Почему серебряные провода? (часть 1)

Как правильно паять в домашних условиях?

При сборке различных электротехнических и радиотехнических устройств популярна пайка. Она обеспечивает электропроводное соединение медных проводов и иных медных изделий друг с другом, с компонентами электрических схем и прочими металлическим деталями из чистой меди и медных сплавов, а также производить пайку алюминия. Пайка проста, очень гибка, позволяет получить низкое переходное сопротивление соединяемых компонентов.

Суть технологии пайки заключается в нагреве зоны контакта с последующей ее заливкой жидким металлическим легкоплавким припоем. После остывания расплав обеспечивает электрический контакт. Перед тем как припаять провода, обычно необходима дополнительная обработка соединяемых поверхностей (чаще всего т.н. лужение проводов), что гарантирует долговременную стабильность.

При отсутствии вибраций и ударных нагрузок для мелких деталей достигается неплохая прочность соединения. Во всех прочих случаях паяют с дополнительной фиксацией.

Что может понадобиться для пайки?

Для пайки требуется источник тепла. Можно паять с использованием открытого пламени, электрической спирали, а также луча лазера. Последний позволяет паять даже чистым металлом. Дома пользуются преимущественно электрическим паяльником. Он предназначен для:

• монтажа и ремонта различных электронных схем;
• конструирования и ремонта электротехнического оборудования;
• лужения слоем припоя различных металлических изделий.

Паяльник

Паяют ручным паяльником, который используют для:

• прогрева соединяемых компонентов;
• нагрева припоя до перехода его в жидкое состояние;
• нанесения жидкого припоя на соединяемые элементы.

Паяльник, который изображен на рисунке 1, содержит:

• изолированный слюдяной пленкой или стеклотканью спиральный нагреватель из нихромовой проволоки;
• медное жало, которое расположено внутри спирали;
• пластиковую или деревянную рукоятку;
• корпус для размещения жала паяльника и спирали.

Рисунок 1. 100-ваттный паяльник с пластиковой рукояткой и трехполюсной вилкой

Подключение к электрической сети производят кабелем длиной примерно 1 м, который через ограничитель радиуса изгиба выходит из задней части рукоятки.

Рисунок 2. Радиомонтажный паяльник пистолетного типа

Бытовые паяльники предназначены для подключения к сети напряжением 12 и 220 В.

220 – вольтовые паяльники из соображений обеспечения электробезопасности должны комплектоваться 3-контактной вилкой, обеспечивающей надежное заземление. Для 12-вольтовой техники достаточно простой 2-контактной плоской вилки.

Припой

Паяют припоем – сплавом олова со свинцом, возможны добавки иных металлов. Припой имеет форму трубки или проволоки различного диаметра. Трубчатый припой заполнен внутри канифолью, паять с его помощью более удобно.

Свинец вводят в сплав для уменьшения стоимости. Его удельное содержание различно, что прямо отражается в марке. Например, ПОС-61 (очень популярный третник) означает:

• П – припой;
• ОС – оловянно-свинцовый;
• 61 – с 61-процентным содержанием олова.

Кроме того, паяют мягкими и твердыми припоями. Мягкие составы имеют температуру плавления менее 450, остальные относят к твердым. Температура плавления припоя ПОС-61 составляет 190 – 192 °С. Из-за сложностей разогрева высокотемпературную пайку с привлечением твердых припоев электрическим инструментом не выполняют.

Составами с добавлением легкоплавких металлов: алюминия и кадмия – паяют алюминий. Из-за повышенной токсичности паять с их помощью можно только при отсутствии альтернативы.

Паяют обязательно под флюсом – вспомогательным компонентом, обеспечивающим:

• растворение окисных пленок на поверхности соединяемых деталей;
• хорошее сцепления с ними паяльного сплава;
• улучшение условий растекания сплава по поверхности тончайшим слоем.

Обычно в этом качестве используют канифоль, а также составы на основе ее смеси со спиртом, глицерином и цинком. Канифоль имеет температуру размягчения чуть выше 50°С, при 200°С кипит. Химически канифоль довольно агрессивна по отношению к металлам и гигроскопична, при насыщении влагой быстро увеличивает проводимость. В зависимости от добавок и их концентрации демонстрирует свойства нейтральных или активных флюсов.

Канифоль и припой

Канифольный флюс продается в виде порошка, кусками или раствора канифоли.

Серебро, нержавеющую сталь и некоторые другие металлы можно паять только с помощью специальных флюсов (известны как кислотные флюсы или паяльные кислоты).

Некоторые монтажники, которые паяют провода, для улучшения качества облуживания выполняют предварительный нагрев на таблетке аспирина, пары которого выполняют функции флюса.

Паяльные пасты

Паяльная паста это композиция из припоя и флюса. Ею паяют в труднодоступных местах, а также при установке безвыводных электронных элементов. Состав наносят на компонент, который затем просто прогревают жалом.

Пасту можно изготовить самостоятельно. Для этого оловянные опилки смешивают с жидким флюсом до гелеобразной консистенции. Хранят пасту в герметичной упаковке, срок годности из-за окисления олова не превышает шести месяцев.

Подставка для паяльника

Паяют жалом, нагретым до высокой температуры, поэтому в перерыве инструмент оставляют на подставке. Для мощных паяльников ее выполняют с двумя опорами: задняя для рукоятки, передняя – для корпуса. Опоры монтируют на фанерном основании, которое используют служит для:

• установки коробки с канифолью;
• хранения проволоки припоя (пример приведен на рисунке 3);
• чистки жала.

Рисунок 3 показывает, что подставка не требует дефицитных материалов, может быть изготовлена своими руками.

Рисунок 3. Самодельная подставка для мощного паяльника

Для устройств малой мощности часто применяют конусообразный держатель (обычный или спиральный, что показано также на рисунке 3), в которую инструмент вставляют жалом.

Старшие модели подставок снабжают регулятором рабочей температуры, ЖК дисплеем для индикации температуры жала, рисунок 4. Подобный паяльный инструмент часто называют паяльной станцией.

Рис. 4. Пример паяльной станции с индикатором

Оплетка для удаления припоя

С оплеткой паяют в тех случаях, когда необходимо удаление припоя с печатной платы при демонтаже деталей. Представляет собой плотную сетку из покрытых флюсом тонких медных проволок.

Принцип действия основан на поверхностном эффекте: сетка «впитывает» припой, расплавленный на печатной плате, за счет капиллярных сил.

Обычно ширина оплетки составляет около 5 мм, поставка рулонная в корпусе диаметром примерно 5 см.

Функции удаления припоя может выполнять внешняя оплетка старого гибкого коаксиального кабеля.

Меры безопасности

Соблюдение техники безопасности:

• способствует защите от термических ожогов;
• предотвращает возникновение пожара;
• защищает от поражения электрическим током.

Прежде чем начинать паять, следует убедиться в исправности кабеля питания. Жало не должно касаться поводов, а также прочих предметов. Паяльник необходимо всегда класть на подставку. Запрещается касаться его корпуса, брать инструмент можно только за ручку.

Подготовка

Паяют всегда при нормальном общем освещении (не хуже 500 люкс), при необходимости создания более комфортных условий применяют источник местного освещения.

Следует позаботиться о хорошей вентиляции. Наилучшие результаты дает вытяжка, при ее отсутствии паяют с перерывами для проветривания помещение от паров канифоли (каждый час при интенсивной работе).

Выбор паяльника по мощности

Паяют паяльниками различной мощности. Обычно исходят из того, что:

• маломощные паяльники (20 – 50 Вт) удобны для работы с электроникой, позволяют паять тонкие провода;
• 100-ваттным инструментом паяют слои меди толщиной не свыше 1 мм;
• 200 Вт и более позволяет паять такие массивные детали, которые изначально требуют применения мощных паяльников.

О мощности прибора легко судить визуально: 50-ваттный паяльник оказывается чуть крупнее авторучки, тогда как 200-ваттный – имеет общую длину примерно 35-40 см.

Паяльника к работе

Перед первым включением следует удалить с корпуса остатки заводской смазки. Их выгорание приводит к появлению дыма и неприятного запаха. Поэтому паяльник включают через удлинитель, выставляя его на улицу через форточку на четверть часа.

Затем молотком проковывают жало паяльника: уплотнение меди увеличивает срок службы. Кончику жала придают форму:

• под углом или на срез – для точечной работы (пример показан на рисунке 5);
• ножевидную – таким жалом одновременно паяют нескольких контактов (характерно для микросхем);
• специальную – ими паяют некоторые разновидности радиодеталей.

Рисунок 5. Пример универсальной заточки жала паяльника и правильного облуживания его рабочей области

Перед тем как начать паять, следует очистить жало от оксидной пленки. Эту процедуру выполняют мелкозернистой наждачной бумагой или бархатным напильником, а также химическим способом: погружением в канифоль. Очищенное жало облуживают припоем.

При необходимости паять в точке можно мощным паяльником. Для этого на его жало накручивают медную проволоку диаметром 0,5 – 1 мм, используя ее свободный конец для нагрева припоя.

Деталей к пайке

Паяют всегда в несколько этапов. Сначала готовят поверхность металлического проводника:

• удалением окисной пленки с последующим обезжириванием;
• облуживанием (нанесение слоя олова на входящие в контакт поверхности).

Затем можно соединять детали.

Обязательно зачищают провода, бывшие в употреблении.

Окисную пленку снимают напильником, наждачной бумагой, лезвием ножа. В случае гибких проводов обрабатывают каждую проволоку.

Изоляцию эмалированного провода удаляют протаскиванием по поверхности ПВХ-трубки, к которой его прижимают нагретым жалом.

Признак готовности – равномерно блестящая поверхность без остатков оксидной пленки.

Паяют всегда с обезжириванием, т.е. протирают поверхность безворсовой тканью или салфеткой, смоченной ацетоном или уайт-спиритом.

У новых проводов окисная пленка отсутствует. Их облуживают сразу после удаления изоляции.

Залудить медный проводник необходимо под флюсом, после прогрева припой должен покрыть поверхность металла тонким слоем. При наличии наплывов паять не рекомендуется, провод располагают вертикально, проводя паяльником сверху вниз. Излишек расплавленного припая при этом перетекает на жало.

Если же необходимо паять алюминий, то процедуру зачистки и облуживания совмещают. Для этого помещают провод, покрытый канифолью, в наждачную бумагу, греют его с одновременным вращением.

Качество флюса некоторых видов падает при длительном хранении, а также под воздействием влаги воздуха. Поэтому такими флюсами паяют с дополнительным контролем срока годности.

Пошаговая техника пайки проводов

Пайку проводов выполняют в такой последовательности:

• Снимают изоляцию на длине 3-5 см (на проводах большего диаметра длина удаляемого участка больше).
• При необходимости зачищают и обезжиривают соединяемые жилы.
• Формируют плотную скрутку проводов.
• Обрабатывают полученный сросток флюсом.
• Полученный сросток изолируют.

Рисунок 6. Спаянные однопроволочные провода

Пайка алюминиевых проводов друг с другом, а также с медными не имеет принципиальных отличий за исключением более сложной процедуры облуживания.

Пошаговая методика пайки радиодеталей на плату

Обычно радиодетали и заводские печатные платы имеют выводы и токоведущие дорожки, которые покрыты оловом. Их можно паять без предварительного облуживания. Платы лудят только при их самостоятельном изготовлении.

Процедура пайки включает такие шаги как:

• Пинцетом отгибают выводы под требуемым углом, затем их вставляют в отверстия платы.
• Фиксируют деталь пинцетом.
• Набирают припой на жало, погружают его в канифоль, приставляют к точке соединения вывода с платой так, как это показано на рисунке 7. После нагрева поверхностей припой перетекает на дорожки платы, вывод элемента, контакты микросхем, равномерно распределяясь по ним под действием сил поверхностного натяжения.
• Деталь удерживают в нужном положении пинцетом до застывания припоя.
• После завершения пайки следует обязательно промыть плату спиртом и/или ацетоном.
• Дополнительно контролируют отсутствие короткого замыкания компонентов платы, вызываемых каплями припоя.

Рисунок 7. Пайка выводов радиодеталей на печатной плате

Избыток выводов удаляют бокорезами.

Рис. 8. Вариант исполнения паечного пинцета

На повторно используемых платах установочные отверстия очищают от остатков припоя деревянной зубочисткой.

При работе целесообразно соблюдать следующие правила:

• жало ориентируют параллельно плоскости платы;
• из-за опасности перегрева радиодеталей, а также отслаивания токоведущих дорожек из-за перегрева платы паяют не более 2 секунд;
• перед набором припоя жало следует очистить от окислов.

Возможные проблемы при пайке

При наличии определенного быстро нарабатываемого навыка пайка обеспечивает хороший контакт. Немногочисленные проблемы легко выявляют визуально. К таковым относятся:

• слабый прогрев соединяемых компонентов или т.н. холодная пайка – припой приобретает характерный тусклый цвет, механическая прочность контакта падает, он быстро разрушается;
• перегрев компонентов – припой вообще не покрывает поверхности, т.е. соединение фактически отсутствует;
• перемещение соединяемых компонентов до полного затвердевания припоя – видимый резкий разрыв в пленке затвердевшего припоя, соединение отсутствует.

Устранение этих дефектов осуществляют повторной пайкой.

Заключение

Соединение пайкой обеспечивает высокое качество в сочетании с технологичностью. Процедура проста в реализации (научиться паять можно за пару часов), но необходимо аккуратно выполнять нескольких последовательных операций, тщательно соблюдая технологию работы.

Правильно паять можно только при наличии исправного инструмента.

Возможные проблемы при пайке Паяют всегда со строгим соблюдением правил техники безопасности.

Написать эту статью меня побудил очередной опус на «Дзене» из серии «серебро и золото обладает несравненно более высокой проводимостью и точностью передачи сигнала по сравнению с медью». О том, какую роль выполняют покрытия из драгоценных металлов, многие имеют весьма смутные представления, и тем не менее, им их назначение кажется совершенно очевидным.

Здесь я опишу, зачем на самом деле покрывать проводники серебром и золотом. А в следующей публикации — технологию, как это сделать в домашних условиях.

О проводимости меди, серебра, золота и т.

Вопреки распространенному предрассудку аудиофилов, проводимость металлов вовсе не пропорциональна их цене на Лондонской бирже. Наинизшим среди всех металлов удельным сопротивлением обладает серебро, а на втором месте находится медь — ее проводимость всего на 6% хуже, чем у серебра. Золото же — на третьем месте и на 30% хуже меди. Я уж не говорю о платине, иридии, палладии и прочих не менее благородных металлах — по проводимости они больше похожи на железо или олово.

Итак, если мы сделаем проводники из серебра, мы получим на 6% лучшую проводимость при том же сечении. Разница эта столь ничтожна, что никакого смысла в замене меди серебром нет, учитывая почти стократную разницу в цене. Впрочем, из-за последней никто, кроме наиболее фанатичных аудиофилов, последовательно применяющих принцип «качество звучания пропорционально цене», провода целиком из серебра не делает (впрочем, в истории были разные случаи).

Явление вытеснения переменного тока из глубины проводника в его поверхностные слои — скин-эффект — позволяет на высоких частотах заменять хороший проводник его тонким слоем поверх проводника плохого, или вовсе не проводника. Толщина скин-слоя для немагнитных металлов обратно пропорциональна квадратному корню из частоты и удельного сопротивления, и для серебра составляет 65 мкм на частоте 1 МГц. К слову, толщина электролитического серебрения обычно не превышает 50 мкм, чего достаточно для ВЧ сигналов КВ диапазона и выше (с частотами выше 3 МГц). Тем не менее, выигрыш в проводимости окажется не выше упомянутых шести процентов, что легко компенсируется увеличением диаметра провода на те же 6%. Правда, при необходимости заменить медь латунью или бронзой, серебрение в плане снижения омических потерь имеет больше практического смысла, так как их проводимость на порядок хуже проводимости меди. Вместе с тем, зачастую покрытию серебром предпочитают золочение, о котором и вовсе нельзя сказать, что оно повышает проводимость. Во-первых, удельное сопротивление золота выше, чем у меди, во-вторых, толщина позолоты из-за дороговизны обычно не превышает нескольких микрон, что «вмещает» скин-слой лишь на частотах под гигагерц. Все это говорит о том, что истинная роль серебрения и золочения — не просто в повышении поверхностной проводимости.

Медь, серебро и золото на воздухе

Медь не относится к числу особенно активных металлов. Тем не менее, на воздухе она покрывается тонким слоем сложного состава и микроструктуры, сложенным из оксидов меди (в основном, ее закиси, Cu2O с небольшими примесями оксида двухвалентной меди CuO и малоизвестного полуторного оксида Cu2O3), основного карбоната меди, ее сульфида, а также самой меди, содержащей растворенный кислород. При комнатной температуре пленка быстро достигает толщины 1,5 нм и далее продолжает медленное утолщение, нарастая до нескольких сот нанометров за несколько лет, причем во влажном воздухе этот процесс идет значительно быстрее из-за того, что при этом увеличивается содержание в пленке основного карбоната меди, склонного к формированию рыхлого, не защищающего поверхность металла, осадка. В сырой обстановке этот процесс доходит до стадии, когда медь покрывается легко осыпающейся, пачкающей руки зеленью. При умеренной влажности поверхность меди по мере окисления постепенно темнеет и теряет блеск.

При окислении поверхности поликристаллической меди на протекание данных процессов существенно влияют границы кристаллических зерен. Оксидный слой глубоко «врастает» в металл по этим границам из-за высокой подвижности кислорода в дефектных областях кристаллической решетки металла в их окрестностях. Глубина проникновения окисления по границам зерен достигает нескольких микрометров и зависит от характера микроструктуры меди, что формирует на ее поверхности слой пониженной проводимости. Замечу, эта пониженная проводимость возникает не вследствие протекания тока через оксиды, которые почти не проводят ток. Их проводимость на несколько порядков ниже проводимости меди, вследствие чего через них протекает ничтожная часть общего тока. Снижение проводимости возникает из-за уменьшения эффективного сечения скин-слоя, в который вдаются непроводящие межкристаллитные слои, и увеличения пути тока вдоль извилистой, негладкой поверхности проводника. Влияние этого эффекта тем сильнее, чем выше частота, то есть тоньше скин-слой.

В отличие от меди, серебро и золото на воздухе не окисляются ни при каких температурах. Их оксиды существуют лишь при низких температурах (у серебра — ниже 280°С, у золота — ниже 160°С), разлагаясь на металл и кислород при нагревании, что делает практически невозможным их получение путем прямого окисления металла на воздухе или в кислороде. Золото и серебро с измеримой скоростью окисляются непосредственно только озоном. Таким образом их поверхности всегда чисты от оксида. Для серебра характерно образование черной пленки сульфида на воздухе, загрязненном сернистыми соединениями или в контакте с серосодержащими материалами (резина, белки). Однако, в отличие от проникающего вглубь меди оксида, сульфидная пленка на серебре имеет очень малую толщину и не проникает по границам зерен, так что меньше сказывается на поверхностной проводимости. Чтобы избежать ее появления, избегают соседства серебра с резиной и помещают внутрь корпусов оборудования (особенно закрытых более-менее плотно) газопоглотители.

Таким образом, покрытие меди серебром или золотом обеспечивает защиту проводника от поверхностного окисления, исключая постепенное ухудшение проводимости на радиочастотах. Кстати, из-за малой толщины золотых покрытий меньшая проводимость золота становится существенной только на очень высоких частотах, когда в слое золота помещается существенная часть скин-слоя. Здесь, однако, надо отметить: распространенная в производстве печатных плат технология «иммерсионного золочения» представляет собой фактически никелирование с осаждением поверх никеля тончайшего (всего 50 нм) слоя золота, единственной задачей которого является обеспечение паяемости. Такое покрытие отнюдь не улучшает, а лишь ухудшает проводимость на высоких частотах.

Паяемость и другие технологические моменты

Если вы были радиолюбителем еще в советские годы, вы, я думаю, помните — перед пайкой выводы деталей чаще всего нужно было зачистить и облудить, особенно если они были старыми, долго хранились и потому окислились. И среди всех этих деталей выделялись транзисторы и микросхемы «в золоте»: с ними этих упражнений со скальпелем не требовалось никогда. То же касалось и посеребренных выводов некоторых резисторов и конденсаторов, великолепно паявшихся, даже если они немного потемнели. В самом деле, зачем еще покрывать выводы резистора серебром? Снизить ВЧ-потери и повысить проводимость выводов? У резистора? Видимо, только ради паяемости, с которой без благородных металлов у советской радиопромышленности были вечные проблемы, ставшие особенно неприятными, когда стали внедрять автоматические производственные линии, в которые зачистка и облуживание выводов никак не вписывалось. Конечно, помимо паяемости, есть еще устойчивость к коррозии и ряду других, как говорят военные, спецфакторов. Ну и немаловажным фактором, видимо, является и внешняя привлекательность корпуса для всякого рода военпредов и прочей подобной публики. Чем-то иным сложно объяснить покрытие золотом всего корпуса некоторых транзисторов.

Впрочем, золото применялось и по чисто технологическим соображениям. Кремний легко припаивается к золоту за счет образования эвтектического сплава золото-кремний. Из-за этого золото прочно обосновалось в металлических и керамических корпусах полупроводниковых приборов, как материал, которым покрывалась площадка для монтажа кристалла. При этом часто золота не жалели: вместо осаждения золотой пленки только на самой площадке размером, может быть, лишь немного больше него, золотом покрывали всю нижнюю часть корпуса транзистора, а одновременно с дном керамического корпуса золотом покрывали всю открытую разводку, выполненную на нем вжиганием молибдена. А заодно и припаянные к ней выводы. Были и технологические курьезы вроде диодов с одной золотой ногой — кристалл паяли к детали, сделанной с выводом одним целым, а гальванически осаждать золото только на часть научились не сразу. Потом монтажники были вынуждены тщательно собирать остатки всех этих золотых ног, обрезанные перед пайкой, и сдавать их куда следует.

А еще есть такая вещь, как термокомпрессионная сварка. Сейчас она реже используется для разварки соединений между контактными площадками кристалла и выводной рамкой корпуса, а раньше это был практически безальтернативный способ. Суть его состоит в том, что золото легко приваривается к золоту при небольшом нагреве (около 300 °С) и сильном сжатии. Связано это с отсутствием на золоте каких-либо поверхностных пленок, препятствующих непосредственному соприкосновению кристаллических решеток. Технологически способ очень прост: к контактной площадке кристалла или корпуса, покрытой предварительно золотом, сильно прижимают специальной иглой-капилляром, разогретой до нужной температуры, золотую проволочку толщиной 10-50 мкм. Золото с золотом тут же накрепко срастаются, образуя надежное соединение.

Здесь хорошо видно использование золота как подложки для пайки кристалла на эвтектику, для разварки выводов и для пайки крышки

Была и остается еще одна причина для широкого применения золота. Это пайка крышки, закрывающей кристалл. К керамике нельзя приварить крышку компрессионной сваркой, как к металлу. Поэтому ее припаивают. Покрытые золотом обрамление вокруг кристалла и поверхность крышки спаиваются друг с другом без применения каких-либо флюсов, тогда как при использовании других металлов флюс был бы необходим, и возник бы риск попадания его под крышку, где он и остался бы, став причиной выхода из строя кристалла.

Немного о других ролях драгметаллов в электронике

Помимо покрытий на проводниках, серебро и золото (а то и экзотику вроде палладия, рутения или платино-иридиевого сплава) мы часто встречаем на поверхностях контактов. В каких-нибудь сильноточных переключателях и реле можно встретить даже не тоненькую пленку металла, а вполне весомые напаянные или приклепанные к контакту пластинки драгоценного металла. В детстве у меня была пластинка весом в несколько грамм из сплава платины и иридия — контакт из какого-то сильноточного контактора. Это сокровище я в конце концов потерял при переездах.

Золото в контактах хорошо опять-таки гарантированным отсутствием каких-либо окислов на поверхности. И когда золото касается золота, контакт получается надежным, с очень малым переходным сопротивлением и совершенно линейным, тогда как контакт, образованный другими металлами, может представлять структуру металл-диэлектрик-металл или металл-полупроводник-металл, вольтамперная характеристика которой на масштабах долей милливольта может оказаться существенно нелинейной.

Однако чтобы использовать положительные свойства золота, оно должно быть чистым. А чистое золото — такой себе конструкционный материал. Оно мягкое, и контакт из него вряд ли выдержит много замыканий-размыканий. К тому же из-за отсутствия каких-либо разделительных слоев между соприкасающимися поверхностями такие контакты очень склонны к слипанию. Я выше писал про термокомпрессионную сварку. Аналогичный эффект наблюдается и с золотыми контактами, стоит им в замкнутом состоянии чуть подогреться протекающим током. Поэтому золотые контакты в реле применяют в основном для коммутации слабых сигналов, когда важно малое и стабильное сопротивление замкнутого контакта, отсутствие каких-либо нелинейных эффектов и искажений. В условиях вакуума или инертной атмосферы схожими свойствами, но без липкости, присущей золоту, обладают рутений и родий, которые к тому же являются довольно твердыми металлами. Их часто применяют на контактах слаботочных герконов в виде тонких пленок с подслоем из вольфрама. А на воздухе золото часто заменяют палладием. В свое время, когда палладий был сравнительно дешевым, его ставили в реле прямо в виде массивных контактных заклепочек, как серебро. Иридий же, являясь чрезвычайно твердым и тугоплавким металлом, сам по себе или в сплаве с платиной применяется для контактов, работающих как на воздухе, так и в вакууме, когда нужна высокая износостойкость, дугостойкость и надежность.

Платина — металл-эталон. Ее можно довести до очень высокой степени очистки, и тогда ее свойства становятся равны теоретически рассчитанным. Например, самые точные датчики температуры — это платиновые термометры сопротивления. В таком датчике применяется тончайшая проволока из платины в стеклянной изоляции, намотанная на крохотный каркас, или тонкая платиновая пленка, напыленная в виде змейки для увеличения длины на кварцевой или керамической подложке. В океанологических зондах такие термометры позволяют измерять температуру не только чрезвычайно точно — до тысячной градуса, но и очень быстро, за десятые и даже сотые доли секунды. Диапазон измерения платиновыми термометрами сопротивления — от гелиевых температур до 1000 и более °С. Стандартными и образцовыми являются и платиново-платинородиевые термопары, и платиновые электроды электрохимических ячеек, и платиновые, покрытые платиновой чернью, излучающие поверхности эталонных источников света.

Особая роль в электронике у палладия. Его тончайшая пленка, получаемая разложением палладиевой соли, служит проводящей «затравкой» для гальванического наращивания меди одновременно на обе стороны стеклотекстолита и внутрь переходных отверстий. Но палладий не только дорог, его соединения страшно вредны для здоровья, вызывая рак в самых микроскопических количествах. Поэтому от его использования в изготовлении печатных плат стараются уйти. А самое (печально) известное применение палладия — это переходный слой между серебром и сегнетоэлектрической керамикой в многослойных конденсаторах. Без него серебро диффундирует в керамику под действием поля, прорастая сквозь нее нитевидными кристаллами и вызывая со временем пробой конденсатора. Значительное содержание палладия в некоторых советских конденсаторах КМ-5 и КМ-6 привело к уничтожению множества аппаратуры, из которой эти конденсаторы (а заодно и все подряд, внешне на них похожие) варварски выкусывали для сдачи на металл.

И в конце — немного истории

Поскольку диплом никто читать не будет, в качестве материала обмотки выбрано золото, а материала магнитопровода — дерево (из дипломного проекта).

• Какие инструменты и материалы нужны
• Виды флюсов и припоев, особенности работы с ними
• Зачем нужна паяльная паста
• Технология пайки
• Можно ли паять медь оловом
• Пайка серебряным припоем
• Как спаять медь и нержавейку
• Как припаять медь к железу
• Основные ошибки при пайке своими руками
• Техника безопасности

Изделия из меди встречается повсеместно в разных сферах жизни. Например, из нее создают прочные и долговечные системы отопления и водоснабжения. Но для соединения двух элементов, специалисты прибегают к особой технологии – пайки труб из меди. Для осуществления процедуры необходимы подходящие инструменты и материалы, а также знания. Так как она обладает определенными особенностями, о которых новичок может не знать.

Чтобы паять медь, мастеру нужно иметь при себе такой состав, как припой. Это термопластичное вещество герметизирует поверхность изделий и под воздействием высокой температуры расплавляется, растекаясь по всему месту соединения. Но как только он остывает, то твердеет и надежно скрепляет изделия.

В результате создается один предмет, который отличается долгим сроком службы, выдерживает высокую нагрузку, перепады давления и температуры, а также не боится ультрафиолетового излучения.

Какие инструменты и материалы нужны

Пайка проводится не только на промышленных объектах, но и в домашних условиях. Для этого требуется подготовить следующие инструменты и материалы:

• электропаяльник или газовую горелку;
• труборез;
• припой;
• флюс;
• кисть и стальную щетку.

Чем именно соединять изделия, зависит от удобства и предпочтения мастера. Но по мощности аппарат выбирают в соответствии с температурой плавления припоя. Флюс бывает жидким и твердым, у каждого вида имеются индивидуальные отличия, которые следует учитывать. Если используется материал в виде загустевшей смеси, то его наносят на место стыка, как до соединения, так и после. Флюс нужен для того, чтобы предохранить поверхность от окисления, способствовать растеканию припоя и улучшить сцепление.

Виды флюсов и припоев, особенности работы с ними

Мастерам известно множество твердых и мягких веществ, обеспечивающих качественную пайку изделий из металла. В 95% используется олово, которое относится к низкотемпературному составу, обладающим несколько худшими техническими параметрами. Но его ценят за то, что работы могут проводиться при любой температуре без уменьшения прочности соединяемых изделий.

К соединительным элементам также относится серебро, обладающее отличными технологическими свойствами. Мастера нередко применяют трехкомпонентные составы из серебра, олова и меди. Часто в состав материалов, используемых при низкотемпературной пайке, входит хлорид цинка.

Преимущество мягких припоев заключается в том, что они охватывают большую площадь при попадании на поверхность детали. Они обеспечивают высокую прочность и надежность.

Мягкий припой используется при монтаже водопроводных и отопительных сетей, где диаметр труб достигает 10 см, а температура воды не превышает 130 градусов. К таким видам относят:

• свинцово оловянный тип;
• с малым содержанием олова;
• специальные и легкоплавкие.

В качестве припоя чаще всего выбирается бессвинцовый флюс. Оловянно-медный тип является самым распространенным, благодаря доступной цене. Но его преимущество заключается в другом. Все смеси, содержащие олово в составе, отличаются экономичным расходом.

Достаточно нанести на половину обрабатываемой поверхности немного припоя, как он распространится по всей площади. Это свойство объясняется тем, что олово легко проникает внутрь и распространяется по любой структуре.

Когда приходится учитывать условия среды, в которой выполняется пайка, то лучше использовать твердые припои. Применение таких веществ обеспечивает высокую прочность шва. Самым распространенными соединениями являются следующие составы:

• медь и цинк;
• фосфор и медь;
• чистая медь;
• безотмывный флюс.

Твердые соединения классифицируются как тугоплавкие и легкоплавкие. Каждый вид характеризуется определенными свойствами. Например, медно-фосфорный заменяет дорогой серебряный флюс. Он отличается умеренной стоимостью, но обладает одним минусом – использовать при низких температурах не получится.

Самыми крепкими из твердых соединений считаются медно-цинковый и многокомпонентные. Они обходятся дорого, но цена оправдана надежностью соединения. Когда выполняется пайка самой медью, то необходимо применять и флюс. В таком случае удастся крепко-накрепко соединить две детали.

Зачем нужна паяльная паста

Паяльная паста – это пастообразная масса, состоящая из маленьких частиц припоя, флюса и специальных добавок. Флюс-паста применяется в промышленности при пайке элементов на печатных платах. Пасту выбирают согласно определенным условиям:

• после нанесения должны оставаться легкоудаляемые частицы;
• вещество должно сохранять вязкость и клейкость;
• не оказывать отрицательного воздействия на обрабатываемую поверхность;
• не просочиться на одежду во время плавления.

Как работают с пастой, зависит от вида и размера припоя, содержащегося в ее составе. Материал различается также по типу флюса (канифольные, водосмываемые, безотмывные). Она необходима для удержания маленьких деталей на месте и облегчения процесса соединения.

Технология пайки

Процесс довольно простой, поэтому, когда необходимо соединить что-то дома, то хозяин выполняет пайку своими руками и без привлечения специалистов. Но все же без подготовительного этапа не обойтись.

Именно от него зависит, насколько качественным и надежным получится соединение. Прежде всего следует обратить внимание на срез детали, который должен быть строго вертикальным, без заусениц, с ровными и гладкими краями. При обнаружении малейших дефектов следует взять наждачную бумагу и провести ею по поверхности, пока дефекты не исчезнут.

Если соединяют две медные трубы, то, доведя срез до идеального состояния, необходимо вставить ее в фитинг, а после вынуть. Ту часть, которая соприкасалась с фитингом, необходимо очистить от окислений. Следующий этап – нанесение флюса. В этом нет ничего сложного, нужно только провести кисточкой по всей детали, уделяя особое внимание месту стыковки.

Затем элементы соединяют друг с другом и крепко фиксируют. Дальнейшие действия зависят от того, чем выполняется пайка – газовой горелкой или паяльником. Учитывая, что детали должны находиться в неподвижном состоянии, потребуется помощник. Он-то и будет держать их, но, если такового не нашлось, нужно ухитриться и сделать это самому.

Когда что-то нужно припаять в домашних условиях, то чаще всего используется твердый состав. Но мастер может приобрести специальные пасты. При правильном выборе составов удается максимально аккуратно и прочно соединить два трубопровода или радиодетали.

Пайка выполняется либо при высокой, либо низкой температуре. В первом случае процесс отличается высокой прочностью шва, а также соединенный участок получает термостойкость. Что очень важно, если он в дальнейшем послужит частью различных коммуникаций. Но высокотемпературную пайку не допускается применять на резьбовых соединениях. Чаще всего этот процесс выполняется горелкой, наполненной пропаном.

Когда же используется низкотемпературная пайка, то применяется мягкий состав, паста или гель. Она наиболее подходит для начинающего мастера, потому что отличается простотой и легкостью. В этом типе процесса температура не повышается больше 425 градусов, так что возможно даже использовать паяльник, который найдется практически в каждом доме.

Работа с паяльником

Каждый человек хоть раз в жизни видел паяльник, а многие постоянно работают с ним. Поэтому не увидят в пайке медных изделий этим инструментом ничего сложного. Вся сущность процесса заключается в том, что припой, расположенный между двумя деталями, нагревается с помощью паяльника, пока не начинает плавиться.

Когда он затвердеет, то две части надежно скрепятся в одну. Чтобы припаять качественно, необходимо распределить вещество равномерно по всей поверхности, заполнить каждый зазор. При этом важно подобрать именно тот материал, который хорошо выдерживает высокую температуру паяльника.

Работа с горелкой

Инструмент включают, когда две части уже соединены друг с другом. Не стоит слишком долго удерживать его возле места стыка, поскольку температура горения составляет несколько тысяч градусов. В то время как нагреть определенное место нужно всего лишь до 250-300 градусов.

Это займет секунд 20-30. Как только флюс сменит цвет на темный, то вводят соединяемый состав. Важно! Горелку или фен нужно располагать посередине, чтобы охватить всю зону соединения.

Можно ли паять медь оловом

Многих начинающих мастеров интересует, можно ли спаять медь оловом. На самом деле не просто можно, а нужно. Поскольку такой состав обеспечивает хорошее скрепление. Чаще всего олово используется, когда скрепляют предметы пищевого назначения.

Следует помнить лишь об одном – для этого металла нужна более высокая температура, чем для других припоев. В качестве инструмента лучше использовать мощный электрический паяльник.

Пайка серебряным припоем

Когда требуется спаивать детали в домашних условиях, то часто используют серебряный припой. Он выгоден, потому что его можно создать своими руками. Но следует применять его не в одиночку, в сочетании с цинком, медью.

Обработанный таким припоем, шов получится очень прочным и аккуратным. Процентное содержание компонентов контролирует ГОСТ 19746 74. Но точно узнать, какие виды веществ использовать, можно из инструкций опытных мастеров или прилагаемых к соединяемым изделиям.

Как спаять медь и нержавейку

Если требуется припаять медь к другому металлу, например, стали, то придется потрудиться. Процесс этот не из легких, но вполне осуществимый. Объясняется это тем, что нержавеющая сталь плохо взаимодействует с другими металлами, с трудом поддается температурной обработке.

Когда соединяются два разных изделия, то нужно найти средний состав, который подходит одновременно к обоим. В таких случаях приходится поступиться качеством и даже необязательно использовать флюс. Но важно провести подготовку, лужение и другие этапы спайки.

Надобность в соединении часто возникает в домашних условиях. Для соединения нержавейки и меди требуется мало времени и достаточно обычной газовой горелки. Поэтому, определившись с инструментом и припоем, следует очистить поверхность обоих стыков, подготовить флюс. Затем выполнить лужение места скрепления и нанести флюс. После чего две части соединяют, а получившийся шов обмазывается припоем.

Следующий этап – его равномерный разогрев горелкой. Как только припой растечется, изделие оставляют остывать естественным путем.

Как припаять медь к железу

Припаять медные изделия к железным или наоборот также распространенная задача, для решения которой правильно подбирается соединительный состав. Инструкция в этом вопросе окажется существенную помощь.

Полезную информацию можно найти в тематическом видео, где весь процесс пайки детально показан. При соблюдении всех условия удается получить ровный и прочный шов.

Основные ошибки при пайке своими руками

Чаще всего именно спешка приводит к тому, что соединение двух элементов получается неудачным. Потому что забывают осмотреть поверхность соединяемых деталей. Первое действие, направленное на исправление ошибки, — проверка отсутствия дефектов. Они могли появиться при нарезке деталей.

Насколько надежным окажется шов, зависит от чистоты поверхности. Поэтому смахнуть даже невидимые пылинки все же стоит. При нанесении флюса допускается одна из самых основных ошибок. Мастер может забыть обработать небольшой участок изделия. И он станет причиной того, что должного соединения не получится.

Важно также следить за температурой горелки или паяльника, поскольку перегрев обрабатываемого элемента приводит к сгоранию флюса. Но недостаточная температура плавления также вредна. В этом случае соединительные составы не размягчаются и не прилипают.

Техника безопасности

Пайка медных изделий довольно опасный процесс, поэтому соблюдать все стандарты и предписания ради безопасности, очень важно. Во время процесса используется открытое пламя и опасные вещества, поэтому домашнему мастеру и профессионалу необходимо носить защитные средства. Речь идет о рукавицах, очках и специальной одежде.

Прежде чем браться за инструмент, необходимо внимательно изучить правила технологии.

Пайка проводов паяльником

Один из самых надежных способов соединения проводов — пайка. Это процесс при котором пространство между двумя проводниками заполняется расплавленным припоем. При этом температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления соединяемых металлов. В домашних условиях чаще всего используется пайка паяльником — небольшим устройством, работающим от электричества. Для нормальной работы мощность паяльника должна быть не менее 80-100 Вт.

Что нужно для пайки паяльником

Кроме самого паяльника нужны будут припои, канифоль или флюсы, желательно иметь подставку. Еще в процессе работы может потребоваться небольшой напильник и маленькие пассатижи.

Чаще всего приходится паять медные провода, например, на наушниках, при ремонте бытовой техники и т.д.

Канифоль и флюсы

Чтобы получить хорошее соединение проводов, необходимо их очистить от загрязнений, в том числе и от оксидной пленки. Если моно-жилы еще можно очистить вручную, то многожильные проводники нормально зачистить не удастся. Их обычно обрабатывают канифолью или флюсом — активными веществами, которые растворяют загрязнения, в том числе и оксидную пленку.

И канифоль и флюсы работают неплохо, только флюсами пользоваться проще — можно окунуть кисточку в раствор и быстро обработать провода. В канифоль надо проводник положить, затем разогреть его паяльником, чтобы расплавленное вещество обволокло всю поверхность металла. Недостаток использования флюсов — если они остаются на проводах (а они остаются), постепенно разъедают прилегающую оболочку. Чтобы этого не случилось, все места пайки надо обработать — смыть остатки флюса спиртом.

Припои и флюсы для пайки паяльником медных проводов

Канифоль считается универсальным средством, а флюсы можно подбирать в зависимости от металла, который собираетесь паять. В случае с проводами это медь или алюминий. Для медных и алюминиевых проводов берут флюс ЛТИ-120 или буру. Очень неплохо работает самодельный флюс из канифоли и денатурированного спирта (1 к 5), кроме того его просто сделать своими руками. В спирт добавить канифоль (лучше пыль или очень мелкие ее кусочки) и встряхивать до растворения. Потом этим составом можно обрабатывать проводники и скрутки перед пайкой.

Припои для пайки паяльником медных проводов используют ПОС 60, ПОС 50 или ПОС 40 — оловянно-свинцовые. Для алюминия больше подходят составы на основе цинка. Наиболее распространенные — ЦО-12 и П250А(из олова и цинка), марки А (цинк и олово с добавлением меди), ЦА- 15 (цинк с алюминием).

Удобно пользоваться припоем с канифолью

Очень удобно пользоваться припоями, в состав которых входит канифоль (ПОС 61). В этом случае отпадает необходимость в предварительной обработке каждого проводника в канифоли отдельно. Но для качественной пайки паяльник надо иметь мощный — 80-100 Вт, который может быстро разогреть до необходимых температур место пайки.

Вспомогательные материалы

Для того чтобы нормально паять паяльником провода нужны еще:

Пассатижи — для того чтобы придерживать провода

Для смывки флюса может потребоваться спирт, для изоляции — изолента или термоусадочные трубки различных диаметров. Вот и все материалы и инструменты, без которых пайка паяльником проводов невозможна.

Процесс пайки электропаяльником

Вся технология пайки паяльником проводов может быть разделена на несколько последовательных этапов. Все они повторяются в определенной последовательности:

• Подготовка проводников. При пайке проводов они освобождаются от изоляции. После этого с них механическим путем удаляется оксидная пленка. Можно использовать небольшой кусок наждачной бумаги с мелким зерном. Металл должен блестеть и быть светлым.
• Лужение. Разогревают паяльник до температуры плавления канифоли (при прикосновении начинает активно плавится). Берут проводник, подносят к куску канифоли, прогревают паяльником так, чтобы вся зачищенная часть провода оказалась погруженной в канифоль. Затем на жало паяльника берут каплю припоя и разносят его по обработанной части проводника. Припой быстро растекается, покрывая тонким слоем провод. Чтобы он распределялся быстрее и равномернее, провод немного поворачивают. После лужения медные проводники теряют красноту, становясь серебристыми. Так обрабатывают все провода, которые надо будет припаивать

Вот, собственно и все. Таким же образом можно спаять два или более провода, можно припаять провод к какой-то контактной площадке (например, при пайке наушников — провод припаять можно к штекеру или к площадке на наушнике) и т.п.

После того, как закончили паять паяльником провода и они остыли, соединение необходимо изолировать. Можно намотать изоленту, можно надеть, а потом разогреть термоусадочную трубку. Если речь идет об электропроводке, обычно советуют сначала навернуть несколько витков изоленты, а сверху надеть термоусадочную трубку, которую прогреть.

Отличия технологии при использовании флюса

Если используется активный флюс, а не канифоль, процесс лужения изменяется. Очищенный проводник смазывается составом, после чего прогревается паяльником с небольшим количеством припоя. Далее все как описано.

Пайка скрутки с флюсом — быстрее и проще

Есть отличия и при пайке скруток с флюсом. В этом случае можно каждый провод не лудить, а скрутить, затем обработать флюсом и сразу начинать паять. Проводники можно даже не зачищать — активные составы разъедают оксидную пленку. Но вместо этого придется места пайки протирать спиртом — чтобы смыть остатки химически агрессивных веществ.

Особенности пайки многожильных проводов

Описанная выше технология пайки подходит для моножил. Если провод многожильный, есть нюансы: перед лужением проводки раскручивают чтобы можно было все окунуть в канифоль. При нанесении припоя надо следить чтобы каждый проводок был покрыт тонким слоем припоя. После остывания, провода снова скручивают в один жгут, дальше можно паять паяльником как описано выше — окунув жало в припой, прогревая место спайки и нанося олово.

При лужении многожильные провода надо «распушить»

Можно ли паять медный провод с алюминиевым

Соединение алюминия с другими химически активными металлами напрямую делать нельзя. Так как медь — химически активный материал, то медь и алюминий не соединяют и не паяют. Дело в слишком разной теплопроводности и разной токопроводимости. При прохождении тока алюминий нагревается больше и больше расширяется. Медь греется и расширяется значительно меньше. Постоянное расширение/сужение в разной степени приводит к тому, что даже самый хороший контакт нарушается, образуется токонепроводящая пленка, все перестает работать. Потому медь и алюминий не паяют.

Если возникает такая необходимость соединить медный и алюминиевый проводники, делают болтовое соединение. Берут болт с подходящей гайкой и три шайбы. На концах соединяемых проводов формируют кольца по размеру болта. Берут болт, надевают одну шайбу, затем проводник, еще шайбу — следующий проводник, поверх — третью шайбу и все фиксируют гайкой.

Алюминиевый и медный проводники паять нельзя

Есть еще несколько способов соединить алюминиевую и медную линии, но пайка к ним не относится. Прочесть о других способах можно тут, но болтовое — наиболее простое и надежное.

Методы, особенности, совместимость с другими металлами

Любой домашний мастер сталкивался с проблемой соединения медных деталей и элементов. Сюда можно отнести как электромонтажные работы, так и соединение медных труб при организации отопительных контуров. Но как правильно подойти к решению подобного вопроса? В сегодняшней статье речь пойдёт о том, как правильно выполнить пайку медных элементов, возможно ли совмещение этого металла с алюминием или нержавеющей сталью, а также какие дополнительные составы потребуются для выполнения подобных работ.

Как спаять медные элементы

Наиболее часто встречающаяся проблема – это необходимость пайки скруток медных проводов. Но, независимо от того, какие металлы придётся спаивать, всегда остаётся необходимость очистки поверхностей от жиров и окисла. Для этого используется канифоль, паста для пайки медных труб или паяльная кислота.

Для того чтобы элементы были спаяны прочно, рекомендуется сначала обработать их по отдельности флюсом, после чего облудить – нанести тонкий слой припоя на их поверхности. После этого их можно соединить и, добавив немного припоя, основательно прогреть. Олово расплавится и максимально прочно соединит элементы.

В некоторых случаях вместо паяльника используется газовая горелка. Она применяется, когда спаиваемые детали слишком крупные. В этих случаях даже самый мощный паяльник не способен их прогреть, а значит, о прочном соединении можно забыть. Горелка же прогревает их более основательно.