния. Многие мастера дома делают припои своими руками, смешивая вазелин (100 г), глицерин (5 г) и хлористый порошковый цинк (7 г).

Область применения пайки дает возможность соединять между собой детали из разных цветных металлов. Конечно, к выбору методов пайки надо подходить с позиции соответствия и технологии соединения, и правильного выбора расходных материалов.

Но, как показывает практика, в основе процесса лежит тип самих соединяемых заготовок, то есть, насколько высока их температура плавления.

Отталкиваясь от этого, и выбирается сам вид паяной операции. Ведь температура плавления припоя должна быть ниже, чем у металла соединяемых деталей. И нарушать этот закон нельзя ни в коем случае. Нарушили – получили некачественное соединение или, вообще, не получили спайки.

Пайка металлов. Способы, материалы, припои, флюсы для пайки металлов

Использование пайки известно с древнейших времен. В гробнице вавилонской царицы (III тыс . лет до н. э.), в засыпанной пеплом Везувия Помпее (79 г. до н.э.), во время других раскопок в Египте, Риме и Греции — всюду археологи находили паяные металлические изделия. Припои древних римлян церарий и аргентарий по своему химическому составу близки к существующим в настоящее время ПОС-30 и ПОС-50.

В истории использования пайки можно выделить три периода, которые связаны с развитием источников нагрева и особенностями применяемой техники. Первый период начался в бронзовом веке, когда человечество начало изготавливать изделия из бронзы и источником нагрева служило твердое топливо. Второй период (конец XIX ст.) характеризуется началом применения для нагрева электрической энергии. Третий период начался в 1930–1940-х годах и связан с созданием техники из новых металлов и их сплавов — циркония, вольфрама, алюминиевых, титановых, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов. Это привело во второй половине ХХ ст. к разработке принципиально новых способов пайки. В настоящее время технические возможности пайки значительно расширились. Во многих случаях пайка является единственно возможной технологией неразъемного соединения новых материалов.

Пайка — процесс получения неразъемного соединения металлов, находящихся в твердом состоянии, расплавленным припоем. Припоем является материал с температурой плавления ниже температуры плавления паяемых материалов. При пайке (в отличие от сварки) плавится только присадочный сплав — припой, а между паяемым материалом и припоем протекает процесс взаимного растворения компонентов.

Требования, предъявляемые к паяному соединению и характеризующие условия его эксплуатации, определяются служебными свойствами изделия в целом: механическими свойствами, герметичностью, вакуум-плотностью, электросопротивлением, коррозионной стойкостью, стойкостью против термоударов, перегрузок и др.

В процессе пайки расплавленный припой вводится в зазор между нагретыми соединяемыми деталями. Припой смачивает поверхности деталей, растекается и заполняет зазор между ними. Взаимодействие припоя с материалом сопровождается растворением основного металла в жидком припое с образованием эвтектик и твердых растворов, взаимной диффузией компонентов припоя в сторону основного металла и компонентов основного металла в сторону припоя с последующей кристаллизацией жидкой прослойки.

Формирование прочного и надежного соединения зависит от химического состава взаимодействующих металлов, температуры и продолжительности пайки, определяющих физико-химические и диффузионные процессы, протекающие между припоем и основным металлом. Чем выше температура процесса и его длительность, тем больше степень взаимной диффузии между расплавленным припоем и основным металлом и тем выше механическая прочность соединяемых деталей. Кроме того, прочность пайки зависит от величины зазора между паяемыми деталями. Так, при малых зазорах улучшается затекание припоя под действием капиллярных сил, вследствие чего значение временного сопротивления паяного соединения больше значения временного сопротивления самого припоя.

Припой прочно соединяется с поверхностью изделия только тогда, когда хорошо смачивает ее. Для этого поверхность должна быть тщательно очищена от загрязнений. Кроме этого, для удаления пленок оксидов с поверхностей паяемого материала и припоя и для предотвращения их образования при пайке используют паяльные флюсы. Флюсы, кроме того, способствуют лучшему затеканию припоя в зазор между соединяемыми деталями и растеканию по их поверхности. Некоторые припои, содержащие эффективные раскислители (бор, кремний, барий, щелочные металлы

иудтр.) мог ные пленки.

сами выполнять роль флюсов, переводя в шлак оксидКачество паяных соединений зависит от правильного выбора способа пайки, используемых основных и вспомогательных материалов, технологического процесса пайки.

Способы пайки. Современные способы пайки принято классифицировать по следующим признакам: механизмам удаления оксидной пленки с поверхности паяемого материала, видам процессов образования припоя в зазоре, условиям заполнения зазора припоем, температурным и временным режимами кристаллизации паяного шва, температуре пайки и используемым источникам нагрева, наличию или отсутствию давления на паяемые деталив, роедмнеонности и очередности выполнения паяных соединений (рис. 3.76).

По механизмам удаления оксидной пленки способы пайки делятся на флюсовые и бесфлюсовые.

Флюсовая пайка — пайка с применением флюса. При этом флюс может также участвовать в образовании самого припоя путем выделения компонентов, плавящихся при пайке.

Бесфлюсовая пайка — пайка без применения флюса, когда удаление оксидных пленок осуществляется в восстановительной или инертной газовой среде, вакууме, а также за счет применения ультразвука.

В первом случае удаление оксидов происходит при высоких температурах за счет их восстановления или самопроизвольного распада (диссоциации), а при ультразвуковой пайке их разрушение осуществляется за счет ультразвуковых колебаний, создаваемых в расплавленном припое, наносимом на соединяемый металл специальным паяльником.

По видам процессов образования припоя в зазоре способы пайки подразделяются на пайку готовым припоем, контактно-реактивную и реактивно-флюсовую.

Рис. 3.76. Классификация способов пайки

Пайка готовым припоем — способ пайки, при котором используется заранее приготовленный припой. В качестве припоя может использоваться металлический (полностью расплавляемый) или композиционный припой. В композиционном припое помимо металлической основы содержится тугоплавкий наполнитель (порошки, волокна, сетки), который сам не плавится, а при плавлении металла припоя образует разветвленную сеть капилляров, удерживающих под действием капиллярных сил его жидкую часть в зазоре между соединяемыми деталями.

Контактно-реактивная пайка — способ пайки, при котором жидкий припой образуется в результате межфазного взаимодействия и последующего контактного плавления соединяемых материалов или соединяемых материалов и прослойки промежуточного металла. К этому способу пайки относится сваркопайка. Сваркопайка — пайка разнородных материалов, при которой более легкоплавкий материал локально нагревается до температуры, превышающей температуру его плавления, и выполняет роль припоя.

Реактивно-флюсовая пайка — способ пайки, при котором припой образуется в результате химических реакций между основным металлом и флюсом. Например, при пайке алюминия с использованием флюса ZnCl₃ в результате химической реакции восстановления

3ZnCl₃ + 2Al ↔2AlCl₃ + 3Zn

образуется цинк, который служит припоем.

По условиям заполнения зазора припоем пайку можно разделить на капиллярную (ширина зазора

При капиллярной пайке припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. Соединение образуется в результате растворения металла основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. Некапиллярная пайка — способ пайки, при котором припой заполняет зазор под действием силы тяжести или прилагаемых извне сил (магнитных, электромагнитных и др.). К этому способу пайки относится пайкосварка. При пайкосварке форма кромок соединяемых заготовок подобна форме кромок при сварке плавлением. Соединение деталей осуществляется приемами, характерными для сварки, а в качестве присадочного металла используется припой,

который под действием силы тяжести заполняет зазор.

Способы пайки по температурным и временным режимам кристаллизации паяного шва подразделяются на пайку с кристаллизацией при охлаждении и кристаллизацией при выдержке (диффузионная).

Температурный режим пайки с кристаллизацией при охлаждении состоит из нагрева припоя до температуры на 50…100 °С выше

температуры его плавления и последующего охлаждения соединения. Этот способ из-за относительно быстрого охлаждения характеризуется отсутствием диффузии в объеме взаимодействующих металлов.

Пайка с кристаллизацией при выдержке (диффузионная пайка) — способ пайки с изотермической выдержкой, при которой образование соединения сопровождается взаимной диффузией припоя и паяемого материала. Для диффузионной пайки характерна продолжительная выдержка при температуре образования паяного шва, а после завершения процесса — при температуре ниже солидуса припоя. В результате диффузии в шве образуются твердые растворы, что обеспечивает более однородный состав паяного шва и позволяет повысить его прочность и пластичность.

В зависимости от температуры пайки различают низкои высокотемпературную пайку. При низкотемпературной пайке температура плавления припоя t_плt_пл ≥ 450 ° С. Целесообразность такого деления обусловлена тем, что используемые основные и вспомогательные материалы существенно отличаются по своим свойствам в зависимости от температуры процесса.

Способы пайки в зависимости от используемых источников нагрева разделяют на пайку в печах, индукционную, погружением, газопламенную, плазменную и паяльниками.

При пайке в печах соединяемые заготовки нагревают в специальных печах: электросопротивления, с индукционным нагревом, газопламенных и газовых. Припой заранее закладывают в шов собранного узла, на место пайки наносят флюс и затем изделие помещают в печь, где его нагревают до температуры пайки. Этот способ обеспечивает равномерный нагрев соединяемых деталей без заметной их деформации.

При индукционной пайке паяемый участок нагревают в индукторе токами высокой частоты. Для предохранения от окисления изделие нагревают в вакууме или в защитной среде с применением флюсов.

Пайку погружением выполняют в ваннах с расплавленными солями или припоями. Соляная смесь обычно состоит из 55 % K Сl и 45 % НС1. Температура ванны — 700…800 °С. При пайке погружением в ванну с расплавленным припоем покрытые флюсом детали предварительно нагревают до температуры 550 ° С. Пайку погружением в расплавленный припой используют для соединения деталей из стальных, медных и алюминиевых сплавов.

При газопламенной пайке заготовки нагревают и припой расплавляют горелками для газовой сварки. В качестве горючих газов используют ацетилен, природные газы, водород, пары керосина и т. п.

При плазменной пайке плазмотроном, обеспечивающим более высокую температуру нагрева, паяют тугоплавкие металлы — вольфрам, тантал, молибден, ниобий и т. п.

При пайке паяльниками основной металл нагревают, а припой расплавляют за счет теплоты, аккумулированной в массе металла паяльника. Для низкотемпературной пайки применяют паяльники с периодическим и непрерывным нагревом и ультразвуковые. Паяльник с периодическим нагревом в процессе работы периодически подогревают посторонним источником теплоты. Для непрерывного нагрева используют электропаяльники. Паяльники с периодическим и непрерывным нагревом чаще используют для флюсовой пайки черных и цветных металлов легкоплавкими припоями с температурой плавления ниже 300…350 °С. Ультразвуковые паяльники применяют для бесфлюсовой пайки на воздухе и пайки алюминия. В этом случае оксидные пленки разрушаются за счет колебаний ультразвуковой частоты.

По наличию или отсутствию давления на паяемые детали способы пайки подразделяются на пайку без давления и пайку под давлением (прессовая пайка). Прессовая пайка используется в тех случаях, когда необходимо обеспечить четкую фиксацию взаимного положения деталей и требуемую величину зазора. Для сжатия деталей с требуемым усилием применяют специальные приспособления — механические зажимы. При высоких температурах этот способ нередко является единственно возможным.

По одновременности выполнения паяных соединений способы пайки делятся на одновременную пайку и ступенчатую. При одновременной пайке за один цикл нагрева в одном изделии (узле) выполняют несколько паяных соединений, а при ступенчатой — каждое последующее соединение выполняют после предыдущего.

Материалы, применяемые при пайке. Материалы, применяемые при пайке, делятся на основные и вспомогательные. К основным материалам относятся припои, а к вспомогательным — паяльные флюсы, восстановительные, инертные газовые среды и вакуум.

Классификация припоев осуществляется по многим признакам, основными из которых являются химический состав и температура плавления. Классификация по химическому составу осуществляется по основным химическим элементам, входящим в их состав (оловянно-свинцовые, оловянные, свинцовые, медно-цинковые, серебряные, медные, палладиевые и др.).

По температуре плавления все припои подразделяют на припои для низкотемпературной пайки (t_плt_пл ≤ 145 °С) и легкоплавкие (145 ° С t_плt_пл ≥ 450 °С): среднеплавкие (450 °С ≤ t_пл ≤ 1 100 °С), высокоплавкие (1 100 °С t_пл ≤ 1 850 °С) и тугоплавкие (t_пл ≥ 1 850 °С). Припои для низкотемпературной пайки используют в промышленности и в быту для пайки изделий, которые не подвергаются воздействию высоких температур и значительных механических нагрузок. Припои для высокотемпературной пайки применяют тогда, когда требуется высокая прочность и (или) работоспособность при больших температурах.

Припои для низкотемпературной пайки. К особо легкоплавким припоям с температурой плавления 45…145 °С относятся сплавы эвтектического состава, содержащие висмут, свинец, олово, кадмий. К таким сплавам относятся, например, сплавы Гутри (t_пл = 45 °С), Вуда (t_пл = 60,5 °С), Липовица (t_пл = 70 °С), Д’Арсенваля (t_пл = 79 °С), Розе (t_пл = 93,7 °С), Ньютона (t_пл = 96 °С), ПОСВ 33 ( t_пл = 130 °С), ПОСК 50-18 (t_пл = 145 °С).

Особолегкоплавкие припои находят применение, когда опасен перегрев не только паяемого материала, но и материала деталей изделия, не подвергаемых пайке. Такие припои широко применяются в электронике, электротехнике, в частности, при изготовлении приборов противопожарного назначения. Припой ПОСВ 33 применяется для пайки плавких сигнальных предохранителей, а ПОСК 50-18 — для деталей из меди и ее сплавов, не допускающих местного перегрева, в частности, полупроводниковых приборов.

Наиболее распространенными легкоплавкими припоями являются оловянно-свинцовые.

Маркировка оловянно-свинцовых припоев состоит из букв, обозначающих: П — припой, ОС — оловянно-свинцовый, Су — легированный сурьмой, и цифр, следующих после букв через дефис и обозначающих соответственно содержание олова и сурьмы. Буква М в марке припоя ПОС 61М обозначает легирующий элемент Cu

(1,2…2 %). Содержание свинца в марке не указывается и определяется по разности. Например, ПОССу 10-2: П — припой, ОС — оловянно-свинцовый, 10 % Sn, 2 % Sb, остальное — Pb.

Оловянно-свинцовые припои (ПОС 90, ПОС 61, ПОС 40, ПОС 18, ПОС 10 и др.) обладают высокими технологическими свойствами и весьма пластичны. Пайку этими припоями проводят обычно при нагреве паяльником. Минимальную температуру плавления (t_пл = 190 °C) и лучшие технологические свойства имеет припой ПОС 61. Его состав близок к эвтектическому в системе «олово – свинец». Наиболее тугоплавким является припой ПОС 10 (t_пл = 299 °C). Такие оловянно-свинцовые припои применяются для пайки электрои радиоаппаратуры (контактные поверхности электрических аппаратов, приборов, реле), точных приборов с высокогерметичными швами, где недопустим перегрев.

Для повышения прочности в оловянно-свинцовые припои вводят сурьму (ПОССу 61-0,5, ПОССу 25-0,5, ПОССу 9-2, ПОССу 10-2,

ПОССу 4-4, ПОССу 4-6 и др.). Малосурьмянистые припои, содержащие 0,2…0,5 % Sb и обладающие повышенной пластичностью, обеспечивают получение герметичных швов и применяются для пайки оцинкованных и цинковых деталей. Такие припои применяются для пайки электроаппаратуры, обмоток электрических машин, оцинкованных радиодеталей при жестких требованиях к температуре, свинцовых кабельных оболочек электротехнических изделий неответственного назначения, радиаторов, теплообменников и др. Сурьмянистые припои, содержащие 2…6 % Sb, широко используются в различных отраслях техники, требующих повышенной прочности паяных соединений. Такие припои применяются для пайки холодильных устройств, деталей автомобилестроения, деталей с клепаными швами из латуни и меди и др.

Для уменьшения склонности меди к химической эрозии при пайке используют оловянно-свинцовый припой ПОС 61М, легированный медью в количестве (1,2…2 %), близком к его предельной растворимости при температуре пайки, но не ухудшающим технологических и специальных свойств припоя и паяных соединений. Припой ПОС 61М применяется для пайки тонких (толщиной менее 0,2 мм) медных проволок, фольги, проводников в кабельной, электрои радиоэлектронной промышленности.

К легкоплавким припоям также относятся серебряные припои

(ПСрО 10-90, ПСрОСу 8, ПСрМО 5, ПСрОС 3,5-95, ПСр 3,

ПСр 3Кд, ПСр 2 и др.), содержащие серебро в незначительных количествах (1…10 %), а также олово, свинец или кадмий. В качестве легирующих элементов легкоплавких серебряных припоев выступают сурьма, медь или цинк. Максимальная температура плавления этих припоев составляет от 183 до 342 °С.

Легкоплавкие серебряные припои применяются для пайки меди, никеля и медных и медно-никелевых сплавов с посеребренной керамикой, проводов, работающих во всех климатических условиях без защиты соединений лакокрасочными покрытиями, стальных и серебряных изделий.

Припои для высокотемпературной пайки. Припои для высокотемпературной пайки обеспечивают более прочные соединения, чем припои для низкотемпературной, т. к. вследствие высокой температуры нагрева более интенсивно происходит взаимная диффузия элементов основного металла и припоя. Однако переходное электросопротивление таких припоев ниже, чем низкотемпературных.

К среднеплавким припоям с температурой до 1 100 °С относятся серебряные и меднок-цоивные припои.

К среднеплавким серебряным припоям относятся припои, в состав которых помимо серебра (10…70 %) в значительных количествах входят медь (ПСр 72, ПСр 50 и др.) или медь и цинк (ПСр 70, ПСр 45 и др.). Широкое применение находит припой ПСр 72, имеющий эвтектический состав с очень хорошими технологическими свойствами. Припои ПСр 45, ПСр 50, ПСр 70, ПСр 72 отличаются высокой пластичностью и технологичны. Такие припои применяются для пайки меди, медных и медно-никелевых сплавов, никеля, ковара, нейзильбера, латуней и бронз, а также железоникелевых сплавов с посеребренными деталями из стали, титана и титановых сплавов с нержавеющей сталью и т. п.

Некоторые припои, помимо этих элементов, содержатикйадм (ПСрКдМ 50-34-16 и др.), олово (ПСр 62 и др.), марганец (ПСр 37,5), фосфор (ПСр 25Ф) и др. Припои с кадмием применяются для пайки цветных металлов и стали, с марганцем — меди и медных сплавов с жаропрочными сплавами и нержавеющими сталями, с фосфором (самофлюсующиеся припои) — меди с бронзой,

меди с медью, бонрозонйзы с бр

и т. п.

Медно-цинковые припои (ПМЦ 36, ПМЦ 48, ПМЦ 54) используются для пайки меди, медных сплавов и сталей. Маркировка медно-цинковых припоев состоит из букв: П — припой, МЦ — медно-цинковый, и цифр, показывающих процентное содержание меди, остальное — цинк.

К высокоплавким припоям с температурой плавления более

1 100 °С относятся припои на основе меди и палладия.

Чистая раскисленная медь М0, M1 весьма широко применяется для пайки углеродистых и легированных сталей, никеля и его сплавов. Она хорошо смачивает сталь и растекается по ней, имеет более высокую прочность, чем среднеплавкие припои, высокую пластичность и менее дефицитна, чем серебро. Температура пайки медью находится в интервале 1 100…1 200 °С.

Особенности взаимодействия меди с другими элементами позволяют создавать припои на ее основе с широким диапазоном температур пайки (700…1 200 ° С). Например, легирование меди палладием и никелем вызывает непрерывное повышение температуры плавления медного припоя.

Для пайки деталей, работающих при высоких температурах, особенно подвергающихся трению (вентили и т. п.), используют медные припои, содержащие 2,5…10 % Fe, с температурой ликвидуса 1 180…1 230 °С или содержащие 20…30 % Fe, с температурой ликвидуса 1 200…1 230 ° С. Припой, содержащий 75 % Сu и 25 % Ni (t_пл = 1 205 °С), используется для пайки вольфрама и молибдена. Припои с палладием, несмотря на их дороговизну и дефицитность, в последнее время находят широкое применение. Палладий, во-первых, менее дефицитен, чем другие металлы платиновой группы, во-вторых, образует непрерывный ряд твердых растворов

со многими металлами (Ag, Cu, Au, Fe, Co, Ni и др.).

Использование палладия в качестве основы или в качестве легирующего элемента позволяет получать припои с температурой ликвидуса от 810 °С до температуры плавления палладия (1 552 °С).

Припои на основе палладия и никеля, легированные хромом, имеют высокую жаростойкость. Наименьшая температура ликвидуса таких сплавов 1 250 ° С. Припой состава: 24 % Pd, 33 % Сr, 39 % Ni и 4 % Si используется для пайки жаропрочных сплавов.

Палладиевые припои применяют также для пайки керамики и графита со сталью и тугоплавкими металлами. Припой состава:

60 % Pd, 40 % Ni, легированный литием и бором, применяют для пайки графита с графитом или с тугоплавкими металлами — Mo, W или их сплавами. Паяные соединения, полученные с помощью таких припоев, работают в условиях нейтронного облучения в ядерных реакторах.

Припои на основе палладия и титана имеют температуру солидуса 1 440 °С, а соединения, паянные такими припоями, могут работать при температуре до 1 640 °С.

К тугоплавким припоям с температурой плавления более 1 850 °С относятся припои на основе тугоплавких металлов. Так, для диффузионной пайки сплава тантала с содержанием 1 % W в качестве припоя применяют чистый титан. Припой в виде фольги укладывается в места соединений, а пайку производят в вакуумной печи при температуре 1 900 ºС и выдержкой 10 мин. Для капиллярной пайки применяют припой на основе Та с 40 % Hf. Пайку выполняют при температуре 2 205 º С с выдержкой 1 мин . Также для пайки тантала применяется припой, содержащий 20 % Та, 5 % Nb, 3 % W, остальное — Ti.

Для высокотемпературной пайки вольфрама используют припои с температурой плавления до 3 000 °С, в том числе чистые металлы (Ta, Nb, Ni, Cu) и сплавы (Ni–Ti, Ni–Cu, Mn–Ni–Co, Мо–В и др.).

Флюсы. Классификация флюсов осуществляется по нескольким признакам, основными из которых являются температура пайки и природа активатора.

В зависимости от температурного интервала активности паяльные флюсы подразделяются на флюсы для низкотемпературной (

Флюсы для низкотемпературной пайки по природе активатора подразделяются на канифольные, галогенидные, гидразиновые, анилиновые и др.

В качестве флюса применяют чистую канифоль. В ее составе преобладают смоляные кислоты (80…95 %), имеющие общую формулу C₁₉H₂₉COOH. Канифоль удаляет оксиды таких металлов, как медь, серебро, олово, и широко используется для пайки соединений, в том случае когда промыть изделие после пайки нельзя (остатки канифоли не вызывают коррозии). Кроме того, в качестве флюса используют раствор канифоли в спирте, а также с добавками хлоридов (ZnCl₂ и др.), анилина С₆H₅NH₂ и органических веществ,

например, гидразина N₂H₄, глицерина НОСН₂–СНОН–СН₂ОН и др. С их помощью можно паять не только медные сплавы, но также стали, оцинкованное железо, никелированное железо, конструкционные и коррозионно-стойкие сплавы.

Галогенидные флюсы используют для низкотемпературной пайки почти всех черных и цветных металлов. Чаще всего применяют хлористый аммоний NH₄Cl и хлористый цинк ZnCl₂, а также смеси, содержащие эти и другие хлориды.

Широкое применение находят флюсы на основе солянокислого гидразина N₂H₄·2HCl и анилина C₆H₅NH₂, а также других органических веществ. Соли гидразина при нагреве разлагаются с выделением водорода и хлористого водорода HCl, создающими защитную и восстановительную атмосферы. Анилин обладает высокой флюсующей активностью, причем образующийся после пайки остаток защищает шов от коррозии.

Флюсы для высокотемпературной пайки по природе активатора определяющего действия подразделяются на боридно-углекислые, галогенидные, фторборатные и др.

При пайке углеродистых сталей, чугуна и медных сплавов медно-цинковыми и серебряными припоями в качестве флюса используют борную кислоту H₃BO₃ и буру Na ₂B₄O₇ в различных сочетаниях. При пайке легированных сталей и жаропрочных сплавов флюсующего действия буры и борной кислоты недостаточно, поэтому в состав флюса вводят галогениды. Чаще всего вводят фториды натрия NaF, калия KF, лития LiF и кальция CaF ₂, а также фторбораты натрия NaBF₄ и калия KBF₄.

Флюсы для высокотемпературной пайки алюминиевых, магниевых и титановых сплавов состоят из различных хлоридов (ZnCl ₂, NH₄Cl и др.) и фторидов (NaF, KF и др.).

К вспомогательным материалам для пайки также относятся стоп-материалы, используемые при подготовке паяемой поверхности и наносимые на места, где нежелательно смачивание паяемого металла жидким припоем. Такие вещества подразделяют на стоппасты и покрытия, наносимые, например, гальваническим методом или распылением.

Технологический процесс пайки. Технологический процесс пайки изделия состоит из ряда операций и переходов, посредством которых он может быть осуществлен в определенном порядке. Помимо основной операции пайки он включает ряд подготовительных и финишных операций, обеспечивающих требуемые геометрические, механические и коррозионные характеристики паяных соединений и изделий.

К предварительным операциям пайки относится подготовка паяных поверхностей, включающая, во-первых, удаление жиров, масел, грязи, окалины и толстых неметаллических, в том числе оксидных пленок, образовавшихся в процессе химикотермической обработки, которые не могут быть удалены при пайке с помощью флюсов или газовых сред, во-вторых, обеспечение требуемой степени шероховатости паяемых участков и оптимального направления рисок, образующихся при этом, необходимых для лучшего растекания и затекания припоя в зазор, в-третьих, правильное закрепление припоя и соединяемых деталей, внесение флюса.

К финишным операциям относятся удаление остатков флюсов, зачистка соединения от наплывов припоя, обработка изделия резанием, термообработка и контроль качества паяных соединений.

Паяное соединение и его типы. Паяное соединение — элемент паяной конструкции, полученной пайкой. Паяное соединение состоит из паяного шва 1 и диффузионных зон 2 (рис. 3.77). Паяный шов — часть паяного соединения, закристаллизовавшаяся при пайке. Диффузионная зона — часть паяного соединения с измененным химическим составом паяемого материала в результате взаимной диффузии компонентов припоя и паяемого материала.

Рис. 3.77. Паяное соединение: а — схема; б — внешний вид; 1 — паяный шов; 2 — диффузионная зона; 3 — зона термического влияния; 4 — спай; 5 — паяемый материал

К паяному соединению примыкает зона термического влияния 3 — часть паяемого материала 5 с измененными под влиянием нагрева при пайке структурой и свойствами. Пограничный слой между паяным материалом и швом в сечении паяного соединения называется зоной сплавления (спаем) 4.

Тип паяного соединения определяется взаимным расположением и формой паяемых элементов. Основными типами паяных соединений являются нахлесточное, стыковое, угловое, тавровое, соприкасающееся и комбинированное (рис. 3.78).

Рис. 3.77. Типы паяных соединений: а — нахлесточное; б — телескопическое; в — стыковое; г — косостыковое; д — угловое; е — тавровое; ж — соприкасающееся; з — комбинированное

Нахлесточное паяное соединение (рис. 3.78, а) является наиболее удобным для выполнения и обеспечивает наибольшую прочность. Увеличение длины нахлестки в сочетании с пластичными высокотемпературными припоями почти всегда позволяет достичь равнопрочности соединения с основным металлом. Разновидностью нахлесточного является телескопическое паяное соединение — соединение труб или трубы с прутком (рис. 3.78, б). В практике телескопические паяные соединения получили наиболее широкое применение для соединения фланцев или втулок с трубами, втулок со стержнем, труб с заглушками, компенсаторов и т. д.

Стыковые соединения (рис. 3.78, в) при пайке используют реже, т. к. они не обеспечивают равнопрочность всего соединения. Для повышения прочности стыкового соединения его выполняют косостыковым (рис. 3.78, г). При таком соединении прочность стыка повышается и нередко достигается равнопрочность с основным металлом.

Угловое и тавровое паяные соединения (рис. 3.78, д, е) применяют сравнительно редко, т. к. их прочность в значительной степени зависит от пластичности паяного шва, модуля упругости паяемого металла и формы поверхности шва.

Соприкасающееся паяное соединение — соединение, в котором паяемые элементы различной геометрической формы соединены по линии или в точках (рис. 3.78, ж). Такие соединения допустимы при конструировании изделий, швы которых работают на сжатие или при небольших нагрузках.

Комбинированное паяное соединение — соединение, представляющее собой различные комбинации паяных соединений: нахлесточного, стыкового, косостыкового, таврового, телескопического, соприкасающегося (рис. 3.78, з).

Пайка по сравнению со сваркой имеет следующие преимущества:

1) она позволяет соединять всевозможные сплавы, в том числе плохо сваривающиеся, однородные и разнородные, а также соединять металл со стеклом, керамикой, графитом, полупроводниками;

2) за один прием можно получить протяженное соединение или сварить узел из множества заготовок. Последнее важно при массовом производстве и, кроме того, позволяет изготавливать сложные по конструкции узлы, которые невозможно сделать другими способами;

3) кромки деталей не оплавляются, поэтому при пайке можно сохранить размеры и форму деталей и паяного узла в целом;

4) многие паяные соединения можно распаивать, что важно при монтаже и ремонте в приборостроении.

Процесс пайки дешев, легко поддается механизации и автоматизации, особенно при массовом производстве. Все это обеспечило широкое применение пайки для изготовления сложных, тяжело нагруженных деталей в разных областях машиностроения (при производстве радиаторов автомобилей и тракторов, камер сгорания жидкостных реактивных двигателей, лопаток турбин, топливных и масляных трубопроводов и др.). В ремонтном производстве пайку используют для соединения или закрепления тонкостенных деталей и деталей из разнородных металлов, уплотнения резьбовых соединений, устранения пористости сварных швов чугунных и бронзовых отливок, заделки свищей, трещин и т. д.

Основные материалы применяемые для пайки

08 марта 2013 • Обновлено 16 января 2020

Олово — мягкий, ковкий металл серебристо-белого цвета. Удельный вес при температуре 20°С — 7,31. Температура плавления 231,9°С. Хорошо растворяется в концентрированной соляной или серной кислоте. Сероводород на него почти не влияет. Ценным свойством олова является его устойчивость во многих органических кислотах. При комнатной температуре мало поддается окислению, но при воздействии температуры ниже 18°С способен переходить в серую модификацию («оловянная чума»). В местах появления частиц серого олова происходит разрушение металла. Переход белого олова в серое резко ускоряется при понижении температуры до —50°С. Для пайки может применяться как в чистом виде, так и в виде сплавов с другими металлами.

Свинец — синевато-серый металл, мягкий, легко поддается обработке, режется ножом. Удельный вес при температуре 20°С 11,34. Температура плавления 327°C. На воздухе окисляется только с поверхности. В щелочах, а также в азотной и органических кислотах растворяется легко. Стоек против воздействий серной кислоты и сернокислых соединений. Применяется для изготовления припоев.

Кадмий — серебристо-белый металл, мягкий, пластичный, механически непрочный. Удельный вес 8,6. Температура плавления 321°С. Применяется как для антикоррозийных покрытий, так и в сплавах со свинцом, оловом, висмутом для легкоплавких припоев.

Сурьма — хрупкий серебристо-белый металл. Удельный вес 6,68. Температура плавления 630,5°С. На воздухе не окисляется. Применяется в сплавах со свинцом, оловом, висмутом, кадмием для легкоплавких припоев.

Висмут — хрупкий серебристо-серый металл. Удельный вес 9,82. Температура плавления 271°С. Растворяется в азотной и горячей серной кислотах. Применяется в сплавах с оловом, свинцом, кадмием для получения легкоплавких припоев.

Цинк — синевато-серый металл. В холодном состоянии хрупок. Удельный вес 7,1. Температура плавления 419°С. В сухом воздухе окисляется, во влажном воздухе покрывается пленкой окиси, которая предохраняет его от разрушения. В соединении с медью дает ряд прочных сплавов. Легко растворяется в слабых кислотах. Применяется для изготовления твердых припоев и кислотных флюсов.

Медь — красноватый металл, тягучий и мягкий. Удельный вес 8,6 — 8,9. Температура плавления 1083 °С. Растворяется в серной и азотной кислотах и в аммиаке. В сухом воздухе почти не поддается окислению, в сыром воздухе покрывается окисью зеленого цвета. Применяется для изготовления тугоплавких припоев и сплавов.

Канифоль —продукт переработки смолы хвойных деревьев Более светлые сорта канифоли (более тщательно очищенные) считаются лучшими. Температура размягчения канифоли от 55°C до 83°С. Применяется как флюс для пайки мягкими припоями.

Выбор припоя зависит от соединяемых металлов или сплавов, от способа пайки, температурных ограничений, размеров деталей, требуемой механической прочности, коррозионной стойкости и др. Наиболее широко применяются в любительской практике легкоплавкие припои. Рекомендации по их применению, на основании которых можно выбрать припой, приведены в таблице 1. Буквы ПОС в марке припоя означают припой оловянно-свинцовый, цифры — содержание олова в процентах (ПОС-61, ПОС-40). Для получения специальных свойств в состав оловянно-свинцовых припоев вводят сурьму, кадмий, висмут и другие металлы. Состав некоторых таких припоев приведён в таблице 2.

Легкоплавкие припои

Таблица 1. Легкоплавкие припои.

Марка припоя	Температура	Область применения
ПОС-90	222 °C	Пайка деталей и узлов, подвергающихся в дальнейшем гальванической обработке (серебрение, золочение)
ПОС-61	190 °C	Лужение и пайка тонких спиральных пружин в измерительных приборах и других ответственных деталей из стали, меди, латуни, бронзы, когда не допустим или нежелателен высокий нагрев в зоне пайки. Пайка тонких (диаметром 0,05 — 0,08 мм) обмоточных проводов, в том числе высоко — частотных (лицендрата), выводов обмоток, радиоэлементов и микросхем, монтажных проводов в полихлорвиниловой изоляции, а также пайка в тех случаях, когда требуется повышенная механическая прочность и электропроводность.
ПОС-50	222 °C	То же, но когда допускается более высокий нагрев, чем при ПОС-61
ПОС-40	235 °С	Лужение и пайка токопроводящих деталей неответственного назначения, наконечников, соединение проводов с лепестками, когда допускается более высокий нагрев, чем при ПОС-50 или ПОС-61.
ПОС-30	256 °С	Лужение и пайка механических деталей не ответственного назначения из меди и её сплавов, стали и железа.
ПОС-18	277 °С	Лужение и пайка при пониженных требованиях к прочности шва, деталей не ответственного назначения из меди и её сплавов, оцинкованного железа.
ПОССу-4-6	265 °С	Лужение и пайка деталей из меди и железа погружением в ванну с расплавленным припоем.
ПОСК-50	145 °С	Пайка деталей из меди и её сплавов, не допускающих местного перегрева. Пайка полупроводниковых приборов.
ПОСВ-33	130 °С	Пайка плавких предохранителей.
ПОСК-47-17	180 °С	Пайка проводов и выводов элементов к слою серебра, нанесённого на керамику методом вжигания.
П-200	200 °С	Пайка тонкостенных деталей из алюминия и его сплавов.
П-250	280 °С
Сплав «Розе»	92-95 °С	Пайка, когда требуется особо низкая температура плавления припоя.
Cплав д’Арсенваля	79 °С
Сплав Вуда	60 °С

Выпускают легкоплавкие припои в виде литых чушек, прутков, проволоки, лент фольги, порошков, трубок диаметром от 1 до 5 мм, заполненных канифолью, а также в виде паст, составленных из порошка припоя и жидкого флюса.

Флюсы растворяют и удаляют оксиды и загрязнения с поверхности паяемого соединения. Кроме того, во время пайки они защищают от окисления поверхность нагреваемого металла и расплавленный припой. Всё это способствует увеличению растекаемости припоя, а следовательно, улучшению качества пайки. Флюс выбирают в зависимости от свойств соединяемых пайкой металлов или сплавов и применяемого припоя, а также от способа пайки. Остатки флюса, особенно активного, т продукты его разложения нужно удалять сразу после пайки, так как они загрязняют места соединений и являются очагами коррозии. При монтаже электро и радиоаппаратуры наиболее широко применяются канифоль и флюсы, приготовленные на её основе с добавлением неактивных веществ — спирта, глицерина и даже скипидара. Канифоль не гигроскопична, является хорошим диэлектриком, поэтому не удаленный остаток её не представляет опасности для паяного соединения. Данные о флюсах, наиболее часто применяемых в любительской практике, приведены в таблице 2 и таблице 3.

Неактивные флюсы

Таблица 2. Неактивные (безкислотные) флюсы.

Состав в %	Область применения	Способ удаления остатков
Канифоль светлая	Пайка меди, латуни, бронзы легкоплавкими припоями.	Промывка кистью или тампоном, смоченным в спирте или ацетоне.
Канифоль — 15-18; спирт этиловый — остальное (флюс спиртоканифольный)	То же, и пайка в труднодоступных местах	Тоже
Канифоль — 6; глицерин -14; спирт этиловый или денатурированный — остальное (флюс глицерино-конифольный)	То же, при повышенных требованиях к герметичности паяного соединения.	То же

Активные флюсы

Какое оборудование применяют для пайки

Одним из действенных и надежных способов соединения материалов считается пайка. Раньше ее применяли для металлов и их сплавов, но пайка также подходит для соединения кусков стекла, пластмассы, керамики.

Существует множество видов пайки, для каждого из них используется специальное паяльное оборудование, инструменты и приспособления.

Паяльник

К наиболее часто используемым инструментам при паяльных работах относится паяльник. Без него сложно представить оборудование рабочего места. Паяльники применяют любители и профессионалы. Все зависит от вида инструмента.

Молотковый

Для соединения больших, массивных деталей применяют молотковые паяльники, названные так из-за своей формы, похожей на молоток. Они разогреваются в печах или жаровнях и, обладая большой тепловой инерцией, долго остаются нагретыми.

Такое оборудование используют для пайки крупных деталей.

Электрический

Самый традиционный способ пайки – при помощи электрического паяльника. Устроен он очень просто – в металлическом корпусе заключен нагревательный элемент, который разогревает жало – медный стержень. От мощности нагревательного элемента зависит температура нагрева паяльника.

Содержание процесса паяльных работ заключается в том, чтобы разогреть контактным способом соединяемые детали и скрепить их специальным составом, называемым припоем. После остывания получается прочное соединение, способное проводить электричество, если соединяемые детали являются проводниками.

Профессиональный электропаяльник может быть с регулятором напряжения. В этом случае возможна регулировка температуры жала, что очень важно при сборке и монтаже электронных схем.

Особый интерес представляет индукционное оборудование. В индукционных паяльниках происходит саморегуляция нагрева, они экономно расходуют электричество.

Выпускают ультразвуковое паяльное оборудование. Ультразвуковой паяльник снабжен генератором, вырабатывающим сигнал высокой частоты.

Помимо паяльника, работающего от бытовой сети, в состав оборудования поста для пайки может входить паяльный инструмент, питающийся напряжением 12 или 24 вольта. Он подходит для отладки работы электронных схем и для монтажа деталей и компонентов, которые могут выйти из строя от перегрева.

Электрические паяльники могут быть и беспроводными, работающими от пальчиковых аккумуляторов.

Газовый

Очень удобны в работе газовые паяльники, разогрев которых происходит от сгорания газа. Газовое оборудование представлено огромным количеством моделей, отличающихся размерами, системой розжига, наличием регулятора температуры.

С помощью газового паяльного оборудования можно плавить твердые высокотемпературные припои. Выпускают посты для газовой пайки медных труб, в которые входят баллоны, редукторы, платформа и горелка.

Недостатками электрического или газового паяльников является невозможность одновременного прогрева большой площади при малой мощности. В этом случае используются другие виды оборудования.

Инфракрасные станции и фены

Модели термовоздушного паяльного оборудования (фены) используются в основном для демонтажа и объемного монтажа микросхем на платах электронных устройств. Очень часто фен входит в комплектацию паяльной станции, состоящей еще из электрического паяльника и блока управления.

Паяльная станция позволяет производить установку и контроль параметров инструментов, входящих в нее, обеспечивая высокое качество шва.

Нередко в состав оборудования для паяльной станции входит стол с возможностью прогрева деталей или монтажных плат снизу.

Эта установка использует инфракрасные источники тепла – лампы, нагревательные элементы. Некоторые конструкции столов для подогрева снабжены кронштейнами и штативами, что позволяет закреплять платы.

Схожим действием с паяльным феном обладает инфракрасное оборудование. С его помощью также можно обеспечить нагрев большой площади, не допуская контакта с элементами микросхем.

Инфракрасные паяльные станции позволяют контролировать паяние и обеспечивать плавное остывание металла. Это дорогостоящее оборудование, которое представляет собой целые вычислительные комплексы с наборами датчиков, процессорами и целым перечнем вспомогательных инструментов.

Инструменты и приспособления

При ручной пайке недостаточно наличия только паяльного оборудования. Не имея необходимых дополнительных приспособлений, невозможно бывает не то чтобы качественно, а вообще что-нибудь спаять. К таким приспособлениям относятся:

• паяльная лампа;
• пинцет;
• набор надфилей;
• кусачки;
• увеличительное стекло и штатив;
• струбцины;
• подставки.

Один из необходимых инструментов – это пинцет. Он служит для того, чтобы удерживать мелкие детали в положении, в котором их нужно припаять.

Кроме того, зачастую металлический пинцет, зажимая выводы, служит теплоотводом, когда происходит пайка полупроводников или иных требовательных к температуре предметов.

Еще одним инструментом, часто используемым при работе, является надфиль. Плоским надфилем можно очистить жало паяльника от нагара перед тем, как облудить его.

Круглым надфилем с острым концом можно аккуратно прочистить монтажные отверстия на плате. Иногда приходится зачищать выводы компонентов схем, перед тем как смонтировать их на место.

Для работы с проводами и кабелями понадобятся кусачки-бокорезы. С их помощью отрезают провода, зачищают изоляцию, иногда механически снимают лишний припой.

Для демонтажа электронных компонентов и плат из корпусов электроприборов могут понадобиться отвертки различных видов. А так как некоторые компоненты могут выйти из строя при воздействии даже слабого магнитного поля, понадобится устройство для размагничивания стальных инструментов.

Очень часто приходится паять крупные детали. Нагреть их паяльником, даже самым мощным, невозможно. В этом случае детали около места будущей пайки прогревают паяльной лампой, а после этого уже пропаивают паяльником. Паяльные лампы могут работать на бензине, керосине, газе. Некоторые модели работают на спирте.

Чтобы зафиксировать детали между собой и на столе, неплохо иметь под рукой набор металлических струбцин. При их использовании можно точно сориентировать детали одну относительно другой и сохранить это положение в течение всего времени пайки и остывания.

Полезное приспособление для пайки – поставка. На нее можно не опасаясь возгорания помещать горячий паяльник. Такое простейшее оборудование зачастую делают своими руками.

Для соединения мелких деталей, что очень часто происходит при ремонте ювелирных изделий, понадобится лупа со стеклом большого диаметра, установленная на штатив.

При постоянных частых паяльных работах неплохо установить в помещении оборудование для думоудаления.

Промышленная пайка

На предприятиях тяжелой промышленности используются совершенно иные виды паяльного оборудования. Соединение больших деталей и конструкций в промышленных условиях происходит в печах.

В этом случае достигается наиболее высокое качество, так как при использовании печного оборудования можно постоянно контролировать состояние металла, поддерживать необходимую температуру и давление. Защита металла от окисления производится путем введения в камеру печи флюсов.

Печи для пайки различаются по принципу нагрева. Они бывают индукционными, газовыми, электрическими. Подаются и извлекаются заготовки различными способами в зависимости от конструкции печного оборудования. Это может быть ручная подача, ленточный конвейер, шахтная и элеваторная подачи.

В печах с ручной подачей нагрев и остывание деталей, паяльной камеры происходит в пределах одного цикла пайки. После остывания загружаются новые детали. В этой печи легче всего контролировать течение процесса и его продолжительность.

В конвейерном паяльном оборудовании нагрев происходит постоянно, а остывают детали уже после извлечения из камеры. Такие печи используются для создания большого количества одинаковых, серийных изделий.

Шахтные и элеваторные печи используют для изготовления крупногабаритных объемных конструкций, которые собирают прямо в печи и затем производят процесс пайки при полностью контролируемых параметрах.

Вакуумное паяльное оборудование используют для соединения изделий из сильноокисляющихся материалов. Паяные швы, произведенные в таких печах, отличаются чистотой и однородностью, что обеспечивает их прочность.

По причине менее высокой температуры и совершенно иного, чем при сварочных работах, воздействия на металл, паяные соединения более стойки к коррозии и к механическим воздействиям.

Несмотря на давнее изобретение пайки и создание новых методов соединения металлов и сплавов, паяльные работы с использованием специального оборудования остаются востребованными и в настоящее время.

Пайка металлов цветных и драгоценных

Ещё один известный технологический процесс соединения металлических деталей — пайка металлов. Принцип проведения работ заключается в том, что мастер с помощью нагревательного элемента расплавляет легкоплавкий материал, которым создаёт прочный шов между двумя изделиями. Расплавленный припой заполняет все пустоты, надёжно скрепляет отдельные элементы.

Виды соединения металлов пайкой

Можно разделить этот технологический процесс на две группы:

1. Низкотемпературное соединение деталей. Применяется во время работы с точными механизмами, платами, проводами, элементами радиоэлектроники. Связано это с тем, что нагревание до высоких температур может разрушить соединяемые материалы. Наиболее часто это пайка цветных металлов. Главный недостаток этой технологии — недостаточная прочность готового шва.
2. Высокотемпературное соединение отдельных элементов. Наиболее часто эта технология является пайкой черных металлов. Главное преимущество этой технологии — высокая прочность готового шва.

Зависимо от того, как будет проводиться нагрев заготовок, выделяется несколько методов.

1. Газовый — представляет собой пайку металла газовой горелкой.
2. Электрический метод. Воздействие на заготовки электрического тока разных частот.
3. Использование ультразвукового оборудования.
4. Метод погружения. Отдельные элементы погружаются в специальную ванну, заполненную соляным раствором.

Зависимо от вида пайки металлов, появляются определённые особенности. Это же касается работы с нагревательным оборудованием. Невозможно сделать качественное соединение без знаний особенностей выбора припоя и флюса. Припой является легкоплавким металлом, который является основой готового шва. Флюс предназначен для защиты соединяемого места от образования оксидной плёнки.

Требуется знать, как выбирать оборудование, для каких материалов подходит определённая технология пайки, как определиться с выбором флюса и припоя. Ответы все интересующие вас вопросы вы найдёте на нашем сайте.

Газопламенная пайка металлов | Сварка и сварщик

Пайка металлов

технологический процесс получения неразъемных соединений металлов нагревом до расплавления более легкоплавкого присадочного металла — припоя, заполняющего зазор между соединяемыми деталями. Основной металл при пайке не плавится, а нагревается до температуры расплавления припоя.

В качестве источников теплоты при пайке используют газокислородное и газовоздушное пламя, электронагрев, индукционный нагрев, паяльники. К преимуществам пайки относятся отсутствие расплавления и незначительный нагрев основного металла. Эти преимущества позволяют получать высококачественные соединения не только однородных металлов, но и разнородных металлов и сплавов.

Согласно ГОСТ 17325-79, различают две основных вида пайки:

• высокотемпературную
• низкотемпературную

Температура плавления припоев для высокотемпературной — свыше 550°С, а для низкотемпературной — ниже 550°С. В основу высокотемпературных припоев входят медь (Сu), цинк (Zn), серебро (Ag), а низкотемпературных — свинец (Pb), олово (Sn), сурьма (Sb). Пайке поддаются чугун, низкоуглеродистая и легированная сталь, медь , никель, алюминий и их сплавы и др.

Источником нагрева при газопламенной пайке является сварочное пламя. В качестве основного инструмента используют сварочную горелку. При пайке крупногабаритных изделий применяют многопламенные горелки. Припои выпускают в виде проволоки, прутков, полос, порошковой проволоки, порошков и пасты. Для получения надежного паяного соединения припои должны удовлетворять следующим требованиям:

• температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления основного металла;
• расплавленный припой в сочетании с флюсом должен быть жидкотекуч, хорошо растекаться, проникая в щели зазора, и хорошо смачивать металл;
• припой и металл должны взаимно диффундировать и образовывать сплав;
• припой должен обладать одинаковой или более высокой, чем основной металл, коррозионной стойкостью;
• припой должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к внешнему виду изделий, и не содержать дорогих и дефицитных компонентов.

Все припои для высокотемпературной пайки можно разбить на следующие группы:

• медные;
• медно-цинковые;
• серебряные;
• медно-фосфористые.

Медные припои применяют для пайки стали преимущественно в печах с защитной атмосферой.

Медно-цинковые — при пайке стали, чугуна, меди, бронзы и никеля. Лучшие результаты дает припой марки ЛОК 62-06-04, содержащий 60-63% Сu; 0,3-0,4% Sn; 0,4-0,6% Si, остальное — цинк (Zn). Температура плавления припоя 905°С, предел прочности 450 МПа.

Серебряные припои можно применять при пайке всех черных и цветных металлов, кроме алюминия и цинка, имеющих более низкую температуру плавления, чем припой. Температура плавления серебряных припоев 720- 870°С. В зависимости от содержания серебра серебряные припои выпускаются марок от ПСр10 до ПСр70.

Медно-фосфористые припои находят широкое применение в электропромышленности. Их используют только для пайки меди и латуни. Припои для низкотемпературной пайки готовят на основе оловянно-свинцовых сплавов различного состава. В зависимости от содержания Sn используют припои марок от ПОС 90 (89-90% Sn) до ПОС 18 (17-18% Sn). Для низкотемпературной пайки применяют также сурьмянистые припои марки ПОСС-4-6. Для пайки алюминия в качестве низкотемпературных припоев рекомендуются сплавы: 50% Zn, 45% Sn, 5% Аl и 25% Zn, 70% Sn, 5% Al. Паяные низкотемпературными припоями соединения обладают низкой коррозионной стойкостью, что ограничивает их применение для деталей, работающих в воде или влажном воздухе.

Для высокотемпературной пайки алюминия и его сплавов рекомендуются припои с температурой плавления 577°С, содержащие 10-12% Si, 0,7% Fe, остальное — Al, и припой с температурой плавления 525°С состава 28% Cu, 6% Si, 66% Al. При газопламенной пайке применяются флюсы в виде порошков, пасты и газа. Основой большинства флюсов при твердой пайке является бура Na₂B₄O₇. Для усиления действия флюса к буре часто добавляют борную кислоту, благодаря которой флюс становится более густым и вязким, требующим повышения рабочей температуры. Для понижения рабочей температуры флюса, что особенно важно для легкоплавких припоев, вводят хлористый цинк ZnCl₂, фтористый калий KF и другие щелочные металлы.

Перед пайкой соединяемые детали тщательно очищают от загрязнений, окалины, оксидов, жира и др. Порошкообразные флюсы насыпают тонким слоем на очищенные кромки, причем часто применяют предварительный подогрев кромок, с тем чтобы частицы флюса плавились, прилипали к металлу и не сдувались пламенем горелки при пайке. Порошкообразный флюс наносят также па конец прутка припоя. Пасты и жидкие растворы наносят на поверхность соединяемых деталей кистью или обмакивают в них припой. При пайке наибольшее применение получили нахлесточные соединения. Зазор между соединяемыми поверхностями должен быть минимальным, а при пайке серебряными припоями — 0,05-0,03 мм. Техника пайки подготовленного соединения сводится к нагреву их до температуры плавления припоя, введения и расплавления припоя. Обычно пайку выполняют нормальным пламенем.

При пайке медно-цинковыми припоями рекомендуется применять пламя с избытком кислорода. Нагрев ведут широкой частью пламени. Для равномерного прогрева горелкой совершают колебательные движения вдоль шва. После того как флюс, предварительно нанесенный на кромки, расплавится и заполнит зазоры, а изделие прогреется до необходимой температуры, начинают вводить припой. Для гарантии полного заполнения зазора припоем горелкой еще некоторое время подогревают место спая после прекращения подачи припоя. После окончания пайки спай должен медленно остывать, остатки флюса после пайки необходимо тщательно удалять. Для полного удаления флюсов изделие погружают в 10%-ный раствор серной кислоты с последующей промывкой водой. Брак, возникший при пайке, может быть исправлен. Для этого необходимо нагреть деталь до температуры плавления припоя, разъединить спаянные элементы, после чего заново зачистить соединяемые поверхности и повторно произвести пайку.