Что понадобится?
Паять приходится сборщикам, рядовым инженерам, а иногда и конструкторам. Но запастись паяльным аппаратом недостаточно — необходим еще целый ряд устройств и принадлежностей. Важную роль играет дымоуловитель (вытяжка). Это устройство очищает воздух не только от дыма, но и от других токсичных испарений. Основными компонентами техники являются мощный вентилятор и фильтр специальной конструкции.
Поглотители дыма чаще всего крепят на рабочую поверхность. Специальные пантографные компоненты придают им максимальную гибкость. Продолжая описывать перечень инструментов для пайки, обязательно следует упомянуть и специальный пинцет. Многие специалисты и любители пользуются целым комплектом пинцетов, выбирая наиболее подходящий в конкретном случае. Но наиболее практичными оказываются пинцеты с фиксацией, выручающие в самых сложных ситуациях, когда невозможно зажать инструмент пальцами плотно, или деталь уже выпала.
Непременно следует обзавестись и монтажным столом — паять на обычном столе куда труднее и опаснее. Существуют модификации такой рабочей мебели, рассчитанные на любую доступную площадь. Чаще всего основная столешница делается из листового металла, и к ней крепятся такие же боковины.
Пайка часто проводится с использованием газовой горелки. Обычно этот инструмент применяют для обработки алюминиевых изделий. Но точно так же его используют и при работах с медью. Разные варианты ставятся в жестко фиксированном виде. Либо же предусматривается возможность корректировать положение. Крепление баллона тоже выполняется различным образом.
Работы с электроникой существенно упрощаются при использовании держателя плат. Иногда эту систему даже называют «третьей рукой» – настолько она полезна. Чтобы можно было успешно паять самые мелкие детали, приходится использовать лупу бестеневого образца.
Лучше покупать проверенные микроскопы от российских производителей. Европейские, американские, японские, фабричные китайские — тоже можно, но разница в цене очень существенна, а по характеристикам особых отличий нет.
Выбирая микроскоп, обязательно учитывают, есть ли возможность купить сменные комплекты линз и другие расходные материалы, запчасти. Необходимо также проверить точность и правильность регулировок.
Многие лупы для пайки выполняются в виде налобных очков. Подобный инструмент является постоянным орудием в обиходе радиомонтажников, ремонтников телефонов и других подобных специалистов. Сами паяльные работы проводятся с использованием мягких и твердых припоев, причем в каждом случае припой подбирают индивидуально.
Инфракрасные станции и фены
Модели термовоздушного паяльного оборудования (фены) используются в основном для демонтажа и объемного монтажа микросхем на платах электронных устройств. Очень часто фен входит в комплектацию паяльной станции, состоящей еще из электрического паяльника и блока управления.
Паяльная станция позволяет производить установку и контроль параметров инструментов, входящих в нее, обеспечивая высокое качество шва.
Нередко в состав оборудования для паяльной станции входит стол с возможностью прогрева деталей или монтажных плат снизу.
Эта установка использует инфракрасные источники тепла – лампы, нагревательные элементы. Некоторые конструкции столов для подогрева снабжены кронштейнами и штативами, что позволяет закреплять платы.
Схожим действием с паяльным феном обладает инфракрасное оборудование. С его помощью также можно обеспечить нагрев большой площади, не допуская контакта с элементами микросхем.
Инфракрасные паяльные станции позволяют контролировать паяние и обеспечивать плавное остывание металла. Это дорогостоящее оборудование, которое представляет собой целые вычислительные комплексы с наборами датчиков, процессорами и целым перечнем вспомогательных инструментов.
Как правильно паять?
Чтобы спаять металлы, требуется тщательно подбирать используемое оборудование. Жесть, проволоку, мелкие крепежные изделия получится соединить даже с приспособлением на 60 Вт. Более крупные части связывают при помощи устройства на 100 Вт.
Еще более мощная и сложная техника — паяльные станции нужны только для настоящих профессионалов. В домашних условиях с паяльником простого бытового образца можно сделать очень много. Место, где будет находиться шов, следует тщательно зачистить — и неоценимую помощь в этом деле окажет шлифовальная машина.
https://www.youtube.com/watch?v=mQtsi2GNcHw
Обрабатываемую позицию дополнительно обезжиривают. Наносят как можно равномернее паяльную кислоту. Если припой попадает на жало неровно, значит, его нужно более тщательно залудить. Жалом касаются нужного места и держат его столько, чтобы успела передаться необходимая температура.
Тонкие части паяют, передвигая паяльник достаточно медленно, чтобы все проходило аккуратнее. Водить жалом нужно вплоть до полного распределения припоя. Слишком много его класть не надо, это не улучшит качество работы, а только спровоцирует появление натеков.
Если припой слабо схватывается, налицо плохая подготовка поверхности. Работу проще остановить и заново все переделать. Паять вполне можно и сталь — для работы подойдут и паяльники, и газовые горелки. Низколегированный металл обрабатывают с помощью тугоплавких припоев.
Для инструментальной стали нужен припой на базе никеля либо ферросплавов.
Что касается пайки оправы очков, то эту процедуру в домашних условиях выполнять не рекомендуется. Ведь речь идет не просто об очень тонкой работе, а о манипуляциях с медицинским изделием. Такого рода задачи стоит оставить профессионалам.
Свои тонкости имеет и работа с бронзами. Рекомендовано в таком случае применение оловянно-свинцовых припоев, а также цинковых флюсов. Свинцовые и оловянистые бронзы паяют припоями примерно одинакового состава. Алюминиевую бронзу предварительно обрабатывают фтороводородной либо плавиковой кислотами.
Очень большие сложности представляет пайка титана и сплавов на его базе. Перед началом работы поверхность металла травят от 5 до 10 минут. Это ослабляет вредную пленку, но все же не может устранить ее до конца. Потому сама манипуляция проходит чаще всего в вакуумных камерах или в среде аргона класса А. Рекомендуемая рабочая температура – 800-900 градусов.
Манипуляции с чугуном проходят при помощи паяльника специальной марки, мощность которого достигает иногда 1000 Вт. Упростить работу помогает контактное омеднение за счет медного купороса. Если металл содержит сложные соли, потребуются флюсы на базе хлористого цинка.
Меры безопасности
Даже низкотемпературные паяльные работы все равно сопровождаются серьезным нагревом материала и инструмента. Потому обязательно требуется соблюдать меры предосторожности. До начала работ необходимо проверить исправность самого оборудования, проводов и их изоляции, качество освещения. Перегрев паяльника недопустим, в том числе и потому, что при этом теряется эффективность манипуляций.
При наличии синего налета на жале работу требуется остановить, а само жало — очистить.
Паяльник при работе кладут на специальную подставку. Если положить его на неподготовленное место, инструмент может покатиться и причинить ожог либо попасть на загорающуюся поверхность. Держатели изготавливают из металла или дерева.
Паяльник держат строго за ручку. В типовой инструкции по охране труда упоминают еще про:
группу электробезопасности работников не ниже 2-й;
использование спецодежды и спецобуви;
применение общеобменной и местной вентиляции вытяжного типа;
проведение испытаний и тестирований паяльника с установленной периодичностью;
защиту кабеля паяльного аппарата от нагрева и механического воздействия;
использование только закрытой проводки;
использование только гладких и легко очищаемых материалов для покрытия рабочих поверхностей.
Пайка и лужение
Пайкой называют процесс соединения двух металлических частей с помощью расплавленного металла или сплава, называемого припоем и имеющего более низкую температуру плавления, чем соединяемые части. Пайку применяют для создания неразъемных соединений деталей из стали, цветных металлов и их сплавов, а также их сочетаний. Пайка распространена при выполнении электромонтажных работ, монтаже контрольно-измерительной аппаратуры, радио7 и электроприборов, изготовлении сосудов, радиаторов, твердосплавного режущего инструмента и т.п.
Процесс пайки состоит из прогрева спаиваемых частей до температуры плавления припоя, расплавления последнего, растекания и заполнения зазоров под действием капиллярных сил, диффундирования в металл с последующей кристаллизацией в паяном шве. При этом соединение деталей достигается без расплавления их кромок в результате смачивания поверхностей более легкоплавкими жидкими металлами.
Очистку поверхностей перед пайкой от окалины, оксидов, грязи и жира проводят с помощью напильников, металлических щеток, шаберов и химическими способами (травлением). После травления детали промывают и сушат. Обезжиривание осуществляют протиркой поверхности бензином, ацетоном, растворителем. Перед пайкой детали плотно подгоняют одну к другой, используя струбцины или другие приспособления.
При нагреве деталей, соединяемых пайкой, их поверхности окисляются. Для удаления оксидной пленки применяют паяльные флюсы и травильные вещества, которые растворяют оксиды, образуют легко удаляемые шлаки, способствуют лучшему смачиванию спаиваемых поверхностей расплавленным припоем и затеканию его в зазоры. При пайке деталей из стали, бронзы и латуни используют хлористый цинк, деталей из латуни — нашатырный спирт, деталей из цинка и чугуна — соляную кислоту. После травления соляной кислотой деталь промывают в содовом растворе, а затем в чистой воде. Хлористый цинк (травленая соляная кислота) представляет собой смесь из 50 % соляной кислоты и 50 % воды, в которую добавлены небольшие кусочки и стружка цинка. Чтобы хлористый цинк был коррозионно-стойким, его разбавляют нашатырным спиртом в количестве, равном 1/3 взятого объема.
По назначению припои подразделяют на мягкие и твердые с температурой плавления соответственно 180…300 и 700…1000 °С. Мягкие припои состоят в основном из свинцово-оловянных сплавов с σв = 28…47 МПа. Кроме высокой температуры плавления твердые припои характеризуются более высокими механическими свойствами; временно’е сопротивление разрыву паяных швов 260…300 МПа. Химический состав и область применения твердых припоев приведены в табл. 19–21, а составы флюсов — в табл. 22.
Для нагрева места пайки до рабочей температуры применяют паяльники периодического и непрерывного подогрева, паяльные лампы, газовые горелки, установки ТВЧ.
Таблица 19. Химический состав (ГОСТ 21930–76) и область применения оловянно-свинцовых припоев
| Марка | Химический состав, % | Температура плавления, °С | Пайка | |
| Олово | Сурьма | |||
| ПОССу 4-6 | 3…4 | 5…6 | 244 | Клепаных деталей из латуни, меди, белой жести |
| ПОССу 18-2 | 17…18 | 1,5…2,0 | 186 | Лужение стальных деталей перед пайкой, пайка автотракторных деталей |
| ПОС 30 | 29…31 | 0,1 | 183 | Радиаторов, электроаппаратуры и приборов, оцинкованного железа |
| ПОС 61 | 59…61 | – | Электро- и радиоаппаратуры, лужение | |
| ПОС 90 | 89…91 | Пищевой посуды и медицинской аппаратуры | ||
Таблица 20. Химический состав (ГОСТ 23137–78) и область применения медно-цинковых припоев
| Марка | Химический состав, % | Температура плавления, °С | Пайка деталей | ||
| Медь | Цинк | ||||
| ПМЦ-54 | 54 | 46 | 880 | Из углеродистой стали | |
| ПМЦ-48 | 48 | 52 | 865 | Из меди, латуни, бронз, углеродистой стали | |
| ПМЦ-36 | 36 | 64 | 825 | Из латуни и бронз | |
Таблица 21. Химический состав (ГОСТ 19738–74) и область применения серебряных припоев
| Марка | Химический | состав, % | Температура плавления, °С | Пайка деталей | ||
| Серебро | Медь | Цинк | ||||
| ПСр 50 | 50 | 50 | – | 860 | Лужение и пайка из меди, медно-никелевых сплавов, латуни, бронз | |
| ПСр 45 | 45 | 30 | 25 | 730 | Из меди, латуни, бронз и латуни | |
| ПСр 25 | 25 | 40 | 25 | 775 | Тонких из меди и латуни, медно-никелевых сплавов | |
| ПСр 10 | 10 | 53 | 37 | 850 | Из стали с медью и сплавов цветных металлов, когда требуется термообработка | |
Таблица 22. Составы флюсов
| Компонент | Содержание, % | Пайка деталей |
| Пайка мягкими припоями | ||
| Канифоль | 100 | Из меди и медных сплавов |
| Насыщенный раствор хлористого цинка в соляной кислоте | – | Из коррозионно-стойкой стали |
| Хлористый цинк | 95 | Из алюминия алюминиевым припоем |
| Фтористый натрий | 5 | |
| Паста (насыщенный раствор цинка) | 34 | Паяльной лампой из меди и стали |
| Метанол | 33 | |
| Глицерин | ||
| Пайка твердыми припоями | ||
| Бура | 100 | Из меди, бронзы и стали |
| Бура плавленая | 72 | Из латуни, бронзы, а также пайка серебром |
| Поваренная соль | 14 | |
| Поташ кальцинированный | ||
| Бура плавленая | 90 | Из меди, стали и других металлов |
| Борная кислота | 10 | |
| Бура плавленая | 50 | Из титанокарбидных твердых сплавов на режущий инструмент |
| Фтористый калий | 40 | |
| Борная кислота | 10 | |
| Бура плавленая | 50 | Из коррозионно-стойкой и жаропрочной сталей |
| Борная кислота (разведенная в растворе хлористого цинка) | ||
| Бура | 60 | Из чугуна |
| Хлористый цинк | 38 | |
| Марганцево-кислый калий | 2 | |
| Хлористый литий | 26…35 | Из алюминия и его сплавов алюминиевыми припоями |
| Фтористый калий | 12…16 | |
| Хлористый цинк | 8…15 | |
| Хлористый калий | 40…59 | |
Паяльники периодического подогрева молоткового и торцового типов изготовляют из красной меди как наиболее теплопроводной. Такой паяльник периодически подогревают паяльной лампой, газовой горелкой или в горне. К паяльникам непрерывного подогрева относятся электрические паяльники, позволяющие осуществлять пайку непрерывно; температура их рабочей части достигает 400 °С. Паяльная лампа дает возможность нагревать изделие до 700…900 °С.
Пайку низкотемпературными припоями используют для создания герметичного шва, а также соединения деталей, не требующего большой прочности. Пайку проводят следующим образом.
Поверхность очищают от грязи и коррозии шабером, напильником или надфилем до металлического блеска. Шлифовальную шкурку не применяют, так как содержащийся в ней клей загрязняет поверхность пайки. Поверхность подгоняют до плотного соединения путем гибки, правки и опиливания. Кисточкой наносят тонкий слой жидкого флюса. Твердый флюс (канифоль) наносят на поверхность, предварительно нагретую паяльником. Деталь при пайке должна быть расположена швом вверх. Как только место прикосновения паяльником прогреется и припой растечется, медленно и равномерно перемещают паяльник без отрыва вдоль шва, давая возможность припою заполнить зазор. Припой наносится тонким и равномерным слоем без пропуска. После окончания пайки выступающие приливы опиливают напильником и поверхность зачищают шкуркой.
Пайку твердыми припоями применяют, когда необходимо получить прочный теплоустойчивый шов. Для пайки твердосплавного инструмента, когда требуется высокая прочность соединения, используют индукционный нагрев и порошковый припой ПАН-21. Место пайки нагревают до температуры плавления припоя, добавляя буру, которая, расплавляясь, способствует лучшему разливу припоя.
Пайку заканчивают, когда припой полностью зальет все места соединения. Охлаждение проводят медленно, не применяя воды. Места пайки очищают от буры, припоя и промывают. Качество пайки проверяют внешним осмотром мест соединения, обращая внимание на отсутствие раковин и пропусков в местах соединения. Прочность шва контролируют легким постукиванием соединенных деталей о металлический предмет.
Лужением называется процесс покрытия поверхностей металлических деталей тонким слоем расплавленного олова или оловянно-свинцовыми сплавами (припоями). Лужение осуществляют для защиты деталей от коррозии и окисления, подготовки поверхностей к пайке легкоплавкими припоями перед заливкой подшипников баббитом. Поверхность очищают от грязи и коррозии механическим или химическим способом. Химическую очистку применяют как для обезжиривания, так и для очистки детали от оксидов.
Лужение проводят натиранием и погружением. После механической зачистки поверхность промывают в кипящем 10 % — ном растворе каустической соды и в воде. Непосредственно перед лужением поверхность покрывают флюсом (хлористым цинком) с помощью кисти, куска войлока или пакли и посыпают порошком нашатыря, затем нагревают до температуры плавления олова или другого сплава, который наносят на поверхность в виде кусочков или порошка. Когда припой от соприкосновения с нагретой поверхностью начнет плавиться, его растирают паклей или холщовой тряпкой, пересыпанной порошком нашатыря. Припой должен распределяться равномерным слоем по всей поверхности. При лужении погружением очищенную и протравленную деталь погружают на 1 мин в ванну с раствором хлористого цинка, затем на 2…3 мин в ванну с расплавленным припоем, после чего деталь извлекают из ванны. Качество лужения проверяют внешним осмотром на равномерность распределения полуды, отсутствие вздутий и т.п.
Промышленная пайка
На предприятиях тяжелой промышленности используются совершенно иные виды паяльного оборудования. Соединение больших деталей и конструкций в промышленных условиях происходит в печах.
В этом случае достигается наиболее высокое качество, так как при использовании печного оборудования можно постоянно контролировать состояние металла, поддерживать необходимую температуру и давление. Защита металла от окисления производится путем введения в камеру печи флюсов.
Печи для пайки различаются по принципу нагрева. Они бывают индукционными, газовыми, электрическими. Подаются и извлекаются заготовки различными способами в зависимости от конструкции печного оборудования. Это может быть ручная подача, ленточный конвейер, шахтная и элеваторная подачи.
В печах с ручной подачей нагрев и остывание деталей, паяльной камеры происходит в пределах одного цикла пайки. После остывания загружаются новые детали. В этой печи легче всего контролировать течение процесса и его продолжительность.
В конвейерном паяльном оборудовании нагрев происходит постоянно, а остывают детали уже после извлечения из камеры. Такие печи используются для создания большого количества одинаковых, серийных изделий.
Шахтные и элеваторные печи используют для изготовления крупногабаритных объемных конструкций, которые собирают прямо в печи и затем производят процесс пайки при полностью контролируемых параметрах.
Вакуумное паяльное оборудование используют для соединения изделий из сильноокисляющихся материалов. Паяные швы, произведенные в таких печах, отличаются чистотой и однородностью, что обеспечивает их прочность.
По причине менее высокой температуры и совершенно иного, чем при сварочных работах, воздействия на металл, паяные соединения более стойки к коррозии и к механическим воздействиям.
Несмотря на давнее изобретение пайки и создание новых методов соединения металлов и сплавов, паяльные работы с использованием специального оборудования остаются востребованными и в настоящее время.
Радиодетали
Для работы с мелкими деталями рекомендуется применять увеличительное стекло. Критически важен правильный выбор паяльного устройства. Обычно применяют типовые аппараты, рассчитанные на 220 В. Микросхемы обрабатывают только паяльниками мощностью не выше 24 Вт. Мелкие элементы и микропроцессоры можно паять даже с USB-паяльником.
Манипуляции со шлейфом компьютерного или телефонного дисплея нужны главным образом при его механическом разрушении. Обычно применяется флюсовый раствор на базе спирта. Припои в этом случае должны быть легкоплавкой категории. Их используют в небольшом количестве, чтобы соседние дорожки не засорялись. Мощность паяльника от 10 до 15 Вт вполне достаточна. Проблемное место фиксируют клейкой лентой.
Пайка конденсаторов производится после установки основных ножек в посадочные гнезда. Упростить работу помогает предварительное смачивание контактных площадок флюсом. Контакты паяют последовательно. Работа с резисторами идет максимально аккуратно. Ремонт светодиодов обычно производится с помощью нижнего подогрева.
Электрический
Самый традиционный способ пайки – при помощи электрического паяльника. Устроен он очень просто – в металлическом корпусе заключен нагревательный элемент, который разогревает жало – медный стержень. От мощности нагревательного элемента зависит температура нагрева паяльника.
Содержание процесса паяльных работ заключается в том, чтобы разогреть контактным способом соединяемые детали и скрепить их специальным составом, называемым припоем. После остывания получается прочное соединение, способное проводить электричество, если соединяемые детали являются проводниками.
Профессиональный электропаяльник может быть с регулятором напряжения. В этом случае возможна регулировка температуры жала, что очень важно при сборке и монтаже электронных схем.
Особый интерес представляет индукционное оборудование. В индукционных паяльниках происходит саморегуляция нагрева, они экономно расходуют электричество.
Выпускают ультразвуковое паяльное оборудование. Ультразвуковой паяльник снабжен генератором, вырабатывающим сигнал высокой частоты.
Помимо паяльника, работающего от бытовой сети, в состав оборудования поста для пайки может входить паяльный инструмент, питающийся напряжением 12 или 24 вольта. Он подходит для отладки работы электронных схем и для монтажа деталей и компонентов, которые могут выйти из строя от перегрева.
Электрические паяльники могут быть и беспроводными, работающими от пальчиковых аккумуляторов.
