Припои используемые при пайке металлов

Особенности пайки алюминия

Соединение алюминиевых деталей пайкой применяется в промышленности и в быту. Например, рамы современных велосипедов изготавливают из алюминиевых сплавов – в процессе экстремальной езды они часто ломаются. Встает вопрос: какой же припой выбрать?

Считается, что пайка алюминия – очень сложный процесс. Но на самом деле это так, если в процессе используют материалы для нержавейки или же латуни, стали, меди. Причина этого – оксидная пленка. Именно она не дает необходимого уровня смачиваемости, а основной металл не растворяется.

Чтобы работа осуществилась на должном уровне, припой для пайки алюминия должен содержать в себе кремний, алюминий, а также медь, цинк и серебро. Сегодня в продаже можно отыскать составы, где все эти составляющие находятся в разных соотношениях.

Выбирая надежный припой, важно учитывать следующее. Максимальную стойкость к коррозии и высокую прочность будет иметь то соединение, которое делалось с припоем, где содержится много цинка.

Также для алюминия можно применить соединения на основе олова и свинца. Но важно качественно подготовить рабочую поверхность, зачистить щеткой из нержавейки и использовать активные флюсы. Но специалисты не рекомендуют использовать такой элемент.

Любой припой для пайки алюминия высокотемпературный. Самые оптимальные, которые позволяют получить надежное соединение, – алюминиево-кремниевые и алюминиево-медно-кремниевые.

Как уже было замечено выше, с ней можно работать большинством составов. Можно использовать как низкотемпературные легкоплавкие, так и твердые припои. Еще применяют составы на основе олова со свинцом, олова, серебра, меди с серебром и цинком.

Если необходимо отремонтировать материнскую плату компьютера или починить телевизор на даче, подойдут любые легкоплавкие элементы. Если же необходимо запаять фитинги на трубах или же починить водопровод либо холодильник, тогда сгодится только твердый припой для пайки меди. Именно так можно получить качественный результат.

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.

Чтобы получить действительно качественное соединение нужно выдержать специальную температуру в зоне шва. В среднем этот показатель варьируется в пределах 50-100 градусов. Также учитывается то, что температурный порог необходимый для того, чтобы расплавился припой, значительно выше, чем просто для плавления обрабатываемого металла. Положительные качества пайки:

• полная герметичность соединенных деталей;
• высокая прочность соединений;
• значительная экономия времени и затрачиваемых сил, в сравнении со сварочными процессами;
• на местах спайки образуется специальный слой-пленка, которая противостоит коррозии и окислению металлов.

Смачиваемость

Прежде всего, любой вид припоя должен иметь отличную смачиваемость. Без этой характеристики спаиваемые детали просто не смогут надежно контактировать друг с другом. Что такое смачиваемость? Это такое интересное явление, когда прочность связей между частицами твердого вещества и жидкости выше, чем у молекул жидкости.

Если есть смачиваемость, тогда жидкость растечется по поверхности и попадет во все полости. Итак, если припой для пайки не смачивает, к примеру, медь, тогда его нельзя использовать с этим металлом. Для пайки ее не используют свинец в чистом виде. Его характеристики смачивания очень низкие и нельзя рассчитывать на высокое качество соединения.

Мягкие припои

Пайка мягкими припоями может осуществляться только до температуры ниже, чем 400 градусов по Цельсию. Эти вещества позволяют обеспечить образование действительно прочного и одновременно мягкого шва, который не только будет отличаться относительной гибкостью но и хорошими показателями стойкости к коррозии и физическим воздействиям.

https://www.youtube.com/watch?v=C47VJQkiQQI

К мягким припоям относятся:

1. Свинцово-оловянные
2. Припои с малым содержанием олова
3. Специальные и легкоплавимые

Припой, температура работы у которого 185 ÷ 267˚С – соединяет в себе олово и свинец. Также в небольшом количестве добавляется и сурьма. Перед покупкой обязательно проверяйте ГОСТ, там указана вся информация по припою. Например, ПОС 40 – последняя цифра означает что в данном веществе содержится 40% олова, в среднем сурьмы добавляется от 3 до 5 процентов, все остальное – свинец.

Для пайки также применяется бессвинцовой флюс. Их еще называются малооловянистые соединения. В основном их применяют для соединения небольших плат, контактов на нежных электрических схемах и т.д. Максимально допустимая температура плавления – 330 градусов по Цельсию.

Самые нераспространенные – это припои легкоплавкового типа, температура от 60 градусов до 145. Они приобретаются для низкотемпературной пайки или очень осторожной ручной сварки. В частности, их нельзя назвать основными припоями, т.к.у них очень маленькая прочность и эластичность. Они чаще применяются для повторного или ступенчатого паяния.

В отдельных случаях необходимо изготовление специального состава, его свойства подгоняются непосредственно для материалов, не поддающихся пайке (это флюс для никеля, низкоуглеродистой стали, алюминия, вольфрама и чугуна).

Рассмотрим самые популярные смеси:

1. Флюсы для пайки алюминия в обязательном порядке должны быть на оловянной основе, также в них содержится бура, цинк, кадмий, но все, же олова в них содержится более чем 99 %. Цинк и кадмий необходимы для повышенной диффузии, которая способна проникнуть даже в глубинные слоя алюминия.
2. Паста-флюс или гель для пайки микросхем, также такие припои используются для печатных плат.

Для таких сплавов припои поставляются в виде разнообразных составов относительно густых, прутьев, лент и проволочных катушек (как для сварки). Также бывают чушки, которые наполовину заполнены флюсом из канифоли.

Основным компонентом при пайке электрическим паяльником является оловянно-свинцовый припой. Он выпускается в виде проволоки или трубки разных диаметров. Трубчатый припой внутри заполняется канифолью. Такой припой очень удобен при работе, так как не требует дополнительного брать на жало паяльника флюс.

Припой представляет собой сплав легкоплавких металлов. Как правило, в состав припоя входит олово. Можно паять и чистым оловом, но оно дорогое и поэтому в олово добавляют дешевый свинец. Олово является экологически чистым металлом и его можно применять в качестве припоя для пайки в чистом виде пищевой посуды и медицинских инструментов. Если согнуть или сжать трубочку из чистого олова, то она хрустит. Чем больше в составе припоя свинца, тем темнее поверхность припоя.

Припои маркируются буквами и цифрами. Например ПОС-61, что обозначает П – припой, О – оловянный, С – свинцовый, 61 – % содержания олова. ПОС-61 является самым распространенным, так как подходит для пайки в большинстве случаев. В народе ПОС-61 часто называют третник , так как в его составе третья часть свинца (Pb).

Припои бывают мягкие и твердые. Температура плавления мягких припоев ниже 450˚С. Твердые припои плавятся при нагреве свыше 450˚С и для пайки электрическим паяльником не используются.

Одними из самых популярных и распространенных считаются оловянно-свинцовые сплавы с разным содержанием компонентов. Для того чтобы придать материалу необходимые характеристики, в состав припоя для пайки могут добавляться различные дополнительные ингредиенты. К примеру, висмут и кадмий применяются для снижения температуры плавления. Добавление сурьмы позволяет увеличить прочность паяного шва.

Сплавы из свинца и олова отличаются низкой температурой плавления и невысокой прочностью. Их не стоит использовать для деталей, эксплуатация которых подразумевает серьезную нагрузку. Также не рекомендуются эти припои, если рабочие температуры деталей будут выше 100 °С. Если придется паять нагруженные детали мягкими припоями, следует попытаться увеличить площадь соприкосновения двух изделий.

Среди самых популярных мягких материалов можно выделить ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40, ПОС-61, ПОС-90. Цифры здесь указаны не просто так. Это процент олова в сплаве. В промышленности его чаще применяют в производстве электроники, приборостроении. В быту же ими можно соединять самые разные детали: схемы телевизоров, микроволновок, электрических чайников и других мелких приборов.

ПОС-90 предназначен для работы с деталями, которые затем будут обрабатываться по гальванической технологии. ПОС-61 можно использовать для ремонта высокоточного оборудования. Также сплав идеально подойдет для соединения деталей высокой ответственности из самых разных материалов. ПОС-61 отлично себя зарекомендовал как припой для пайки меди и латуни. Припой подойдет тогда, когда необходимо добиться прочных соединений с высокой степенью электропроводности.

ПОС-40 широко используются для операций с неответственными и неточными деталями. При этом рабочая зона может нагреваться до высоких температур. ПОС-30 подходит для пайки меди или латуни, стальных сплавов и железа.

Температура плавления

Какой бы ни был вид припоя, температура, при которой он начнет плавиться, обязательно должна быть ниже плавления спаиваемых материалов. Также она должна быть выше, чем рабочие температуры деталей.

Говоря о температуре плавления, подразумевают две точки. Это значение, при котором легкоплавкие компоненты начнут процесс плавления, и минимальное, где сплав превратится в жидкость. Разница этих двух температур называется интервалом кристаллизации. Если место пайки находится в пределах данной разницы, то даже небольшие механические нагрузки на деталь могут полностью разрушить структуру припоя.

Твердые

Среди тугоплавких сплавов различают и широко применяют лишь две группы. В основном это медные или серебряные сплавы.

К первой группе можно отнести припои из меди и цинка. Они хорошо подходят для тех соединений, на которые будут воздействовать лишь статические нагрузки. Хрупкость этих сплавов не позволяет применить их в узлах, которые будут испытывать удары или любые вибрации.

К припоям из меди или составам на цинковой основе можно отнести ПМЦ-36 и ПМЦ-54. Первый – это идеальный припой для пайки латуни и любых других медных соединений. Второй годится для работы по медным деталями, бронзовым или же стальным.

Если необходимо соединить между собой две стальные детали, тогда можно воспользоваться чистой медью, латунью марок Л-62, Л-62, Л-68. Эти припои на основе латуни позволяют создать более прочные и пластичные соединения. Медные сплавы не имеют таких характеристик.

Самыми качественными считаются сплавы из серебра. В составе также может содержаться цинк и медь. ПСр-70 – припой для пайки меди, для работы с латунными или серебряными деталями. Этот элемент подходит в случае, если место соединения должно проводить электричество. ПСр-65 применяют в производстве ювелирной продукции, фитингов, водопроводных труб. ПСр-45 необходим для соединения тех деталей, которые работают в условиях вибрационных и ударных нагрузок.

Состав флюсов для пайки твердым припоем используется соединения проблемных мест, которые все время поддаются негативному воздействию окружающей среды (вибрации, перепады температур, удары и прочее). В основном это составы для высокотемпературной пайки, о т 400 градусов по Цельсию и выше. К ним относятся:

1. Припой для твердого сплава из меди и цинка (до 1000);
2. Фосфор и медь (до 900 градусов);
3. Чистая медь применятся для процесса пайки высокоуглеродистого железа;
4. Флюс безотмывочный, для пайки серебром (до 800 градусов включительно).

У твердоплавких припоев также есть свое распределение, они бывают тугоплавкими, с температурой для плавки от 850 градусов, и легкопавкие – с показателем выше данного температурного режима.

Нужно отметить, что смесь меди (используются марки М21, М11 и прочие) и цинка недостаточно распространена, из-за низких показателей прочности и относительно дорогой стоимости в большинстве случаев её успешно может заменить припой из бронзы с цинком или латуни.

Припои медно-фосфорного типа – это заменители очень дорогих серебряных флюсов. Они незаменимы при соединении медных металлов, бронзы, латуни и прочих соединений металлов, которые не должны работать на сгибы или ударные нагрузки. К слову, этот сплав еще называется припой для бесфлюсовой пайки (но не для меди).

Категорически запрещено использовать данные сплавы для пайки железа, черных металлов, низкоуглеродных сталей, т.к. при температурном воздействии и соединении с медью или фосфором образуется очень хрупкий химический элемент – фосфиды железа, который поспособствует тому, что шов разойдется.

Из-за металлофосфористых припоев образуются фосфиды железа, которые являются члишком хрупкими соединениями, и способствуют понижению качества металла, их не советуют использовать для пайки железа.

Важные свойства припоев

Какой бы ни был тип и вид сплава, с каким бы материалом он ни использовался, в нем не должно содержаться тяжелых металлов или любых других токсичных веществ выше установленной нормы. Состав припоя максимально соответствует материалу деталей. А иначе не удастся получить надежного соединения. Будет наблюдаться излишняя хрупкость.

Любой припой, вне зависимости от вида и предназначения, должен быть термостабильным. Также припой для пайки должен обладать электростабильностью. Следует учитывать коэффициенты теплового расширения и теплопроводности. Они не должны существенно отличаться от тех значений, которые применяются к паяным изделиям.

Прочие типы флюса

1. Флюсы с ярко выраженными антикоррозийными свойствами. Это соединения на основе кислоты фосфора и растворителя, которые при взаимодействии образовывают органические соединения. Их очень выгодно использовать, потому что после процесса пайки не нужно использовать специальные очистители;
2. Жидкие флюсы из салициловой кислоты, вазелина, золота и этилового спирта. Это самое удобное соединение для радиаторов, спайки электрических проводов. Этот флюс обеспечивает высокую чистоту шва и его аккуратность;
3. Для того чтобы изготовить нейтральный флюс для электрических приборов, отличающихся повышенными требованиями к точности (реле времени, выключатели, для соединения контактов мобильных телефонов, и т.д.) понадобится соединения канифоли с воздухом. Канифоль очень низкоактивна и её следует применять только на подготовленных металлах, предварительно очищенных и залуженных;
   

   

4. Активированные флюсы – это бура и канифоль. В большинстве случаев она используется для водопроводных соединений и пайки медных труб. Главным отличием является тот факт, что бура плавится при температуре от 70 градусов, при этом, не выделяя абсолютно никаких вредных соединений. Это только одна разновидность;
   

   

5. Еще для того, чтобы приготовить активированные флюсы можно использовать такой рецепт: смешиваем канифоль, анилин, добавляем немного ангидрида, салициловой кислоты и диэтиламина. Это неплохой вариант изготовления пайки для монтажных скреплений.

Общие советы по флюсам

Самодельный флюс для пайки – это не всегда выгодный вариант, иногда его действительно выгоднее купить, тем более, что в большинстве случаев цена позволяет, скажем, smd или bga. На данный момент более сотни отечественных компаний производят флюсы и смеси для пайки и сварки, среди которых мы можем посоветовать лти 120, Brazetec, harris, rma, sanha, welco (в среднем стоимость от 80 рублей).

Продажа осуществляется в любом магазине электрических приборов и рынке во все городах: Екатеринбурге, Минске, Москве, Новосибирске, Харькове, Челябинске Ростове-на-Дону.

Нужно отметить, что в любом случае во время процесса сварки или пайки выделяются газы, которые могут навредить организму, но если пользоваться профессиональными смесями это вред будет гораздо ниже, поэтому остановите свой выбор на известных марках.

Паяльные пасты (тиноль) для пайки

Пайкой называют соединение металлических деталей с помощью припоя, являющегося более легкоплавким металлом, который, будучи расплавленным, смачивает соединяемые поверхности.

Таким образом, процесс паяния связан с нагреванием и протекает при температуре, превышающей точку плавления припоя, но не достигающей температуры плавления соединяемого металла.

В процессе пайки соединяемые детали основного металла не изменяют форму, поскольку сами не подвергаются плавлению.

Прочность создаваемого соединения определяется механическими свойствами, которыми обладает припой для пайки. Когда стальные детали припаивают друг к другу, соединение всегда уступает по прочности основному материалу.

Главным препятствием для создания паяных соединений является окисел, образующийся на поверхности любого металла. Слой окисла не позволяет расплавленному припою равномерно смочить поверхность детали, поэтому металл должен предварительно зачищаться.

Для защиты поверхностей от окисления в процессе спаивания, применяются специальные вещества – флюсы. Для соединения разных материалов используются различные флюсы. Например, для того, чтобы спаять нержавейку, применяют буру. Флюсами для стали могут служить канифоль, паяльная кислота.

Основным процессом, сопровождающим создание паяного соединения, является нагрев заготовок. В зависимости от массы спаиваемых деталей и вида применяемого припоя, нагрев может осуществляться следующими способами:

• паяльником;
• газовой горелкой;
• высокочастотным индуктором;
• в специальных печах.

Паяльная паста (тиноль) представляет собой композицию из припоя и флюса. Паста не заменима при пайке паяльником в труднодоступных местах, и при монтаже бескорпусных радиодеталей. Паста наносится лопаткой в нужном количестве на место пайки и затем прогревается электрическим паяльником. Получается красивая и качественная пайка. Особенно удобно ее применение при отсутствии опыта работы с паяльником.

Пасту можно изготовить самостоятельно. Для этого нужно выбрать марку припоя, подходящего для пайки требуемого металла. Далее напильником с крупной насечкой напилить из прутка опилок. Затем в подобранный из таблицы жидкий флюс для пайки добавлять, перемешивая опилки до получения состава пастообразного состояния. Хранить пасту нужно в герметичной упаковке. Срок хранения пасты не более полгода, так как опилки припоя со временем окисляются.

Низколегированной

Низколегированная углеродистая сталь относится к сплавам железа, наиболее легко подвергаемым процессу пайки.

Это объясняется тем, что на поверхности сталей данного типа образуется сравнительно непрочная плёнка окислов, легко устраняемая применением обычных флюсов.

Процесс пайки чёрных металлов может проходить при относительно низкой температуре, не превышающей 450 ℃ в случае применения мягких и легкоплавких свинцово-оловянных припоев.

Для получения паяного соединения, обладающего большей твёрдостью и механической прочностью, следует применять более твёрдые тугоплавкие припои, например на основе меди. Такая пайка осуществляется при температуре до 750 ℃.

Конструктивной

Этот вид сталей характеризуется наличием хрома, применяемого в качестве легирующей добавки. Благодаря хрому сталь приобретает необходимые механические характеристики.

Однако наличие этого легирующего компонента существенно затрудняет процесс пайки, так как на поверхности конструкционных сталей образуется довольно прочная и с трудом разрушаемая плёнка окисла.

Припаять сталь с добавкой хрома можно, применяя активный флюс, содержащий кислоты. Кроме этого, для получения качественного результата, используются специальные приспособления, создающие защитную атмосферу в зоне осуществления пайки.

Кроме этого, стальную поверхность, подготовленную для пайки, покрывают слоем порошка, содержащего металлические компоненты. Этот защитный слой предотвращает окисление стальной поверхности и выгорание легирующих элементов в процессе нагревания.

Инструментальной

Инструментальная сталь отличается очень высокой твёрдостью. Однако виды инструментальной стали, не имеющие в своём составе вольфрама, изменяют свои механические свойства при нагревании до 200 ℃ и более, значительно теряя при этом прочность.

Такие виды стали не подлежат пайке. Для устранения этого недостатка инструментальные стали, подлежащие нагреву в процессе эксплуатации, производятся с вольфрамовыми добавками. Такая сталь может подвергаться нагреву до 600 ℃, не утрачивая при этом ценных механических свойств.

Спаять инструментальную сталь можно припоем на основе никеля или ферросплавов. Нагревание заготовок обычно производят индукционным способом. При этом применяются флюсы, содержащие бор и фтор.

Последовательность операций

Процесс пайки стальных деталей начинается с тщательной очистки заготовок от грязи, ржавчины и следов масел. Для этого пользуются шлифовальной шкуркой, напильником, стальной щёткой. Ржавые детали можно обработать преобразователем ржавчины на основе ортофосфорной кислоты. Жировые загрязнения удаляются растворителем или щелочным раствором.

После очистки и обезжиривания, на поверхность деталей наносится слой флюса. Если в качестве припоя служит олово, детали предварительно лудят. Лужение представляет собой равномерное смачивание поверхности расплавленным оловом.

После этого, детали собирают и надёжно фиксируют в том положении, в котором они должны находиться после соединения.

Далее, детали нагреваются подходящим способом. Нагрев производится до температуры, несколько превышающей температуру плавления применяемого припоя, который должен быть помещён в область соединения.

При расплавлении он затекает в зазор между деталями, образуя соединение. После остывания и кристаллизации припоя, шов зачищают, следы флюса удаляют.

Нержавеющая сталь

Если необходимо соединить детали из нержавейки, то профессионалы рекомендуют использовать прутки из олова и свинца. Также хорошо подходят материалы с кадмием. Можно применить легкоплавкие сплавы на базе цинка. Однако не стоит их использовать вместе с углеродистыми или же низколегированными сталями. Лучший припой для пайки нержавейки – это состав на основе чистого олова. Кроме того, только олово допускается, если место пайки будет контактировать с продуктами питания.

Если работы будут проводиться в сухой либо же печной атмосфере, тогда следует применить серебро с марганцем, хромоникелевые припои или чистую медь (а еще лучше латунь). Когда паять приходится в коррозионных условиях, используют серебряные тиноли с небольшой частью никеля.