Припои для пайки

Припои для пайки. Виды и свойства. Состав и флюсы. Плавление

Для соединения различных металлических деталей между собой часто применяется пайка. Этот вид соединения популярен в различных сферах жизни и производства. Чаще им пользуются радиолюбители и домашние мастера.

Пайка может выручить как при ремонте компьютера, телевизора, радиотехники, так и в промышленности, ремонте холодильников. Пайка хороша в создании герметичности соединения. А некоторые материалы по-другому просто невозможно соединить.

Не все металлы можно соединить сваркой. А чтобы пайка получилась качественной и герметичной, необходимы навыки работы, хорошие инструменты и соответствующие припои для пайки и флюсы.

Составы и виды припоев и флюсов выбирают в соответствии с материалами, из которых изготовлены соединяемые материалы. Например, для алюминия нужен совсем другой флюс, нежели чем для меди. Рассмотрим основные свойства припоев, их применяемость, особенности использования.

Основные свойства

В качестве припоя применяют разные сплавы металлов. Есть сплавы на одном чистом металле, обычно это олово. Металлы, входящие в состав припоя, отличаются между собой разными параметрами.

Смачиваемость

Любые припои для пайки в обязательном порядке должны обладать свойством смачиваемости, иначе соединяемые детали невозможно будет соединить качественной пайкой.

Смачиваемостью называется явление, при котором надежность связи между молекулами твердого вещества с жидкостью больше, чем у жидкости. При наличии хорошей смачиваемости жидкость расходится по поверхности, при этом заполняет все ее полости. Когда припой недостаточно смачивает металл, его не применяют для этого металла. Для пайки меди чистый свинец не используют, он не смачивает медь.

Температура плавления

Несмотря на вид припоя, у любого вида температура плавления не должна быть больше, чем температура спаиваемых деталей. Однако она должна быть больше рабочих температур материалов, чтобы при работе спаянного устройства припой не расплавился.

В этом вопросе есть два порога температуры. Первый – это температура, во время которой только начинается плавление самых легкоплавких составляющих припоя, а второй – это когда весь припой превратился в жидкость. Интервал между этими двумя значениями называется интервалом кристаллизации припоя.

Если соединенное пайкой место будет находиться при температуре кристаллизации, то место пайки может быстро разрушиться, даже от небольшой нагрузки, так как соединение будет иметь повышенное электрическое сопротивление и хрупкость. Во время пайки нужно знать, что пока припой окончательно не затвердел, нельзя прикладывать к нему какие-либо нагрузки.

Свойства припоев

В любом составе припоя не должны содержаться вещества, обладающие токсичными свойствами для человека, выше нормы. Припои для пайки должны иметь свойства термостабильности и электростабильности. При выборе припоя учитывается теплопроводность припоя и его тепловое расширение. Они должны быть на уровне с паяными деталями.

Виды припоев

Все припои для пайки разделяются на твердые и мягкие. Температура плавления твердых припоев составляет более 450 градусов, а мягких – до этого значения.

Мягкие припои для пайки

Наиболее популярные из них являются сплавы олова и свинца с различным процентным соотношением. Для придания особых свойств припою, в него могут добавить вспомогательные составляющие. Кадмий и висмут используются для уменьшения температуры плавления. Сурьма повышает прочность пайки.

Припой на олове и свинце имеют малую температуру плавления и низкую прочность. Для ответственных деталей такой припой лучше не применять. Если приходится паять мягким припоем детали, подверженные серьезным нагрузкам, то рекомендуется повысить площадь пайки деталей.

Наиболее популярными припоями мягкого типа стали от ПОС – 18 до ПОС – 90. Цифры в маркировке обозначают процентное содержания олова в припое. Эти марки припоев применяют в производстве приборов, а также электронных устройств. ПОС-90 служит для пайки деталей, подвергающихся в дальнейшем гальванике. ПОС-61 применяется для пайки точных устройств, особо ответственных деталей из различных материалов. Им осуществляют пайку латуни, меди, когда нужна прочность соединения и повышенная электропроводность.

ПОС-40 применяется для неответственных деталей, для которых не нужна особая точность. Зону пайки можно нагревать до высокого значения температуры. ПОС-30 хорошо сочетается с латунью и медью, а также стальными сплавами.

Твердые припои для пайки

Среди твердых припоев с большой температурой плавления имеется две группы: сплавы меди и серебра. К медным видам припоев можно отнести припои, созданные на основе цинка и меди, которые хорошо сочетаются для соединений, предназначенных для статической нагрузки. Эти сплавы хрупкие, поэтому их не нужно применять для пайки материалов с ударной или вибрационной нагрузкой.

Другие виды припоя

Имеются и другие виды припоя, которые редко применяются. Они необходимы для пайки редких металлов, либо для особых специальных условий. Есть припои на основе никеля, служащие для деталей, работающих при высоких температурах, либо изготовленных из нержавеющей стали. Золотые припои используют для вакуумных трубок. Имеются также припои магния.

Форма выпуска

Припои выпускают в виде различных форм и упаковок. Чаще припои изготавливают в виде проволоки, фольги, либо порошка или таблеток. Также бывают гранулированные припои, паяльные пасты. Форма припоя выбирается в зависимости от вида зоны пайки.

Пайка алюминия

Алюминиевые детали соединяют с помощью пайки, при этом используют специальные припои. Пайку алюминия используют в промышленности, бытовых условиях.

Вообще, пайку алюминия считают сложной работой. Так получается, когда неправильно выбирают вид припоя. Берут совсем не тот припой, какой нужно, предназначенный для других металлов. Причина трудной пайки заключается в образовании оксидной пленки, которая не позволяет создать хорошую смачиваемость алюминия.

Чтобы запаять алюминиевую деталь, применяется припой, содержащий цинк, серебро, медь, алюминий и кремний. В торговой сети имеется множество припоев с такими составляющими в разных пропорциях. При выборе следует учесть, что наибольшая коррозионная стойкость и прочность соединения достигается припоем с значительным содержанием цинка.

Алюминий можно также спаять и обычным припоем из свинца и олова, но для этого нужна качественная подготовка поверхности, которая включает в себя зачистку металлической щеткой из нержавеющей стали. При пайке нужно использовать активный флюс. Но такой способ редко применяется.

Пайку алюминия производят при высокой температуре. Наиболее применяемые припои для пайки алюминия – это алюминиево-медно-кремниевые составы.

Пайка меди

Медь паять легче всего. С ней сочетаются практически все виды припоев. Применяются как мягкие легкоплавкие припои, так и твердые виды, а также сплавы олова, свинца, серебра, цинка и т. д.

Для ремонта компьютера или телевизора подходят любые мягкие припои. Для пайки труб, водопровода, холодильника применяют твердые припои. Соблюдая эти простые правила можно получить хороший результат.

Пайка нержавейки

Для соединения пайкой деталей, изготовленных из нержавеющей стали, специалисты рекомендуют применять припой, состоящий из свинца и олова. Неплохой результат получается с припоем, содержащим кадмий. Можно использовать мягкие припои на основе цинка.

Их нельзя применять совместно с низколегированными сталями, а также углеродистыми сплавами. Наиболее оптимальный вариант припоя для нержавеющей стали – это припой из чистого олова, тем более, если пайка будет соприкасаться с пищевыми продуктами.

При проведении пайки в сухом месте или в печи, используют марганец с серебром, чистую медь или припои на никеле и хроме. Во время пайки в условиях коррозии, применяют тиноли на основе серебра с частью никеля.

Пайка стали

Эффективным припоем для соединения деталей из стали является ПОС-41. Другие припои для пайки также можно применять, но они не совсем подходят для этих целей. Припой на основе цинка плохо сочетается со сталью, особенно низколегированных и углеродистых сплавов.

Как самому приготовить припой

Для приготовления припоя своими руками составляющие части (обычно это свинец и олово) взвешивают на весах. Эту смесь плавят в тигле на газовой горелке. Расплавленный состав перемешивают металлическим стержнем.

Далее, небольшой пластинкой из стали снимают шлак с поверхности расплавленного припоя, затем аккуратно разливают его в формочки, сделанные из жести, либо гипса.

Плавку осуществляют в проветриваемом помещении, с соблюдением мер безопасности, то есть, надевают очки, фартук, перчатки.

Виды флюсов

Ни одна пайка не обходится без флюса, так же как без припоя. Это химическое вещество, растворяющее и поглощающее окислы. Флюс осуществляет защиту металла от окисления и способствует смачиванию соединяемых деталей.

Для процесса пайки припоем на основе олова и свинца используют флюс на основе соляной кислоты, либо хлористого цинка. Флюсом может служить также хлористый аммоний или бура. Эти флюсы являются активными. Пассивные флюсы состоят из канифоли, масла, вазелина и других подобных веществ.

Например, с мягкими видами припоев можно применять раствор соляной кислоты. Со сталью, медью и латунью используют хлористый цинк. Жирные вещества способен растворять нашатырный спирт. Для пайки алюминиевых сплавов в качестве флюса применяют смесь из тунгового масла, хлористого цинка, канифоли. Имеет свое применение и фосфорная кислота.

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.

Особенности технологии

Как в производственных, так и в домашних условиях приходится сталкиваться с необходимостью соединить при помощи пайки изделия, изготовленные из латуни. Связано это с тем, что данный сплав меди и цинка активно используется для производства элементов водопроводных и отопительных систем, а также множества других изделий.

Большое значение для получения качественного и надежного соединения латунных изделий при помощи пайки имеет правильный выбор флюса. Для успешного осуществления этого процесса не подойдет обычный флюс, в составе которого содержатся спирт и канифоль. Такой флюс из-за достаточно невысокой активности входящих в него компонентов не способен растворить окисную пленку, обязательно присутствующую на поверхности изделия из латуни. Именно поэтому для пайки изделий из латуни необходимо использовать более активный флюс, в качестве которого часто применяют хлористый цинк.

Состав и применение кислотных активных плюсов

Достаточно популярными флюсами, которые используются для выполняемой в соляных ваннах пайки латуни, являются бура и фтороборат калия. Такие флюсы, количество которых в растворе ванны, как правило, не превышает 5%, обеспечивают хорошее затекание расплавленного припоя в зазор между соединяемыми деталями.

Правильный выбор проволоки-припоя – еще одна важная задача, которую следует решить для того, чтобы получить качественное соединение деталей из латуни. Для пайки латунных изделий, которые в дальнейшем будут эксплуатироваться в газовой среде, можно использовать популярные типы припоев на основе сплавов серебра и фосфорной меди. Такие припои, кроме того, оптимально подходят для соединения изделий из латуни, содержащей значительное количество меди.

Марки и сферы применения припоев

В качестве припоя нередко используют и саму латунь, но при этом необходимо следить за тем, чтобы температура плавления присадочной проволоки не превышала аналогичный параметр самих соединяемых деталей. В тех случаях, когда при помощи пайки необходимо сформировать соединение повышенной надежности, используют твердые припои, которые, если сравнивать их с присадочными материалами мягкого типа, обладают более высокой прочностью.

Особое внимание вопросам выбора припоя и самой технологии выполнения пайки следует уделять в тех случаях, когда спаять между собой необходимо разнородные материалы. При этом следует учитывать, что такие материалы имеют разную температуру плавления, а также могут себя вести совершенно по-разному при нагреве. В частности, из латуни при интенсивном нагревании начинает испаряться цинк, что негативно отражается как на декоративных, так и на прочностных характеристиках формируемого соединения (оно приобретает пористую структуру).

В качестве несгораемой подложки можно использовать ведро с мелкой галькой

Избежать активного испарения цинка из состава латуни, подвергаемой нагреву в процессе выполнения пайки, позволяют определенные технологические приемы. Наиболее эффективным из таких приемов является использование флюса, который и будет выполнять защитную функцию, предотвращая испарение цинка из структуры латуни. Применение для выполнения пайки комбинированного припоя, в состав которого входит не только присадочный материал, но и флюс, – еще один эффективный способ, позволяющий избежать испарения цинка из латуни.

Правильно подбирая припой и технологию выполнения пайки, можно даже в домашних условиях соединять детали из такого сложного материала, как нержавейка. Следует иметь в виду, что для пайки деталей из нержавейки не подходит припой из латуни, для этого предназначены совсем другие материалы.

Пайка алюминия

Алюминий длительное время считался непригодным для пайки, так как окисная пленка, образующаяся на его поверхности, отличается высокой химической стойкостью. Немалые сложности доставляет и его сварка. Все попытки паять алюминий припоями, используемыми для пайки стали или меди, заканчивались неудачей. Сейчас проблема решена, алюминий паяют даже в домашних условиях.

Сварка и пайка алюминия требует тщательной подготовки его поверхности:

• обезжиривание. В качестве обезжиривающего состава можно использовать:

— раствор четырехкомпонентный, содержащий – гидроокиси натрия (20-50 г/литр воды), соды кальцинированной (15-50 г/л), тринатрийфосфата (250-50 г/л);

— раствор едкого натра (40-60 г/л).

Растворы подогреваются в ваннах. Рабочее место при этом должно быть оборудовано местной вытяжной вентиляцией в обязательном порядке, независимо от того, в промышленных или гаражных условиях выполняется операция.

В четырехкомпонентном составе алюминий обезжиривается в течение 2-3 минут при рабочей температуре 70-80 градусов. В растворе едкого натра детали обезжириваются тоже 2 — 3 минуты, но температура его должна быть не менее 40, но не более 60 градусов;

• сушка. Элементы, предназначенные для пайки, сушатся на воздухе в течение 10-2 минут.
• Удаление окисной пленки. Пленку можно удалять:

— механическим путем (алюминий и припой обрабатывают наждачной бумагой или металлической щеткой);

— химическим путем. Этот способ заключается в пяти переходах:

ü травление в тех же растворах, в которых проводилось обезжиривание;

ü промывка в воде температурой от 50 до 70 градусов в течение 30 – 40 секунд;

ü осветление в двадцатипроцентном растворе азотной кислоты (температура – от 17 до 28 градусов) в течение 10 – 20 секунд;

ü промывка в горячей (проточной) воде;

ü сушка в течение 20-30 секунд в сушильном шкафу при температуре от 80 до 100 градусов.

Такая технология в условиях производства не представляет сложности. Но в домашних мастерских организовать ее непросто. Поэтому народные умельцы «разрабатывают» свои способы подготовки алюминия к пайке. Одним из таких методов является использование специальной насадки на электропаяльник.

Принцип действия

Для облегчения соединения деталей и печатной платы требуется нагрев металла. При этом на его поверхности образуется оксидная пленка, снижающая способность припоя соединяться с металлическими деталями. Решить проблему позволяет флюс для пайки. При комнатной температуре данное химическое соединение остается инертным, а для получения полезных свойств требуется его интенсивный нагрев. Флюсы могут добавляться в припой или наносятся непосредственно на металлические поверхности для предотвращения нежелательного окисления.

Таким образом выполняются сразу три задачи:

• растворение оксидной пленки, образовавшейся на поверхности обрабатываемого металла;
• роль кислородного барьера для предотвращения дальнейшего окисления;
• улучшение смачивания поверхностей, подлежащих пайке.

Одним из главных требований к флюсам является способность выдерживать высокие температуры, сохраняя при этом все полезные эксплуатационные свойства.

Общие советы по флюсам

Самодельный флюс для пайки – это не всегда выгодный вариант, иногда его действительно выгоднее купить, тем более, что в большинстве случаев цена позволяет, скажем, smd или bga. На данный момент более сотни отечественных компаний производят флюсы и смеси для пайки и сварки, среди которых мы можем посоветовать лти 120, Brazetec, harris, rma, sanha, welco (в среднем стоимость от 80 рублей).

Продажа осуществляется в любом магазине электрических приборов и рынке во все городах: Екатеринбурге, Минске, Москве, Новосибирске, Харькове, Челябинске Ростове-на-Дону.

Нужно отметить, что в любом случае во время процесса сварки или пайки выделяются газы, которые могут навредить организму, но если пользоваться профессиональными смесями это вред будет гораздо ниже, поэтому остановите свой выбор на известных марках.

2 Пайка латуни – особенности материалов

Чаще всего работать паяльником приходится по сплаву меди и цинка, именуемому латунью. Этот материал преимущественно встречается в промышленности и домашнем хозяйстве, так из этого материала делают радиаторы, трубы и множество других изделий. Поэтому рассмотрим особенности работы с ним. Во-первых, очень важно правильно подобрать флюс для пайки латуни. Ведь обыкновенный канифольно-спиртовый неспособен хорошо удалить оксидную пленку с ее поверхности, поэтому необходимо использовать более активные компоненты, основой которых может являться хлористый цинк.

Для пайки элементов в соляных ваннах нашли свое применение флюсы, содержащие буру либо фтороборат калия. Обычно их содержание в растворе около пяти процентов. Они способствуют лучшему затеканию связующего компонента в зазоры.

Во-вторых, с особым вниманием следует подбирать и припой для пайки латуни. Для газовых сред отлично подойдут серебреные и медно-фосфорные компоненты. Они применимы и для работ с латунями, где большое содержание меди. В последнем случае в качестве припоя можно использовать даже латунь, просто ее температура плавления должна быть значительно ниже, чем у основного сплава, из которого сделаны детали. Весьма распространенной является пайка латуни твердым припоем. Так, допустим, для соединения радиаторов, медных труб и иных элементов отопительных систем используют L-CuP6. Вообще, твердые припои выигрывают по сравнению с мягкими, так как прочность соединения будет большей.

Также важно рассмотреть ситуацию, когда материал соединяемых деталей различен, например, как происходит пайка меди с латунью, в домашних условиях данный процесс вполне осуществим, главное, знать некоторые его особенности, и какой припой следует использовать. При нагреве на поверхности латуни образуется оксидная пленка, также чрезмерное тепло способствует и испарению цинка из этого сплава, который попадает в жидкий металл-связку. В связи с этим швы получаются более пористыми, что способствует ухудшению прочности сцепления.

Кроме того, из-за данного свойства очень редко применяют высокотемпературную пайку в специальных печах. Что же насчет пайки в газовых средах, то это лучше делать с применением флюса, если же такой возможности нет, тогда на поверхность деталей из латуни следует нанести слой никеля либо же меди. Подобное решение позволит избежать выделения цинка и, соответственно, соединения будут более надежными. Некоторые припои содержат вещества, которые выполняют и роль флюса, что делает работу проще, ведь не нужно жонглировать множеством компонентов во время работы. Примером может служить меднофосфорный припой.

Особенности технологии

При работе с припоем для пайки из латуни мастер может столкнуться с рядом сложностей. Связано это с тем, что сплав содержит цинк. Этот металл во время нагревания образует оксидную плёнку, которую сложно убрать с поверхности шва. Дополнительно к этому внутри соединения образуются поры, которые негативно влияют на прочность готовой детали.

Используя латунную проволоку для пайки, необходимо добавлять в место нагрева специальный флюс. Популярным отечественным веществом для защиты швов от образования оксидных плёнок является «бура». Для разных видов латуни требуется выбирать разные виды флюсов.

В домашних условиях можно изготовить качественный защитный состав самостоятельно. Для этого необходимо смешать 20 грамм борной кислоты с таким же количеством буры. Залить смесь 200 мл воды, прокипятить, использовать для проведения работ.

1. Отжиг деталей и узлов ( не содержащих латунь, бронзу, цинк) в вакуумных печах до 1200°С и в водородных печах до 900°С.

2. Отжиг деталей с покрытиями по любым режимам до 900°С. Отжиг никелевой, стальной, медной, нержавеющей проволоки.

3. Отжиг с элементами пайки.

4. Детали металлические — восстановительный отжиг.

5. Детали и узлы — отжиг в атмосфере водорода; детали и узлы ЭВП — отжиг в вакууме и в среде водорода.

6. Заготовки металлокерамических ламп.

7. Заготовки простых отпрессованных деталей — грубый отжиг.

8. Высокотемпературная пайка узлов ЭВП сложной конфигурации, требующих применения сборной оснастки, прихватки сваркой и других приемов сборки с целью получения вакуумно — плотных соединений.

9. Подбор режимов отжига и пайки для деталей несерийного выпуска.

10. Высокотемпературная пайка разнородных металлов с дополнительным покрытием.

11. Узлы металлокерамические — сборка и пайка с различными металлами.

12. Изолятор металлокерамический сложной конфигурации — пайка высокотемпературными припоями.

13. Изделия вакуумные сложные — пайка в водородных и вакуумных печах.

14. Ножка металлокерамическая — пайка высокотемпературными припоями, серебряными припоями.

15. Узлы металлокерамические — сборка и пайка с различными металлами.

16. Контроль качества вакуумноплотных соединений на гелиевом течеискателе.

17. Припои медные, серебряные (лента, проволока) — отжиг в водороде.

18. Сетки ЭВП на промежуточных стадиях обработки — отжиг в водороде.

19. Танталовые аноды — спекание в вакуумных печах.

20. Откачка электровакуумных приборов на сложных высоковакуумных постах с ручным и автоматическим управлением.

21. Откачка опытных, сложных и экспериментальных приборов с длительным циклом обработки.

22. Проверка герметичности вакуумноплотных швов.

23. Опрессовка изделий, где необходимо длительное сохранение вакуума, в среде гелия.

24. Серебрение изделий из меди различной конфигурации.

25. Испытания высоковольтные изоляции изделий напряжением промышленной частоты до 95кВ.