ГОСТ 21930-76 — Области применения различных припоев

ПОС 61

Температура плавления пос 61 составляет 183 градуса, что является начальной точкой. Полное расплавление достигается при температуре около 190 градусов, что позволяет работать с ним при помощи любого бытового паяльника или профессиональной паяльной станции. Температура пайки равна 240 градусам. Это самый низкоплавкий припой из всей группы оловянно-свинцовых припоев.

Состав

Данный присадочный материал относится к категории мягких, имеет в своем составе 61% олова, 38−39% свинца и может содержать допустимый процент примесей в виде сурьмы, никеля, железа серы и висмута.

Внутри оловянно-свинцовой группы данный материал является наиболее чистым по составу припоем и больше подходит для электромонтажа и лужения, так как из-за содержания в нем меди снижает скорость растворения медных проводов и дорожек и меньше изнашивает жало паяльника, а относительно низкая температура плавления не повредит печатную плату.

Характеристики материала

1. Температура начала плавления 183 градуса.
2. Температура расплава 190 градусов.
3. Плотность 8.5 г/куб см.
4. Удельное сопротивление — 0.139мкОМ/м.
5. Предел прочности — 4.3 Мпа.

Выпускается в нескольких разновидностях, которые отличаются исключительно по внешнему виду:

• В виде проволоки — толщина сечения приблизительно 2 мм, наиболее удобный и распространенный вариант. Также может быть встречена проволока с флюсом внутри. Роль флюса выполняет сосновая канифоль, которая хорошо себя показывает при пайке электромонтажных соединений, так как не окисляет детали, в отличие от кислотных флюсов, после работы с которыми детали нужно тщательно промывать.
• В виде паяльной ленты — припой в виде очень тонкой длинной ленты. Идеально подходит для быстрой пайки скруток и лужения проводов. Как и проволока, бывает с флюсом и без него.
• В виде прутьев до 8 мм толщиной и приблизительно 40 см в длину. Данные прутики удобно использовать при пайке монтажных проводов и лужения жала паяльника. При желании их можно сделать самостоятельно, отливом в заранее изготовленные формочки.

Применение в быту и на производстве

Данный припой имеет широкое распространение как в быту, так и в промышленности. Дешевизна материала делает его очень доступным, а химический состав и технические свойства допускают его применение при решении многих поставленных задач.

Так, выше уже было сказано о том, что при помощи пос 61 удобно паять радиодетали, потому что низкая температура его плавления не повредит дорожкам печатной платы и радиокомпонентам, особенно микросхемам, которые могут выйти из строя при перегреве.

Также, с помощью этого материала можно проводить качественную пайку скрутки медных проводов, что активно применяется в электромонтаже, притом паять можно как паяльником, так и газовой горелкой. Помимо этого, пос 61 имеет очень хорошую текучесть и образует герметичные швы, что допускает его применение и при сварке между собой труб при помощи газовой горелки.

Но низкая температура плавления накладывает и некоторые ограничения на сферу его применения — его нельзя применять при работе с материалами, которые в последствии будут подвержены сильному нагреву. Это может привести к тому, что сварочный шов деформируется, или даже расплавится, что испортит всю работу.

Классификация припоев для медных труб

Припои для качественной и надежной пайки медных труб изготовляются из разных компонентов. Друг от друга изделия отличаются по форме и химическому составу.

Тип и параметры соединительных элементов определяются областью последующей эксплуатации трубной системы из медных деталей.

Различия по температуре плавления

По уровню температурной обработки припои разделяются на три типа:

• низкотемпературные;
• среднетемпературные;
• высокотемпературные.

Низкотемпературные варианты плавятся в диапазоне от 150 до 450 °C. Не меняют изначальные физические параметры деталей. В области соединения создают аккуратный, но не слишком прочный шов. Предназначаются для применения в отопительных и водопроводных сетях, не подвергающихся серьезным нагрузкам.

Обеспечивают герметичность и целостность труб диаметром до 10 см, установленных в коммуникационных системах, транспортирующих теплоноситель температурой до 130 °С.

Среднетемпературные и высокотемпературные материалы размягчаются при показателях в диапазоне от 450 до 1100/1850 °C. Гарантируют максимально прочное, крепкое соединение, не чувствительное к внешнему воздействию.

Область, соединенная среднетемпературным или высокотемпературным припоем, проявляет устойчивость к механическим повреждениям и спокойно переносит активные термонагрузки.

Разделение по химическому составу

По химическому составу современные, практичные припои распределяются на мягкие легкоплавкие и твердые тугоплавкие.

В первую категорию входят следующие позиции:

• свинцовые – содержат только свинец в чистом виде и расплавляются при температуре от 180 до 230 °C;
• оловянные – состоят из олова и плавятся при 220 °C, создают прочный и пластичный шов;
• свинцово-оловянные – могут содержать от 15 до 90% олова. Температура расплавления таких элементов составляет 183-280 °C;
• оловянно-медные – на 97% состоят из высококачественного олова и на 3% из меди. Относятся к самым популярным и продаются по разумной цене. Образуют прочное соединение с хорошей устойчивостью к коррозии;
• медные с серебром – на 95% состоят из меди и на 5% из серебра. Отличаются высокими прочностными характеристиками и обеспечивают надежное сцепление между фрагментами.

Применяются мягкие легкоплавкие компоненты для объединения в единый комплекс труб диаметром от 6 до 108 мм. В стыковой области образуют аккуратный шов шириной от 7 до 50 мм.

Свинец считается вредным для здоровья человека элементом. Использование свинцовосодержащих припоев категорически запрещается в сетях, подающих воду в многоквартирные или частные дома, на предприятия или в общественные учреждения. На другие типы коммуникаций этот запрет не распространяется.

Для высокотемпературной обработки подходят твердые тугоплавкие материалы:

• медь в сочетании с серебром и цинком – содержит меди 30%, серебра — 44% и цинка — 26%. Область сцепления отличается хорошей прочностью, сохраняет пластичность, эффективно противостоит коррозии и демонстрирует повышенную теплопроводность;
• медь с фосфором – сплав из 94% меди и 6% фосфора. В процессе пайки не нуждается в применении флюса. Делает крепкое и надежное соединение, но частично теряет эластичность при низких температурах окружающей среды;
• серебро – во время пайки требует обязательного использования флюса. Создает крепкий, надежный шов с хорошей пластичностью и высокой коррозийной устойчивостью. Стоит значительно дороже аналогов из простых металлов и широкого распространения не имеет. Применяется там, где есть экономическая целесообразность и предъявляются повышенные требования к качеству трубного соединения.

При помощи тугоплавких припоев монтируют комплексы из труб диаметром от 12 до 159 мм, включая газовые коммуникационные сети, отопительные трассы и водопроводные магистрали диаметром от 28 мм.

Использование классических медно-фосфорных или любых других элементов допускается при создании соединений внахлест. Такой вариант сцепления обеспечивает максимальную прочность конструкции и увеличивает период работы трубопровода.

Читать также: Какое масло заливается в рохлю

Мягкие припои для удобства пользования обычно изготовляются в форме катушек. Твердые элементы поставляются в виде проволок разной длины.

Паяльная паста

Главным образом используется для пайки компонентов монтируемых поверхностно (SMD’шек), а также безвыводных микросхем в BGA корпусах.

Выглядит как кашица серого цвета, состоит из мельчайших шариков сплава Sn62Pb36Ag2 (серебра 2%, свинца 36%, олова 62%), также в составе содержится безотмывочный флюс. О том, что флюс безотмывочный, говорят две буквы на упаковке NC (No Clean). Флюс, содержащий шарики припоя, высыхает на воздухе, поэтому хранится паста в закрытой упаковке.

Используется это средство при сложном ремонте сотовых и для пайки микросхем в корпусе BGA. Ее применение предполагает использование дополнительного оборудования для ремонта мобильных, к примеру, специальные трафареты. Стоит паста довольно дорого, поскольку содержит серебро.

Сейчас в производстве электроники массово применяются припои без свинца.

Выбор припойного материала

Одним из главных критериев выбора сплава для создания паяного соединения металлических деталей является температура его плавления.

То есть, присадочный материал должен расплавляться раньше, чем основной. Но это не единственное условие выбора.

Жидкий расплав должен хорошо смачивать поверхность основного металла. Кроме этого, к паяному соединению предъявляются определённые прочностные требования.

Именно по этой причине при пайке какого-либо металлического изделия стараются использовать присадку на основе такого же металла, как металл изделия.

При этом более низкая температура плавления припоя обеспечивается дополнительными компонентами, входящими в его состав.

Правда, следует заметить, что сравнять эти характеристики при пайке не удаётся никогда. То есть, при механических испытаниях на разрушение излом всегда будет происходить в месте соединения.

В некоторых специфических видах пайки прочность соединения играет не главную роль. Например, при пайке ювелирных изделий основной является эстетическая часть работы. Поэтому изделия из золота, серебра и платины паяются только припоями на основе одноимённых металлов, причём той же пробы.

Производители

Несколько производителей в разных странах выпускают серебряную проволоку для пайки. Продажа осуществляется оптом и в розницу. Любое свойство изделия регламентировано нормативными документами. Специалисты не замечали существенных отличий между продукцией разных фирм.

Эксплуатационная характеристика соединений деталей, созданных пайкой, в большинстве случаев зависят от правильного выбора марки припоя, флюса и температуры паяльника.

На территории страны в основном используют проволоку от производителей:

• Felder – немецкая компания расположена в Германии, имеет несколько филиалов в других странах;
• Sparta – ООО известное в России производством горячекатаной проволоки, включая материалы для пайки;
• Укринтерсталь – объединяет несколько крупных сталепрокатных предприятий, расположенных в Днепропетровске, Никополе и Мариуполе;
• Донмет – Донецкая область, производит проволоку из цветных и высоколегированных сталей.

Производство проката, содержащего серебро и медь – энергоемкое производство, требующее сложного оборудования.

Припой серии ПСр пользуется широким спросом. Он универсальный при пайке материалов с высокой температурой плавления, которые сложно сваривать и паять другими способами.

Разогрев

В зависимости от температуры плавления используемого присадочного материала, применяются различные методы нагрева при пайке. В случае с мягкими материалами, содержащими олово, цинк, свинец, основным инструментом при пайке может служить обычный паяльник.

В качестве примера можно привести сборку и ремонт электронных схем, содержащих компоненты, критичные к перегреву. В этой ситуации обычно используются свинцово-оловянные материалы, имеющие невысокую температуру плавления и электрические паяльники небольшой мощности.

Механическая прочность соединений играет здесь второстепенную роль, главным является обеспечение надёжного электрического контакта.

Когда речь идёт о пайке высокотемпературными материалами, паяльник оказывается бессильным. В этих случаях нагрев осуществляется посредством газовых горелок и специальных установок, использующих токи высокой частоты.

Это относится к промышленной пайке в условиях производственных цехов и использованию твёрдых припоев.

В отдельных случаях, когда спаиваемые детали очень массивны, и при использовании обычных средств нагрева достичь плавления не удаётся, применяются специальные печи, куда заготовки помещают целиком. Только таким способом обеспечивают надежную пайку.

Общие сведения о пайке

Что главнее в работе паяльщика: инструмент или материал? Важным является все: и паяльник, и припой, и флюс. Многообразие паяльников связано с объектом пайки. Массивные детали прогревают мощными паяльниками, а микроскопические схемы чипов — маломощными. Профессиональные паяльщики применяют несколько видов этих нагревательных инструментов.

Классификация паяльников по мощности:

• Паяльник с нихромовой вставкой мощностью 25 ватт — это обычный хозяйственный инструмент, которым пользовались умельцы, радиолюбители, электронщики. Популярны они и по сей день, довольно дешёвые, служат до 10 лет. Металлическая вставка в виде медного прута, кончик которого срезан под 60 градусов. Применяется в 90% случаях, которые возникают в хозяйственных ситуациях, даже многие ремонтные мастерские ими пользуются.
• Второй вид — это более мощный с нагревателем в 40 ватт и нихромовой вставкой, в два раза тяжелее и больше своего собрата в 25 ватт. Применяется для более сложных работ. Жало заточено под клин, похоже на отвёртку, но применять его для завинчивания шурупов нельзя. Такая заточка сделана для удобства пайки массивных деталей, для прогрева до 190 С. Используют их профессионалы, для домашнего использования не рекомендуется.
• Третий вид — это газовый паяльник, три в одном. Сам паяльник с медным сердечником, заточенным под иглу. Вторая функция — фен, способный прогреть объект до 600 градусов. Газовая горелка- в этом случае меняется насадка, инструмент выполняет функции горелки на газу, прогревает детали до температуры 1300 градусов.
• Четвёртый тип — это современный керамический паяльник. Чемпион по сравнению со всеми представленными инструментами. Имеет очень тонкое жало, способное паять миллиметровые точки, применяется для выполнения очень точных работ. Мощность — 100 ватт. Комплектуется паяльной станцией с диапазоном температур от 200 до 480 градусов. Среди специалистов используется как универсальный инструмент.

Группа специальных сплавов

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

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

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

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

Таблица 1. Малосурьмянистые припои:

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

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

Таблица 2. Сурьмянистые припои

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

4.1. Контроль поверхности чушек производят визуальным осмотром. 4.2. Отбор проб — по ГОСТ 24231. Стружку, отобранную от всех чушек, измельчают до крупности частиц не более 5 мм без контрольного просева, тщательно перемешивают и сокращают квартованием до лабораторной пробы массой 200 г. Лабораторную пробу расплавляют в тигле и растирают на бельтинге до размеров частиц не более 2 мм, перемешивают и обрабатывают магнитом. Лабораторную пробу делят на две части: одну часть направляют на химический анализ, другую сохраняют на случай разногласия в оценке качества партии. Пробы от жидкого металла отбирают в виде сплесок и стержней диаметром 8 мм, длиной 75 мм.(Измененная редакция, Изм. № 1,2, 3, 4)

. 4.3. Стружку припоев, содержащих свыше 2,5 % сурьмы, просеивают через сетку № 08 по ГОСТ 6613 для определения мелкой фракции. За результат анализа принимают расчетные данные результатов анализа обеих фракций.
(Измененная редакция, Изм. № 1, 2)
. 4.4. Химический состав припоев определяют по ГОСТ 1429.0-ГОСТ 1429.15 или другими методами, обеспечивающими требуемую точность определения. При разногласиях в оценке химического состава припоя определение его проводят по ГОСТ 1429.0 — ГОСТ 1429.11.
(Измененная редакция, Изм. № 2)
.

Технические характеристики

Припой для пайки ПОС 61 достаточно хорошо распространен в нашем государстве. Его повсеместно применяют как на промышленном уровне, так и бытовых условиях. Его отличительной особенностью является то, что из-за высокого процентного содержания олова в химическом составе, его температурная точка, при которой материал начинает подвергаться плавлению, очень низкая. Стоит отметить, что этот припой можно отнести к одному из самых легкоплавких расходников для пайки. К данной категории причисляются все присадочные материалы, температура плавления которых меньше 450-ти градусов по Цельсию. ПОС 61 плавиться при температурах ниже 200-от градусов по Цельсию. Эта модель производится в нашей стране в строгом соответствии с государственными стандартами.

Благодаря вышеописанным свойствам присадочный материал этой модели обладает повышенной текучестью. В некоторых случаях это свойства относится к минусам, но не в данном. Из-за низкой температуры плавления и высокой текучести припоя с ним можно работать практически с любым оборудованием, начиная от обычного бытового паяльника, заканчивая профессиональными специализированными агрегатами. В процессе пайки, припой способен проникать даже в самые мельчайшие трещины и выемки, что, безусловно, позволяет поднять уровень качество итогового результат соединения, в частности его прочность.

Также присадочный материал хорошо взаимодействует с водой. Благодаря хорошему смачиванию, пайка с использованием припоя этой модели не вызывает никаких трудностей в процессе работы. Все химические, физические и механические свойства расходного материала определяются его химическим составов, а точнее определенным соотношением элементов в нем. Даже если изменить это значения всего лишь на одни процент, все характеристики материала могут кардинально измениться. Помимо основных элементов в составе, в его структуру могут добавляться дополнительные вещества, которые позволяют улучшить ту или иную конкретную характеристику припоя.

Этот присадочный материал можно использовать при работе с микросхемами, так как низкая температура плавления не вызовет технических проблем, а главное минимизирует риск повреждение тонкой поверхности. В отличие от других моделей припоев, в работе с которыми используются высокие температуры, что может повредить состояние рабочей поверхности, использовании ПОС 61, при должном умении и оборудовании, абсолютно безопасно даже для самого тонкого металла.

Низкое значение температурной отметки, при которой материал начинает подвергаться плавлению, помогает добиться еще одного важного свойства материала. Оно заключается в том, что помимо основного применения в качестве расходного материала для пайки, его можно использовать в качестве вещества для лужения паяльника и рабочей поверхности

Существует характерная особенность, суть которой заключается в том, что чем меньшем количестве в химическом составе припоя присутствует свинец, тем больше там имеется разнообразных дополнительных элементов. Наиболее редким элементом, имеющимся в составе альтернативных моделей достаточно редко, является сурьма. Его присутствие позволяет получать соединения максимального уровня герметичности, что значительно улучшает качество итогового результата соединения в целом.

Припой ПОС 61 гост 21931 76 очень часто используются в процессе ремонта трубопроводов и других изделий, чья рабочая деятельность производится в постоянном контакте с водой и другими разнообразными жидкостями. Высокий уровень популярности обусловлен простотой применения данной модели материала.

Недостатки

• Сложен в применении, так как требует от мастера большого опыта работы;
• Для работы необходимы специальные инструменты, которые не всегда имеются в хозяйстве;
• Применяется исключительно для твердоплавких металлов.

Разновидности

Припой для латуни из самой латуни. Зачастую это металл с небольшими добавками, которые помогают сделать температуру плавления немного ниже, но не менять существенно свойства. Он наиболее сложен в использовании, так как возникает риск перепалить основной металл. Тем не менее, это самый крепкий сплав, который дает соединение высочайшего качества.

Медно-фосфорные сплавы также используются как твердые припои для пайки латуни. Они обладают более низкой температурой плавления и удобством использования. Это один из наиболее популярных вариантов, так как сочетает в себе простоту и высокое качество, а также обладает антикоррозионными свойствами.

Припой с медно-фосфорными сплавами

Серебряные припои. Марки с низким содержанием серебра, около 40-60%, которые относятся к твердому типу. Они уступают по возможности выдерживать высокую температуру, но могут легко использоваться даже новичками. Стоимость их выше, чем у других марок используемых для данной цели.

Серебряные припои

Химический состав

Состав медно-фосфорных отличается от серебряных и выглядит следующим образом:

Более мягкие марки, такие как ПОС 40, имеют в своем составе больше серебра, но при этом содержат массу других элементов, которые позволяют сохранить высокую крепость соединения.

Технические характеристики популярных марок

Медно-фосфорные марки имеют следующие характеристики:

Параметры серебросодержащих имеют следующий вид:

Особенности выбора

Подбор материала зависит от цели спаивания. К примеру, проволока латунная для пайки используется в тех случаях, когда нужно соединять части металлоконструкций и ремонтировать появившиеся трещины. За счет своей формы и относительно небольшого диаметра она позволяет заполнить места глубокой поломки, а также не подвергать риску пропала металла. Данный материал подходит только для ответственных сооружений, а также рекомендуется применять только опытным мастерам.

Припой латунный с флюсом оказывается более удобным в применении, так что для больше комфорта стоит остановить свой выбор на нем. Здесь можно не использовать буру и прочие флюсы, так как они содержатся уже внутри. Такие варианты имеют более высокую стоимость, но это окупается во время использования, так как возникает меньшее количество брака.

Выбирая, каким припоем паять латунь, следует обратить на самый распространенный вариант – медно-фосфорные сплавы. Они сочетают в себе экономическое преимущество и высокую стойкость к воздействию высоких температур и физических нагрузок. Если нет необходимости в сверхвысокой прочности, то именно такие варианты, как припои серии ПМФ становятся наиболее оптимальным выбором.

Марки с высоким содержанием серебра используются для тех случаев, когда ответственность к соединению минимальная, или же нет инструментов, чтобы расплавить твердые марки при высокой температуре. Сам процесс соединения происходит намного быстрее, чем пайка твердым припоем другого типа.

Особенности пайки

Одной из главных особенностей является использование буры в качестве флюса. Без нее ничего может не схватиться и соединение будет на крайне низком уровне. Благодаря буре снимаются все пленки и налеты, а также улучшается проникновение присадочного металла в поры. Также стоит учитывать особенность высокой температуры расплавления. Здесь применяется только лишь газовая горелка, так как другими способами не удастся достичь нудного результата.

Производители

Данные изделия производятся как отечественными, так и зарубежными компаниями:

• BrazeTec;
• Castoline;
• Юнитор;
• УкриИнтерсСталь.

Состав и характеристики

Химические компоненты

Ранее упоминалось, что припой ПОС состоит из сплава олова и свинца. Олово имеет меньшую температуру плавления, чем свинец, поэтому варьируя процентное содержание этих двух компонентов, можно подбирать определённые температурные характеристики. ПОС 60 имеет следующие химические соединения в своём составе:

• Олово. Доля составляет 59–60,5% от общей массы.
• Свинец. Процентное содержание колеблется от 39 и до 40,5% от массы ПОС.
• Примеси. Представлены различными элементами, такими как медь, железо, сурьма, никель, цинк и другие. Их массовая доля составляет не более 0,3% от общей массы сплава.

Химический состав припоя ПОС61

Другие металлы также оказывают своё влияние на технические свойства сплава для пайки.

Физические свойства

Большое количество олова, содержащееся в припое этой марки, напрямую влияют на его температурные характеристики и физические свойства. Так, ПОС 60 обладает ниже перечисленными свойствами:

• Температура плавления 183-190 градусов по Цельсию.
• Плотность 8,5 грамм на кубический сантиметр.
• Удельное сопротивление 0,137 Ом на метр, что составляет 9–15% от удельной электропроводности меди.
• Предел прочности соответствует пределу для мягких припоев и равен 50–70 МПа.
• Твёрдость по Бринеллю равна 14,9 ПВ.
• Теплопроводность равна 0,117 Вт/(м×к).Прочность на растяжение 4,3 кг/мм.

Физические свойства ПОС 60 и других припоев

Стоит заметить, что олово и свинец идентичны как по мягкости, так и по вязкости. Оба этих металла имеют характеристику 1,5 по шкале Мосса, поэтому их процентное соотношение не влияет на физические свойства припоя.

Разновидности

Условно припои можно разделить на твёрдые и мягкие. Температурная граница между ними составляет примерно 300 градусов. Мягкие припои плавятся при температуре ниже этой границы, а твёрдые, соответственно, выше. Помимо температуры плавления, твёрдые и мягкие припои различают по различной границе придела прочности. Для мягких эта граница находится ниже 100 МПа, а для твёрдых – выше.

Мягкие припои в большинстве своём представлены сплавом свинца и олова, в зависимости от процентного содержания которых и варьируется температура плавления. Чем больше олова находится в сплаве, тем температура плавления ниже. Твёрдые же состоят в основном из сплава меди и цинка или серебра с различными добавками. Припой оловянно-свинцовый ПОС 60 относится к категории мягких припоев.

Всё повышающиеся экологические нормы требуют исключить или минимизировать количество свинца в материалах, применяемых для пайки. Поэтому на рынок выходят бессвинцовые припои, в которых свинец полностью отсутствует. Он заменён другими металлами, такими как серебро, цинк, индий, медь.

Кроме высокой цены, такие припои имеют очень плохую смачиваемость или текучесть, поэтому пока что не получили большого распространения.