Какой металл можно паять паяльником
Перейти к содержимому

Какой металл можно паять паяльником

  • автор:

Пайка металлов

Сплавы Вуда и Розе

Сплавы с низкой температурой плавления используют в медицине, литейном деле, микроэлектронике. Агрегатное состояния этих материалов меняется при нагреве от 61° до 239,1°С. Создают легкоплавкие конструкции из следующих химических элементов: свинец, кадмий, олово, висмут. Содержание и количество составляющих частей определяет свойства и назначение сплава.

Обзор сплава «ВУДА»
Например, сплав «ВУДА» 60598 (Россия) на 50 % состоит из висмута. Bi – это редкоземельный металл, окрашенный в серебристый цвет, с незначительным розовым оттенком. Атомный вес – 208,98. Температура плавления ниже, чем точка кипения воды.

В сплаве «Вуда» имеются также: свинец, олово, кадмий. Последний в соединении с висмутом снижает нижнюю границу плавления до 60–68 °С.

Кроме того, висмут при твердении увеличивается в объёме. Если он в составе сплава, то жидкая субстанция плотно примыкает к форме и точно повторяет её конфигурацию.

Свинец и олово – главные компоненты для припоя и лужения. Химическое соединение обеспечивает качественное покрытие с высоким уровнем защиты от окисления.

Физические свойства составляющих элементов в полной мере переданы сплаву. Потому для «Вуда» характерно следующее:

Самая низкая температура плавления среди легкоплавких составов;
Способность к высокоточному литью.
Состав «Вуда» подходит для создания моделей, заполнения металлографических шлифов, в датчиках пожаротушения, при изгибе тонкостенных труб.

Обзор сплава «Розе»
Сплав «Розе» 60599 (Россия) используют при пайке и лужении меди, латуни, бронзы, никеля. Материал предназначен для работы с цветными металлами, которые чувствительны к перегревам. Свойства сплава обусловлены составом. «Розе» включает следующие химические составляющие: висмут, свинец олово. Отсутствие кадмия повышает нижний пород плавления до 95 °С и нейтрализует токсичность.

Выделение кадмием ядовитых паров привело к ограничению его применения. В соответствии с техническим регламентом ЕС от 2016 года допустимое количество кадмия в электротехнике и электронике не может превышает 0,01% от веса детали.

Припой востребован радиолюбителями и мастерами различных отраслей народного хозяйства. «Розе» позволяет легко соединять мельчайшие термочувствительные детали, без прямого контакта с паяльником. Отличительные особенности сплава:

Лужение долго сохраняется на цветных металлах;
Расплавление осуществляют в кипящей дистиллированной воде с глицерином;
Материал не применяют со щелочными флюсами.
Щелочь ведёт к трещинообразованию и разрыву припоя. Для «Розе» используют флюсы на спирте, глицерине или канифолях. Например, спиртовой раствор ортофосфорной кислоты, ЛТИ-120, спирто-канифольный, спирто-ацетонный, глицерино-канифольный, ФИМ, Ф-43 и некоторые другие.

Представленные сплавы мало отличаются по составу. Отсутствие только одного химического составляющего (Cd) изменяет свойство, назначение и область применения материала.

Для чего дома нужен паяльник

Инструменты FIT
Для чего дома нужен паяльник

Паяльник конструктивно разработан таким образом, чтобы легко расплавить и точно подать олово или припой в узел. Существуют следующие модификации инструмента: газовые, инфракрасные, термовоздушные. В быту, обычно применяют электрические модели. Классифицируют их по типу нагревательного элемента, так как от него зависит мощность и рабочие свойства паяльника.

Как видно по нашему каталогу — универсальная мощность для бытовых нужд — 40-60 Вт. Но нужно помнить, что для пайки микросхем это очень много!

Тем не менее пригодиться он может:

для пайки проводов и электроудлинителей
для пайки и замены радиодеталей в бытовой технике
для ремонта светильников, светодиодов, тонкостенных труб
для быстрого прожига отверстий в пластике или отрезке лишних деталей.
Нагревательные элементы
Самая важная деталь в паяльнике — жало, оно бывает:

медное — к нему хорошо прилипает припой, но его нужно постоянно зачищать
металлическое с никелевым покрытием — удобно при ювелирной работе с мелкими деталями
Самый простой и дешевый нагреватель состоит из нихромовой проволоки, которая намотана на изоляционный материал. Мощность инструмента колеблется в пределах от 30 до 60 Вт. Модели подходят для работы с низкоплавкими припоями, оловом. Например, паяльник 60485–60486 (марка КУРС). В категории есть модели с прямым и скошенным жалом. Рукоятка изготовлена из хорошо отшлифованного дерева.

Керамический нагреватель. Выполнен из керамического стержня, к которому подведено напряжение. Физические свойства обожжённой глины способствуют быстрому разогреву жала, широкому диапазону изменения рабочей температуры и мощности. Например, паяльник электрический 60464 (марка MOS). Мощность – 60 Вт. Максимальная температура нагрева – 350°С.

payaln-2.jpg
Импульсный нагреватель. Например, паяльник электрический импульсный 60474М (марка MOS). Для включения модели требуется нажатие и удержание курка. Происходит стремительный прогрев рабочей части. По окончании работы кнопку отпускают, и паяльник охлаждается.

Электрическая схема импульсного нагревателя содержит преобразователь и трансформатор. Медный наконечник также является токонесущим элементом, присоединён к вторичной обмотке трансформатора. Техническое решение обеспечивает большой ток и быстрый нагрев. Паяльник используют для пайки электроники и сравнительно крупных деталей.

Следующий вариант – это индукционный нагреватель. Он состоит из элементов:

Катушка индикатора;
Сердечник с ферримагнитным напылением.
Разогрев головки происходит под воздействием магнитного поля с наведёнными токами. При получении оптимальной температуры ферромагнит теряет магнитные свойства, нагрев сердечника прекращается. При понижении температуры свойства восстанавливаются, накал возобновляется. Так происходит автоматическое поддержание температуры без применения термодатчика.

Среди широкого многообразия можно легко выбрать модель, ориентируясь на мощность и назначение.

Прежде пайка была мало производительным трудом. Кроме того, создавалась опасная пожарная ситуация, древний паяльник нагревали на открытом огне. С появлением современных технологий этот метод нагрева полностью забыт, ушёл в прошлое.

Этот способ соединения металлов известен уже очень давно, с древних времен. Пайку использовали еще в Древнем Египте, Греции и Риме (найдены паяные металлические предметы). Удивительно, но с давних времен сама технология пайки изменилась не очень сильно, зато появилось множество приспособлений для осуществления этого процесса (современному паяльному оборудованию посвящена отдельная статья). В данной статье рассмотрим особенности такой операции как пайка, разберем ее виды.

Итак, пайка – это способ соединения металлов с помощью припоя, который вводится между ними. Припой заполняет пространство между соединяемыми элементами, застывает и обеспечивает надежную неразъемную фиксацию. Во время пайки припой нагревают до температуры, которая выше, чем температура его плавления, но ниже температуры плавления соединяемых металлов. Жидкий припой под действием капиллярных сил заполняет все пространство, происходит взаимодиффузия металлов.

Припои для пайки должны обладать следующими свойствами: высокая прочность при любых температурах, герметичность, электропроводность, устойчивость к коррозии, теплопроводность, хорошее смачивание (смачивание – явление, где частицы твердых веществ и жидкости, их смачивающей образуют связи более прочные, чем связи частиц самой жидкости), отсутствие несовместимости с металлами, которые требуется соединить, соответствие содержания токсичных металлов допустимым значениям.

В зависимости от того, какая температура плавления свойственна припою, различают мягкие (легкоплавкие) и твердые (тугоплавкие) припои. Температура плавления мягких припоев до 450 градусов С, а твердых – выше 450.

К легкоплавким припоям можно отнести оловянно-свинцовые. Олово и свинец могут входить в состав припоя в разных пропорциях. Прочность таких припоев не очень высока, их использую для соединения деталей, не подвергающихся нагрузкам и высоким температурам. Если приходится применять такой припой для спайки деталей, которые будут испытывать нагрузку, то площадь соприкосновения элементов следует увеличить. Данными припоями часто паяют электросхемы и провода, а также используют для бытовых нужд.

К тугоплавким можно отнести припои на основе серебра и меди. Припои из чистой меди применяют в основном для пайки стальных изделий. Медно-цинковые припои вообще используют довольно редко в связи с низкими механическими свойствами. Медно-фосфористые припои могут в некоторых случаях заменять серебряные, используют их для пайки латунных и медных изделий, не подвергающихся ударам, вибрации. Самыми качественными считаются серебряные припои.

Выше были перечислены самые популярные виды припоев, однако существует еще множество других разновидностей, предназначенных для пайки редких материалов (например, никелевые, золотые, магниевые).

Припои могут выпускаться в разнообразных формах: в виде фольги, проволоки, таблеток, гранул, порошка, пасты.

Как правило, пайка не обходится без флюсов. Флюсы – это вещества, с помощью которых с поверхности металлов, которые подлежат пайке, удаляется оксидная пленка, препятствующая контакту основного металла и припоя. Для каждого вида пайки применяется определенный флюс. Часто флюс входит в состав готового припоя.

Виды пайки.

Классификация видов пайки очень обширна, так как классифицировать эту операцию можно по множеству параметров. Особо значимой считается классификация пайки по температуре плавления припоя. Выделяют низкотемпературную и высокотемпературную пайку. Низкотемпературная пайка достаточно проста в исполнении, ее возможно применять для соединения миниатюрных элементов. Данный вид является ведущим в создании электронных изделий. Высокотемпературная пайка используется там, где необходима особая прочность соединений, то есть в изделиях, которые испытывают разного рода нагрузку.

Как правильно паять металлические детали

Как правильно паять? Этим вопрос вопросом задаются многие начинающие мастера. Для начала нужно приготовить все необходимые материалы и инструменты:

  • паяльная лампа;
  • флюс;
  • припой.

Паяльник может быть электрическим, индукционным или газовым. Тяжелые молотковые паяльники нагреваются как открытым огнем, так и электричеством. В настоящее время эти модели используются очень редко, предпочтение отдается электрическим инструментам. Выбирают такой инструмент, принимая во внимание его мощность. Для пайки деталей электронных схем используются паяльники мощностью 40 Вт, для тонкостенных деталей — приборы мощностью до 120 Вт. Мощность паяльной лампы зависит и от теплопроводности материалов. Например, для пайки стальных деталей требуется прибор меньшей мощности, чем для работы с медью.

При работе с электрической паяльной лампой используются легкоплавкие припои из сплавов олова и серебра. Для пайки посуды нельзя использовать сплавы, содержащие свинец. Правильно подобранный флюс — залог успешной пайки. Флюс используется для снятия оксидной пленки металла. При работе с электронными схемами нельзя применять составы на основе кислоты — это приведет к возникновению коррозии. Такие флюсы обычно используются при работе с химически устойчивыми металлами. При пайке нержавеющей стали используется ортофосфорная кислота.

Существуют также дополнительные материалы и приспособления, делающие процесс пайки более комфортным. Специальная подставка необходима для защиты стола, чаще всего она входит в комплект паяльника. Однако можно сделать ее своими руками из металлического листа. Для очистки кончика паяльника лучше всего использовать поролоновую губку. Удалять лишний припой с поверхности можно оплеткой или отсосом. Облегчает работу мастера и специальный держатель, называемый «третьей рукой». Плоскогубцы и специальные зажимы защитят вас от ожогов во время работ.

Подготовительные работы

Включенный в сеть прибор может испускать дым — это горят смазочные материалы. Вам нужно будет просто проветрить комнату. Подготовка наконечника прибора зависит от его изначального состояния. Медному наконечнику можно придать форму отвертки, это защитит его от износа. Делается это с помощью напильника или наждачной бумаги. Перед началом работы наконечник инструмента нужно залудить. Для этого необходимо прогреть паяльник и смазать его наконечник канифолью.

Подготовка металлических деталей к пайке подразумевает очистку от грязи и обезжиривание. При наличии ржавчины, ее нужно убрать наждачной бумагой или металлической щеткой. Нержавеющую сталь лучше всего обработать абразивным материалом. Качество работ зависит от температуры инструмента. При низкой температуре нагрева припой не распределится по поверхности детали, он свернется комком. Соединение получится рыхлым и непрочным. При использовании электрического паяльника, его температуру можно оценить с помощью канифоли. Она должна закипеть и начать выделять пар. Если канифоль моментально сгорает, а припой не удерживается на жале паяльника, прибор перегрет.

Как правильно паять: технология выполнения работ

Пайка может выполняться двумя методами: подача припоя на поверхность детали и слив припоя с кончика паяльника на деталь. В любом случае, перед началом работ детали следует закрепить в нужном положении, прогреть инструмент и покрыть места соединения флюсом. Дальнейшие действия зависят от способа пайки. Если припой будет подаваться с паяльника, его расплавляют на жале прибора, которое затем прижимается к деталям. Флюс при этом сгорает, припой перетекает на поверхности детали. После этого припой распределяют вдоль шва наконечником паяльника.

При нанесении припоя непосредственно на детали, их нужно прогреть паяльной лампой до требуемой температуры. После этого на поверхность накладывают припой. Расплавляясь, он соединяет их между собой. Выбор технологии зависит от типа и размера деталей. Если они имеют небольшой размер, подойдет первый способ. В остальных случаях лучше использовать второй метод.

Если припой не приобрел нужную текучесть, значит, прибор или поверхность не достаточно нагрета. Не используйте слишком большое количество припоя. Для качественной пайки достаточно небольшого количества припоя, шов не должен получаться выпуклым. Излишки припоя лучше всего удалить отсосом. О прочности соединения можно судить и по его цвету. Качественный спай должен иметь металлический блеск, если паяльник был недостаточно нагрет, спай будет иметь зернистую структуру. Пережженный припой не имеет характерного блеска и имеет недостаточную прочность. Используя флюсы на основе кислот, необходимо удалять их остатки после выполнения работ. Для этих целей используются моющие средства или мыло. Не удаленный вовремя флюс может разрушить соединение.

Лужение металлов припоем может быть подготовительным шагом пайки, или же отдельной операцией. Облуженные перед пайкой детали легко соединяются между собой. Чаще всего выполняют лужение электрических проводов. Делается это при их подсоединении к контактам. Из луженного провода легко сделать петлю, используемую для прикрепления к клеммам.

Лужение больших металлических поверхностей применяется для их защиты от коррозии. Любой металлический лист перед лужением необходимо очистить проволочной щеткой или наждачной бумагой и обезжирить. После этого поверхность покрывают флюсом. С помощью разогретого паяльника наносится припой. Время нагрева подбирается в зависимости от типа металла и его размеров. После лужения поверхность протирают мыльной водой, растворителем или спиртом.

Металлические листы скрепляют между собой внахлест, предварительно залудив их. Обработанные припоем поверхности прикладываются друг к другу и прогреваются с обоих сторон. Если пайка прошла успешно, припой, нагретый до нужной температуры, начнет вытекать из шва.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Как правильно паять металл

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.

пайка 001

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.

пайка 002

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:

легенда

Соединение «Впритык»

1

пайка 018

Соединение «Внахлёст»

2

пайка 019

Соединение «В замок»

3

Качество: Очень прочно

пайка 020

Спаивание проволоки

Соединение «Впритык»

4

пайка 021

Соединение «Внахлёст»

5

пайка 022

Соединение «С усилением»

6

Качество: Очень прочно

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

пайка 023

Спаивание проволоки и листового металла

Соединение «Впритык»

7

пайка 024

Соединение «Внахлёст»

8

пайка 025

Соединение «Насквозь»

9

Качество: Очень прочно

пайка 026

Заключение

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

Читайте также

  • Поделки из дерева своими руками: фото, схемы, для начинающих
  • Как изготовить неньютоновскую жидкость самостоятельно в домашних условиях
  • Как сделать красивые коробки для хранения вещей: из ткани, из картона
  • Поделки из гипса для сада и дома своими руками и советы по уходу
  • Как сделать деревянную лодку своими руками: пошаговое руководство к действию
  • Студия звукозаписи в Казани: Гармония творчества и профессионализма
  • Как и где получить займ под залог украшений с бриллиантами в Москве

Пайка металлов своими руками

Как способ неразъемного соединения металлов пайка известна с давних пор. Паяными металлическими изделиями пользовались в Вавилоне, Древнем Египте, Риме и Греции. Удивительно, но за тысячелетия, прошедшие с тех пор, технология пайки изменилась не так сильно, как этого можно было бы ожидать.

Пайка металлов

Пайка металлов

Пайкой называется процесс соединения металлов посредством введенного между ними расплавленного связующего материала — припоя. Последний заполняет зазор между соединяемыми деталями и, застывая, прочно соединяется с ними, образуя неразъемное соединение.

При пайке припой нагревают до температуры, превышающей температуру его плавления, но не достигающей точки плавления металла соединяемых деталей. Становясь жидким, припой смачивает поверхности и заполняет все зазоры за счет действия капиллярных сил. Происходит растворение основного материала в припое и их взаимная диффузия. Застывая, припой прочно сцепляется с паяемыми деталями.

При пайке должно выполняться следующее температурное условие: Т1234, где:

  • Т1 — температура, при которой паяное соединение работает;
  • Т2 — температура плавления припоя;
  • Т3 — температура нагрева при пайке;
  • Т4 — температура плавления соединимых деталей.

Отличия пайки от сварки

Паяное соединение по своему виду напоминает сварное, однако по своей сути пайка металлов радикально отличается от сварки. Основное отличие состоит в том, что основной металл не расплавляется, как при сварке, а лишь нагревается до определенной температуры, значение которой никогда не достигает температуры его плавления. Из этого основного различия вытекают все остальные.

Отсутствие расплавления основного металла делает возможным соединение пайкой деталей самых маленьких размеров, а также многократное разъединение и соединение спаянных деталей без нарушения их целостности.

Из-за того, что основной металл не расплавляется, его структура и механические свойства остаются неизменными, отсутствует деформация паяемых деталей, выдерживаются формы и размеры получаемого изделия.

Пайка позволяет соединять металлы (и даже неметаллы) в любом сочетании друг с другом.

При всех своих достоинствах пайка все же уступает сварке по прочности и надежности соединения. Из-за низкой механической прочности мягкого припоя, низкотемпературная пайка встык является непрочной, поэтому для достижения необходимой прочности детали необходимо соединять с перекрытием.

Способы соединения паяемых деталей

Способы соединения паяемых деталей

Применение пайки

В наше время среди различных способов создания неразъемных деталей, пайка занимает второе место после сварки, а в некоторых областях ее позиции являются главенствующими. Трудно себе представить современную IT-промышленность без этого компактного, чистого и прочного способа соединения элементов электронных схем.

Применение пайки широко и многообразно. Ею соединяют медные трубы в теплообменниках, холодильных установках и всевозможных системах, транспортирующих жидкие и газообразные среды. Пайка является основным способом крепления твердосплавных пластин к металлорежущему инструменту. При кузовных работах с ее помощью крепят тонкостенные детали к тонкому листу. В виде лужения используют для защиты некоторых конструкций от коррозии.

Применение пайки

Применение пайки

Широко используется пайка и в домашних условиях. Ею можно соединять между собой детали из различных металлов, уплотнять резьбовые соединения, устранять пористость поверхностей, обеспечивать плотную посадку втулки разболтавшегося подшипника. Везде, где использование сварки, болтов, заклепок или обычного клея по каким-либо причинам невозможно, затруднительно или нецелесообразно, пайка, сделанная даже своими руками, оказывается спасительным выходом из ситуации.

Виды пайки

Классификация пайки носит довольно сложный характер из-за большого числа классифицируемых параметров. Согласно технологической классификации по ГОСТ 17349-79 пайка металлов подразделяется: по способу получения припоя, по характеру заполнения припоем зазора, по типу кристаллизации шва, по способу удаления оксидной пленки, по источнику нагрева, по наличию или отсутствию давления в стыке, по одновременности выполнения соединений.

Одной из основных является классификация пайки по температуре плавления используемого припоя. В зависимости от этого параметра пайку подразделяют на низкотемпературную (используются припои с температурой плавления до 450°C) и высокотемпературную (температура плавления припоев выше 450°C).

Низкотемпературная пайка более экономична и проста в исполнении, чем высокотемпературная. Ее преимуществом является возможность применения на миниатюрных деталях и тонких пленках. Хорошая тепло- и электропроводность припоев, простота выполнения процесса пайки, возможность соединения разнородных материалов обеспечивают низкотемпературной пайке ведущую роль при создании изделий в электронике и микроэлектронике.

К преимуществам высокотемпературной пайки относится возможность изготовления соединений, выдерживающих большую нагрузку, в том числе и ударную, а также получение вакуумно-плотных и герметичных соединений, работающих в условиях высоких давлений. Основными способами нагрева при высокотемпературной пайке, в единичном и мелкосерийном производстве, является нагрев газовыми горелками, индукционными токами средней и высокой частоты.

Композиционная пайка применяется при пайке изделий, имеющих некапиллярные или неравномерные зазоры. Она осуществляется с использованием композиционных припоев, состоящих из наполнителя и легкоплавкой составляющей. Наполнитель имеет температуру плавления выше температуры пайки, поэтому он не расплавляется, а лишь заполняет собой зазоры между паяемыми изделиями, служа средой распространения легкоплавкой составляющей.

По характеру получения припоя различают следующие виды пайки.

Пайка готовым припоем — самый распространенный вид пайки. Готовый припой расплавляется нагревом, заполняет зазор между соединяемыми деталями и удерживается в нем благодаря капиллярным силам. Последние играют очень важную роль в технологии пайки. Они заставляют расплавленный припой проникать в самые узкие щели соединения, обеспечивая его прочность.

Реакционно-флюсовая пайка, характеризующаяся протеканием реакции вытеснения между основным металлом и флюсом, в результате которой образуется припой. Наиболее известная реакция при реакционно-флюсовой пайке: 3ZnCl2 (флюс) + 2Al (соединяемый металл) = 2AlCl3 + Zn (припой).

Чтобы паять металл, кроме подготовленных соответствующим образом паяемых изделий необходимо иметь источник тепла, припой и флюс.

Источники тепла

Существует множество способов нагрева паяемых деталей. К самым распространенным и наиболее подходящим для пайки в домашних условиях относится нагрев паяльником, горелкой с открытым пламенем и строительным феном.

Нагрев паяльником осуществляют при низкотемпературной пайке. Паяльник нагревает металл и припой за счет тепловой энергии, аккумулированной в массе его металлического наконечника. Кончик паяльника прижимается к металлу, в результате чего происходит нагрев последнего и расплавление припоя. Паяльник может быть не только электрическим, но и газовым.

Самодельный газовый паяльник

Самодельный газовый паяльник

Газовые горелки — наиболее универсальный вид нагревательного оборудования. К этой категории можно отнести и паяльные лампы, заправляемые бензином или керосином (в зависимости от типа паяльной лампы). В качестве горючих газов и жидкостей в горелках может использоваться ацетилен, пропан-бутановая смесь, метан, бензин, керосин и пр. Газовая пайка может быть как низкотемпературной (при паянии массивных деталей), так и высокотемпературной.

Пайка металла газовой горелкой

Пайка металла газовой горелкой

Существуют и другие способы нагрева при пайке:

  • Пайка индукционными нагревателями, которая активно используется для припаивания твердосплавных резцов режущего инструмента. При индукционной пайке паяемые детали или их части нагреваются в катушке-индукторе, через которую пропускается ток. Преимуществом индукционной пайки является возможность быстрого нагрева толстостенных деталей.

Индукционная пайка резцов

Индукционная пайка резцов

Индукционная пайка резцов

Индукционная пайка резцов

  • Пайка в различных печах.
  • Пайка электросопротивлением, при которой детали нагреваются теплотой, выделяющейся вследствие прохождения электротока через паяемые изделия, являющиеся частью электрической цепи.
  • Пайка погружением, выполняющаяся в расплавленных припоях и солях.
  • Прочие виды пайки: дуговая, лучами, электролитная, экзотермическая, штампами и нагревательными матами.

Припои

В качестве припоев используются как чистые металлы, так и их сплавы. Чтобы припой мог хорошо исполнять свое предназначение, он должен обладать целым рядом качеств.

Смачиваемость. Прежде всего, припой должен обладать хорошей смачиваемостью по отношению к соединяемым деталям. Без этого будет просто отсутствовать контакт между ним и паяемыми деталями.

В физическом смысле смачивание подразумевает явление, при котором прочность связи между частицами твердого вещества и смачивающей его жидкости оказывается выше, чем между частицами самой жидкости. При наличии смачивания жидкость растекается по поверхности твердого вещества и проникает во все его неровности.

Пример смачивающей (слева) и несмачивающей (справа) жидкостей

Пример несмачивающей (слева) и смачивающей (справа) жидкостей

Если припой не смачивает основной металл, пайка невозможна. В качестве такого примера можно привести чистый свинец, который плохо смачивает медь и не может поэтому служить припоем для неё.

Температура плавления. Припой должен иметь температуру плавления ниже температуры плавления соединяемых деталей, но выше той, при которой соединение будет работать. Температура плавления характеризуется двумя точками — температурой солидуса (температура, при которой плавится самый легкоплавкий компонент) и температурой ликвидуса (наименьшим значением, при которой припой становится полностью жидким).

Разница между температурами ликвидуса и солидуса называется интервалом кристаллизации. Когда температура соединения находится в интервале кристаллизации, даже незначительные механические воздействия приводят к нарушениям кристаллической структуры припоя, в результате чего может возникнуть его хрупкость и возрасти электрическое сопротивление. Поэтому необходимо соблюдать очень важное правило пайки — не подвергать соединение никакой нагрузке до полного окончания кристаллизации припоя.

Кроме хорошей смачиваемости и необходимой температуры плавления, припой должен обладать еще рядом свойства:

  • Содержание токсичных металлов (свинца, кадмия) не должно превышать установленных значений для определенных изделий.
  • Должна отсутствовать несовместимость припоя с соединяемыми металлами, которая может привести к образованию хрупких интерметаллических соединений.
  • Припой должен обладать термостабильностью (сохранением прочности паяного соединения при изменении температуры), электростабильностью (неизменностью электрических характеристик при токовых, тепловых и механических нагрузках), коррозионной стойкостью.
  • Коэффициент теплового расширения (КТР) не должен сильно отличаться от КТР соединяемых металлов.
  • Коэффициент теплопроводности должен соответствовать характеру эксплуатации паяного изделия.

В зависимости от температуры плавления припои подразделяют на легкоплавкие (мягкие) с температурой плавления до 450°С и тугоплавкие (твердые) с температурой плавления выше 450°С.

Легкоплавкие припои. Наиболее распространенными легкоплавкими припоями являются оловянно-свинцовые, состоящие из олова и свинца в различном соотношении. Для придания определенных свойств в них могут вводиться другие элементы, например, висмут и кадмий для понижения температуры плавления, сурьма для увеличения прочности шва и т.д.

Оловянно-свинцовые припои имеют низкую температуру плавления и относительно невысокую прочность. Их не следует применять для соединения деталей, испытывающих значительную нагрузку или работающих при температуре выше 100°С. Если все же приходится применять пайку мягкими припоями для соединений, работающих под нагрузкой, нужно увеличивать площадь соприкосновения деталей.

К наиболее широко используемым относятся оловянно-свинцовые припои ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40, ПОС-61, ПОС-90, имеющие температуру плавления примерно 190-280°С (из них самый тугоплавкий — ПОС-18, самый легкоплавкий — ПОС-61). Цифры означают процентное содержание олова. Кроме основных металлов (Sn и Pb) припои ПОС содержат также небольшое количество примесей. В приборостроении ими паяют электросхемы, соединяют провода. В домашних условиях с их помощью соединяют самые различные детали.

Припой ПОС-61

Припой ПОС-61

Припой Назначение
ПОС-90 Пайка деталей и узлов, подвергающихся в дальнейшем гальванической обработке (серебрение, золочение)
ПОС-61 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 высокочастотных, выводов обмоток, выводных концов ротора двигателей с ламелями коллектора, радиоэлементов и микросхем, монтажных проводов в полихлорвиниловой изоляции, а также пайка в тех случаях, когда требуется повышенная механическая прочность и электропроводность.
ПОС-40 Лужение и пайка токопроводящих деталей неответственного назначения, наконечников, соединение проводов с лепестками, когда допускается более высокий нагрев, чем в случаях использования ПОС-61.
ПОС-30 Лужение и пайка механических деталей неответственного назначения из меди и её сплавов, стали и железа.
ПОС-18 Лужение и пайка при пониженных требованиях к прочности шва, деталей неответственного назначения из меди и её сплавов, пайка оцинкованной жести.

Тугоплавкие припои. Из тугоплавких припоев чаще всего используются две группы — припои на основе меди и серебра. К первым относятся медно-цинковые припои, которые используются для соединения деталей, несущих лишь статическую нагрузку. Из-за определенной хрупкости их нежелательно применять в деталях, работающих в условиях ударов и вибрации.

К медно-цинковым припоям относятся, в частности, сплавы ПМЦ-36 (примерно 36% Сu, 64% Zn), с интервалом кристаллизации 800-825°C, и ПМЦ-54 (примерно 54% Cu, 46% Zn), с интервалом кристаллизации 876-880°C. С помощью первого припоя паяют латунь и прочие медные сплавы с содержанием меди до 68%, осуществляют тонкую пайку по бронзе. ПМЦ-54 используют для пайки меди, томпака, бронзы, стали.

Для соединения стальных деталей в качестве припоя используют чистую медь, латуни Л62, Л63, Л68. Соединения, паянные латунью, обладают более высокой прочностью и пластичностью в сравнении с соединениями, паянными медью, они способны вынести значительные деформации.

Серебряные припои относятся к наиболее качественным. Сплавы марки ПСр кроме серебра содержат медь и цинк. Припоем ПСр-70 (примерно 70% Ag, 25% Cu, 4% Zn), c температурой плавления 715-770°C, паяют медь, латунь, серебро. Его используют в тех случаях, когда место спая не должно резко уменьшать электропроводность изделия. ПСр-65 используют для пайки и лужения ювелирных изделий, фитингов из меди и медных сплавов, предназначенных для соединения медных труб, используемых в системах горячего и холодного питьевого водоснабжения, им паяют стальные ленточные пилы. Припой ПСр-45 используют для пайки стали, меди, латуни. Его можно применять в тех случаях, когда соединения работают в условиях вибрации и ударов, в отличии, например, от ПСр-25, который удары выдерживает плохо.

Другие виды припоя. Существует множество других припоев, предназначенных для пайки изделий, состоящих из редких материалов или работающих в особых условиях.

Никелевые припои предназначены для пайки конструкций, работающих в условиях высоких температур. Обладая температурой плавления от 1000°C до 1450°C, они могут использоваться для пайки изделий из жаропрочных и нержавеющих сплавов.

Золотые припои, состоящие из сплавов золота с медью или никелем, используются для пайки золотых изделий, для пайки вакуумных электронных трубок, в которых недопустимо наличие летучих элементов.

Для пайки магния и его сплавов применяют магниевые припои, содержащие помимо основного металла также алюминий, цинк и кадмий.

Материалы для пайки металлов могут иметь различную форму выпуска — в виде проволоки, тонкой фольги, таблеток, порошка, гранул, паяльных паст. От формы выпуска зависит способ их ввода в стыковую зону. Припой в виде фольги или паяльной пасты укладывается между соединяемыми деталями, проволока подается в зону соединения по мере расплавления ее конца.

Материалы для пайки

Материалы для пайки

Флюсы. Прочность паяного соединения зависит от взаимодействия основного металла с расплавленным припоем, которое в свою очередь зависит от наличия физического контакта между ними. Оксидная пленка, присутствующая на поверхности паяемого металла, препятствует контакту, взаимной растворимости и диффузии частиц основного металла и припоя. Поэтому ее необходимо удалять. Для этого применяются флюсы, в задачу которых входит не только удаление старой окисной пленки, но и препятствие образованию новой, а также снижение поверхностного натяжения жидкого припоя с целью улучшения его смачиваемости.

При пайке металлов применяются различные по составу и свойствам флюсы. Флюсы для пайки имеют различия:

  • по агрессивности (нейтральные и активные);
  • по температурному интервалу пайки;
  • по агрегатному состоянию — твердые, жидкие, геле- и пастообразные;
  • по виду растворителя — водные и неводные.

Кислые (активные) флюсы, например «Паяльную кислоту» на основе хлорида цинка, нельзя использовать при пайке электронных компонентов, так как они хорошо проводят электрический ток и вызывают коррозию, однако, из-за своей агрессивности, они очень хорошо подготавливают поверхность и поэтому незаменимы при пайке металлических конструкций. И чем химически более стоек металл нем активнее должен быть флюс. Остатки активных флюсов нужно обязательно тщательно удалять после завершения пайки.

Широко распространенными флюсами являются борная кислота (H3BO3), бура (Na2B4O7), фтористый калий (KF), хлористый цинк (ZnCl2), канифольно-спиртовые флюсы, ортофосфорная кислота. Флюс должен соответствовать температуре пайки, материалу паяемых деталей и припоя. Например, бура используется для высокотемпературной пайки углеродистых сталей, чугуна, меди, твердых сплавов медными и серебряными припоями. Для пайки алюминия и его сплавов применяют препарат, состоящий из хлористого калия, хлористого лития, фтористого натрия и хлористого цинка (флюс 34А). Для низкотемпературной пайки меди и её сплавов, оцинкованного железа используется, например, состав из канифоли, этилового спирта, хлористого цинка и хлористого аммония (флюс ЛК-2).

Флюс может применяться не только в виде отдельного компонента, но и входить составным элементом в паяльные пасты и таблетированные виды так называемых флюсующихся припоев.

Флюсы

Флюсы

Паяльные пасты. Паяльная паста — это пастообразное вещество, состоящее из частиц припоя, флюса и различных добавок. Паяльная паста обычно используется для поверхностного монтажа SMD-компонентов, но удобна и для пайки в труднодоступных местах. Пайка радиодеталей такой пастой осуществляется с помощью термовоздушной или инфракрасной станции. Получается красивая и качественная пайка. Однако из-за того, что большая часть паяльных паст не содержит активных флюсов позволяющих паять, например сталь, большинство их подходят только для пайки электроники.

Пайка стали

Пайка стали своими руками не представляет особой сложности. Стальные изделия с успехом можно паять даже легкоплавкими припоями, например, ПОС-40, ПОС-61 или чистым оловом. А, например, легкоплавкие припои на основе цинка малопригодны для пайки углеродистых и низколегированных сталей из-за плохого смачивания, затекания в зазор и низкой прочности паяных соединений в результате образования по границе шва и стали интерметаллидной хрупкой прослойки.

Пример с использованием паяльника показан в статье Пайка паяльником.

В общем виде пайка стали осуществляется в такой последовательности.

  • Производится очистка от загрязнений паяемых деталей.
  • С соединяемых поверхностей удаляется окисная пленка — механической зачисткой (металлической щеткой, шлифовальной шкуркой или кругом, дробеструйной обработкой) и обезжиривание. Обезжиривание можно осуществлять едким натром (5-10 г/л), углекислым натрием (15-30 г/л), ацетоном или другим растворителем.
  • Детали в месте соединения покрываются флюсом.

Ниже показан нетипичный пример, без предварительного нанесения флюса до разогрева деталей, с использованием припоя покрытым флюсом. Более типичные примеры показаны в статьях Пайка меди и Пайка твердыми припоями.

  • Осуществляется сборка изделия с фиксированием деталей в нужном положении.

Пайка металла

Пайка металла

  • Изделие разогревается. Пламя должно быть нормальным или восстановительным — без избытка кислорода. В сбалансированной газовой смеси пламя только нагревает металл и иного воздействия не оказывает. В случае сбалансированной газовой смеси пламя горелки обладает ярко-синим цветом и небольшой величиной. Пересыщенное кислородом пламя окисляет поверхность металла. Факел пламени горелки, насыщенный кислородом бледно-голубого цвета и маленький. Прогревать нужно все соединение, перемещая пламя в разные стороны, при этом время от времени касаются припоем соединения. Нужная температура достигается тогда, когда припой начинает плавиться при прикосновении к деталям. Не нужно создавать избыточного нагрева. Обычно с практикой достаточность нагрева определяется по цвету поверхности металла и появлению дыма флюса.

Пайка металла: предварительный нагрев

Пайка металла: предварительный нагрев

  • На соединяемые стыки наносится флюс.

Пайка металла: нанесение флюса

Пайка металла: нанесение флюса. На фото припой покрытый оболочкой из флюса.

Пайка металла: нанесение флюса

Пайка металла: нанесение флюса

  • В зону стыка подается припой (в виде проволоки, или кусочка, уложенного в стык) и производится подогрев детали и припоя до расплавления последнего и затекания в стык. Под влиянием капиллярных сил припой сам втягивается в зазор между деталями.

Пайка металла: нанесение припоя

Пайка металла: нанесение припоя

Пайка металла: нанесение припоя

Пайка металла: нанесение припоя

Припой должен плавиться не от пламени горелки, а от теплоты прогретого соединения.

  • После завершения пайки, изделие очищается от остатков флюса и лишнего припоя.

Готовое изделие после очистки от лишнего припоя и остатков флюса

Готовое изделие после очистки от лишнего припоя и остатков флюса

Если есть возможность, можно соединяемые детали сначала залудить припоем в месте контакта. Затем детали соединить и нагреть до температуры плавления припоя. В этом случаи может получиться более прочное соединение.

Температура пайки определяется маркой припоя.

Причины неудачи. Если припой не распределяется по поверхности деталей, то это может быть по следующим причинам:

  • Недостаточный прогрев деталей. Продолжительность прогрева должна соответствовать массивности деталей.
  • Плохая предварительная очистка поверхности от загрязнений.
  • Использование неподходящего флюса. Например, нержавеющая стали или алюминий требуют очень химически активных флюсов. Или флюс может не соответствовать температуре пайки.
  • Использование неподходящего припоя. Например, чистый свинец так плохо смачивает металлы, что им паять нельзя.

Пайка других металлов

Особенности пайки чугуна. Паяются серый и ковкий чугуны, белый не подлежит пайке из-за плохой обрабатываемости и хрупкости. При пайке чугуна возникают две проблемы, мешающие получению качественного соединения: возникновение объемных и структурных изменений в условиях местного газопламенного нагрева, и плохая смачиваемость чугуна из-за присутствия в нем включений свободного графита.

Первую проблему помогает решить пайка при температурах не выше 750°С.

Для решения второй проблемы, инструкции по пайке чугуна содержат требования удаления свободного графита с паяемых поверхностей. Это можно делать несколькими способами: тщательной механической зачисткой, окислением графита в летучий оксид углерода обработкой соединяемого стыка борной кислотой или хлоратом калия, выжиганием углерода пламенем горелки с последующей очисткой проволочной щеткой. Существуют также высокоактивные флюсы для чугуна, которые хорошо удаляют графитовые включения.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *