Чтобы соединить вместе металлические детали, нередко используют пайку. Этот вид коммутации применяется в разных областях быта и производства. Зачастую работа осуществляется домашними мастерами или радиолюбителями. Метод актуален при ремонте компьютеров, телевизоров и даже холодильников. Для получения качественного и герметичного стыка требуются навыки работы, легко- и тугоплавкие припои, флюсы. Их выбор зависит от материала обрабатываемых элементов.
Основные свойства
В качестве материалов для пайки используются разнообразные металлические сплавы. Однако существуют составы, полностью состоящие из металла. Чтобы соединения были качественными, припой должен обладать некоторыми свойствами.
Любые материалы должны обладать высокими показателями смачиваемости — явление, при котором прочность связи между твердыми и жидкими веществами выше, чем у жидкости. При высоких значениях жидкость распространяется по поверхности, заполняя мельчайшие полости. В случае если припой недостаточно смачивает металл, его нельзя использовать для пайки. Например, свинец не применяется для работы с медью, иначе получится низкокачественное соединение.
Какой бы ни использовался припой, температура плавления у него должно быть меньше, чем у соединяемых элементов, но больше рабочих температур металла. Это необходимо для того, чтобы последний во время пайки не расплавился.
Существуют два предела температуры. Первый — тот, при котором в процессе пайки начнут плавиться самые легкоплавкие элементы, второй — когда весь припой станет жидким. Промежуток между этими показателями по-научному называется интервалом кристаллизации.
Если место коммутации находится в таком температурном диапазоне, пайка может быстро разрушиться даже от минимальной нагрузки. Это обусловлено тем, что соединение имеет высокое сопротивление и хрупкость. Следует отметить: пока припой полностью не застыл, нельзя оказывать на него никакого воздействия.
Используемые материалы
Зачастую для пайки применяется олово с добавлением других компонентов. В состав припоя могут входить различные материалы. Например:
Олово. Является мягким материалом, плавление которого происходит при +231,9 °С. Металл подвергается растворению в соляной и серной кислоте. Большинство органических кислот не оказывает на него действия. При комнатных температурах не окисляется, но при показателях ниже + 18 °C (особенно меньше -50 °С) разрушается кристаллическая решетка, вследствие чего цвет меняется на серый.- Свинец. Очень часто используется в припоях, что обусловлено его легкоплавкостью. Чистый металл без посторонних примесей мягкий, с ним легко работать. Окисление происходит только на наружной части, которая вступает во взаимодействие с воздухом. Легко растворим в кислотной и щелочной среде, содержащей органические вещества и азот.
- Кадмий. Популярен при производстве легкоплавких припоев в небольших количествах вместе со свинцом или висмутом. Металл в чистом виде токсичен, плавится при + 321 °C. Нередко его используют для предотвращения коррозии.
Висмут. Один из наиболее легкоплавких материалов, плавится при показателях в +271 °C, растворяется в азотной и подогретой серной кислоте.- Сурьма. Тугоплавкий материал, плавление начинается при +630,5 градусов. Не окисляется под действием кислорода. Очень токсичен, придает припою глянец.
- Цинк. Хрупкий серо-синий металл, плавление достигается при +419 °С. Окисление происходит при контакте с кислородом. Применяется для припоев, использование которых осуществляется в условиях повышенной влажности, защищает место пайки окисной пленкой, легко растворяется в кислотах.
- Медь. Ее наивысшая температура плавления — +1083 градуса. Не вступает во взаимодействие с воздухом, но во влажной среде окисляется ее верхний слой. Зачастую применяется при производстве тугоплавких припоев.
Разновидности припоя
Все виды припоев подразделяются на туго- и легкоплавкие. Последние востребованы при производстве радиоаппаратуры, пайке электронных элементов, а также для лужения радиомонтажных плат. Плавление осуществляется при температурах не больше +450 градусов. В основе таких материалов имеется цинк, свинец, олово и т. д.
В радиоэлектронике популярность приобрели изделия, которые плавятся при показателях менее +145 градусов. Для лужения плат нередко используют сплав Вуда или Розе. Работа с ними осуществляется при 70−95 градусах, они равномерно распространяются на плате, опущенной в кипяток.
В промышленных масштабах востребован ПОС — припой оловянно-свинцовый. Если в составе есть висмут или кадмий, в названии присутствуют буквы В или К. Цифра в конце маркировки указывает на долю олова по отношению к свинцу — чем меньше это значение, тем прочнее припой. Маркировка с буквой Ф свидетельствует о присутствии флюса в составе. Последние годы ввиду стандартов экологии в Европе чаще стали использовать материалы без свинца в составе.
Наиболее распространенные отечественные изделия и область их применения:
ПОС-18 — часто применяется для лужения.- ПОС-30 — пайка стали, а также меди и их сплавов.
- ПОС-50 — изготовление качественной пайки в радиоэлектронике.
- ПОС-90 — лужение деталей перед предстоящим золочением или серебрением. Не используют для обработки установок, которые функционируют на повышенных температурах.
- ПОС-40 и ПОС-60 — наиболее востребованы в радиоэлектронике. Для коммутации латуни и экранированных пластин используется материал с маркировкой 30. Изделия с содержанием флюса применяют для монтажа радиодеталей и производятся в виде проволоки толщиной 1−3 мм.
С тугоплавкими припоями в основном работают в промышленных масштабах для соединения твердых металлов. Температура плавления — от +450 до +800 градусов. В составе присутствует магний, медь серебро и никель. Эти припои отличаются высокой прочностью, но ввиду высоких показателей не применяются в бытовых условиях. Форма выпуска — слитки различных форм.
При изготовлении припоев особое значение имеют тугоплавкие изделия, в составе которых присутствует медь и серебро. Заводская маркировка — ПСР.
Флюсы и их применение
От правильно подобранного флюса напрямую зависит качество и прочность пайки, аккуратность и ровность шва. При нагреве должна образоваться тонкая пленка между материалами и припоем, усиливающая адгезию последнего с металлом. Чем ниже показатели плавления флюса, тем выше качество работы. Кроме того, эти значения должны быть ниже, чем у припоя. Сегодня производится два типа материалов:
Активные. В их составе часто присутствуют кислоты (соляная, ортофосфорная). Они хорошо воздействуют на жирный налет, но плохая промывка места коммутации со временем приводит к коррозии. Препараты в быту стараются применять редко, особенно это касается радиоэлектроники. Это обусловлено тем, что они разрушают текстолит, а также при попадании на кожные покровы вызывают ожоги. Кроме того, пары, выделяемые в процессе работы, оказывают токсичное влияние на человека. Наиболее востребованные флюсы — нашатырь, ортофосфорная кислота и бура.- Пассивные флюсы способствуют удалению отложений жира. Яркими представителями являются воск и канифоль. Это органические вещества, не вызывающие коррозии, необходимы для пайки радиокомпонентов. Последнее время стало востребованным использование материалов с маркировкой ЛТИ для коммутации с легкоплавкими припоями. Кроме того, можно проводить пайку свинца, железа, нержавейки и оцинкованных металлов. В составе присутствуют спирт, канифоль и пр. Минус: под воздействием температур пары выделяют вредные для здоровья вещества. Единственное исключение — препарат ЛТИ-120, в составе которого отсутствуют опасные элементы.
Существует множество различных видов флюсов. Наиболее востребованные из них:
Сосновая канифоль. Самый простой и доступный вид. Имеет низкие показатели утечки тока, относится к пассивным типам. Ввиду своей популярности доступна в продаже. Используется в широком спектре работ, растворяется в смеси спирта и глицерина.- Ортофосфорная кислота. Представляет собой химически активное соединение. Используется при работе с окисленными металлами, никелированной сталью. По окончании работ обязательно нужно очистить место спайки содовым раствором. Это необходимо для погашения кислотной активности и предотвращения разъедания металла.
- Паяльная кислота. Нужна для спайки никеля, углеродистой стали, меди и латуни.
- Паяльный жир. Он бывает активным и нейтральным, используется для окисленных элементов черных и цветных металлов. Нейтральный допустимо применять для работы с радиодеталями, активный — нет.
Бура. Пригодна для пайки стали, меди и чугуна при высоких температурах.- ТАГС. Изготовлен на основе глицерина, применяется для радиомонтажа, по окончании работы необходимо обработать места спиртом.
- Флюсы ЗИЛ. Предназначены для работы со сталью, латунью, медью.
- Активные флюсы ФИМ. Подходят для работы с окисленной платиной или серебром. В составе присутствует фосфорная кислота, поэтому необходима промывка содовым раствором.
- ФТС. Препарат, в составе которого отсутствует канифоль. Используется для спайки радиодеталей без дыма.
- Паста «Тиноль» — химическое изделие, предназначенное для пайки термофеном.
Типы паяльников
Паяльник — инструмент, который используется при пайке и лужении, для нагрева флюса и элементов, расплавления припоя и т. д. Рабочую деталь прибора называют жалом, нагрев происходит от паяльной лампы или электрического тока.
Обычно мощность электрического таких инструментов составляет 30−40 Вт, они предназначены для ремонта и установки электронных устройств. Но в работе с полупроводниковой аппаратурой это изделие может вызвать недопустимый перегрев. Для предотвращения таких ситуаций целесообразно приобрести маломощный агрегат с показателями не более 15 В. Паяльники бывают как с периодическим, так и постоянным нагревом. Последние подразделяются:
Электрические. Имеют встроенный нагревательный элемент, который работает от розетки, аккумулятора или трансформатора.- Газовые. Оснащены встроенной горелкой, топливо подается обычно из баллона со сжиженным материалом. Внешний источник используется редко.
- Жидкотопливные. По конструкции они похожи на газовые, но нагрев производится от пламени сгорания жидкого топлива.
- Термовоздушные. Работа осуществляется благодаря струе горячего воздуха. Принцип действия напоминает строительный фен, но в этом случае используется тонкая воздушная струя.
- Инфракрасные. Нагреваются от источника ИК-излучения.
Устройства с периодическим нагревом бывают молотковыми и торцевыми. Представлены они в виде массивного наконечника, крепящегося на металлическую ручку, длина которой обеспечивает безопасность работ. Нагрев осуществляется от внешних теплоисточников.
Кроме того, еще одним вариантом являются дуговые агрегаты. Они нагреваются при помощи электрической дуги, периодически возбуждаемой между наконечником и угольным электродом.
Существуют различные виды припоев и флюсов, которые подходят для работы с конкретными металлами. Разобравшись в особенностях препаратов, выбор нужного материала не займет много времени и не вызовет трудностей.
