Припой и флюс для пайки, назначение, химсостав, приготовление

Определение концентрации аэрозолей свинца в воздухе рабочей зоны

,(7.1)

где
l – расстояние
до источника теплового излучения
(принимаем l=100мм);

https://www.youtube.com/watch?v=_Fnnby-YXQQ

F
– площадь излучающей поверхности
(F=300);

А=85
для кожи человека и хлопчатобумажной
ткани;

Т– температура излучающей поверхности,
складывающейся из температуры плавления
припоя Тпп=483 К, избыточной температуры
жала паяльника Тж=70 К, тогда Т=Тпп Тж=483
70=553 К.

По закону Вина
находим длину волны ИК излучения тела
с температурой 553 К.

Данное
излучение относится к области С.
Допустимая плотность потока энергии
для нашего случая в соответствии с
требованиями составляет 85.
Приходим к выводу, что инфракрасное
излучение не будет оказывать
вредного действия на организм человека.

Количество аэрозоля
свинца, выделяемое при пайке в атмосферу
составляет 0.02-0.04мг на 100 паек.

N
– количество
рабочих мест, на которых ведётся пайка;
N=4;

Размеры помещения,
5х5х3м,

n
– количество
паек в минуту, n=10;

y
– удельное
образование аэрозоля свинца;
y=0.03мг/100паек.

t
– длительность
смены; t=8ч;

V
– объём
помещения,

Концентрация
свинца в воздухе рабочей зоны в 7 раз
превышает предельно допустимую
концентрацию, поэтому необходимо
предусмотреть местную вентиляцию,
расчёт которой приведен далее.

Особенности металла

В природе постоянно присутствует 10 стабильных изотопов олова. Это большое количество. У других химических элементов количество стабильных изотопов несравнимо меньше. У атомов железа, например, существует 4 изотопа.

Напомним, что изотопами называются разновидности атомов, имеющих различное количество нейтронов в ядре, следовательно, различную атомную массу. Свойства изотопов подобны, тем не менее, они имеют некоторые отличия.

Он имеет несколько кристаллических модификаций (кубическую, тетрагональную и ромбическую):

1. Первая форма обозначается буквой α, называется серым оловом. Максимальная температура существования 14 ℃, свыше которой происходит процесс преобразования в следующую форму.
2. Вторая форма обозначается буквой β, называется белым оловом. Максимальная температура существования 173 ℃, свыше которой происходит процесс преобразования в последнюю форму.
3. Третья форма обозначается буквой γ, имеет температуру плавления почти 232 ℃.

При понижении температуры все преобразования медленно осуществляются в обратном порядке.

Применение для припоев

Олово в чистом виде теоретически могло бы использоваться при пайке благодаря хорошей смачивающей способности и электропроводности. Однако, при понижении температуры велика вероятность перехода одной формы металла в другую, хрупкую и нестойкую.

В результате пайка завершится образованием недолговечного соединения. Припои из чистого олова на практике не применяются.

Широкое распространение получили сплавы олова со свинцом, подходящие для пайки разных деталей. Многие из припоев имеют маркировку ПОС с указанием процентного содержания олова. Если в состав входит висмут, в буквосочетании появляется дополнительная буква В.

Известны именные составы для пайки, содержащие олово, свинец, висмут, иногда другие добавки в различных пропорциях. Примерами являются сплавы Вуда, Д, Арсе, Розе.

Группа оловянистых соединений со свинцом пригодна для лужения, пайки меди, медных и стальных сплавов. Все они имеют низкие температуры плавления, удобны для работы с обычным паяльником, всегда присутствуют в продаже.

Если вдруг пайку нужно проводить срочно, а припоя под руками нет, можно паяльником снять соединение со старых ненужных электроприборов. Масса эффективно послужит вам еще раз.

Смеси с содержанием кадмия, алюминия, цинка, висмута используют для пайки алюминиевых изделий, деталей из цветных сплавов. Образованию прочных швов способствует введение легирующих компонентов.

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.

Удельное электрическое сопротивление оловянно-свинцового припоя (проводимость) составляет 0,1-0,2 Ом/метр, алюминия 0,0271, а меди 0,0175. Как видите, припой проводит ток в десять раз хуже, чем медь или алюминий.

Наиболее распространенным припоем является ПОС-61, его еще называют третник. Он отлично подходит для пайки и лужения токоведущих частей из меди, латуни и бронзы с герметичным швом и не дорогой. Подходит практически для всех случаев пайки в быту.

Требования безопасности при эксплуатации и обслуживании лазерных изделий

При монтаже печатных
плат уровень освещённости должен быть
оптимальным. При излишне ярком освещении
возникает быстрое утомление рабочего,
что может привести к потере работоспособности
и травмы.

Естественное
освещение помещения осуществляется
боковым светом через световые проёмы
в наружных стенах или через прозрачные
части стен.

Основная величина
для расчёта освещения (КЕО). Он зависит
от широты местности, времени года и
погоды. По нему производится нормирование
естественного освещения.

При одностороннем
боковом освещении нормируется минимальное
значение КЕО в точке, расположенной на
расстоянии 1 метр от наиболее удаленной
от световых проёмов стены, на пересечении
характерного размера помещения и
условной рабочей поверхности.

(7.2)
,где

-КЕО
для ІІІ-го
пояса;

m
– коэффициент
светового климата; по таблице 1.2 из [8]
находим m=0.9

c-
коэффициент
солнечности климата по табл. 1.3. [8],
для световых проёмов ориентированных
по азимуту 70град. коэффициент с=0.8

(7.3)

Фактичесоке
значение КЕО для бокового овещения
расчитываем по формуле:
(7.4), где

—
геометрические КЕО в расчётной точке
при боковом освещении, учитывающие
прямой свет неба и свет отражённый от
противостоящего здания соответсвенно;

n1,n1`,n2,n2`
-количество
лучей по графикам І
и ІІ [8]
проходящим
от неба и противостоящего здания в
расчётную точку на поперечном разрезе
и плане помещения;

q
–коэффициент,
учитывающий неравномерную яркость
облачного неба из таблицы 2.4. [8]
для угловой
высоты середины светового проёма над
рабочей поверхностью (рис.8.1);

R
– коэффициент учитывающий относительную
яркость противосто-ящего здания, для
здания из кирпича с учётом индексов
противостоящего здания в плане Z1
и в разрезе
Z2.

;

;
(7.7)

—
соответственно
длинна и высота противостоящего здания
;

-расстояние
от расчётной точки в помещении до внешней
поверхности наружной стены здания;

р
–расстояние между рассматриваемыми
зданиями;

а
–ширина окна в плане;

—
коэффициенты отражения соответственно
потолка, стен, пола из таблицы 1.7 [8]

—
площади соответсвенно потолка, пола и
стен;

—
общий коэффициент светопропускания;

—
коэффициент светопропускания материала
остекления, берётся из таблицы 1.8 [8]
для двойного
оконного листового стекла;

—
коэффициент учитываующий потери в
переплётах светопроёма из таблицы 1.9.
[8]

—
коэффициент
запаса, определяемый по таблице 1.12 [8].

Таюлица
8.7
Исходные данные и значения коэффициентов
необходиых для расчёта КЕО.

При
этом нормы СНиП ІІ-4-79/85
будут выполнятся в пределах всего
помещения.

(7.10)

N
– количество
светильников в помещении;

n
– количество
ламп в светильнике;

—
Световой поток лампы, лм;

—
коэффициент учитывающий увеличение
освещённости;

—
относительная освещённость в расчётной
точке, создаваемая
i-м
полурядом светильников.

—
коэффициент запаса;

h
– высота подвесов светильника;

lp
– длинна
ряда светильников;

Высота
подвеса светильников
h=3-0.3-0.8=3м

Длинна
ряда светильников lp=3.4м

Для
ламп типа ЛБ40, применяемых для освещения
данного помещения, световой поток по
таблице 1.1.[9]

=3120лм

Имеем
n=4,
N=4, =1.5,
=1.2,m=2

Для
определения табличного значения функции

находим отношение

p`=p/n
, p
– расстояние
от расчётной точки до проекции ряда
светильников на горизонтальную плоскость.

l`=l2/n,
l2
– расстояние
до расчётной точки от стены.

p`=1/4=0.25
l`=2.5/4=0.62

Для
угла =25
под которым падает свет У=162лм.
По табл.1.10 [9]
по У,
для светильников
9-й группы определяем f(p`,l`)=0.55

Тогда
=
f(p`,l`)
У=0.55*162=89

По
таблице П1 [9]
определяем значение нормированной
освещённости. Для работ высокой точности
(объект различения от 0.3 до 0.5 мм) со
средним контрастом объекта различения
с фоном при среднем фоне находим Ен=400лк.

Так как рассчитанное
фактическое значение освещенности
больше нормированного, делаем вывод о
пригодности системы освещения в
помещении.

Поскольку
концентрация аэрозоля свинца в воздухе
превышает предельно допустимую норму,
то необходимо применить местную
вентиляцию.

Вентиляционная
установка включается до начала работы
и выключается после её окончания. Работа
вентиляционных установок контролируется
с помощью световой сигнализации.

Разводка
вентиляционной сети и конструкция
местных отсосов обеспечивает возможность
регулярной очистки воздуховодов.

Электропаяльник
в рабочем состоянии находится в зоне
действия вытяжной вентиляции.

Метеорологические
условия на рабочих местах должны
соответствовать ГОСТ 12.1 005-88.

Местная вентиляция
при пайке является наиболее эффективным
и экономическим средством обеспечения
санитарно-гигиенических параметров
воздушной среды в рабочей зоне. Широкое
применение при пайке имеет местная
вытяжная вентиляция , которая условно
разделяется на местные отсосы открытого
и закрытого типа.

В
данном случае, для улавливания выделяющихся
при пайке вредных паров используем
местный отсос в виде прямоугольного
отверстия (рис.8.3)

(7.12)

S–площадь высасывающего
отверстия,
;

Е
– большая сторона отверстия, м;

Х
– расстояние от плоскости всасывающего
отверстия до зоны пайки;

—
скорость воздуха в зоне пайки.

Задаёмся
=0.6

(7.13)

то
в соответствии с [11]

(7.14),
где

К
– коэффициент зависящий от ПДК пыли в
воздухе рабочей зоны (для аэрозоля
свинца К=0.3);

L
– объём удаляемого воздуха, тыс.;

(7.15)

y
– удельное
образование свинца
;y=0.03;

N
– количество
рабочих мест.

Так
как
{amp}gt;{amp}gt;,
то в применении специальных мероприятий
по охране окружающей среды нет
необходимости.

Некоторые
вещества и материалы, применяемые на
участке монтажа пожаровзрывоопасны.
Эти вещества, некоторые их характеристики
и средства пожаротушения приведены в
таблице 8.8.

Таблица
8.8
Пожаровзрывоопасные вещества применяемые
при производстве печатного узла

Наименование вещества	Температура воспламенения	Температура самовоспламе-нения	Пределы взрываемости		Средства пожаротушения
			Нижний	Верхний
Канифоль	—	850	12,6	—	Химическая и воздушно-механическая пена, распыленная вода
Спирт этиловый бензиновый	18	104	3,6%; 68	19%; 340	Химическая пена, вода, инертные газы
бензины	17-44	255-474	0,76-1,1%	5,16-8,12%	Пена, водяной пар, инертные газы
Стекло-текстолит	—	—	—	—	Вода, химическая пена

(7.16),
где

—
максимальное
давление взрыва стехиометрической
газо-воздушной или паро-воздушной смеси
в замкнутом объёме (=750кПА);

—
начальное давление, =101кПа;

m
– масса
горючего вещества, кг;

Z
– площадь испарения,
;

—
Свободный
объём помещения;

—
плотность газа и пара ()

Сст
– стехиометрическая концентрация
горючего газа или

паров ЛВЖ, %;

Ки

— коэффициент учитывающий негерметичность
помещения и недиабатность процесса
горения, Ки=3;

(7.17)

—
стехиометрический коэффициент кислорода
в реакции горения.

—
число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле
горючего;

Свинцовые и бессвинцовые сплавы

Экологическая общественность с тревогой воспринимает информацию о разнообразии сфер применения припоев с токсичными металлами.

Проводится разъяснительная работа об опасности длительного контакта со свинцом, кадмием, висмутом при пайке. Разрабатываются и внедряются в практику альтернативные припойные сплавы, в которых удалось заменить вредные химические элементы безопасными.

Из бессвинцовых припоев большую область применения при пайке охватывают сплавы олова и меди. Эвтектическая смесь обеспечивает образование прочных швов на разных материалах, в соответствии со свойствами которых подбирается пропорция компонентов в расходном материале. Оловянно-медные припои имеют доступные цены, характеризуется экологической безопасностью.

Прекрасный результат дает пайка посредством оловянно-серебряных сплавов. Шов образуется прочный, термостойкий.

Материал не токсичен. Допустимо его применение даже при пайке систем подачи питьевой воды. Качества расходного материала позволяют использовать его в производственных нуждах, но желания лимитирует стоимость. Серебряный компонент заметно повышает цену.

Минимальное значение температуры плавления имеет сплав олова с галлием. Пайка с ним может проводиться при 20 ℃. Для таких работ привычное паяльное оборудование не потребуется.

Однако, галлий – дорогостоящий металл. Сфера его использования при пайке ограничивается целесообразностью повышенных финансовых затрат.

Иммерсионные покрытия

Пайка на печатных платах проводится после подготовки поверхности, которая может осуществляться разными способами.

Качественный результат обеспечивает иммерсия – нанесение тонкого слоя металла из раствора его солей.

Плату погружают в раствор, который должен содержать компонент с меньшей электроотрицательностью, чем основной материал.

Толщина покрытия не превышает 1 мкм. Метод имеет недостатки, которые заключаются в возможности образования интерметаллических включений и микроскопических нитевидных кристаллов.

Для того чтобы не ухудшить условия проведения последующей пайки предварительно проводят осаждение крупных кристаллов олова. Другим вариантом избежать неприятностей является нанесение тонкого слоя металлорганических веществ перед осаждением олова. Принятые меры позволяют успешно проводить пайку.

Иммерсионное покрытие образуется при размещении платы в растворе хлорида олова. Процесс можно простимулировать введением в водный раствор небольших количеств комплексообразователей, например, тиомочевины.

Пайку нужно проводить не позднее, чем через 2 недели после иммерсии. Иначе образовавшиеся интерметаллические соединения не позволят провести работу успешно.

Облегчить проведение пайки может добавка в раствор солей висмута. В результате иммерсионный слой будет содержать олово и висмут. Поверхность платы можно обработать консервирующим лаком.

Последующая пайка может проводиться непосредственно по лакированному слою. Если возникают особые обстоятельства, требующие очень ответственного проведения пайки, слой лака можно легко удалить спиртом.

Требования безопасности при эксплуатации и обслуживании лазерных изделий

(7.16),
где

паров ЛВЖ, %;

(7.17)

Ежедневно на
участке монтажа расходуется 0.3л спирта;
расчёт произведён для самого
неблагоприятного случая; все содержимое
поступает в помещение (для 0.3л легко
воспламеняющейся жидкости площадь

разлива
0.3);

—
интенсивность испарения,
;

—
площадь испареня,
;

—
длительность испарения ()

(7.18)

—
коэффициент выбираемый из [8]
в зависимости от скорости
и температуры над поверхностью жидкости
();

—
молекулярная масса ();

—
давление насыщенности пара
();

,

,

,

,

В
результате расчёта делаем вывод о
принадлежности помещения к категории
В пожароопасное (табл 10 [11]).
Поскольку
в помещении взрывчатые смеси горючих
газов и паров с воздухом не образуется,
а образуются они только в результате
аварии или неисправности, то помещение
можно отнести к классу В-lб
взрывоопасных зон [11].

-Нарушение
установленных правил пожарной безопасности
и неосторожное обращение с огнём;

-неисправность и
перегрузка электрических устройств
(короткое замыкание);

-неисправность
вентиляционной системы, вызывающая
самовозгорания или взрыв пыли;

-халатное и
неосторожное обращение с огнём;

-самовоспламенение
хлопчатобумажной ткани пропитанной
маслом, бензином или спиртом;

-статическое
электричество, образующееся от трения
пыли или газов в вентиляционных
установках;

-грозовые разряды
при отсутствии или неисправности
молниеотводов.

В помещениях, где
производится монтаж печатных плат
предусматриваем электрическую пожарную
сигнализацию (пять извещателей типа
ПОСТ-1), которая служит для быстрого
извещения службы пожаротушения о
возникновении пожара.

Количество
размещённых огнетушителей в рабочем
помещении соответствует требованиям
ISO
3941-77.

В
рабочем помещении выполнены
все требования по пожарной безопасности
в
соответствии
с требованиями НАПБ А.01.001-95 «Правил
пожежної безпеки в Україні».

Вход в помещение,
проходы между столами и коридоры не
разрешается загромождать различными
предметами и оборудованием. Для хранения
всех веществ и материалов предусматриваем
специальные шкафы и ёмкости.

С рабочими и
обслуживающим персоналом предусматриваем
проведение противопожарного инструктажа,
занятий и бесед.

— К ремонту,
наладке и испытаниям лазерных изделий
допускаются лица,

имеющие
соответствующую квалификацию и прошедшие
инструктаж по

технике
безопасности в установленном порядке.

• К работе с лазерными
  изделиями допускаются лица, достигшие
  восем-надцати лет, не имеющие медицинских
  противопоказаний,

прошедшие курс
специального обучения в установленном
порядке работе

с конкретными
лазерными изделиями и аттестацию на
группу по охране

труда при работе
на электроустановках с соответствующим
напряжением.

• При эксплуатации
  изделий выше класса 2 должно назначаться
  лицо, ответственное за охрану труда
  при их эксплуатации.

• Лазерные изделия,
  находящиеся в эксплуатации, должны
  подвергаться регулярной профилактической
  проверке. При проведении профилактической
  проверки следует обращать особое
  внимание на безотказность работы всех
  защитных устройств, надёжность
  заземления.

В
связи с незначительным объемом
производства (предполагаемый
объем производства составляет 100 штук
за год), а также учитывая форму и размеры
печатного узла, количество радио
элементов на печатной плате устройства,
при изготовлении данного блока
целесообразно применять ручную пайку.
А для обеспечения электробезопасности
необходимо применить электропаяльник
мощностью 20-40Вт при напряжении питания
36В.

В
соответствии со сборочным чертежом
волоконнооптического передающего
устройства, пайку печатных плат нужно
производить припоем ПОС-61 ГОСТ 21931-76.
Химический состав этого припоя приведён
в таблице8.3

Таблица
8.3.Химический состав низкотемпературных
припоев

Пайка в атмосфере
обычными припоями производится, обычно,
с применением флюсов. В качестве флюсов
применяются канифоль, стеарин, их
спиртовые растворы, а также флюсы
содержащие солянокислый гидразин.

Для пайки выше
вышеперечисленными низкотемпературными
припоями применим наиболее распространённый
и дешёвый смолосодержащий флюс марки
ФКСП по ОСТ4.ГО.033.000. Состав флюса:

• 70-60% сосновой
  канифоли.

• 30-40% спирта
  этилового.

В качестве
моющего средства для удаления остатков
флюса применим

смесь
бензина и этилового спирта в соотношении
1:1.

Лужение

Известно, что многие металлы легко окисляются. Находясь на поверхности при контакте с воздухом в присутствии влаги, они превращаются в оксиды, затем гидроксиды, постепенно разрушаются.

Еще в давние времена научились защищать металлические изделия нанесением покрытий из стойких металлов. Для лужения олово и его сплавы в большинстве случаев применяли и используют по настоящее время.

Раньше лудили котлы, посуду для приготовления пищи. Сейчас для изготовления кухонной утвари применяют многие металлокерамические композиты, которые не ржавеют. Луженых котлов и кастрюль на рынке почти не бывает.

Постоянно покрывают слоем оловянных сплавов консервные банки. Иначе вместо консервов потребители смогли бы увидеть ржавую массу. Оловянные защитные покрытия применяют в радиоэлектронике. Пайка изделий на такой поверхности проходит без труда.

Существует несколько технологий лужения оловом. Покрытие можно формировать из расплава, раствора, мокрым способом или с применением гальванических ванн. При выборе метода ориентируются на размеры изделия, условия его эксплуатации, наличие производственных условий.