Что такое припой, для чего он нужен и как его выбрать для качественной пайки

Пайка металлов правила процесса, инструмент и паяльные материалы для нее

Процесс соединения заготовок, в результате которого их материал не расплавляется, называется пайкой. То есть, материал не изменяет своих технических характеристик и качеств.

Пайка металлов происходит за счет смачивания поверхностей заготовок жидким припоем, которым заполняется зазор между двумя металлическими изделиями. При этом припой – это металл или сплав нескольких металлов, обычно олова и свинца.

Соединение с помощью пайки, без расплавления, дает возможность в будущем разъединить детали (распаять или перепаять заново), не нарушая их свойств. Качество пайки зависит от типов соединяемых металлов, от припоя и флюса, нагрева и вида соединения.

Преимущества и недостатки

К преимуществам процесса пайки можно отнести:

  • возможность соединять сталь с цветными металлами;
  • высокая технологичность процесса;
  • возможность проводить паяльные операции в труднодоступных и неудобных местах;
  • возможность соединять сложные по конструкции узлы и детали;
  • процесс можно проводить не точно по контуру соединения, а по всей плоскости;
  • нагрев при пайке обеспечивает термическую обработку металлических заготовок.

Что касается недостатков пайки, основной – это невысокая прочность паяного соединения на отрыв и сдвиг за счет мягкости припойного металла. Сложно проводить операции, которые касаются высокотемпературной технологии.

Где применяется

После сварки пайка находится на втором месте по применению в категории стыковки металлов. А в некоторых областях производства она занимает главенствующую позицию.

К примеру, в производстве компьютеров, сотовых телефонов и другой IT-ной техники. Ведь мельчайшие детали этой техники требуют компактного контакта между собой.

Кроме этого пайка применяется для соединения медных трубок в производстве холодильников, теплообменников, при соединении твердосплавных деталей между собой, к примеру, режущие пластины к резцам.

При проведении кузовных работах проводится соединение деталей к тонким металлическим листам. Лужение тоже является частью процесса пайки, а эту операцию применяют для защиты различных конструкций от коррозии металлов.

В общем, можно сказать, что если в каких-то ситуациях нельзя соединить две металлические заготовки между собой сваркой, болтовым соединением, шпильками, клепками, клеем или другими способами, то на помощь приходит именно пайка металла.

Разновидности

Классификация пайки металлов достаточно сложна, потому что в каждой категории приходится учитывать большое количество различных параметров. Имеет значения тип припоя, способ нагрева, присутствует ли в зазоре давление или нет, как кристаллизуется паяный шов.

Но чаще всего разделение проводится по температуре расплавленного припоя. Это низкотемпературный процесс (до 450 ℃) и высокотемпературный (свыше 450 ℃).

Низкотемпературную пайку чаще всего используют именно в электронике, потому что сама технология достаточно проста и экономична. При этом появляется возможность паять мелкие детали, что актуально для этой промышленности. К тому же этим способом можно проводить соединение разнородных металлов и материалов.

Что касается высокотемпературной технологии, то она обозначается высокими прочностными характеристиками места стыка, такое соединение может выдержать даже ударные нагрузки и высокое давление.

В мелкосерийном производстве высокую температуру обеспечивают газовыми горелками или токами индукционного типа средней или высокой частоты.

В классификации процесса пайки есть еще одно разделение, в основе которого лежит тип припоя. Самый распространенный способ – использовать готовый припой.

Кстати, это не обязательно стержни из сплавов, это может быть специальная паста. Припой просто расплавляется и затекает в зазор между деталями. Здесь проявляется капиллярное явление. Силы поверхностного натяжения заставляют расплавленный металл проникать во все поры и трещины деталей.

Вторая позиция в этом разделении – реакционно-флюсовая операция, для чего используется цинкосодержащий флюс. По сути, между нагретыми кромками заготовок из металла и флюсовым материалом происходит химическая реакция, конечный результат которой и есть припой.

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.

Припои

В реализации пайки элементов важны припои. Изготавливают их из чистых металлов или их сплавов. При выборе обращают внимание на две основные их характеристики: смачиваемость и температура плавления. Первое свойство – это сцепление припоя с заготовками, где прочность соединения между ними становится выше, чем между молекулами самого припойного материала.

Что касается температуры, то тут есть одно требование – температура плавления припойного металла должна быть ниже, чем тот же показатель у заготовок. Поэтому припойный материал делится на две категории: легкоплавкие и тугоплавкие.

Читайте также:  Постоянный полный привод Lada 4x4 и Chevrolet Niva конструкция и принцип работы – Akpp Wiki

Первые – материалы на основе олова и свинца в чистом виде или с добавлением различных компонентов. Вторые – материалы на основе серебра или меди. Это медно-цинковые припои, которыми можно паять медные, бронзовые и стальные заготовки.

Серебряные марки считаются лучшими, у них высокие прочностные характеристики, поэтому их применяют для стыка деталей, работающих под вибрацией или ударами.

Кроме основных видов в промышленности используются и другие разновидности. К примеру, никелевые применяют для деталей, работающих при высоких температурах.

Золотые – для соединения золотых украшений или пайки трубок, работающих под вакуумом. Магниевые – для стыковки магниевых заготовок или деталей из сплавов этого металла.

Сам припой может быть изготовлен в виде стержней, пасты, порошка, таблеток, тонкой фольги, гранул различного размера.

Флюсы

Основное требование к качеству соединения – это физический контакт припоя с металлом двух деталей. Поэтому очень важно, чтобы на кромках заготовок не образовалась оксидная пленка.

Именно для этого в процессе пайки и применяют флюсы. Их основная задача – удалить старую пленку и не дать возможности образоваться новой.

Классификация флюсов основана на ряде различий по составу и свойствам. Они бывают:

  • активные и нейтральные;
  • с низкой температурой нагрева и высокой;
  • твердые, пастообразные, жидкие, в виде гелей;
  • на основе воды и безводные.

Из всех разновидностей, что сегодня используются для пайки металлов, самыми распространенными являются борная кислота и ее натриевая соль (бура), хлористый цинк, канифоль и ортофосфорная кислота.

Особенности паяния

Так как в промышленности реализуются разные проекты, то в процессе пайки могут участвовать разные металлы. Поэтому технологии пайки могут отличаться, а некоторых случаях ее применение крайне затруднено.

Сталь

Сразу надо оговориться, что стальные заготовки можно паять только припоями на основе олова. Цинкосодержащие материалы для этой операции не подходят за счет низкого смачивания. Вот технологическая карта проводимых этапов.

Кромки заготовок из металла очищают от грязи. Затем обрабатывают их наждачной бумагой или железной щеткой, удаляя тем самым оксидную пленку.

Проводится процесс обезжиривания с помощью любого растворителя. Заготовки стыкуются с зазором 2-3 мм. Производится нагрев паяльной лампой или другим нагревательным инструментом.

В зону нагрева добавляется флюс, а затем и припой. Обратите внимание, что последний должен нагреваться больше не от пламени огня, а от разогретых кромок заготовок. После окончания процесса с участка стыка удаляются остатки флюса и припоя.

Чугун

Соединять пайкой можно только серый чугун или ковкий, белый паять нельзя. Правила пайки чугуна основаны на решении двух проблем. Первая – плохая смачиваемость металла за счет большого в нем содержания графита.

Решается проблема просто. Надо перед пайкой обработать поверхности соединения борной кислотой. Вторая проблема – в процессе нагрева в металле происходят изменения его структуры, поэтому пайку чугуна рекомендуют проводить при температуре не выше +750 ℃.

Титан

Пайка титана одна из самых сложных. На поверхности этого металла расположен альфированный слой, который насыщен атмосферными газами. Его и придется удалить или с помощью травления, или пескоструйкой. И даже после этого на поверхности останется оксидная пленка.

Чтобы соединение стало качественным, пайку проводят или в вакууме, или аргоном, или специальными флюсами. Последний вариант не гарантирует высокое качество конечного результата. При этом необходимо строго соблюдать температурный режим, который варьируется для данного металла в диапазоне 800-900 ℃.

Что касается припоев, то здесь используют или серебряные, или алюминиевые. Оловянные и свинцовые припои применяют редко, потому что с самим титаном они соединяются плохо. Хотя если нанести оловянный слой или свинцовый на поверхность титановой заготовки, то можно гарантировать неплохое качество пайки.

Нихром

Пайка нихрома – самый простой процесс, потому что сам сплав (а это симбиоз хрома и никеля) является жаростойким и пластичным.

Температура его плавления в зависимости от добавок варьируется в пределах 1100-1400 ℃. То есть, для пайки можно использовать даже тугоплавкий припойный материал.

Пайка деталей из нихрома проводится при низкотемпературном режиме. Соединение сплава со сталью требует наличия высокотемпературного паяния. Многие мастера дома делают припои своими руками, смешивая вазелин (100 г), глицерин (5 г) и хлористый порошковый цинк (7 г).

Область применения пайки дает возможность соединять между собой детали из разных цветных металлов. Конечно, к выбору методов пайки надо подходить с позиции соответствия и технологии соединения, и правильного выбора расходных материалов.

Но, как показывает практика, в основе процесса лежит тип самих соединяемых заготовок, то есть, насколько высока их температура плавления.

Отталкиваясь от этого, и выбирается сам вид паяной операции. Ведь температура плавления припоя должна быть ниже, чем у металла соединяемых деталей. И нарушать этот закон нельзя ни в коем случае. Нарушили – получили некачественное соединение или, вообще, не получили спайки.

Читайте также:  Схемы Webasto Thermo Top C, E, P

Для чего нужен припой и как его выбрать

Как надежно соединить две детали или две поверхности? Можно попробовать скрутку, но это долго и не эффективно. Можно применить сварку, но не будет возможности отсоединить детали друг от друга. А можно использовать пайку, после которой будет возможность снова расплавить припой, и отсоединить детали друг от друга. От качества припоя зависит надежность и долговечность контакта.

Что такое припой

Припой – это смесь сплавов с помощью которых соединяются детали. Процесс соединения деталей припоем называется пайкой.

Хороший результат пайки – это чистый и блестящий контакт. Если у контакта есть трещины, то это результат холодной пайки. Холодная пайка может быть не только от несоблюдения температуры, но и от состава припоя. Если в припое много шлаков, они негативно повлияют на надежность соединения.
Для разных задач используются разные припои.

Общее разделение

Припои разделяются на две группы. Это мягкие и твердые.

Мягкие имеют температуру плавления до 300 °C. Такими припоями паяют радиодетали, и к ним можно отнести оловянно свинцовые и бессвинцовые материалы. Основной рабочий инструмент с такими материалами это паяльники до 50 Вт и паяльные фены.

Твердые плавятся свыше 300 °C. Это прочные материалы с высоким пределом прочности по сравнению с мягкими.

К ним относятся медно-цинковые и серебряные. С такими припоями можно работать только с мощными паяльниками, паяльными лампами или горелками.

В данной статье будут подробно описаны мягкие припои, которые используются для радиодеталей и ремонта техники.

Второй важный компонент пайки

Как и при выборе паяльного флюса, припой также виляет на результат, долговечность и надежность контакта.

От чего зависит качество и почему это важно

Качество припоя зависит от количества примесей и шлаков. Если производитель нарушает технологию изготовления, то припой получается неудовлетворительного качества. Например, при производстве дешевого припоя, производитель может добавлять примеси для увеличения массы продукта. После пайки таким припоем на контакте остаются микротрещины, которые не смогли расплавиться с оловом. Такой контакт ненадежен априори, и не соответствует стандартам пайки. С течением времени контакт полностью разрушится. Поэтому, так важно читать отзывы о производителе и его продукции, особенно новичкам. Начинающие не могут сразу отличить хороший припой от плохого по причине недостаточного опыта работы. Даже если делать пайку по правилам, с плохим припоем не получится ничего хорошего.

Процесс деградации контакта

Рассмотрим схематично несколько примеров.
Хороший контакт блестит и не имеет никаких трещин и разводов.

А если контакт плохо спаян или припой некачественный, на нем сразу же после пайки появляется небольшие разводы.

Это микротрещины, которые со временем начинают окисляться, повышать сопротивление контакта.

По итогу контакт обрывается, образуются видимые трещины по всей поверхности.

Не всегда контакт с разводами означает признак плохой пайки или припоя. Если на контакте есть небольшие разводы, то это в пределах нормы. Другое дело, когда на всей поверхности контакта такие разводы.

Какие припои используют для пайки радиодеталей

В основном используются припои типа ПОС (припой оловянно-свинцовый) и бессвинцовые припои. ПОС имеет температуру плавления примерно с 180 до 230 °C. Этот сплав хорошо подходит для пайки деталей, но в промышленных масштабах используются бессинцовые припои, у которых температура плавления чуть выше от 180 до 250 °C. Бессвинцовые припои не имеют в своем составе свинца, они выделяют меньше выбросов и самое главное в их составе нет свинца. Пары свинца сильно загрязняют окружающую среду, поэтому на этапе производства печатных плат используются припои без свинца. Однако, бессвинцовые припои не только плавятся при более высоких температурах (из-за отсутствия свинца), но еще и оставляют «оловянные усы». Эти усы могут послужить причиной короткого замыкания после пайки SMD контактов. Они мало различимы без микроскопа, и их толщина бывает менее 1 мкм.

Бессвинцовые припои также используются в BGA пайке в качестве шариков.

Для радиолюбителей подойдут ПОС припои. Такими легче паять, да и вреда они много не нанесут, если вы не паяете в промышленных масштабах. Тем более, бессвинцовые припои по смачиваемости и качеству контакта после пайки не доходят до уровня припоев ПОС.

Классификация по типу

  • С флюсом;
  • Без флюса.

Припои с флюсом удобно брать на паяльник, поскольку флюс помогает распределиться по жалу паяльника. Еще припои с флюсом очень мягкие, и их можно сворачивать в несколько прутков.

По состоянию

Припои выпускают в основном в виде прутков с сечением от 0,1 до 2 мм. Это твердый тип. А еще есть паяльные пасты. Это смесь микроскопических шариков в флюсе. Применяется для BGA пайки.

Паяльную пасту в основном используют для пайки микросхем и контактных площадок разъемов. Нерационально использовать пасту для пайки проводов, так как цена пасты намного выше, чем обычного припоя.

Читайте также:  Как покрасить бампер авто баллончиком самому

Низкотемпературные сплавы

Помимо мягких припоев, еще есть их подвид. Это низкотемпературные сплавы Розе и Вуда.

Такие сплавы обычно используются для безопасного выпаивания деталей. Этими сплавами не рекомендуется запаивать детали на плату из-за их низкой механической прочности и температуры плавления (от 60 до 100 °C)

Плавление припоя

Важно понимать, что во время пайки нужно соблюдать температурный режим. Если вы ставите температуры на паяльном оборудовании свыше плавления припоя, то он начнет частично испаряться и быстрее окисляться. Это ухудшит контакт и сам процесс пайки, поэтому соблюдайте температурный режим.

Какой припой выбрать

Для радиолюбителей подойдет ПОС с флюсом (канифолью) в виде прутка от 0,2 мм до 1 мм. Такой припой легче всего брать на паяльник благодаря наличию канифоли. А небольшое сечение прутка позволяет точно дозировать нужное количество припоя. Если требуется на паяльник больше брать припоя, то достаточно скрутить несколько прутков вместе, и с 1 мм прутка получим 2 мм.

Также обращайте внимание на массу припоя. Она не должна отличаться от указанной на упаковке. Если масса отличается, то скорее всего катушку с припоем перематывали, и вам достался некачественный товар.

Если вы заказываете из интернет-магазинов, например Aliexpress, игнорируйте такие отзывы, как «получил, 5 баллов» и им подобные.

Читайте отзывы с обзорами и проверяете полученный товар.

Как удобно паять с прутками припоя

Еще один плюс в копилку припоев в виде прутков — это улучшение скорости пайки DIP контактов.

Достаточно установить деталь, закрепить плату, и приложить пруток припоя с небольшим запасом.

Нагреваем контакт, и припой расплавляется равномерно по контакту. Это можно сделать только с припоем, в составе которого есть флюс (канифоль).

Пайка металлов

Для получения неразъемных соединений деталей имеется много технологических способов. Одним из таких способов является пайка. Она представляет собой технологический процесс, при котором детали разогреваются и соединяются другим расплавленным материалом, называемый припой. Для достижения результата, припой имеет температуру плавления значительно ниже, чем соединяемый металл. Пайка происходит с использованием флюса. Он защищает соединяемую поверхность от влияния атмосферы и способствует лучшему растеканию припоя.

Пайка металлов является высокоэффективным способом соединения. Он имеет широкое применение для пайки труб. Для прочного соединения очень важно подобрать стыкуемые части по своему размеру. Зазор между ними составляет 0,03 – 2 мм. Пайка может быть:

  1. Низкотемпературной. При ней припой нагревается до 450 градусов Цельсия, в основном электрическим способом;
  2. Высокотемпературной. Припой нагревается выше 450 градусов Цельсия горелкой.

Для пайки используют припои:

  • медно-серебряные;
  • оловянно-свинцовые;
  • галлиевые;
  • медно-цинковые;
  • висмутовые и др.

Каждый из них имеет свою температуру плавления и более подходит для определенного металла.

Пайка металлов классифицируется на следующие виды:

  1. Капиллярная. Суть пайки заключается в создании капиллярного притяжения, за счет малого зазора соединения. Может быть вертикальной и горизонтальной;
  2. Диффузионная. Происходит посредством диффузии основного металла и припоя. Подразделяется на атомно-диффузионную и реакционно-диффузионную;
  3. Контактно-реактивная. Процесс соединения может быть с образованием эвтектики, а также с образованием твердого раствора;
  4. Реактивно-флюсовая. Во время нагрева происходит реакция флюса с металлом. В результате этого образуется припой. Такая пайка происходит с припоем или без припоя;
  5. Пайка-сварка. Она может быть с оплавлением или без него.

Технология пайки металлов

Технология пайки металлов протекает в следующем порядке:

  1. Вначале тщательно зачищаются соединяемые поверхности деталей. Снимается фаска;
  2. Наносится тонким слоем флюс. Какой наносить флюс зависит от свойств металла, который будут паять. Для лучшего распределения флюса по поверхности, необходимо прокрутить соединяемые детали. Или же поверхность подвергают лужению;
  3. Затем горелкой разогревается заготовка в определенном радиусе от места соединения. Для более качественной пайки место соединения прогревается до температуры, которая значительно выше температуры плавления припоя;
  4. На разогретое место соединения присоединяют припой, который быстро плавится и заполняет зазор соединяемых деталей. Некоторые виды пайки включают в себя лужение зачищенной поверхности и последующее соединение и прогрев;
  5. После пайки остывание должно происходить естественным путем. Иначе качество соединения может пострадать.

Технология пайки металлов без припоя применяется при соединении титана и меди. Используется явление контактного плавления. Учитывая, что плавление меди происходит при температуре 1083 градусов Цельсия, а титана 1725 градусов Цельсия, то при плотном соединении и нагреве до 900 градусов Цельсия, имеющийся зазор заполняется расплавом в месте контакта. Происходит процесс диффузии металлов.

Пайка находит свое применение в соединении труб теплообменников, в холодильных установках, системах, передающие разные жидкости и газы и др.

post_views_count: 3496

  • vote-total: 1
  • vote-rating: 5
  • —>

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock detector