Пайка позволяет соединять в единое изделие элементы из разных металлов и сплавов, обладающих различными физико-механическими свойствами. Например, методом пайки можно соединять малоуглеродистые и высокоуглеродистые стали, чугунные детали со стальными, твердый сплав со сталью и т. д. Особо следует отметить возможность соединения путем пайки деталей из алюминия и его сплавов. Широко применяется метод напайки пластинок твердого сплава к державкам при изготовлении режущего инструмента.
В условиях домашней мастерской пайка – самый доступный вид образования неподвижных неразъемных соединений. При пайке в зазор между нагретыми деталями вводится расплавленный присадочный металл, называемый припоем. Припой, имеющий более низкую температуру плавления, чем соединяемые металлы, смачивая поверхность деталей, соединяет их при охлаждении и затвердевании. В процессе пайки основной металл и припой, взаимно растворяясь друг в друге, обеспечивают высокую прочность соединения, одинаковую (при качественном выполнении пайки) с прочностью целого сечения основной детали.
Процесс пайки отличается от сварки тем, что кромки соединяемых деталей не расплавляются, а только нагреваются до температуры плавления припоя.
Для осуществления паяных соединений необходимы: паяльник электрический или с непрямым подогревом, паяльная лампа, припой, флюс.
Мощность электрического паяльника зависит от размера соединяемых деталей, от материала, из которого они изготовлены. Так, для паяния медных изделий небольших размеров (например, проволоки сечением в несколько квадратных миллиметров) достаточно мощности 50–100 Вт, при пайке электронных приборов мощность электрического паяльника должна быть не более 40 Вт, а напряжение питания – не более 40 В, для пайки крупных деталей необходима мощность в несколько сот ватт.
Паяльная лампа используется для нагрева паяльника с непрямым подогревом и для прогрева паяемых деталей (при большой площади пайки). Вместо паяльной лампы можно использовать газовую горелку – она более производительна и надежна в эксплуатации.
В качестве припоя чаще всего используются оловянно-свинцовые сплавы, имеющие температуру плавления 180–280 °C. Если к таким припоям добавить висмут, галлий, кадмий, то получаются легкоплавкие припои с температурой плавления 70–150 °C. Эти припои актуальны для пайки полупроводниковых приборов. При металлокерамической пайке в качестве припоя используется порошковая смесь, состоящая из тугоплавкой основы (наполнителя) и легкоплавких компонентов, которые обеспечивают смачивание частиц наполнителя и соединяемых поверхностей. В продаже имеются и сплавы в виде брусков или проволоки, которые представляют собой симбиоз припоя и флюса.
Использование в процессе пайки флюсов основано на их способности предотвращать образование на поверхностях деталей окисной пленки при нагреве. Они также снижают поверхностное натяжение припоя. Флюсы должны отвечать следующим требованиям: сохранение стабильного химического состава и активности в интервале температур плавления припоя (то есть флюс под действием этих температур не должен разлагаться на составляющие), отсутствие химического взаимодействия с паяемым металлом и припоем, легкость удаления продуктов взаимодействия флюса и окисной пленки (промывкой или испарением), высокая жидкотекучесть. Для пайки различных металлов характерно использование определенного флюса: при пайке деталей из латуни, серебра, меди и железа в качестве флюса применяется хлористый цинк; свинец и олово требуют стеариновой кислоты; для цинка подходит серная кислота. Но существуют и так называемые универсальные припои: канифоль и паяльная кислота.
Детали, которые предполагается соединить методом пайки, следует должным образом подготовить: очистить от грязи, удалить напильником или наждачной бумагой окисную пленку, образующуюся на металле под воздействием воздуха, протравить кислотой (стальные – соляной, из меди и ее сплавов – серной, сплавы с большим содержанием никеля – азотной), обезжирить тампоном, смоченным в бензине, и только после этого приступать непосредственно к процессу пайки.
Нужно нагреть паяльник. Нагрев проверяется погружением носика паяльника в нашатырь (твердый): если нашатырь шипит и от него идет сизый дым, то нагрев паяльника достаточный; ни в коем случае нельзя перегревать паяльник. Носик его при необходимости следует очистить напильником от окалины, образовавшейся в процессе нагревания, погрузить рабочую часть паяльника во флюс, а затем в припой так, чтобы на носике паяльника остались капельки расплавленного припоя, прогреть паяльником поверхности деталей и облудить их (то есть покрыть тонким слоем расплавленного припоя). После того как детали немного остынут, плотно соединить их между собой; снова прогреть место пайки паяльником и заполнить зазор между кромками деталей расплавленным припоем.
Если необходимо соединить методом пайки большие поверхности, то поступают несколько иначе: после прогревания и облуживания места спайки зазор между поверхностями деталей заполняют кусочками холодного припоя и одновременно прогревают детали и расплавляют припой. В этом случае рекомендуется периодически обрабатывать носик паяльника и место пайки флюсом.
О том, что паяльник перегревать недопустимо, уже говорилось, а почему? Дело в том, что перегретый паяльник плохо удерживает капельки расплавленного припоя, но не это главное. При очень высоких температурах припой может окислиться и соединение получится непрочным. А при пайке полупроводниковых приборов перегрев паяльника может привести к их электрическому пробою, и приборы выйдут из строя (именно поэтому при пайке электронных приборов используют мягкие припои и воздействие разогретого паяльника на место пайки ограничивают 3–5 секундами).
Когда место спайки полностью остынет, его очищают от остатков флюса. Если шов получился выпуклым, то его можно выровнять (например, напильником).
Качество пайки проверяют: внешним осмотром – на предмет обнаружения непропаянных мест, изгибом в месте спая – не допускается образование трещин (проверка на прочность); паяные сосуды проверяют на герметичность заполнением водой – течи не должно быть.
Существуют способы пайки, при которых используется твердый припой – медно-цинковые пластины толщиной 0,5–0,7 мм, или прутки диаметром 1–1,2 мм, или смесь опилок медно-цинкового припоя с бурой в соотношении 1: 2. Паяльник в этом случае не используется.
Первые два способа основаны на применении пластинчатого или пруткового припоя. Подготовка деталей к паянию твердым припоем аналогична подготовке к пайке с использованием мягкого припоя.
Далее на место спайки накладываются кусочки припоя и спаиваемые детали вместе с припоем скручиваются тонкой вязальной стальной или нихромовой проволокой (диаметром 0,5–0,6 мм). Место паяния посыпается бурой и нагревается до ее плавления. Если припой не расплавился, то место паяния посыпается бурой вторично (без удаления первой порции) и нагревается до расплавления припоя, который заполняет зазор между спаиваемыми деталями.
При втором способе место паяния нагревают докрасна (без кусочков припоя), посыпают бурой и подводят к нему пруток припоя (продолжая нагрев): припой при этом плавится и заполняет щель между деталями.
Еще один способ пайки основан на применении в качестве припоя порошкообразной смеси: подготовленные детали нагревают в месте пайки докрасна (без припоя), посыпают смесью буры и опилок припоя и продолжают нагревать до плавления смеси.
После паяния любым из трех предложенных способов спаянные детали охлаждают и очищают место пайки от остатков буры, припоя и вязальной проволоки. Проверку качества паяния производят визуально: для обнаружения непропаянных мест и прочности слегка постукивают спаянными деталями по массивному предмету – при некачественной пайке в шве образуется излом.
Разновидности паяных соединений показаны на рис. 53.
Рис. 53. Конструкции паяных соединений: а – внахлестку; б – с двумя нахлестками; в – встык; г – косым швом; д – встык с двумя нахлестками; е – в тавр.
В большинстве случаев детали сначала подвергают лужению, что облегчает последующую пайку. Схема процесса лужения показана на рис. 54.
Рис. 54. Схема лужения паяльником: 1 – паяльник; 2 – основной металл; 3 – зона сплавления припоя с основным металлом; 4 – флюс; 5 – поверхностный слой флюса; 6 – растворенный окисел; 7 – пары флюса; 8 – припой.
Однако лужение можно использовать не только как один из этапов паяния, но и как самостоятельную операцию, когда вся поверхность металлического изделия покрывается тонким слоем олова для придания ему декоративных и дополнительных эксплуатационных качеств.
В этом случае покрывающий материал носит название не припоя, а полуды. Чаще всего лудят оловом, но в целях экономии в полуду можно добавить свинец (не более трех частей свинца на пять частей олова). Добавление в полуду 5 % висмута или никеля придает луженым поверхностям красивый блеск. А введение в полуду такого же количества железа делает ее более прочной.
Кухонную утварь (посуду) можно лудить только чисто оловянной полудой, добавление в нее различных металлов опасно для здоровья!
Полуда хорошо и прочно ложится только на идеально чистые и обезжиренные поверхности, поэтому изделие перед лужением необходимо тщательно очистить механическим способом (напильником, шабером, шлифовальной шкуркой до равномерного металлического блеска) либо химическим – подержать изделие в кипящем 10 %-ном растворе каустической соды в течение 1–2 минут, а затем поверхность протравить 25 %-ным раствором соляной кислоты. В конце очистки (независимо от способа) поверхности промывают водой и сушат.
Сам процесс лужения можно осуществлять методом растирания, погружения или гальваническим путем (при таком лужении необходимо использование специального оборудования, поэтому гальваническое лужение на дому, как правило, не осуществляется).
Метод растирания заключается в следующем: подготовленную поверхность покрывают раствором хлористого цинка, посыпают порошком нашатыря и нагревают до температуры плавления олова.
Затем следует приложить оловянный пруток к поверхности изделия, распределить олово по поверхности и растереть чистой паклей до образования равномерного слоя. Необлуженные места пролудить повторно. Работу следует выполнять в брезентовых рукавицах.
При методе лужения погружением олово расплавляют в тигле, подготовленную деталь захватывают щипцами или плоскогубцами, погружают на 1 минуту в раствор хлористого цинка, а затем на 3–5 минут в расплавленное олово. Извлекают деталь из олова и сильным встряхиванием удаляют излишки полуды. После лужения изделие следует охладить и промыть водой.
Из книги: Коршевер Н. Г. Работы по металлу
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. 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 приведен в таблице.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.
Легкоплавкие припои.
| Марка | Температура расплавления,°С | Область применения |
| ПОС90 | 222 | Пайка деталей и узлов, подвергающихся в дальнейшем гальванической обработке (серебрение, золочение) |
| ПОС61 | 190 | Лужение и пайка тонких спиральных пружин в измерительных приборах и других ответственных деталей из стали, меди, латуни, бронзы, когда недопустим или нежелателен высокий нагрев в зоне пайки. Пайка тонких (диаметром 0,05-0,08 мм) обмоточных проводов, в том числе высокочастотных (литцендрата), выводов обмоток, радиоэлементов и микросхем, монтажных проводов в полихлорвиниловой изоляции, а также пайка в тех случаях, когда требуется повышенная механическая прочность и электропроводность |
| ПОС50 | 222 | То же, но когда допускается более высокий нагрев, чем при ПОС 61 |
| ПОС40 | 235 | Лужение и пайка токопроводящих деталей неответственного назначения, наконечников, соединений проводов с лепестками, когда допускается более высокий нагрев, чем при ПОС 50 или ПОС 61 |
| ПОСЗО | 256 | Лужение и пайка механических деталей неответственного назначения из меди и ее сплавов, стали и железа |
| ПОС 18 | 277 | Лужение и пайка при пониженных требованиях к прочности шва, деталей неответственного назначения из меди и ее сплавов, оцинкованного железа, стали |
| ПОССу 4-6 | 265 | Лужение и пайка деталей из меди и железа погружением в ванну с расплавленным припоем |
| ПОСК 50 | 145 | Пайка деталей из меди и ее сплавов, не допускающих местного перегрева. Пайка полупроводниковых приборов |
|
ПОСВ 33
ПОСК 47-17 |
130 180 |
Пайка плавких предохранителей Пайка проводов и выводов элементов к слою серебра, нанесенного на керамику методом вжигания |
|
П200
П250 |
200 280 |
Пайка тонкостенных деталей из алюминия и его сплавов |
|
Сплав Розе
Сплав д"Арсенраля Сплав Вуда |
92-95 79 60 |
Пайка, когда требуется особо низкая температура плавления припоя |
Состав некоторых специальных легкоплавких припоев.
| Марка | Содержание элементов, % | Температура расплавления,°С | |||||
| Sn | РЬ | Sb | Bi | Cd | Zn | ||
| ПОССу 4-6 | 3-4 | 90-92 | 5-6 | - | - | 265 | |
| ПОСК 50-18 | 49-51 | 29,8-33,8 | 0,2 | - | 17-19 | - | 222 |
| ПОСВ 33 | 33,4 | 33,3 | - | 33,3 | - | - | 130 |
| П250 | 80 | - | - | - | - | 20 | 280 |
| П200 | 90 | - | - | - | - | 10 | 200 |
| Сплавы Розе | 15,5 | 32 | - | 52,5 | - | - | 95 |
| 25 | 25 | - | 50 | - | - | 94 | |
| - | 40 | - | 52 | 8 | - | 92 | |
| Сплав д"Арсенваля | 9,4 | 45,1 | - | 45,5 | - | - | 79 |
| Сплав Вуда | 12,5 | 25 | - | 50 | 12,5 | - | 60 |
Флюсы
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. Все 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, и 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, приготовляемые на ее основе с добавлением неактивных веществ - спирта, глицерина и даже скипидара. Канифоль не гигроскопична, является хорошим диэлектриком, поэтому неудаленный остаток ее не представляет опасности для паяного соединения. Данные о флюсах, наиболее часто применяемых в любительской практике, приведены в таблицах.
Неактивные (бескислотные) флюсы
Активные (кислотные) флюсы
| Состав, % | Область применения | Способ удаления остатков |
| Хлористый цинк - 25-30; концентрированная соляная кислота - 0,6-0,7; вода - остальное | Пайка деталей из черных и цветных металлов | Тщательная промывка водой |
| Хлористый цинк (насыщенный раствор) - 3,7; вазелин технический - 85; вода дистиллированная - остальное (флюс-паста) | То же, когда по роду работы удобнее пользоваться пастой | То же |
| Хлористый цинк - 1,4; глицерин - 3; спирт этиловый - 40; вода дистиллированная - остальное | Пайка никеля, платины и ее сплавов | То же |
| Канифоль - 24; хлористый цинк - 1; спирт этиловый - остальное | Пайка цветных и драгоценных металлов (в том числе золота), ответственных деталей из черных металлов | Промывка ацетоном |
| Канифоль - 16; хлористый цинк - 4; вазелин технический - 80 (флюс-паста) | То же, для получения соединений повышенной прочности, но только деталей простой конфигурации, не затрудняющей промывки | То же |
Пайка алюминия припоями ПОС
Затруднительна, но все же возможна, если оловянно-свинцовый припой содержит не менее 50 % олова (ПОС 50, ПОС 61, ПОС 90). В качестве флюса применяют минеральное масло. Лучшие результаты получаются при использовании щелочного масла (для чистки оружия после стрельбы). Удовлетворительное качество пайки обеспечивает минеральное масло для швейных машин и точных механизмов.На место пайки наносят флюс и поверхность алюминия под слоем масла зачищают скребком или лезвием ножа, чтобы удалить имеющуюся всегда на поверхности алюминия оксидную пленку. Паяют хорошо нагретым паяльником. Для пайки тонкого алюминия достаточна мощность паяльника 50 Вт, для алюминия толщиной 1 мм и более желательна мощность 90 Вт. При пайке алюминия толщиной более 2 мм место пайки нужно предварительно прогреть паяльником и только после этого наносить флюс.
Пайка алюминия припоями П200 и П250
Коррозионная стойкость паяльных швов, выполненных этими припоями, несколько ниже, чем выполненных оловянно-свинцовыми припоями. Флюс представляет собой смесь олеиновой кислоты и йодида лития. Йодид лития (2-3 г) помещают в пробирку или колбу и добавляют 20 мл (около 20 г) олеиновой кислоты (в состав флюса может входить от 5 до 17 % йодида лития.) Смесь слегка подогревают, опустив пробирку в горячую воду, и перемешивают до полного растворения соли. Готовый флюс сливают в чистую стеклянную посуду и охлаждают. Если используется водная соль лития, то при ее растворении на дно пробирки опускается слой водной смеси, а флюс всплывает и его осторожно сливают. Перед пайкой жало хорошо прогретого паяльника (температура жала должна быть около 270-350 °С) зачищают и лудят припоем, пользуясь чистой канифолью. Соединяемые поверхности деталей смачивают флюсом, лудят и паяют. После охлаждения остатки флюса удаляют тампоном из ткани, смоченным в спирте, ацетоне или бензине, и покрывают шов защитным лаком. Флюс в процессе пайки не выделяет токсичных.и..обладающих резким запахом веществ. С ткани и кожи рук он легко смывается водой с мылом.
Пайка нихрома (нихром с нихромом, нихром с медью и ее сплавами, нихром со сталью)
Может быть осуществлена припоем ПОС 61, ПОС 50 (хуже -, ПОС 40) с применением флюса следующего состава (в граммах): вазелин - 100, хлористый цинк в порошке -. 7, глицерин - 5. Флюс приготовляют в фарфоровой ступке, в которую кладут вазелин, а затем добавляют, хорошо перемешивая до получения однородной массы, последовательно хлористый цинк и глицерин. Соединяемые поверхности тщательно зачищают шлифовальной шкуркой и протирают ваткой, смоченной в 10%-ном спиртовом растворе хлористой меди, наносят флюс, лудят и только после этого паяют.
Пайка сталей с гальваническим покрытием
Пайка сталей с гальваническим покрытием цинком или кадмием возможна оловянно-свинцовыми припоями паяльником с применением в качестве флюса хлористого цинка (п. 10.13). Пайка с канифольными флюсами не дает качественного соединения.
Паяльная паста
При пайке в домашних условиях припой обычно набирают и наносят паяльником. Контролировать количество расплавленного припоя, переносимое паяльником, крайне затруднительно: оно зависит от температуры плавления припоя, температуры и чистоты жала и от других факторов. Не исключено при этом попадание капель расплавленного припоя на проводники, корпуса элементов, изоляцию, что приводит иногда к нежелательным последствиям. Приходится работать крайне осторожно и аккуратно, и все же бывает трудно добиться хорошего качества пайки. Облегчить пайку и улучшить ее можно с помощью паяльной пасты. Для приготовления пасты измельчают припой напильником с крупной насечкой (мелкая забивается припоем) и смешивают опилки со спирто-канифольным флюсом. Количество припоя в пасте подбирают опытным путем. Если паста получилась слишком гу-1 стой, в нее добавляют спирт. Хранить пасту нужно в плотно закрывающейся посуде. На место пайки пасту наносят нужными дозами металлической лопаточкой. Применение паяльной пасты, кроме того, - позволяет избежать перегрева малогабаритных деталей и полупроводниковых приборов.
«Паяльная лента»
Незаменима при сращивания проводников, трубок, стержней, когда нет возможности воспользоваться электрическим паяльником. Чтобы изготовить «паяльную ленту», необходимо сначала приготовить пасту из опилок припоя, канифоли и вазелина. Пасту наносят тонким ровным слоем на миткалевую ленту. Место пайки обматывают в один слой «паяльной лентой», смачивают бензином или керосином и поджигают. Предварительно соединяемые поверхности желательно залудить.
Лужение проводов в эмалевой изоляции
При зачистке выводных концов обмоточного провода ЛЭШО, ПЭЛШО, ПЭЛ и ПЭВ при помощи наждачной бумаги или лезвия нередки надрезы и обрывы тонких жил провода, Зачистка путем обжига также не всегда дает удовлетворительные результаты из-за возможного оплавлеления проводов малого сечения. Кроме того, в месте обжига провод теряет прочность и легко обрывается. Для зачистки проводов малого сечения в эмалевой изоляции можно использовать полихлорвиниловую трубку. Отрезок трубки кладут на дощечку и, прижимая провод к трубке плоскостью жала хорошо разогретого паяльника, легким усилием 2-3 раза протягивают провод. При этом одновременно происходит разрушение эмалевого покрытия и лужение провода. Применение канифоли при этом необязательно. Вместо полихлорвиниловой трубки можно воспользоваться обрезками монтажного провода или кабеля в полихлорвиниловой изоляции. Провод в эмалевой изоляции любого диаметра можно лудить с помощью аспирино-канифольной пасты. Аспирин и канифоль нужно растолочь в порошок и смешать (в массовом соотношении 2: 1). Полученную смесь развести этиловым спиртом до пастообразного состояния. Конец провода погружают в пасту и жалом горячего паяльника с небольшим усилием проводят по проводу или перемещают провод под жалом при этом эмаль разрушается и провод лудится. Для удаления остатков ацетилсалициловой кислоты (аспирина) провод еще раз лудят, используя чистую канифоль.
Вместо припоя - клей
Часто необходимо припаивать провод к детали из металла, трудно поддающегося пайке: нержавеющей стали, хрома, никеля, сплавов алюминия и др, В таких случаях для обеспечения надежного электрического и механического контакта можно использовать следующий способ. Деталь в месте присоединения провода тщательно очищают от грязи и оксидов и обезжиривают. Луженый конец провода обмакивают в клей БФ-2 и жалом нагретого паяльника прижимают к месту соединения в течение 5-6 с. После остывания на место контакта наносят 1-2 капли эпоксидного клея и сушат до полного затвердевания.
Сварка вместо пайки
Электросварка значительно сокращает время, затрачиваемое на монтажные работы, дает соединения, выдерживающие высокотемпературный нагрев, не требует припоев, флюсов, предвари-тельного лужения, позволяет соединять проводники из металлов и сплавов, трудно поддающихся пайке, например провода электронагревательных приборов. Для сварки необходимо иметь источник постоянного или переменного тока напряжением 6-30 В, обеспечивающий ток не менее 1 А. Электродом для сварки служит графитовый стержень от использованных батарей КБС или других, заточенный под углом 30-40°. В качестве держателя электрода можно использовать щуп от ампервольтомметра с наконечником «крокодил». В местах будущей сварки предварительно зачищенные проводники скручивают жгутом и соединяют с одним из полюсов источника тока. Электродом, соединенным с другим полюсом источника тока, разогревают место, подлежащее сварке. Расплавленный металл образует соединение каплевидной формы. По мере выгорания графита в процессе работы электрод следует затачивать. С приобретением навыка сварка получается чистой, без окалины. Работать необходимо в светозащитных очках.
"Практические советы мастеру-любителю", 1991. О.Г. Верховцев, К.П. Лютов
Свинцово-оловянные припои (ПОС.)
Применение свинцово-оловянных припоев только тогда может дать хорошие результаты, когда работающий правильно представляет процесс паяния и знает основные правила работы. В зависимости от назначения спаиваемых деталей или изделий швы пайки подразделяются на: прочные швы (должны выдерживать механические нагрузки); плотные швы (не должны пропускать жидкостей или газов, находящихся под слабым давлением); прочные и плотные швы (должны выдерживать давление жидкостей и газов, находящихся под большим давлением).
Припой в процессе паяния в результате смачивания образует с поверхностью спаиваемой детали зону промежуточного сплава, причем качество паяния в таком случае при наличии чистых металлических поверхностей будет зависеть от скорости растворения данного металла в припое: чем скорость растворения больше, тем качество пайки лучше. Иначе говоря, качество паяния зависит от скорости диффузии. Увеличению степени диффузии способствуют: наличие чистых металлических поверхностей спаиваемых деталей. При окисленной поверхности степень диффузии припоя значительно уменьшается или полностью отсутствует; предотвращение окисления расплавленного припоя в процессе пайки, для чего применяются соответствующие паяльные флюсы; паяние при температуре, близкой к температуре плавления спаиваемой детали; медленное охлаждение после паяния (в горячем песке, горячих углях). Замечено, что при спаивании деталей, покрытых гальваническим путем другими металлами, шов не получается такой прочности, как при спаивании чистых металлов или сплавов. Это наблюдается при всех гальванических покрытиях (никелем, хромом, оловом, кадмием). Наоборот, пайка по горячему лужению оловом или оловянно-свинцовыми сплавами дает всегда более прочное соединение, чем по чистому металлу. Этот пример подтверждает влияние степени диффузии на прочность шва при паянии.
Лужение - процесс покрытия металлических поверхностей оловом или специальным сплавом на оловянной основе (полудой).
Припой - металл или сплав, который служит для соединения в расплавленном состоянии, в промежутке (шве) между деталями, поэтому припой должен иметь более низкую температуру плавления, чем соединяемые металлы.
По своему составу припои разделяются на несколько групп, из которых наиболее важная - оловянно-свинцовые припои.
Составы припоев.
Часто в связи с отсутствием сведений о припоях у работающего всегда имеется тенденция применять припои с высоким содержанием олова, хотя совсем не всегда в этом имеется необходимость. Правильность выбора припоя может быть гарантирована только тогда, когда известны его свойства.
В табл. 1 указаны составы наиболее известных оловянно-свинцовых припоев.
Назначение припоев.
ПОС 90 - для паяния внутренних швов пищевой посуды (кастрюли и т.п.).
ПОС 40 - паяние латуни, железа и медных проводов.
ПОС 30 - паяние латуни, меди, железа, цинковых и оцинкованных листов, белой жести, приборов, радиоаппаратуры, гибких шлангов и бандажной проволоки электромоторов.
ПОС 18 - паяние свинца, железа, латуни, меди, оцинкованного железа, лужение дерева перед пайкой, заменитель припоя ПОС 40.
ПОСС 4-6 - паяние белой жести, железа, меди, свинца при наличии клепаных замочных швов, заменитель припоя ПОС 30.
Таблица 1 Составы оловянно-свинцовых припоев:
Свойства оловянно-свинцовых припоев.
В табл. 2 указаны свойства оловянно-свинцовых припоев по сравнению с чистыми металлами - свинцом и оловом. Наиболее важное свойство припоев - сопротивление срезу, так как большинство паяных соединений работает на срез.
Оловянно-свинцовые припои марок ПОС 18, ПОС 30, ПОС 40 имеют более высокое сопротивление срезу, чем чистые олово и свинец, и потому применение их для получения прочного шва дает более хорошие результаты.
Припои должны обладать как высоким сопротивлением разрыву, так и максимальной вязкостью. По данным таблицы можно установить взаимозаменяемость высокооловянных и малооловянных припоев. Например, припой ПОС 18 в отношении вязкости несколько лучше припоя ПОС 40, причем незначительно отличается от последнего по прочности. Припой ПОС 50 вполне может быть заменен припоем ПОС 40 и ПОС 30. Знания твердости важны в том отношении, что более твердые припои лучше сопротивляются истиранию, чем мягкие.
Поэтому все преимущества в этом отношении будут за припоем ПОСС 4 - 6. Остальные припои (ПОС 18, ПОС 30 и ПОС 40) имеют несколько меньшую твердость. Ударная вязкость (сопротивление удару) имеет наибольшее значение для чистого олова, но припой ПОС 40 и ПОС 30 немногим отличается в этом отношении от олова. Поэтому припой ПОС 40 может быть применен в особых случаях, где места спайки подвергаются сильной вибрации. Для обычных условий работы, при небольших вибрациях, применяют припой ПОС 18.
Температура плавления припоя имеет тоже большое значение: от нее зависит выбор метода паяния. Наиболее низкой температурой плавления обладает припой ПОС 62, содержащий 62 % олова. Этот припой применяют в случаях, когда при паянии нельзя перегревать детали, например при соединении очень тонких проводов. Возможность применения в таких случаях тройных легкоплавких сплавов, в которых
Таблица 1 Свойства оловяино-свинцовых припоев
Низкая точка плавления достигается добавкой третьего компонента (например, висмута), исключается, в связи с тем, что тройные сплавы не обладают такой высокой вязкостью, как двойные сплавы. Припой НОС 62 теперь применяют мало, так как перегрева при паянии легко избежать, применив припой ПОС 40 очень тонкого сечения, например в виде проволоки диаметром 1-2 мм. Под действием паяльника расплавление тонкой проволоки происходит быстро, вследствие чего уменьшается до минимума время воздействия высокой температуры.
Практика показала, что припой марки ПОСС 4-6 в отношении прочности спайки равноценен припою марки ПОС 30 для всех материалов, кроме оцинкованного железа и меди. При этом припой марки ПОС 40 в большинстве случаев обладает наибольшей прочностью и в этом отношении превосходит высокооловянный припой марки ПОС 62 и чистое олово. Поэтому для получения наибольшей прочности шва ни в коем случае не следует применять чистое олово.
Припой марки ПОС 18 при паянии встык дает более высокую прочность спайки, чем припой марки ПОС 40. Поэтому припой ПОС 18 применяют, когда температура плавления припоя не имеет решающего значения.
Технологический процесс паяния.
Для получения наилучших результатов технологический процесс паяния должен состоять из следующих операций:
механической (шабером, напильником, наждачной бумагой) или химической очистки; покрытия флюсом; нагревания (паяльником, паяльной лампой, на горне); предварительного облуживания припоем (паяльником, или натиранием, или погружением в припой); скрепления мест для спаивания, покрытия их флюсом и нагревания; 63введения припоя, его расплавления и удаления излишков припоя, а также остатков флюса.
Очистку спаиваемых поверхностей от окислов производят напильником или шабером так, чтобы промежуток между двумя поверхностями был везде одинаков и не превышал 0,1-0,3 мм. Такой небольшой промежуток необходим для образования капиллярных сил, которые способствуют засасыванию припоя на значительную глубину от кромки. Если спаиваемые поверхности имеют следы жира или масла, то их обрабатывают горячим раствором щелочи. Обычно берут 10 %-ный раствор соды. Если механически очистить детали по какой-либо причине нельзя, то применяют травление деталей в кислотах. Обычно берут 10 %-ный раствор серной кислоты для меди и ее сплавов, а для деталей из черных металлов - 10 %-ный раствор соляной кислоты, причем раствор должен быть подогрет до 50-70 °С.
После очистки и подготовки деталей места спайки должны быть облужены. Предварительное лужение имеет весьма важное значение, так как а этом случае достигаются повышенные прочность и плотность спая. В случае невозможности предварительного лужения паяние ведут и по чистой поверхности, но результаты, конечно, будут более низкими.
Для предварительного лужения применяется тот же припой, какой применяется и для последующего паяния. Если, например, паяние производится припоем марки ПОС 30, то и предварительное лужение должно быть осуществлено тем же припоем.
Перед паянием детали скрепляют, чтобы места соединений не расходились при небольших механических воздействиях, например при наложении паяльника. Самый простой способ скрепления - обвязка мягкой проволокой, лучше железной, но, конечно, не исключены и другие способы, например сжатие струбцинами, загиб шва с образованием «замка».
Метод паяния в значительной мере зависит от типа применяемого припоя. Наиболее характерные случаи паяния:
паяльником с применением мягких припоев;
ручной паяльной лампой с применением обычно твердых припоев;
электрическое паяние (место спая служит сопротивлением, через сопротивление пропускается ток низкого напряжения).
При паянии паяльником обычно применяют припои, температура плавления которых не выше точки плавления свинца (327°С). Такое паяние производят тогда, когда детали не подвергаются большим нагрузкам или требуют в дальнейшем распаивания. Если детали подвергаются в процессе работы нагреванию до высоких температур, паяние паяльником с применением мягких припоев исключается.
Подготовку паяльника для работы производят одновременно с подготовкой деталей. Паяльник слегка проковывают (частично для удаления нагара и окислов), зажимают в тиски и опиливают так, чтобы рабочая часть его была полукруглой. Если опиливать паяльник без предварительной проковки, то он скоро изнашивается. Конец паяльника делают полукруглым потому, что в этом случае он не так быстро охлаждается, как острый, лучше прогревает места спайки и равномернее разъедается жидким припоем.
После механической подготовки паяльник облуживают, для чего нагревают его не выше 400 °С, конец паяльника опускают в водный раствор хлористого цинка, после чего горячим паяльником трут о кусок припоя до тех пор, пока вся рабочая часть не покроется слоем полуды.
При работе паяльник должен иметь температуру, удовлетворяющую следующему требованию: если паяльник приложить рабочим местом к прутку припоя, часть припоя, прилегающая к паяльнику, должна расплавиться через 0,5-1 с. Во время работы температура паяльника должна быть такова, чтобы полуда или капли припоя, приставшие к паяльнику, были в жидком состоянии.
Более удобный способ облуживания паяльника заключается в следующем: в куске нашатыря (хлористого аммония) делают небольшие углубления и туда кладут кусочки припоя. Проводя горячим паяльником вперед и назад по твердому нашатырю, одновременно касаются и припоя. Таким образом паяльник облуживается быстрее.
Если нагретым паяльником коснуться шва и одновременно к шву подложить кусок припоя в виде прутка, ленты или проволоки, то припой расплавится и проникнет в шов. Излишек припоя разглаживают по шву паяльником. Припой также наносят на шов паяльником, так как к паяльнику всегда прилипают капли припоя, и если концом паяльника проводить по шву, жидкий припой всасывается в шов. Чтобы новые капли припоя перешли на паяльник, его снова отнимают от шва и прикладывают к куску припоя.
Лужение.
Технологический процесс лужения состоит из следующих операций:
очистки поверхности от посторонних веществ металлической щеткой, песком, известью или наждачной бумагой;
обезжиривания бензином или горячим водным раствором соды или едкого натра;
промывки в воде;
химической чистки от окислов травления в кислотах;
покрытия флюсами (хлористым цинком) кистью или погружением в водный раствор флюса;
подогревания до температуры плавления полуды и лужения.
Лудят небольшие предметы паяльником, в случае надобности рабочей части паяльника придают формы облуживаемого предмета (например, полукруга при лужении трубок и проволоки).
Лужение больших предметов - баков и других емкостей - производят методом натирания. Для этого изделие смачивают раствором хлористого цинка и нагревают (на горне, углях и т. п.) до температуры плавления олова, после чего посыпают порошкообразной смесью олова с хлористым аммонием (нашатырем). Олово при этом плавится и, растертое паклей, образует на поверхности ровный слой полуды. После лужения остатки флюса отмывают горячей водой.
При лужении пищевой посуды старую полуду проверяют на содержание свинца, для чего часть луженой поверхности смачивают 10-15 %-ным раствором уксусной кислоты. Через 2-3 мин на это же место наносят 5-6 капель 8-10 %-ного раствора йодистого калия, добавляют воды и растирают оба раствора по поверхности. При наличии свинца в полуде на смоченной поверхности появляется характерное желтое окрашивание раствора. В случае обнаружения свинца поверхность изделия протравливают смесью азотной и соляной кислот или же очищают пескоструйным аппаратом до полного удаления полуды.
Способы паяния.
Некоторые металлы или сплавы требуют специальных способов паяния.
Свинец. При нагревании свинец настолько быстро окисляется, что паяние его приходится вести в восстановительной атмосфере, которая предохраняет спаиваемые места от окисления и дает возможность припою легко соединяться с основным металлом. Восстановительная атмосфера образуется в результате применения для нагревания горелки, в которую поступает водород и "кислород воздуха, причем водород всегда должен быть в избытке. В качестве припоя применяют свинец.
Применение свинцово-оловянных припоев нежелательно, так как шов тогда начинает коррозировать в кислотах.
Цинк. Для паяния цинка применяют обычные свинцово-оловянные припои. Рекомендуем применять припой ПОС 30 в смеси с хлористым флюсом.
Если цинк чистый, то при паянии его обычно применяют насыщенный раствор хлористого цинка или разбавленную соляную кислоту. Если паяется загрязненный цинк или цинковый сплав, то при использовании в качестве флюса соляной кислоты в месте травления образуется черное отложение (поэтому рекомендуют применять соляную кислоту с хлористым аммонием).
Заметим, что двойные флюсы в большей степени предохраняют металл от коррозии, чем обыкновенный флюс. При паянии свинцово-оловянными припоями лучше применять флюс, содержащий хлористый аммоний и насыщенный раствор хлористого цинка, взятые в соотношении 1:5 (по массе). Для оловянно-кадмиевых припоев в качестве флюса рекомендуют брать едкий натр. При паянии цинковых сплавов, содержащих свыше 2 % алюминия (детали, изготовленные способом литья под давлением), применяют те же методы, что и при паянии алюминия или сплавов. В этом случае применяют припои оловянно-цинковые, а в качестве флюсов берут соляную кислоту, вазелин или стеарин. Иногда применяют флюс, состоящий из 85 % стеариновой кислоты и 15 % хлористого натрия.
Чугун. Чтобы запаять трещину или иной дефект в чугунной детали мягким припоем, производят тщательную механическую очистку места паяния и хорошо смачивают его соляной кислотой. Затем это место обрабатывают водным раствором хлористого цинка, посыпают порошком нашатыря (хлористого аммония) и подогревают паяльником или паяльной лампой. Нагревать место пайки надо до тех пор, пока не станет плавиться поднесенный к нему припой. Тогда натирают припоем место спайки и сейчас же протирают его порошком нашатыря, нанесенного на густую металлическую щетку или паклю. Эта операция -- предварительное лужение перед паянием. Пока деталь еще горячая, запаивают трещины или иные дефекты паяльником, перемещая его от одного конца трещины к другому. Если припой не проходит в трещину, надо острым зубилом снять с обоих краев ее небольшую фаску, вылудить это место и снова произвести паяние. Излишек припоя снимается шабером или напильником.
Припаивание металлов к стеклу, кварцу, фарфору. При припаивании металла к стеклу и другим подобным материалам необходимо на место паяния осадить гальваническим способом слой металла и далее производить паяние обычным способом.
Припаивание стеклянных изделий к металлу (например, при соединениях стеклянных трубок с металлическими фланцами и т. п.) производят так: предварительно поверхность стекла шлифуют наждачной бумагой, затем тряпкой в шероховатую поверхность втирается графит, и на это место осаждают медь в гальванической ванне. Далее производится паяние и вторичное осаждение меди (или никеля).
Кварц. Кварцевую деталь тщательно очищают и обезжиривают последовательной промывкой в азотной кислоте, щелочи и воде. На очищенную деталь наносят слой серебра с помощью двух растворов (содержание компонентов дано в граммах).
Раствор 1 (серебрильный)
Вода 200
Азотнокислое серебро 2
Аммиак до растворения осадка
Раствор 2 (восстановительный)
Вода 1000
Азотнокислое серебро 10
Сегнетова соль 3,3
Сахар-рафинад 3,3
Растворы 1 и 2 сливают вместе и наносят на поверхность детали с таким расчетом, чтобы вся подлежащая серебрению площадь была покрыта раствором. Непосредственно перед серебрением деталь следует обработать в течение 1-2 мин. 1 %-ным раствором хлористого олова и промыть дистиллированной водой. Процесс серебрения длится 20-30 мин до получения осадка золотистого оттенка. Посеребренную деталь ополаскивают и просушивают при 50-70 °С. После просушки на полученный слой серебра электролитически наращивают слой меди требуемой толщины из кислой медной ванны. Точно так же производят серебрение и меднение на фарфоре.
Алюминий. Для паяния алюминия на паяльник надевают рифленый наконечник (рабочая часть его пропилена трехгранным напильником). Насадку изготовляют из стали марки У-7 и закаливают, с тем чтобы зубцы не срабатывались. Насадку вытачивают токарном станке, и ее конец спиливают. Трубку насадки пропиливают ножовкой на четыре части, это создает пружинистость насадки, и она плотно вставляется в рабочую часть обычного паяльника. Диаметр отверстия в насадке высверливают в соответствии с диаметром рабочего конца паяльника.
Места спая тщательно очищают до блеска, на зубчики насадки берут расплавленную канифоль и наносят на спаиваемое место. Когда в процессе облуживания канифоль начнет покрывать алюминий, паяльник короткими движениями передвигают взад и вперед, и зубцы будут скоблить металл. Таким методом очищают всю поверхность места спая, после чего облуживают очищенные места. Затем приступают к паянию. Для этого берут на паяльник каплю олова, предварительно посыпанную канифолью, и подносят к облуженному месту. Если облуженное место шероховатое, то паяльником снимают эту шероховатость, которая представляет собой пористое олово, смешанное с частичками окиси алюминия, образующейся из-за недостатка флюса. Предварительно на место спая насыпают канифоль, берут на паяльник каплю олова и наносят на спаиваемый шов. Как только олово смочит место спая, паяльник снимают с металла. Затем паяние производят вторично, для этого место спая снова посыпают канифолью.
При паянии алюминия, особенно в процессе его лужения, паяльник следует хорошо разогреть и длительное время держать на одном месте и после прогрева металла медленно водить по спаиваемому шву.
Для паяния алюминиевых сплавов рекомендуются припои ПОС 50 и ПОС 90. Флюсом служит минеральное масло (особенно рекомендуется оружейное). Предварительно на спаиваемые швы наносят флюс и затем зачищают места пайки. Паяние ведут мощным, хорошо прогретым паяльником. Перед началом паяния металл следует хорошо прогреть. Для паяния алюминиевых сплавов выпускается и специальный припой П250А, он состоит из 80 % олова и 20 % цинка. Флюсом служит смесь йодида лития (2.-Зг) и олеиновой кислоты (20 г). Перед работой паяльник необходимо облудить указанным припоем, пользуясь канифолью. Спаиваемые поверхности очищают от остатков флюса марлевым тампоном, смоченным в ацетоне.
Паяние изделий с тонкими швами.
Для паяния таких изделий (например, цепочек, колец или иных ювелирных изделий) применяют специальный припой, состоящий из смеси равных частей - борной кислоты, цинка (тонкого цинка), меди, фосфора, которые замешивают на касторовом масле. В этот припой изделия окунают, и припой проникает в стык изделия. Затем изделия присыпают тальком для удаления лишнего припоя, оставшегося на поверхности изделия, после чего изделие интенсивно нагревают на газовой горелке с температурой 1000°С. При быстром нагревании припой дает микровспышку, при этом температура повышается до 1200 °С.
Паяние твердыми припоями. Для паяния изделий из меди и латуни, при паянии наиболее ответственных швов, применяют твердые припои, состоящие из сплава меди и цинка. К таким припоям относится латунь марки Л-63, которая содержит меди от 62 до 65 %, остальное цинк, а также припои с содержанием меди - 51 %, цинка - 44 и олова - 5%. Добавка олова придает припою пластичность и улучшает растекаемость по металлу. Температура плавления припоя Л-63-950 °С, припоя с оловом - 860 °С. Для паяния тонких изделий применяют припои в виде опилок, на одну часть припоя берут одну часть флюса - прокаленную буру. Паяние производят в струе пламени от паяльной лампы,
Флюсы. При паянии флюсы играют роль химических растворителей и поглотителей окислов. В процессе паяния они предохраняют металл от окисления и создают условия для смачивания металла припоем. При работе со свинцово-оловянными припоями в качестве флюсов применяют соляную кислоту, хлористый цинк, борную кислоту, буру, хлористый аммоний и др. К флюсам, не производящим химического действия, относятся: канифоль, воск, вазелин, оливковое масло и др. Эти флюсы образуют покрытие на поверхности металла, защищающее его от окисления.
Раствором соляной кислоты пользуются при паянии свинцово-оловянными и другими мягкими припоями.
Хлористый цинк - хорошее флюсующее средство для паяния латуни, меди, железа и других металлов и сплавов. Для приготовления хлористого цинка, нарезав мелкими кусочками цинк, «растворяют» в соляной кислоте, и затем приготовленный хлористый цинк разбавляют равным объемом воды.
Нашатырь (хлористый аммоний) хорошо растворяет жировые вещества.
Буру применяют как в растворенном, так и в твердом виде. Вместо буры можно также брать порошок стекла. Жидкое стекло тоже применяют в качестве флюса.
Флюс для паяния алюминия состоит из тунгового масла, канифоли и кальцинированного хлористого цинка, взятых в соотношении 3:2:1 (по массе). Для удаления окислов на алюминии при паянии применяют мелкие стальные опилки, которые в процессе паяния сдирают образующийся окисел.
Технологический процесс паяния состоит из следующих операций:
механической (шабером, напильником, шлифовальной шкуркой) или химической очистки. Промежуток между двумя поверхностями должен быть везде одинаков и не превышать 0,1...0,3 мм. Такой небольшой промежуток необходим для образования капиллярных сил, которые способствуют засасыванию припоя на значительную глубину от кромки. Если спаиваемые поверхности имеют следы жира или масла, то их обрабатывают горячим раствором щелочи. Обычно берут 10 %-ный раствор соды. Если механически очистить детали по какой-либо причине нельзя, то применяют травление деталей в кислотах. Обычно берут 10 %-ный раствор серной кислоты для меди и ее сплавов, а для деталей из черных металлов - 10 %-ный раствор соляной кислоты, причем раствор должен быть подогрет до 50 - 70 °С;
покрытия флюсом;
нагревания (паяльником, паяльной лампой и другим способом);
предварительного облуживания припоем (паяльником, или натиранием, или погружением в припой). Предварительное лужение имеет весьма важное значение, так как в этом случае достигаются повышенные прочность и плотность спая. В случае невозможности предварительного лужения паяние ведут и по чистой поверхности, но результаты будут более низкими. Для предварительного лужения применяется тот же припой, какой применяется и для последующего паяния;
скрепления мест для спаивания, покрытия их флюсом и нагревания. Детали скрепляют, чтобы места соединений не расходились при небольших механических воздействиях, например при наложении паяльника;
введение припоя, его расплавление и удаление излишков припоя, а также остатков флюса.
Метод паяния в значительной мере зависит от типа применяемого припоя. Наиболее характерные случаи паяния: паяльником с применением мягких припоев; ручной паяльной лампой с применением обычно твердых припоев; электрическое паяние (место спая служит сопротивлением, через сопротивление пропускается ток низкого напряжения).
При паянии паяльником обычно применяют припои, температура плавления которых не выше точки плавления свинца (327 °С). Такое паяние производят тогда, когда детали не подвергаются большим нагрузкам или требуют в дальнейшем распаивания. Если детали подвергаются в процессе работы нагреванию до высоких температур, паяние паяльником с применением мягких припоев исключается.
Подготовку паяльника для работы производят одновременно с подготовкой деталей. Паяльник слегка проковывают (частично для удаления нагара и окислов), зажимают в тиски и опиливают так, чтобы рабочая часть его была полукруглой. Если опиливать паяльник без предварительной проковки, то он скоро изнашивается. Конец паяльника делают полукруглым потому, что в этом случае он не так быстро охлаждается, как острый, лучше прогревает места спайки и равномернее разъедается жидким припоем.
После механической подготовки паяльник облуживают, для чего нагревают его не выше 400 "С; конец паяльника опускают в водный раствор хлористого цинка, после чего горячим паяльником трут о кусок припоя до тех пор, пока вся рабочая часть не покроется слоем полуды.
При работе паяльник должен иметь температуру, удовлетворяющую следующему требованию: если паяльник приложить рабочим местом к прутку припоя, часть припоя, прилегающая к паяльнику, должна расплавиться через 0,5... 1 с. Во время работы температура паяльника должна быть такова, чтобы капли припоя, Приставшие к паяльнику, были в жидком состоянии.
Более удобный способ облуживания паяльника заключается в следующем: в куске нашатыря (хлористого аммония) делают небольшие углубления и туда кладут кусочки припоя. Проводя горячим Паяльником вперед и назад по твердому нашатырю, одновременно касаются и припоя. Таким образом паяльник облуживается быстрее.
Если нагретым паяльником коснуться шва и одновременно к шву подложить кусок припоя в виде прутка, ленты или проволоки, то припой расплавится и проникнет в шов. Излишек припоя разглаживают по шву паяльником. Припой также наносят на шов паяльником, так как к паяльнику всегда прилипают капли припоя, и если концом паяльника проводить по шву, жидкий припой всасывается в шов. Чтобы новые капли припоя перешли на паяльник, его снова отнимают от шва и прикладывают к куску припоя.
Технологический процесс лужения состоит из следующих операций:
очистки поверхности от посторонних веществ металлической щеткой, песком, известью или шлифовальной шкуркой;
обезжиривания бензином или горячим водным раствором соды или едкого натра;
промывки в воде;
химической чистки от окислов травления в кислотах;
покрытия флюсами (хлористым цинком) кистью или погружением в водный раствор флюса;
подогревания до температуры плавления полуды и лужения.
Лудят небольшие предметы паяльником. Лужение больших предметов производят методом натирания. Для этого изделие смачивают раствором хлористого цинка и нагревают до температуры плавления олова, после чего посыпают порошкообразной смесью олова с хлористым аммонием (нашатырем). Олово при этом плавится и, растертое паклей, образует на поверхности ровный слой. После лужения остатки флюса отмывают горячей водой.
Чугун. Чтобы запаять трещину или иной дефект в чугунной детали мягким припоем, производят тщательную механическую очистку места паяния и хорошо смачивают его соляной кислотой. Затем это место обрабатывают водным раствором хлористого цинка, посыпают порошком нашатыря (хлористого аммония) и подогревают паяльником или паяльной лампой. Нагревать место пайки надо до тех пор, пока не станет плавиться поднесенный к нему припой. Тогда натирают припоем место спайки и сейчас же протирают его порошком нашатыря, нанесенного на густую металлическую щетку или паклю. Эта операция - предварительное лужение перед паянием. Пока деталь еще горячая, запаивают трещины или иные дефекты паяльником, перемещая его от одного конца трещины к другому. Если припой не проходит в трещину, необходимо с обоих краев ее снять небольшую фаску, вылудить это место и снова произвести паяние. Излишек припоя снимается шабером или напильником.
Алюминий. Для паяния алюминия на паяльник надевают рифленый наконечник (рабочая часть его пропилена трехгранным напильником). Насадку изготовляют из стали и закаливают, с тем чтобы зубцы не срабатывались. Насадку вытачивают на токарном станке, и ее конец спиливают. Трубку насадки пропиливают ножовкой на четыре части, это создает пружинистость насадки, и она плотно вставляется в рабочую часть обычного паяльника. Диаметр отверстия в насадке высверливают в соответствии с диаметром рабочего конца паяльника.
Места спая тщательно очищают до блеска, на зубчики насадки берут расплавленную канифоль и наносят на спаиваемое место. Когда в процессе облуживания канифоль начнет покрывать алюминий, паяльник короткими движениями передвигают взад и вперед, и зубцы будут скоблить металл. Таким методом очищают всю поверхность места спая, после чего облуживают очищенные места. Затем приступают к паянию. Для этого берут на паяльник каплю олова, предварительно посыпанную канифолью, и подносят к облуженному месту. Если оно шероховатое, то паяльником снимают эту шероховатость, которая представляет собой пористое олово, смешанное с частичками окиси алюминия, образующейся из-за недостатка флюса. Предварительно на место спая насыпают канифоль, берут на паяльник каплю олова и наносят на спаиваемый шов. Как только олово смочит место спая, паяльник снимают с металла. Затем паяние производят вторично, для этого место спая снова посыпают канифолью.
При паянии алюминия, особенно в процессе его лужения, паяльник следует хорошо разогреть и длительное время держать на одном месте и после прогрева металла медленно водить по спаиваемому шву.
Для паяния алюминиевых сплавов рекомендуются припои ПОС-50 и ПОС-90. Флюсом служит минеральное масло (особенно рекомендуется оружейное). Предварительно на спаиваемые швы наносят флюс и затем зачищают места пайки. Паяние ведут мощным, хорошо прогретым паяльником. Перед началом паяния металл следует хорошо прогреть. Для паяния алюминиевых сплавов выпускается и специальный припой П-250А, он состоит из 80 % олова и 20 % цинка. Флюсом служит смесь йодида лития (2...3 г) и олеиновой кислоты (20 г). Перед работой паяльник необходимо облудить указанным припоем, пользуясь канифолью. Спаиваемые поверхности очищают от остатков флюса марлевым тампоном, смоченным в ацетоне.
Припои и флюсы
Металл или сплав, при помощи которого ведется пайка, называется припоем. По температуре плавления припоев процессы пайки подразделяются на два основных вида: пайка легкоплавкими (мягкими) припоями и пайка тугоплавкими (твердыми) припоями.
К легкоплавким относятся припои, температура плавления которых ниже 450 °С, а к тугоплавким - припои, температура плавления которых выше 450 °С (рис. 15.1). К припоям предъявляются следующие основные технологические требования: высокая жидкотекучесть и хорошая смачиваемость соединяемых поверхностей; Устойчивость к коррозии; достаточная прочность и пластичность; температура плавления ниже, чем у соединяемых металлов.
Легкоплавкие припои представляют собой сплавы цветных металлов. Наибольшее применение получили оловянно-свинцовые припои ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40, ПОС-50 и ПОС-61. Цифры показывают процентное содержание олова в припое. Эти припои имеют хорошую смачиваемость поверхности большинства металлов и высокую пластичность. Их низкая температура плавления (менее 450 °С) позволяет проводить пайку простейшими средствами (паяльниками). С увеличением содержания олова в припое повышается механическая прочность и коррозийная стойкость соединения, но также увеличивается и стоимость припоя. Свинец повышает пластичность припоя. Эти припои применяют для восстановления деталей, работающих при высоких температурах и небольших нагрузках, т. е. для радиаторов, коллекторов генераторов, топливных баков, электропроводов и др.
Легкоплавкие припои оловянно-цинковые типа П-200, П-250А используют для пайки алюминия, его сплавов и меди. Тугоплавкие припой представляют собой чистые цветные металлы и их сплавы.
Для пайки черных металлов применяют медные припои марок Ml и М2. Они весьма жидкотекучи, хорошо смачивают поверхности и дают прочные и пластичные соединения. Недостаток - высокая температура плавления (1083°С).
Медно-цинковые припои марок ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54, Л-62 и Л-68 (цифры указывают процентное содержание меди в припое) применяют для пайки меди, бронзы, латуни и черных металлов. С увеличением содержания цинка в этих припоях уменьшается прочность и возникает хрупкость, но цинк снижает температуру плавления припоя. Поэтому пайку латуни проводят припоем ПМЦ-36, а сталь и чугун лучше паять припоем Л-62.
Лучшие тугоплавкие припои - серебряно-медно-цинковые марок ПСрЮ, ПСр12М, ПСр25, ПСр45, ПСр65 и ПСр70 (цифры указывают процентное содержание серебра в припое) - позволяют получать высокопрочные и пластичные соединения, но очень дорогие. Эти сплавы применяют для пайки ответственных деталей из стали, меди и ее сплавов. Флюсы при пайке используют жидкие и твердые. В случае применения легкоплавких припоев берут жидкие флюсы, представляющие собой водные растворы хлористого аммиака (нашатырь) и хлористого цинка (цинк, протравленный соляной кислотой). Концентрация раствора в пределах 25...50%. Для пайки меди (проводов) в качестве флюса часто используют чистую канифоль или соединения на ее основе.
Пайку тугоплавкими припоям ведут с твердыми флюсами, представляющими собой порошки буры и ее смеси с борной кислотой и борным ангидридом. Наибольшее применение имеет чистая бура, прокаленная перед употреблением при температуре 400... 460 "С. Для пайки алюминия и его сплавов удобны флюсы Ф320А, Ф380А и Другие, содержащие хлористый литий, фтористый натрий и хлористый цинк, активно разрушающие окисную пленку алюминия.
Если рассматривать способы пайки, то работа, произведённая паяльником, является самым распространённым и удобным. Несмотря на это, паяние паяльником имеет два важных ограничения, которые стоит учесть при выборе способа. Паять паяльником следует только низкоплавкими припоями и затруднительно производить нужные манипуляции, если детали, которые необходимо спаять, уж слишком массивные.
Последнее затруднение можно преодолеть, если воспользоваться дополнительными источниками тепла, такими как газовая или электрическая плита, газовая горелка. С помощью этих источников можно добиться нужного результата, прогрев паяемую деталь, хоть это и усложнит весь процесс.
Чтобы начать процесс пайки, необходимо подготовить нужный инструмент и специальные материалы. В первую очередь, конечно, необходим сам паяльник и понятно дело, что не обойтись без флюса и припоя.
Самыми распространёнными приборами для пайки считаются электрические паяльники , так как ими легко пользоваться и нетрудно приобрести. Нужный паяльный инструмент выбирают в зависимости от его мощности, которая показывает уровень теплового потока, направленного на паяемые детали.
Производить пайку электронных компонентов будет правильно прибором, мощность которого не будет превышать 40 Вт. Если у деталей, которые следует спаять стенки или провод, не превышают один миллиметр, то уместно будет выбрать инструмент в диапазоне 80–100 Вт. Если стенка детали от двух миллиметров и больше, то мощность нужна больше 100 Вт. Как раз к таким мощным инструментам относятся молотковые, работающие от электричества паяльники, которые бівают мощностью в 250 Вт., а также выше. Такие мощные устройства необходимы, как правило, для промышленности, где нужно паять большие детали. Цена на такие небытовые приборы соответственно высокая.
Теплопроводность паяемого материала тоже необходимо учитывать при выборе мощности паяльника. Например, при пайке изделий из стали он должен находиться в менее нагретом состоянии, чем при работе с медной конструкцией.
Припои
Для паяния электрическим инструментом используется чистое олово, оловянно-свинцовые, оловянно-серебряные и другие варианты припоев.
Если необходимо подвергнуть пайке посуду, применяемую для приготовления пищи, то правильно будет использовать лишь чистое олово.
Флюсы
Как утверждают специалисты, хорошо паяются такие материалы, как бронза, серебро, нейзильбер, медь, олово, золото, латунь, свинец. Вполне приемлемо можно паять никель
, низколегированные и углеродистые стали, цинк. К материалам, с которыми сложно работать, можно отнести алюминий, нержавеющие, а также хром, высоколегированные стали, алюминиевую бронзу, чугун, магний, титан. На практике же можно отметить, что только неподготовленная деталь или провод, неправильно подобранный флюс и неверно выбранная температура обработки ведёт к плохой пайке.
Так что правильно подобранный флюс залог идеально выполненной работы с минимальными временными и физическими затратами. Именно флюс отвечает за то, будет ли паяться нужный металл, какой будет прочность соединения, насколько будет трудно проходить весь процесс. Вся задача флюса заключается в том, чтобы разрушить окисную плёнку паяемого металла.
Флюс «Паяльную кислоту» , которая относится к кислым активным флюсам, запрещается применять, когда производится паяние электронных деталей. Своей агрессивностью такой флюс может вызвать коррозию. Но именно это его свойство позволит идеально соединить металлические детали. Таким образом, чем металл химически стоек, то активнее должен быть применяемый флюс. Но нельзя забывать, что то, что осталось от активных флюсов, нужно удалить после завершения процесса.
Для пайки стальных конструкций эффективными флюсами считаются водный раствор хлористого цинка и паяльные кислоты, произведённые на этой основе. На данный момент производители представили широкий ассортимент сильных флюсов, которые тоже можно использовать при пайке.
При работе с нержавеющей сталью в отличие от низколегированной и углеродистой стали, нужно применять более активные флюсы, которые позволят разрушить слой стойких окислов, покрывающий, поверхность нержавеющей стали.
Выясняя, как паять паяльником изделия из чугуна, то очевидно, что для этих целей электрический паяльник будет непригоден, так как не сможет выполнить поставленную перед ним задачу. Паять чугун нужно выполнимо лишь высокотемпературной пайкой.
Чтобы выполнить качественно работы с нержавейкой, необходимо применить ортофосфорную кислоту (Ф-38). Так как она лучше всего одолевает окисную стойкую плёнку, покрывающую этот материал.
Железо оцинкованное с лёгкостью позволит спаять флюс, который включает хлористый цинк, этиловый спирт, хлористый аммоний, канифоль (ЛК-2).
Далеко не все приспособления и материалы необходимы при проведении паяльных работ. Но все они упрощают и делают работу с паяльником более удобной и комфортной.
Подставка для паяльного инструмента нужна не только для удобства, но и для безопасности. Чтобы нагревающийся наконечник устройства не касался посторонних предметов, которые могут быть повреждены от такого соприкосновения.
Возможны три варианта получения такого нужного приспособления:
- Подставка продаётся в наборе с паяльным инструментом.
- Приобретается.
- Производится самостоятельно из листа тонкой жести.
Для удаления от излишков припоя существует специальная оплётка, которая производится из офлюсованных тонких медных проводков. Размотанный её конец прикладывается к припою, а затем сверху прижимается паяльником. Впоследствии весь лишний припой с помощью капиллярных сил, есть возможность собрать в ней, как в промокашке. Использованный кончик оплётки, который уже пропитан припоем, обрезается и выбрасывается.
При паяльных работах будет очень уместно иметь приспособление, которое именуется «третья рука» . Данное устройство своими зажимами решает вопрос с катастрофической нехваткой рук при процессе паяния, где в одной руке держится паяльник, а в другой припой. К тому же это устройство может быть оснащено ещё и увеличительным стеклом, которое поможет лучше рассмотреть паяемые мелкие изделия или тонкий провод.
И конечно же, нельзя обойтись при проведении паяльных процедур без пинцетов, зажимов, плоскогубцев. Ведь детали могут сильно разогреться, и руками их держать будет невозможно.
Техника работы паяльником
Распространены несколько способов работы с паяльником:
- Доставка припоя с кончика инструмента сразу на нужные детали.
- Подача припоя непосредственно на площадку паяемой детали.
Но прежде чем начать паять, необходимо произвести подготовительные манипуляции с деталями . Подготовка заключается в закреплении деталей, разогреве паяльника и смачивании флюсом места пайки.
Если паяют первым способом, на паяльнике плавят маленькое количество припоя и придавливает его жало к необходимым местам на паяемых деталях. Уверенное движение наконечника паяльника вдоль предполагаемого шва способствует идеальному распределению припоя по паяемой поверхности.
При втором варианте пайки нужно сначала разогреть паяльником нужные детали до необходимой температуры пайки, а потом подают припой встык между нужными деталями или на подвергаемую пайке поверхность. Припой, расплавившись, заполнит расстояние между деталями, что обеспечит нужный результат.
Лужение проводов
Проведение лужения - это процесс покрытия верхнего слоя металла припоем. Такую операцию проводят как приготовительную перед пайкой, так и как самостоятельную операцию.
Самым распространённым направлением, где применяется лужение, это лужение концов электрических проводов . Как правильно паять паяльником провода и производить лужение, чтобы получить нужный эффект, рассмотрим в подробностях.
В зависимости из чего произведены провода и их состояния, в котором они находятся на момент работ, различается и обработка, которой их нужно подвергать.
Провод медный одножильный лучше всего подходит для лужения. Новый провод не защищён окислами, поэтому с ним не нужно проводить манипуляции по зачищению. Процесс заключается в нанесении на кончик провода флюса, на горячий конец паяльника наносится припой, а проводится по проводу паяльником, при этом стараясь проворачивать провод.
В некоторых случаях, когда проводник не намерен лудиться может помочь простая таблетка. Такое может случиться в том случае, если провод покрыт лаком или эмалью. В таком случае необходимо таблетку аспирина разместить на дощечки и плотно прижав к её поверхности проводник, разогреть паяльником в течение нескольких секунд. При таких действиях таблетка плавится, чем вызывает разрушение лака. После этого можно проводить лужение провода без проблем.
Пары от расплавленной таблетки аспирина вредны для здоровья, поэтому можно воспользоваться специальным флюсом, который удаляет лак с поверхности проводов.
Если провода старые, то они, как правило, покрыты окислами, которые будут препятствовать процессу лужения. Решить проблему можно с помощью уже упомянутого аспирина. Для этого необходимо расплести проводник, его положить на таблетку и несколько секунд греть паяльником, продвигая проводник из стороны в сторону.
Чтобы провести лужение провода из алюминия, необходимо приобрести специальный флюс, например, идеально подойдёт «Флюс для пайки алюминия». Его также можно будет использовать и при пайке металлов со стойкой окисной плёнкой. Единственное что не стоит забывать, при пользовании таким флюсом, это очищение от его остатков паяемой поверхности. Если этого не делать, может обнаружиться в месте спайки коррозия
.
Чтобы убрать образовавшийся при лужении остаток припоя, можно провод разместить вертикально и к месту избытка прижать горячий паяльник. Все излишки стекут на паяльник с провода.
Используя все знания и нужные материалы, можно добиваться идеально выполненных работ при использовании паяльника.