Паять стальные изделия технологически несложно. Для этого можно применять даже легкоплавкие припои, например, ПОС-61 или чистое олово. Для качественного соединения стальных деталей в единое целое рекомендуется место контакта залудить оловом.
Впоследствии выполняется следующий перечень операций:
Ещё один народный способ в качестве припоя применять олово, в качестве флюса — машинное масло.
Что такое припой?
Припой представляет собой смесь легкоплавких металлов, которые способны обеспечить хороший контакт между двумя поверхностями, получаемый в результате пайки. При нагревании припой переходит из твердого в жидкое состояние, которое обеспечивает растекание по периметру припаиваемой детали или в месте их контакта. При этом происходит фиксация на молекулярном уровне за счет высокой степени адгезии.
По составу припои могут включать самые различные компоненты, предоставляющие им необходимые эксплуатационные свойства. Однако преимущественное большинство состоит из смеси свинца и олова, первый из которых обеспечивает твердость и тугоплавкость, а второй легкость и снижает температуру плавления. Также в составе могут быть и другие компоненты: серебро, никель, цинк, медь, кобольд, висмут, сурьма и другие.
Из-за многокомпонентности состава процесс расплавления также проходит несколько этапов: сначала разрежаются наиболее легкоплавкие составляющие, тугоплавкие в этот момент остаются в виде кристаллов. Затем плавятся и они, смесь становится однородной и обеспечивает максимальное заполнение и контакт. Однако вместе с припоем используются флюсы, обеспечивающие лучшее заполнение и защиту от окисления.
Форма выпуска
Припой выпускается в различных формах. Первоначально, на заводе, это чушки. В обозначении марки тогда добавляется буква Ч. Например Ч ПОС-40. ГОСТ 21930-76 определяет форму и размер чушек для каждого материала и вида.
В розничную продажу припой для пайки поступает в прутках диаметром 8 мм, в виде паяльной проволоки, намотанной на катушке или свернутой в спираль и уложенной в пластиковой тубе.
Очень часто паяльная проволока представляет собой трубку из оловянно-свинцового сплава, внутри которой находится флюс – вещество, способствующее повышению качества пайки.
Флюс разрушает оксидную пленку на спаиваемых деталях и препятствует дальнейшему окислению спаянного стыка во время его охлаждения.
Нередко в качестве флюса используется канифоль – продукт перегонки сосновой смолы-живицы. Она плавится при температуре 68 ℃, в обычных условиях твердая, хрупкая, имеет жёлтый цвет.
Классификация
Все критерии классификации припоев представляют собой довольно обширную сферу, которая под силу, пожалуй, лишь узкопрофильным специалистам. Поэтому для упрощения подборки конкретные марки ее изготавливают для конкретных целей – паять алюминий, ювелирные изделия, медную проволоку, радиокомпоненты и т.д. Главное, на что вам следует обратить внимание – это температурный параметр. Так как, к примеру, пайку микросхемы нельзя выполнять той же маркой ПОС, что и соединение жил кабеля, так как чувствительный компонент может сгореть и выйти со строя.
Припои для пайки классифицируются по следующим критериям:
- по способу подачи флюса – безфлюсовые и самофлюсующиеся, для первых флюс подается отдельно, вторые содержат его в своем составе;
Рис. 1. Самофлюсующиеся и с подачей флюса
- по основному паяльному элементу – оловянные припои, никелевые, кобальтовые, марганцевые, титановые, серебряные, циркониевые, ванадиевые, смешанные и т.д.
- по способу получения – бывают готовые или формируемые непосредственно во время пайки;
- по растворимости компонентов – встречаются полностью расплавляемые и частично;
- по форме выпуска – оловянная проволока, пруток, чушки, лист, гранулы, паста;
Форма выпуска припоя
- по температуре плавления – существуют те, которые переходят в жидкое состояние при низкой и при высокой температуре.
При выборе оловянно-свинцового припоя наиболее важным критерием является последний, поэтому на нем мы и остановимся более детально.
Легкоплавкие (мягкие).
К легкоплавким припоям относятся такие составы, которые переходят в жидкое состояние при температуре от 145 до 400°С. Но, при этом они обеспечивают относительно небольшую прочность, для легкоплавких сплавов сопротивление на разрыв составляет не более 7кг/мм2. Наиболее распространенные – оловянно-свинцовые. Чаще всего мягкие припои используются в радиоэлектронике для печатных плат или деталей.
Тугоплавкие (твердые).
Твердые припои обладают значительно большей механической прочностью, но их температура плавления составляет более 400°С, что является неприемлемым для большинства радиодеталей, так как они могут пострадать даже от касания разогретым жалом паяльника. Двумя наиболее крупными группами в этой категории являются медные и серебряные составы. Медные сплавы, как правило, соединяются с цинком, но они слишком хрупкие, поэтому подходят для твердых сплавов, испытывающих только статическую нагрузку. Серебряные припои являются универсальными и могут использоваться для пайки любых точек соединения, однако стоимость этих марок также довольно высокая.
Паяльные пасты.
Паяльные пасты также представляют собой компонент для пайки радиодеталей, но применяются они для мелких элементов из легкоплавкого металла. Состав пасты содержит измельченные кусочки припоя в растворе жидкого флюса. Их используют в тех платах или устройствах, где воздействие высокой температуры может нанести вред оборудованию. Пасты, как правило, паяются феном без электрического паяльника, или могут просто наноситься в качестве проводящего клеевого состава.
Нанесение смеси для пайки в точку крепления выводов наносится порционно и может выполняться при помощи специального трафарета, шприца или каплеструйным картриджем.
Рис 3. Нанесение паяльной пасты принтером, шприцом, трафаретом
Однако применение пасты для пайки обуславливает целый ряд требований, которые должны соблюдаться:
- перед началом вскрытия емкости обязательно выдерживается в комнатной температуре хотя бы 2 часа, использовать средства принудительного нагрева припоя для этого запрещено;
- после вскрытия смесь обязательно перемешивается до получения однородного вещества, так как в ходе хранения флюс может отделяться от припоя;
Рис. 4. Размешивается до однородной смеси
- перед нанесением поверхность должна очищаться от возможных примесей и загрязнителей, при длительной пайке процедура повторяется каждые 45 минут;
- монтаж электронных компонентов в нанесенную пасту должен производиться за 60 минут, иначе она начнет утрачивать свойства;
- после пайки остатки и излишки пасты отмывают, существуют те, которые отмываются обычной водой, другим требуется растворитель, некоторые могут не смываться.
Крайне негативно на функциональных характеристиках такого припоя сказывается помещение в среду с высокой или низкой температурой, а также воздействие влаги.
Бессвинцовые припои.
Изначально, причиной создания припоя без содержания свинца была потребность исключить вредное влияние на окружающую среду и человеческий организм. Такие припои массово используются для пайки алюминия или стали в пищевой промышленности, для труб подачи питьевой воды, лабораторного оборудования и инструментов.
Всего выделяют три наиболее распространенные группы бессвинцовых припоев:
- олово с медью – применяется для высокотемпературной пайки, относится к тугоплавким припоям, хорошо подходит для работы по медным изделиям;
- олово с серебром – подходят для низкотемпературной пайки, обеспечивают лучший контакт, чем у свинцовых припоев, но они имеют высокую цену.
- олово и с медью, и с серебром – также является мягким вариантом, который обладает меньшей стоимостью, чем предыдущий, и практически ничем не уступает ему в качестве соединений.
- олово с висмутом и серебром – может применяться для пайки меди при низких температурах;
- олово с цинком и висмутом – более дешевый вариант предыдущего, но имеет ряд сложностей в применении.
Пайка компонентов, монтируемых в отверстия.
1. Установить компонент в монтажные отверстия, если необходимо, то загнуть выводы.
2. Поднести жало паяльника таким образом, чтобы был обеспечен одновременный контакт с КП монтажного отверстия и выводом компонента, прогреть 0,5-1,0 с.
Пробило № 1.
Необходимо обеспечить хороший тепловой контакт между жалом паяльника и паяемыми поверхностями.
3. Подать небольшое количество припоя на жало паяльника, так чтобы образовался мостик припоя между КП и выводом (см. рис.).
4. Перемещайте трубчатый припой по кругу вдоль КП в противоположном направлении от жала паяльника (см. рис.).
5. Как только паяное соединение сформировано, отвести пруток припоя.
6. Одновременно отвести жало паяльника. Для образования правильной формы галтели жало паяльника должно двигаться вверх вдоль вывода компонента.
Правило № 2.
Необходимо обеспечивать контакт между жалом паяльника и паяемыми поверхностями до тех пор, пока не произойдет формирование галтели припоя.
Внимание! Избегайте сильного давления жалом паяльника на КП. Не допускайте контакта жала паяльника с галтелью припоя без использования трубчатого припоя, это может привести к деградации паяного соединения
Возможные проблемы и методы решения
Разбрызгивание.
Высокая скорость нагрева. Подавайте пруток припоя на разогретые контактные поверхности (вывод компонента и КП), не подавайте припой на жало паяльника.
Матовые паяные соединения.
Длительный контакт жала паяльника с паяным соединением после отвода прутка припоя из зоны пайки.
Остатки после пайки в виде нагара.
Произвести очистку жала паяльника и губки или заменить жало паяльника.
Избыточные остатки флюса вокруг паяного соединения.
1. Большой диаметр трубчатого припоя, использовать припой меньшего диаметра.
2. Избыточная подача трубчатого припоя в место пайки.
3. Низкая температура пайки, использовать паяльник большей мощности или увеличить температуру пайки.
Основные свойства припоев
При выборе конкретной марки припоя для пайки медных проводов или алюминиевых сплавов необходимо руководствоваться их техническими характеристиками.
Однако для всех составов можно выделить перечень основных свойств:
- смачиваемость – показывает, насколько хорошо припой обволакивает и прилипает к паяемым деталям;
- прочность – определяет способность выносить механические усилия и нагрузки, для этот в состав могут добавлять бор, железо, никель цинк или кобальт;
- пластичность – способность к деформации, достигается за счет присадок из марганца, висмута, лития и т.д.;
- устойчивость к высоким температурам – важна для пайки твердыми сплавами, которые находятся в котельных, печах, трубопроводах, нагревательных приборах, свойство достигается путем добавления вольфрама, циркония, ванадия, гафния, ниобия и т.д.
- устойчивость к коррозионному разрушению – повышается путем легирования медью или никелем.
Способы нагревания
Паяльные материалы можно нагревать разными способами. Если говорить о домашнем применении процесса пайки металлов, то самый распространенный вариант – паяльник или горелка.
Первый инструмент используется, если необходимо провести низкотемпературный процесс, второй – если высокотемпературный. Разнообразие современных паяльников велико. Среди них есть устройства с автоматической регулировкой температуры и другими полезными функциями.
В производстве используются в основном другие технологии: печная пайка, с помощью индукционных нагревателей, с погружением в специальные ванны с металлом или солями.
Применяется нагрев электросопротивлением, когда припой и соединяемые заготовки нагреваются за счет протекания по ним электрического тока, и прочие.
Критерии выбора
Выбирая какой-либо состав для лужения медных деталей или пайки проводов важно учитывать ряд факторов, который повлияет и на качество работы, и на полученный результат.
Среди таких критериев, в первую очередь, обращают внимание на:
- типы соединяемых элементов, из какого материала изготовлены, их толщина и параметры соединяемых поверхностей;
- способ пайки, для которого подбирается припой – медным жалом классического паяльника, феном, паяльной станцией и т.д.;
- допустимый температурный режим – температура плавления припоя должна быть меньше температуры плавления соединяемых элементов;
- наличие механического воздействия – определяется статическая или динамическая, возможно, вибрационная;
- устойчивость к агрессивной среде – для преждевременного разрушения припоя его тип должен предусматривать устойчивость к влаге, температуре, газам, пыли и прочим факторам, воздействующим на него в процессе эксплуатации.
Самые используемые марки
Наиболее популярными видами являются припои ПОС, в их основе свинец и олово, маркирующиеся ПОС-40, 60, 80 и т.д., здесь числовое обозначение указывает на процентное содержание олова. Выпускаются, как правило, в форме паяльной проволоки, в зависимости от процентного соотношения основных компонентов могут относиться как к легкоплавким, так и к тугоплавким маркам.
Применяются для пайки меди, алюминия, латуни, бронз и других металлов:
- ПОС-90 – хорошо подходит для пищевой индустрии;
- ПОС-40 – используют для труб и деталей из латуни, железа и т.д.;
- ПОС-30 – в кабельных соединениях;
- ПОС-61 – для работы с радиодеталями.
Из серебросодержащих марок часто встречаются припои ПСр- 15, 25,45, 65, 70, число после буквенного обозначения указывает на процент серебра. Этот тип охватывает как пайку меди в высокоточных приборах, так и медицинскую сферу.
Сплав Розе также называемый ПОСВ-50, один из припоев с самой низкой температурой плавления – от 90 до 100°С. Применяется в ювелирном деле, в пайке печатных плат, для плавких вставок и т.д.
Рис. 5. Сплав Розе
Характеристики ПОС 61
В ПОС-40 40 % олова, а в ПОС-61 около 61 % олова. Все остальное это свинец и дополнительные примеси. По внешнему виду можно определить, какой перед вами припой. Матовый и темный припой содержит больше свинца. Светлый и блестящий больше олова. Лучше всего это можно увидеть в сравнении.
При дальнейшем нагреве начинают плавиться более тугоплавкие металлы в сплаве. После того как они расплавятся, наступает точка ликвидуса. После чего припой ПОС считается полностью расплавленым.
ПОС 40 состоит на 39-41 % из олова, на 59 % из свинца. Остальные примеси в том же соотношении, как и у ПОС-10. ПОС-40 обычно применяется для пайки и лужения корпусов радиоаппаратуры из оцинкованного железа с оцинкованными швами.
Наиболее известными из припоев являются ПОС 10, ПОС 40, ПОС 61 и ПОС 90 (бессурьмянистые припои). А ПОС содержащие сурьму имеют наименование ПОССУ. Содержание сурьмы увеличивает прочность припоя на несколько процентов.
