Какой металл используется в качестве припоя для высокотемпературной пайки

Использование пайки известно с древнейших времен. В гробнице вавилонской царицы (III тыс . лет до н. э.), в засыпанной пеплом Везувия Помпее (79 г. до н.э.), во время других раскопок в Египте, Риме и Греции — всюду археологи находили паяные металлические изделия. Припои древних римлян церарий и аргентарий по своему химическому составу близки к существующим в настоящее время ПОС-30 и ПОС-50.

В истории использования пайки можно выделить три периода, которые связаны с развитием источников нагрева и особенностями применяемой техники. Первый период начался в бронзовом веке, когда человечество начало изготавливать изделия из бронзы и источником нагрева служило твердое топливо. Второй период (конец XIX ст.) характеризуется началом применения для нагрева электрической энергии. Третий период начался в 1930–1940-х годах и связан с созданием техники из новых металлов и их сплавов — циркония, вольфрама, алюминиевых, титановых, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов. Это привело во второй половине ХХ ст. к разработке принципиально новых способов пайки. В настоящее время технические возможности пайки значительно расширились. Во многих случаях пайка является единственно возможной технологией неразъемного соединения новых материалов.

Пайка — процесс получения неразъемного соединения металлов, находящихся в твердом состоянии, расплавленным припоем. Припоем является материал с температурой плавления ниже температуры плавления паяемых материалов. При пайке (в отличие от сварки) плавится только присадочный сплав — припой, а между паяемым материалом и припоем протекает процесс взаимного растворения компонентов.

Требования, предъявляемые к паяному соединению и характеризующие условия его эксплуатации, определяются служебными свойствами изделия в целом: механическими свойствами, герметичностью, вакуум-плотностью, электросопротивлением, коррозионной стойкостью, стойкостью против термоударов, перегрузок и др.

В процессе пайки расплавленный припой вводится в зазор между нагретыми соединяемыми деталями. Припой смачивает поверхности деталей, растекается и заполняет зазор между ними. Взаимодействие припоя с материалом сопровождается растворением основного металла в жидком припое с образованием эвтектик и твердых растворов, взаимной диффузией компонентов припоя в сторону основного металла и компонентов основного металла в сторону припоя с последующей кристаллизацией жидкой прослойки.

Формирование прочного и надежного соединения зависит от химического состава взаимодействующих металлов, температуры и продолжительности пайки, определяющих физико-химические и диффузионные процессы, протекающие между припоем и основным металлом. Чем выше температура процесса и его длительность, тем больше степень взаимной диффузии между расплавленным припоем и основным металлом и тем выше механическая прочность соединяемых деталей. Кроме того, прочность пайки зависит от величины зазора между паяемыми деталями. Так, при малых зазорах улучшается затекание припоя под действием капиллярных сил, вследствие чего значение временного сопротивления паяного соединения больше значения временного сопротивления самого припоя.

Пайка серебряным припоем (Высокотемпературная пайка)

Припой прочно соединяется с поверхностью изделия только тогда, когда хорошо смачивает ее. Для этого поверхность должна быть тщательно очищена от загрязнений. Кроме этого, для удаления пленок оксидов с поверхностей паяемого материала и припоя и для предотвращения их образования при пайке используют паяльные флюсы. Флюсы, кроме того, способствуют лучшему затеканию припоя в зазор между соединяемыми деталями и растеканию по их поверхности. Некоторые припои, содержащие эффективные раскислители (бор, кремний, барий, щелочные металлы

иудтр.) мог ные пленки.

сами выполнять роль флюсов, переводя в шлак оксидКачество паяных соединений зависит от правильного выбора способа пайки, используемых основных и вспомогательных материалов, технологического процесса пайки.

Способы пайки. Современные способы пайки принято классифицировать по следующим признакам: механизмам удаления оксидной пленки с поверхности паяемого материала, видам процессов образования припоя в зазоре, условиям заполнения зазора припоем, температурным и временным режимами кристаллизации паяного шва, температуре пайки и используемым источникам нагрева, наличию или отсутствию давления на паяемые деталив, роедмнеонности и очередности выполнения паяных соединений (рис. 3.76).

По механизмам удаления оксидной пленки способы пайки делятся на флюсовые и бесфлюсовые.

Флюсовая пайка — пайка с применением флюса. При этом флюс может также участвовать в образовании самого припоя путем выделения компонентов, плавящихся при пайке.

Бесфлюсовая пайка — пайка без применения флюса, когда удаление оксидных пленок осуществляется в восстановительной или инертной газовой среде, вакууме, а также за счет применения ультразвука.

В первом случае удаление оксидов происходит при высоких температурах за счет их восстановления или самопроизвольного распада (диссоциации), а при ультразвуковой пайке их разрушение осуществляется за счет ультразвуковых колебаний, создаваемых в расплавленном припое, наносимом на соединяемый металл специальным паяльником.

По видам процессов образования припоя в зазоре способы пайки подразделяются на пайку готовым припоем, контактно-реактивную и реактивно-флюсовую.

Рис. 3.76. Классификация способов пайки

Пайка готовым припоем — способ пайки, при котором используется заранее приготовленный припой. В качестве припоя может использоваться металлический (полностью расплавляемый) или композиционный припой. В композиционном припое помимо металлической основы содержится тугоплавкий наполнитель (порошки, волокна, сетки), который сам не плавится, а при плавлении металла припоя образует разветвленную сеть капилляров, удерживающих под действием капиллярных сил его жидкую часть в зазоре между соединяемыми деталями.

Контактно-реактивная пайка — способ пайки, при котором жидкий припой образуется в результате межфазного взаимодействия и последующего контактного плавления соединяемых материалов или соединяемых материалов и прослойки промежуточного металла. К этому способу пайки относится сваркопайка. Сваркопайка — пайка разнородных материалов, при которой более легкоплавкий материал локально нагревается до температуры, превышающей температуру его плавления, и выполняет роль припоя.

Реактивно-флюсовая пайка — способ пайки, при котором припой образуется в результате химических реакций между основным металлом и флюсом. Например, при пайке алюминия с использованием флюса ZnCl3 в результате химической реакции восстановления

образуется цинк, который служит припоем.

По условиям заполнения зазора припоем пайку можно разделить на капиллярную (ширина зазора

Обзоры

Одним из способов формирования высокопрочного неразъемного соединения при температурах ниже температуры плавления соединяемых материалов является метод пайки. Формирование неразъемных соединений в данном случае происходит при температуре выше температуры плавления припоя без расплавления материала соединяемых элементов. Распространение получили припои в форме порошка, пасты, проволоки, ленты или фольги. Пайка применяется преимущественно для соединения разнородных и трудносвариваемых материалов. В числе примеров применения технологии:

  • пайка сотовых уплотнений, пористоволокнистых истираемых материалов, знаковых отверстий лопаток, блоков сопловых лопаток, дефлекторов и пр.;
  • пайка монокристаллических сплавов;
  • пайка композиционных материалов на основе интерметаллидов;
  • пайка разнородных материалов на основе интерметаллидов;
  • ремонт с применением технологии пайки.

Современные припои в зависимости от особенности кристаллизации металла можно условно разделить на два класса — эвтектические и твердорастворные, а в зависимости от материала основы можно классифицировать на четыре группы.

Эвтектические припои производятся на основе переходных металлов, таких как никель, железо, кобальт, хром. Наиболее применяемые припои на основе никеля и кобальта содержат металлоиды — бор, кремний, фосфор, углерод — химически активные элементы, снижающие температуру плавления и способствующие растворению оксидов на поверхности деталей. Эвтектические сплавы, обладающие низкой температурой ликвидус, высокой жидкотекучестью, которые хорошо смачивают поверхность паяемых материалов и менее склонны к образованию ликваций и усадочных пор. Такие сплавы по своей природе являются хрупкими и производятся преимущественно в форме порошка.

Твердорастворные припои производятся на основе благородных металлов — серебра, золота, паладия. Такие припои имеют очень широкую область кристаллизации и достаточно технологичны для производства в форме фольги и проволоки. Соединения, полученные данными припоями, отличаются высокой стойкостью к окислению и коррозии. Вместе с тем такие припои характеризуются ограниченностью применения из-за относительно низкой прочности при высоких темепратурах и их высокой стоимости.

Классификация припоев для высокотемпературной пайки сталей и сплавов

Температура пайки, С

Температура эксплуатации, С

В общем случае состав припоя должен удовлетворять ряду требований по обеспечению уровня физико-химических свойств, смачиваемости и растекаемости, низкой эрозионной активности и т.д. Для реализации этих требований в состав вводят разные элементы: хром — для повышения жаростойкости и стойкости к высокотемпературной солевой коррозии; молибден, вольфрам, тантал, алюминий, титан — для повышения жаропрочности; кобальт — для повышения пластичности соединения.

Припои на органическом связующем (ленты и пасты)

Высокие показатели прочности и рабочей температуры могут обеспечить только сложнолегированные припои с системой легирования, близкой к системе легирования соединяемых материалов. Из-за сложного химического состава многие припои являются трудно недеформируемыми и не могут быть получены традиционными методами в виде полос, фольги или прутков. Высокотемпературные припои могут получены в форме высокотехнологичных полуфабрикатов – лента или паста на органическом связующем. Состав органического связующего паст обеспечивает высокие реологические свойства и надежную фиксацию на паяемой поверхности. Связующее лент порошковых припоев обеспечивает высокую эластичность и технологичность лент при использовании (поддаются резке ножом и ножницами), клеевой слой обеспечивает надежную фиксацию на паяемой поверхности. Основное требование к органическому связующему для изготовления лент и паст порошковых припоев – способность удаляться при нагреве в вакууме без образования зольного остатка. Для нанесения припоя на сложные криволинейные поверхности разработан полуфабрикат порошкового припоя – пасты на органическом связующем, предназначенные для экструзии из туб или шприцов через дюзы различного диаметра.

Аморфные припои

Припои в авиационной промышленности

В авиационной промышленности применяется порядка 50 марок припоев на основе олова, свинца, меди, серебра, никеля и титана. В последнем перечне ограничителе содержится 36 марок. Общие требования к технологическому процессу пайки высоколегированных сталей в вакууме изложены в ГОСТ Р 53542-2009. Технологические рекомендации для получения паяных соединений конечных изделий разрабатываются специалистами ФГУП ВИАМ в сотрудничестве с отраслевыми институтами и предприятиями отрасли.

Перечень припоев, рекомендуемых в перечне-ограничителе к применению в опытном производстве в авиационной промышленности, включает припои марок:

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.

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

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.

Сплав Розе

Пайка твердыми припоями

Разделение пайки на низкотемпературную и высокотемпературную носит, в некоторой степени, условный характер. По своей физической природе пайка твердыми припоями не отличается от пайки мягкими. Как и последняя она представляет собой процесс образования неразъемного соединения двух металлов с помощью третьего (называемого припоем), температура плавления которого ниже температуры плавления соединяемых металлов.

Пайка твердыми припоями

Пайка твердыми припоями

И все же, несмотря на то, что низкотемпературная и высокотемпературная пайки представляют собой явления одной сущности, их технология, используемые материалы и оборудование, характеристики получаемого соединения существенно различаются. Что, собственно, и явилось основанием для разделения этих способов. За граничную температуру, разделяющую их, приняты 450°C.

Отличия высокотемпературной пайки от низкотемпературной

Что отличает высокотемпературную пайку от низкотемпературной, кроме температуры плавления припоев? Прежде всего — значительно более высокая прочность паяного соединения, обусловленная большей прочностью твердых припоев в сравнении с мягкими.

Спаянная рама велосипеда

Спаянная рама велосипеда

Важным отличием высокотемпературной пайки от низкотемпературной является повышенная термоустойчивость соединения. Поскольку температура плавления твердых припоев значительно выше температуры плавления мягких, соединение, выполненное высокотемпературной пайкой, способно работать при более высоких температурах, сохраняя все свои свойства. Во многих случаях при выборе способа пайки, эта особенность является определяющей.

Но есть и то, в чем пайка твердыми припоями уступает пайке мягкими припоями. Относительно высокая температура может вызывать структурные изменения в некоторых металлах. Такое, в частности, наблюдается в чугуне, в котором при пайке могут возникать закалочные структуры, приводящие к повышенной хрупкости металла в зоне шва.

Высокая температура плавления твердых припоев предъявляет свои требования к источникам нагрева. Они должны обеспечивать расплавление припоев, температура плавления которых достигает иногда 1000°C. Это исключает использование при высокотемпературной пайке удобных паяльников, являющихся основным инструментом при пайке мягкими припоями.

Резюмируя вышесказанное, можно подвести итог сравнения высокотемпературной и низкотемпературной паек. К достоинствам первой относится высокая прочность и термоустойчивость соединения, к недостаткам — сложность технологического процесса, обусловленная необходимостью прогрева паяемых деталей до относительно высоких температур.

Применение пайки твердыми припоями

Область применения пайки твердыми припоями определяется ее промежуточным положением между низкотемпературной пайкой и сваркой. Везде, где требуется получить более прочное соединение, чем это можно сделать с использованием мягких припоев, способное к тому же работать в условиях высоких температур, и в то же время сохранить структуру соединяемых металлов, не допустить их разупрочнения и деформации (как это имеет место при сварке), применяют высокотемпературную пайку.

Пайка твердыми припоями является основным способом при изготовлении металлорежущего инструмента с твердосплавными пластинами. Припаивание последних обеспечивает достаточную прочность соединения и не оказывает отрицательного воздействия на твердость и геометрию режущих пластин.

Резцы

Резцы

Изготовление всевозможных сосудов из цветных металлов и нержавеющих сталей, соединение стальных и медных трубопроводов, работающих под высоким давлением или повышенной температуре в различных системах — холодильных, теплообменных и пр. — также не может обойтись без пайки твердыми припоями.

Широко используется высокотемпературная пайка при ремонте автомобилей — радиаторов, трубопроводных систем двигателя и трансмиссии, кузовов, различных деталей — везде, где нельзя или нежелательно применять сварку.

Целесообразно использование высокотемпературной пайки для соединения между собой тонкостенных деталей, работающих при значительных нагрузках и упругих деформациях.

Для ремонта медных и латунных бытовых изделий, подвергающихся в процессе эксплуатации высоким температурам, высокотемпературная пайка является способом ремонта не имеющим альтернативы. Таких, например, как старинный самовар, растапливаемый дровами. В этом случае мягкие припои не могут применяться из-за неспособности выдерживать высокую температуру нагрева.

Источники нагрева при высокотемпературной пайке

В качестве источников нагрева при высокотемпературной пайке может использоваться любое оборудование, которое позволяет нагревать паяемые детали несколько выше температуры плавления используемых припоев. Эта температура может колебаться в пределах 450-1200°C. При использовании тугоплавких материалов, таких как латунь или технически чистая медь, требуется нагрев, превышающий 1000°C, при использовании среднеплавких припоев требуется температура нагрева в 700-800°C.

Основными источниками нагрева при высокотемпературной пайке являются газовые горелки различных типов, индукторы и печи. Применяется также нагрев электросопротивлением. В быту чаще всего твердыми припоями паяют с помощью горелок.

Припои

Основная заслуга в образовании прочных и термоустойчивых соединений при высокотемпературной пайке принадлежит меди. Она не только входит практически во все твердые припои, но в большинстве из них выполняет главную роль, являясь основой припоев.

Иногда используют в качестве припоя и технически чистую медь. Однако гораздо чаще используют пайку медными припоями, представляющими собой соединения меди с другими металлами — цинком, серебром, кремнием, оловом и пр. Каждый из этих элементов вносит свою лепту в технологические свойства припоев. Почти все они снижают температуру плавления (у чистой меди она составляет 1083°C).

При высокотемпературной пайке используются медно-цинковые, медно-фосфорные, серебряные припои и латуни.

Твердый припой

Твердый припой

Твердый припой покрытый флюсом

Твердый припой покрытый флюсом

Медно-фосфорные припои относятся к среднеплавким (700-850°C), обладают высокой текучестью и хорошей коррозионной устойчивостью к агрессивным средам. Используются для пайки меди и ее сплавов (бронзы, латуни, мельхиора). Можно их использовать и в качестве заменителя серебряных припоев при ремонте ювелирных изделий.

Пайка сталей и чугуна медными припоями, содержащими фосфор, не применяется из-за повышенной хрупкости соединения и его неспособности переносить ударные, вибрационные и изгибающие нагрузки. Это вызвано образованием по границе шва пленки фосфитов.

Отличительную особенность медно-фосфорных припоев является то, что они являются самофлюсующимися. При пайке ими медных изделий, применение флюса не обязательно.

Латуни. Широкое распространение в качестве припоев получили латуни, которые являются сплавом меди с цинком. Латуни Л62 и ЛОК-62-06-04 дают прочные паяные соединения. ЛОК-62-06-04 отличается от Л62 наличием олова и кремния, обеспечивающих более высокие технологические свойства припоя. Олово увеличивает жидкотекучесть и снижает температуру плавления, а соединения кремния предохраняют цинк от окисления и испарения. Латуни применяются при пайке меди, стали, чугуна.

Серебряные припои. Серебро является отличным материалом для пайки. Серебряным припоям, которые представляют собой в основном сплав серебра с медью и цинком, принадлежит первое место по растеканию, смачиваемости, прочности и антикоррозионности. Не будь они такими дорогими, можно было бы отказаться от всех остальных припоев, используя только серебряные. Благо они обладают универсальностью и способны паять практически любой металл.

Припои на основе серебра обозначаются буквами ПСр (ПСр-15, ПСр-25, ПСр-45, ПСр-65, ПСр-70). Марки ПСр-15 и ПСр-25 используются для пайки не очень ответственных деталей. Если требуется получить особо качественное соединение, используют припой ПСр-45, имеющий 45% серебра, 30% меди и 25% цинка. ПСр-45 обладает отличными качествами — вязкостью, ковкостью, жидкотекучестью, устойчивостью против коррозии, способностью выдерживать вибрацию и удары. Припой ПСр-65 не уступает ПСр-45, но слишком дорог.

Серебряными припоями можно паять практически любой металл — медь и ее сплавы, серебро, стали и пр. Однако в силу их дороговизны пайку серебряными припоями применяют только там, где это экономически целесообразно, в частности, для соединения нержавеющих сталей, относящихся к разряду труднопаяемых и требующих припоев, обладающих хорошей смачиваемостью и позволяющих избежать коррозии, которая может возникнуть в спае.

Флюсы

Основным компонентом флюсов для пайки твердыми припоями являются борные соединения — бура (Na2B4O7), борная кислота (H3BO3), борный ангидрид (B2O3). Для усиления активности борных флюсов, например при пайке нержавеющих и жаростойких сталей, в них добавляются соединения фтора — фтористый кальций, фтористый калий. Применяются специальные флюсы, регламентированные ГОСТ 23178-78 — под марками ПВ200, ПВ201, ПВ209, ПВ209Х, ПВ284Х. В первые два входят борная кислота, бура и фтористый кальций. Они используются для пайки нержавеющих и конструкционных сталей и жаропрочных сплавов. Флюс ПВ209 состоит из фтористого калия, борного ангидрида, калия тетрафторбората. Флюсы ПВ209Х, ПВ284Х состоят из борной кислоты, гидроксида калия, плавиковой кислоты. Флюсы ПВ209, ПВ209Х, ПВ284Х можно использовать для пайки меди и ее сплавов, нержавеющих и конструкционных сталей.

Пайка меди и ее сплавов может производиться с помощью чистой буры, которая является универсальным флюсом для высокотемпературной пайки.

Бура

Бура

Используются различные формы выпуска флюсов — жидкости, порошок, кусочки (кристаллы буры, например). Чтобы облегчить их дозирование (избыток флюса так же нежелателен, как и недостаток), используют объединение их с припоем. Делается это разными способами — добавлением в виде порошка в сыпучие формы припоев, обмазкой прутков припоя или помещением внутрь трубочки из припоя, совместным прессованием таблетированных форм.

Технология высокотемпературной пайки

В приведенном примере в качестве паяемых деталей выбраны части гаечного ключа. В качестве припоя — материал, представляющий собой пруток, покрытый флюсом. Необходим также высокоактивный флюс, подходящий для нержавеющих сталей. Инструментом нагрева является газовая горелка.

Горелка для пайки

Горелка для пайки

Пайка выполняется в такой последовательности. Механическим путем зачищаются стыковые части деталей. Операция необходима для удаления стойкой окисной пленки, которая покрывает нержавеющие стали.

Зачистка деталей пред пайкой

Зачистка деталей пред пайкой

Детали зажимаются в тисках в требуемом положении.

Фиксирование деталей

Фиксирование деталей

Зона пайки промазывается флюсом.

Нанесение флюса

Нанесение флюса

Зажигается горелка, и устанавливается необходимый режим горения. Пламя должно быть восстановительным, с небольшой нехваткой кислорода (но не до копоти и желтого огня). Пересыщенное кислородом пламя окисляет поверхность металла.

Производится разогрев паяемой зоны до начала изменения цвета детали (при прикосновении, флюс на прутке должен начать плавиться). Прогревать нужно все соединение, перемещая пламя в разные стороны.

Прогрев деталей

Прогрев деталей

Осуществляется офлюсовывание стыка флюсом с прутка — трением последнего по стыку. Если используется неофлюсованный пруток, после прогрева кончика, его нужно окунуть во флюс, чтобы тот покрыл его.

Нанесение флюса прутка припоя

Нанесение флюса прутка припоя

Нагрев зоны пайки доводится до вишневого цвета. Обычно пайка твердыми припоями производится в интервале цветов от темно-вишневого до светло-вишневого.

Нагрев деталей до более высокой температуры

Нагрев деталей до более высокой температуры

Расплавляется припой. При достаточном количестве флюса он легко растекается по зоне пайки, затягивается в стык.

Нанесение припоя

Нанесение припоя

Детали после пайки

Детали после пайки

Припой должен плавиться не от пламени горелки, а от теплоты прогретого соединения.

После окончания операции производится зачистка спая.

Очистка спаянного гаечного ключа

Очистка спаянного гаечного ключа

И вот результат — готовое изделие.

Гаечный ключ спаянный высокотемпературной пайкой

Гаечный ключ спаянный высокотемпературной пайкой

Гаечный ключ спаянный высокотемпературной пайкой

Гаечный ключ спаянный высокотемпературной пайкой

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Другие характеристики припоев

При выборе припоя, также важно обращать внимание на такие параметры:

  • Смачиваемость. Отражает способность припоя соединяться с металлами. То есть, это примерно то же самое, что адгезивная способность у различных материалов. Чем лучше состав обволакивает поверхность и чем надежнее на ней фиксируется, тем лучше его смачиваемость.
  • Прочность. Отражает стойкость припоя к механическим нагрузкам. Для повышения прочности состав может дополняться железом, бором, никелем, кобальтом.
  • Электропроводность. Любой металл проводит ток, и припой тоже (ведь состоит он из металлов). Но иногда требуется повышенная электропроводность. Тогда состав дополняется серебром, литием или другими щелочными металлами.
  • Пластичность. Показывает, насколько устойчив материал к деформациям. Для повышения пластичности используется висмут, литий, марганец и другие вещества.
  • Устойчивость к высоким температурам. Параметр важен при использовании твердых сплавов, предназначенных для применения в котельных, трубопроводах, печах. Термостойкость обеспечивается цирконием, вольфрамом, ниобием и другими добавками.
  • Стойкость к коррозионным процессам. Выполняется легирование медью, никелем, цинком и другими элементами.

Как выбрать припой для пайки?

При покупке необходимо учитывать такие моменты:

  1. Материал, для которого нужен припой. Важно знать технические характеристики металла, особенно температуру его плавления. Радиолюбителям подходят легкоплавкие сплавы.
  2. Состав припоя. Выбирается в зависимости от толщины изделия, его назначения. Если нужно соединять провода и другие крупные элементы, могут использоваться тугоплавкие смеси.
  3. Токопроводность. Олово проводит ток лучше. Если выполняется пайка высокочастотных плат, применяются более дорогие варианты сплавов.

Припой – необходимая вещь для пайки. Выбрать подходящий припой новичку может быть достаточно сложно. Однако если вы точно знаете, для каких целей он вам нужен, специалист легко сможет подсказать подходящий по цене и характеристикам вариант. Зная ключевые особенности выбора припоев, вам будет проще понять профессионала.

Какие бывают припои?

Припои делят на мягкие (легкоплавкие) и твёрдые. Для монтажа радиоаппаратуры применяются как раз легкоплавкие, т.е. такие, температура плавления которых лежит в пределах до 300 – 450°C. Мягкие припои по своей прочности уступают твёрдым, но для сборки электронных приборов применяются именно они.

Припой представляет собой сплав металлов. Для легкоплавких припоев это, как правило, сплав олова и свинца. Именно эти металлы составляют большую часть в сплаве. Также в нём могут присутствовать и легирующие металлы, но их количество в составе невелико. Примеси других металлов вводят в сплав для получения определённых характеристик (температуры плавления, пластичности, прочности, устойчивости к коррозии).

Бывает, что в пользование попадает припой неизвестной марки. Приблизительно оценить его состав можно по косвенным признакам:

Припой ПОС-40

ПОС-40 (пруток)

Рассмотрим, в каких целях используются припои оловянно-свинцовой группы (ПОС).

ПОС-61 используется для лужения и пайки печатных плат радиоаппаратуры. Именно он в основном служит материалом для сборки электроники. Температура его плавления начинается со 183°C, а полное расплавление достигается при температуре в 190°C.

Производить пайку таким припоем можно с помощью обычного паяльного инструмента не боясь перегрева радиоэлементов, поскольку полное его расплавление достигается уже при 190°C.

ПОС-30,ПОС-40,ПОС-90 полностью расплавляются при температурах в 220 – 265°C. Для многих радиоэлектронных компонентов такая температура является предкритической. Поэтому для сборки самодельных электронных устройств лучше использовать ПОС-61.

Зарубежным аналогом ПОС-61 можно вполне считать припой Sn63Pb37 (олова 63%, свинца 37%). Он также применяется для пайки радиоаппаратуры и для изготовления самодельной электроники. Радиолюбители выбирают именно его, как альтернативу отечественному ПОС-61.

Проволочный припой Sn63Pb37 с флюсом на катушке (производитель Ya Xun)

Как правило, любой припой продаётся в катушках или тюбиках по 10 ~ 100 грамм. На упаковке указывается состав сплава, например, так: Alloy 60/40 («Сплав 60/40» – он же ПОС-60). Имеет форму проволоки разного диаметра (от 0,25 до 3мм).

Припой ПОС-60 в виде трубчатой проволоки с флюсом

Также не редкость, что в его состав входит флюс (FLUX), которым заполнена сердцевина проволоки. Содержание флюса указывается в процентах (обычно от 1 до 3,5%). Такой форм-фактор очень удобен. При работе нет необходимости отдельно подавать флюс к месту пайки.

Одной из разновидностей припоев ПОС является припой марки ПОССу. Да, если произнести вслух, то звучит не очень то презентабельно . Но, несмотря на это, оловянно-свинцовый припой c сурьмой (именно так расшифровывается сокращённое обозначение) применяется в автомобилестроении, в холодильном оборудовании, для пайки обмоток электрических машин, элементов электроаппаратуры, моточных деталей и кабельных изделий. Хорошо подходит для пайки оцинкованных деталей. В таком сплаве кроме свинца и олова присутствует от 0,5% до 2% сурьмы.

ПрипойНачальная t° плавления (Солидус)Полное расплавление (Ликвидус), t°
ПОССу-61-0,5183189
ПОССу-40-2185229
ПОССу-40-0,5183235
ПОССу-30-2185250
ПОССу-30-0,5183255

Как видим из таблицы, припой ПОССу-61-0,5 наиболее подходит для замены ПОС-61, так как имеет температуру полного расплавления – 189°C.

Стоит отметить, что существует и полностью бессвинцовый оловянно-сурьмянистый припой ПОСу 95-5 (Sn 95%, Sb 5%). Температура его плавления 234 – 240°C.

Низкотемпературные припои.

Среди припоев существуют и такие, которые предназначены специально для пайки компонентов очень чувствительных к перегреву. Самым «высокотемпературным» среди низкотемпературных является ПОСК-50-18. Он имеет температуру плавления 142–145°C. В своём составе ПОСК-50-18 имеет 50% олова и 18% кадмия. Остальные 32% приходится на свинец. Наличие в сплаве кадмия усиливает устойчивость к коррозии, но и придаёт ему токсичность.

Далее по убыванию температуры плавления идёт сплав РОЗЕ (Sn 25%, Pb 25%, Bi 50%). Маркируется как ПОСВ-50. Температура его плавления ниже температуры кипения воды и составляет 90 – 94°C. Он предназначен для пайки меди и латуни. В составе сплава РОЗЕ олово занимает 25%, свинец – 25%, висмут – 50%. Процентное соотношение металлов в сплаве может немного отличаться. Обычно указывается в графе «Состав» на упаковке.

Сплав Розе в гранулах. Упаковка 100 грамм

Этот сплав очень популярен у радиомехаников и вообще у всех электронщиков. Применяют его для демонтажа/монтажа чувствительных к перегреву элементов. Кроме всего прочего, данный сплав идеально подходит для лужения медных дорожек только что изготовленной печатной платы.

Находит применение в плавких защитных предохранителях, которые можно обнаружить в любой радиоаппаратуре.

Ещё более низкотемпературным является сплав ВУДА (Sn 10%, Pb 40%, Bi 40%, Cd 10%). Его температура плавления 65 – 72°C. Так как в сплаве ВУДА присутствует кадмий (10%), то он токсичен, в отличие от сплава РОЗЕ.

Стоит отметить, что сплавы РОЗЕ и ВУДА достаточно дороги.

Как пользоваться

При пайке медных заготовок с использованием высокотемпературных припойных материалов мастера в большинстве случаях используют дополнительно флюс. Он предназначен для предварительной подготовки спаиваемых медных деталей и предупреждения прохождения на их поверхностях процедуры окисления, которая способствует разрушению шовного соединения.

Pripoy dly medi image15

Средства, применяемые в качестве флюса:

  • окись бора;
  • тетраборат натрия;
  • метаборная кислота.

В состав перечисленных флюсов часто добавляют элементы фторида кальция и калий.

Также для спаивания медных элементов можно использовать обыкновенную буру – это самый доступный по стоимости флюс. Этот материал представлен на рынке мелкими кусочками либо мелкофракционным порошком.

Опытные мастера-спайщики для удобства соединения медных заготовок обмакивают припойную проволоку прямо в флюсовый порошок. Иногда припойную массу перетирают и перемешивают с флюсовой добавкой до получения однородного состава. Но процедура требует дополнительного времени, поэтому такой способ используют редко.

Pripoy dly medi image16

Подготовка медных труб к соединению:

  1. Трубы предварительно обрезают по размерам, зачищают и обрабатывают кромки. На краях изделий удаляют заусеницы, они должны стыковаться друг с другом максимально плотно.
  2. Внутренние стенки окончаний соединяемых труб зачищают щеткой по металлу для увеличения пропускной способности.
  3. Тщательная очистка в стыковочной зоне рабочих поверхностей с помощью флюса, удаление оксидной пленки. Эта процедура позволяет улучшить сцепление соединяемых плоскостей из меди и уменьшить поверхностное натяжение материала.

После завершения всех перечисленных манипуляций можно приступать к спайке коммуникационной системы из медных труб.

Способы пайки

Есть технологии пайки, требующие предварительного прогревания мест стыковки соединяемых изделий. Для этого используют газовую горелку. Для выполнения большого объема работ потребуется баллон с пропанобутановой газовой смесью.

В бытовых условиях для разовых работ используют электрический паяльник, который вполне справляется с расплавлением низкотемпературных мягких и твердых припойных материалов.

Pripoy dly medi image17

Низкотемпературный процесс пайки

Низкотемпературная пайка востребована в быту для соединения сантехнического оснащения, водопроводных и отопительных систем, прочих трубопроводных коммуникаций малого диаметра. Рабочая температура в процессе пайки – не более 450 ºС.

Технология спайки деталей при низких температурах позволяет не делать отжиг металлов и является наиболее безопасным вариантом для самостоятельного выполнения ремонтных работ в домашних условиях.

Основные этапы низкотемпературной пайки:

  1. Обрезка соединяемых труб.
  2. Зачистка изделий с внутренней и наружной стороны.
  3. Проверка зазора между соединяемыми плоскостями деталей.
  4. Нанесение на спаиваемые поверхности флюса.
  5. Стыковка изделий.
  6. Нагрев рабочей зоны.
  7. Расплавление припоя и заполнение им стыковочного зазора.
  8. Охлаждение соединительного шва.
  9. Удаление излишков флюса, зачистка соединения.

Качество соединения в первую очередь зависит от предварительной подготовки срезов изделий и технических зазоров.

Pripoy dly medi image18

Высокотемпературный метод

Перед спайкой медных трубок по высокотемпературной технологии подготавливается припойный сплав. Для этого способа используют тугоплавкие твердые составы на основе серебра и меди. Температура спаивания деталей в этом случае превышает 450ºС. В результате получаются прочные шовные соединения, устойчивые к механическим нагрузкам и высоким температурам.

В отличие от низкотемпературной спайки высокотемпературная технология предполагает отжиг металла. После такой процедуры сплав размягчается, что приводит к ухудшению прочностных характеристик металла.

Для минимизирования этого недостатка после спайки заготовок соединительный шов охлаждают естественным способом. Быстрое охлаждение принудительным способом (механический обдув потоком холодного воздуха либо опускание изделия в холодную воду) исключается.

Высокотемпературную спайку применяют для соединения медных труб диаметром от 12 до 160 мм, при прокладке газопроводных коммуникационных систем, для соединения водопроводных труб диаметром от 28 мм. Также эту технологию используют для прокладки трубопроводов, по которым планируется транспортировка жидких теплоносителей, температура которых превышает 120 ºС.

Pripoy dly medi image19

Чтобы быстро, легко и качественно спаять трубы из меди в домашних условиях своими руками без привлечения опытных мастеров важно правильно подобрать припойный состав.

Работы по спайке стоит выполнять в четкой последовательности по инструкции в зависимости от выбранной технологии, учитывая рекомендации специалистов. Только в этом случае получится получить прочное надежное и долговечное соединение медных изделий.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий