Количество припоя

Определение термина

Припой для пайки – низкотемпературный металл или сплав, предназначением которого является заполнение зазоров между соединяемыми путем пайки металлами. Основной целью рассматриваемого материала является получение качественного, прочного и надежного монолитного соединения. По сути, припой – наполнитель, температура плавления которого значительно меньше температуры плавления основного металла.

Прочность и качество пайки по большей части зависит от тиноля. Таким образом, параметры соединения определяют выбор наиболее подходящего припоя для того или иного металла (стали, латуни, меди, чугуна и т. п.). Может производиться пайка мягкими припоями, а также пайка твердыми припоями.

Основные данные

Популярность припоев из олова и свинца объясняется несколькими обстоятельствами.

Главная особенность сплавов – способность при определенном соотношении компонентов образовывать состав с эвтектическими свойствами. Это межметаллическая система, температура плавления которой меньше, чем ожидаемые значения.

Можно себе представить радость первооткрывателей, которые обнаружили, что оловянно-свинцовый сплав для превращения в жидкое состояние можно нагревать до меньшей температуры.

Интересно, что эвтектическая смесь может служить растворителем, в котором распределяется при добавлении определенное дополнительное количество какого-либо металла.

Так были разработаны разнообразные марки припоев ПОС. В их технических характеристиках указаны пропорции, значения физических констант.

Как выбрать припой для пайки?

По химическому составу они подразделяются на свинцово-оловянные, медно-фосфорные, цинковые, титановые, серебряные и другие. По температуре плавления они разделены на низкотемпературные (до 450 гр. С), а также высокотемпературные (температура плавления выше 450 гр. С). Если вам нужен припой для пайки алюминия, то с большой вероятностью подойдет тот, который предназначен для соединения медных деталей, так как они нередко бывают универсальными.

Также выбор осуществляется в зависимости от метода обработки металла, тонкости работы. Например, пайка волной припоя – метод соединения, применяемый чаще в пайке плат, когда плата прямолинейно проводится сквозь гребень волны, тем самым требуя соответствующего «наполнителя». Таким образом, волна остается свободной от окислов.

Выбор осуществляется в зависимости от характеристик соединяемого металла (меди, алюминия, стали, чугуна), нормы расхода так называемого наполнителя для соединения металлических изделий. Обратите внимание на то, что у каждого припоя для конкретных металлов существуют свои нормы расхода, которые желательно знать.

Нормы расхода – отдельная тема для разговора. Существующие для подсчета нормы расхода серебряного тиноля формулы позволяют взглянуть на величины, которые не соответствуют такому понятию, как нормы расхода материала в процессе газовой обработки.

В результате ряда проведенных экспериментов по соединению серебряным тинолем ПСр-45 стали известны нормы расхода: на один квадратный сантиметр соединяемых деталей при обработке металла вполне хватает 0,3 грамм материала.

Такой нормы расхода материала должно хватать для пайки качественного и долговечного соединения металлических деталей из стали, меди, а также других металлов. Стоит отметить, что применение тиноля свыше нормы расхода не даст более качественный результат.

Так, можно дать совет и порекомендовать следующую формулу для вычисления нормы расхода серебряного тиноля для работы с газовой горелкой: Gпр=0,3Fпр, где Gпр — данные нормы расхода низкотемпературного материала в граммах двух поверхностей, а Fпр является площадью спаиваемых поверхностей в сантиметрах квадратных.

Во время соединения иными серебряными тинолями нормы расхода на сантиметр квадратный площади будут меняться соответственно изменениям удельного веса тиноля. Данный способ подсчета нормы расхода для пайки не является абсолютно точным, поскольку технологии не в силах точно определить выход тиноля на поверхность в зоне создания соединения металлических деталей, а, следовательно, становится допустимой какая-либо ошибка в определении площади и нормы расхода материала в процессе пайки стали и др. металлов.

Характеристики отдельных марок

Все представители категории относятся к легкоплавким припоям. Оловянно-свинцовые сплавы при любом соотношении исходных металлов плавятся при температуре до 450 °С. Характеристики припоев ПОС регламентированы ГОСТом.

Производители поставляют припойную продукцию:

• в литых чушках;
• в виде проволочных изделий;
• лентообразной фольги;
• трубчатой продукции с флюсами внутри;
• порошков или пастообразной массы.

В сплаве, содержащем 90 % олова, остальную часть массы составляет свинец. Припой ПОС-90 имеет температуру плавления 220 ℃.

Применяется для пайки изделий, которые впоследствии будут подвергаться гальванической обработке золотом или серебром.

Оловянно-свинцовый припой с 61 % олова имеет более доступную температуру плавления, равную 191 °С. ПОС-61 используется для изготовления тонких контактов деталей из медных и стальных сплавов в различных измерительных приборах. Места нанесения сплава не должны подвергаться сильному нагреванию.

Припой модно применять для пайки проводов, имеющих толщину до 0,08 мм, в обмотке. Он может подвергаться действию токов высокой частоты.

Припой используют во всех ситуациях, требующих большой прочности и надежности соединения радиоэлементов, компонентов микросхем. Им можно паять провода, защищенные оболочкой из поливинилхлорида.

Оловянно-свинцовый припой, содержащий равные доли двух металлов, обозначается как ПОС-50. Он плавится при температуре 222 ℃. Применим во всех ситуациях, где может использоваться ПОС-61.

Отличие сводится к тому, что данный припой имеет более высокую температуру плавления. Если контакт может нагреваться это качество будет полезным.

Швы, для которых велика вероятность нагрева до еще более высоких температур, следует паять посредством припоя ПОС-40. Температура плавления оловянно-свинцового сплава, содержащего от 39 % до 41 % олова, составляет 238 °С.

Обращаем внимание на то, что представленные показатели характерны для окончательного плавления сплава. Начинается процесс при несколько более низких температурах.

Сплав предназначен для работы с проводами, деталями из разных металлов. Образующийся шов имеет меньший запас прочности, чем соединения, полученные сплавами с большей массовой долей олова. Припой используют для получения соединений, не подвергающихся большой механической нагрузке.

Еще большую температуру окончательного расплавления имеет сплав ПОС-30. Она равна 256 ℃.

Этот оловянно-свинцовый припой используется для пайки швов, не подлежащих нагрузке, из медных и стальных материалов.

Припой ПОС-18 окончательно расплавляется при 277 ℃. Образующийся шов имеет небольшую механическую устойчивость.

Представленный оловянно-свинцовый сплав можно применять для лужения, пайки ненагружаемых медных деталей, изделий из оцинкованного железа.

Оловянно-свинцовый сплав, содержащий всего 10 % олова, имеет максимальную в этом ряду температуру плавления, равную 299 ℃, и минимальную прочность.

ПОС-10 может использоваться для пайки, лужения контактов на поверхности приборов реле. ГОСТ позволяет применять состав для обработки контрольных точек в топках паровозов. В настоящее время паровозы остались уже только в музеях, иногда их приходится ремонтировать, реставрировать.

Классификация припоев

Припои подразделены на три основные группы в зависимости от температуры плавления:

• Мягкие. Предназначены для пайки обладают температурой плавления до 400°С;
• Температура плавления твердых составляет свыше 500°С;
• Полутвердые – материалы, обладающие температурой плавления в диапазоне от температуры плавления чистого олова до 400°С.

Говоря о том, чем паять, мягким или твердым припоем, стоит сказать, что оба владеют пределом прочности до 50-70 МПа при растяжении. Они применяются в большинстве случаев для токоведущих частей, которые не являются одновременно несущими конструкциями аппаратов и машин. Работа с металлами мягким, а также на половину твердым материалом производится посредством паяльника, либо при помощи погружения металлических деталей в расплавленный тиноль.

Относительно твердых тинолей, предназначенных для пайки, то они имеют предел прочности до 500 МПа, используются в качестве тинолей первой категории прочности во время пайки токоведущих частей, допускающих высокое нагревание деталей, которые воспринимают основную механическую нагрузку. Работа производится с помощью электроконтактного способа, с применением графитовых или электродов из меди, а также не без участия электрической сварки. Детали незначительных размеров допустимо соединять металл автогеном.

Именные сплавы

В таблице даны значения температуры плавления припоев и легкоплавких сплавов на основе ртути Hg, цезия Cs, калия K, висмута Bi, таллия Tl, индия In, олова Sn, свинца Pb, кадмия Cd, сплав Вуда, сплавы Роуза (Розе), золота Au, магния Mg, цинка Zn, серебра Ag.

Значения температуры плавления припоев и сплавов в таблице приведены начиная с самых легкоплавких сплавов и находятся в диапазоне от -48,2 до 262°С. В сплавах с отрицательной температурой плавления (от минус 48,2°С) преобладает содержание ртути и щелочных металлов. Легкоплавкие сплавы с температурой плавления от 200 до 260°С имеют в своем составе преимущественное содержание висмута и таллия.

Примечание: эвт — эвтектические сплавы или близкие к ним; для неэвтектических сплавов приводятся значения температуры солидуса.

При добавлении в состав металлических композиций в небольших количествах сурьмы значительно увеличивается прочность шовных соединений.

Материал обозначается маркировкой «ПОСсу», имеет температуры плавления от 189 ℃ (у состава со следовым содержанием сурьмы) до 270 ℃ (у припоя с содержанием сурьмы, достигающим 4 %, в некоторых даже 6 %).

Материалы первой подгруппы с концентрацией добавки, измеряющейся в сотых долях процента – это малосурьмянистые марки.

Такие припои применяются в авиа- и автомобилестроении, при производстве холодильного оборудования, пищевой посуды, подлежащей последующему лужению.

Металлические оловянно-свинцовые композиции с концентрацией сурьмы от 1,5 % до 6 % называются сурьмянистыми. Они рекомендованы к применению в электролампах, трубчатых радиаторах, белой жести.

Прибавка сурьмы удешевляет оловянно-свинцовый материал, но спаивание происходит сложнее. Незначительное изменение оловянно-свинцового композита заметно уменьшает смачивающие способности расплава. Работать с этим расходным материалом могут только профессионалы.

Таблица 2. Сурьмянистые припои

Заметно понижает температуру плавления оловянно-свинцовых припоев добавка кадмия. Например, сплав ПОСК-50-18, содержащий от 49 % до 51 % олова, от 17 % до 19 % кадмия имеет температуру плавления 145 ℃.

Это удобное в работе качество, вдвойне приятное тем, что образующиеся швы имеют большую механическую прочность. Оловянно-свинцовые припои с кадмием применяют при работе с металлизированной и керамической продукцией.

Вопрос о применении расходного материала решается с учетом конкретной производственной ситуации.

К оловянно-свинцовым композициям условно можно отнести сплавы, носящие имена ученых-разработчиков. Низкую температуру плавления, всего 94 ℃ имеет эвтектический сплав Розе.

В его составе содержится 50 % висмута. Остальную часть массы приблизительно в равных долях занимают олово и свинец. Материал используется для работы с медью, изготовления элементов автоматики с фиксированной эксплуатационной температурой.

Еще меньшую температуру плавления имеет оловянно-свинцовый припой Вуда. Она равна 68,5 ℃. Материал содержит 50 % висмута, 25 % свинца, а остальную массовую часть поровну составляют олово и кадмий. Применяют при изготовлении датчиков противопожарной сигнализации, прецизионной техники.

Сплав Д, Арсе содержит около 10 % олова, остальные 90 % составляют висмут и свинец в равных долях. Материал имеет температуру плавления 79 ℃. Применяется для спаивания легкоплавких металлов.

Система обозначения

В большинстве случаев обозначение (маркировка) припоя начинается с буквы «П», которая символизирует первую букву определения. Числовые обозначения в маркировке припоя показывают на содержание компонентов, и идут после буквы «П». Содержание компонентов тиноля указывается в процентах (округленно).

Стоит также обратить внимание на то, что буква или буквосочетание, стоящие в конце маркировки тиноля, указывает на то, что данный компонент составляет содержание припоя (оставшееся).

Обозначения компонентов:

• А – состав содержит алюминий;
• Ж – состав содержит железо;
• И — состав содержит индий;
• К или Кд – в состав входит кадмий;
• М – состав содержит медь;
• О – в состав входит олово;
• С — в состав входит свинец;
• Ср – в состав входит серебро;
• Су – в состав входит сурьма;
• Ф – состав содержит фосфор;
• Ц – в состав входит цинк.

Сфера применения

В разных отраслях народного хозяйства применяются различные материалы для пайки, на основе разнообразных металлов: меди, олова, цинка, сурьмы и т. д. Чаще всего тиноли можно встретить в форме чашек, проволоки, анодов, трубок, листов. Наиболее распространенными являются, пожалуй, мягкие, а также бессвинцовые тиноли для пайки различных металлов: стали, меди.

Мягким припоем чаще всего можно воспользоваться в электричестве, микроэлектронике. Мягкий материал имеет широкое разнообразие форм, химических составов.

Среди множества форм следует выделить основные, наиболее распространенные:

• Цилиндры;
• Пасты;
• Литые;
• Стержни;
• Порошки;
• Проволочные;
• Стержни;
• Полосы и фольга;
• Формованные.

Если вы решились воспользоваться мягким припоем, знайте, что его температура плавления достаточно высокая (в пределах 400-500 гр. С). Пожалуй, самым популярным является на сегодняшний день сплав свинца и олова, однако могут применяться и другие сплавы.

Несмотря на преимущества классических тинолей, в будущем с большой вероятностью лидерство получат бессвинцовые материалы, поскольку они имеют одно очень выгодное преимущество – экологичность, к которой так все стремятся. Таким образом, в состав так называемого наполнителя не входит вредный для организма и здоровья человека свинец.

Огромного внимания заслуживает тот факт, что подобное преимущество в будущем позволит использовать экологический материал в пайке практически повсеместно, где обрабатываемые и соединяемые материалы будут безвредно контактировать с продуктами питания, питьевой водой, с человеком. Не сложно догадаться, что экологичность позволит значительно расширить круг применения данного бессвинцового материала.

Тиноль для стали и меди

Пайка меди, стали может осуществляться твердым припоем, поскольку для соединения стали и меди требуется высокая температура плавления тиноля в пределах 840-880 гр. С. Твердым припоем помимо стали и меди также может производиться пайка такого металла, как томпак. При выборе припоя для соединения стали, меди следует проявляться высокую осторожность и внимательность.