Когда необходимо надежно скрепить между собой различные твердые соединения, то чаще всего для этого выбирается пайка. Этот процесс широко распространен во многих областях промышленности. Приходится паять и домашним мастерам.
Эта операция выручает не только тогда, когда вышел из строя телевизор или компьютер, и для восстановления необходимо заменить сгоревшую микросхему либо чип. С помощью данного процесса восстанавливают холодильное оборудование, промышленные системы. Пайка помогает в том случае, если необходимо получить герметичное соединение. К тому же некоторые материалы попросту нельзя соединить по-другому.
Алюминий, медь, латунь не удастся соединить методом сварки. Для того чтобы получить качественное и надежное, а также герметичное соединение, нужно иметь не только хорошее оборудование и специальные навыки, но и подходящие расходные материалы — припои и флюсы для пайки.
Сплавы припоев и виды флюса выбирают в зависимости от материалов, с которыми придется работать. К примеру, при операции с алюминиевыми изделиями необходим другой флюс, отличный от того, что подходит для меди или серебра. Ниже мы рассмотрим основные характеристики каждого из них и выберем наиболее оптимальный вариант для работы.
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.
Подготовка материала
Чтобы достигнуть хорошего качества соединения, нужно использовать не только правильные технологии, но и уметь хорошо подготовить обрабатываемую поверхность. Нужно удалить все загрязнения и оксидные плёнки. Механическая обработка выполняется при помощи шкурки или металлической щётки, а также иногда применяют проволочную нержавеющую сетку и шлифовальную машинку. А также можно использовать разные кислотные растворы.
Обезжиривать поверхность нужно с помощью растворителя, ацетона или бензина. Когда происходит зачистка алюминиевой поверхности, то сразу же образовывается оксидная плёнка. Однако её толщина будет ниже первоначальной, а потому паяльный процесс облегчится.
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. В таком соединении будет отмечаться высокая хрупкость и сопротивление. Помните главное: не следует каким-либо образом воздействовать на соединение до тех пор, пока припой для пайки не полностью кристаллизовался.
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.
Особенности и принципы процесса
Технологический процесс пайки затрудняет низкотемпературная величина плавки материала. Детали очень быстро будут терять прочность при нагреве, а конструкция снизит устойчивость при достижении температуры в 300 градусов. Если использовать легкоплавкие припои, которые состоят из кадмия, висмута, индия, олова, то они будут очень трудно вступать в контакт с алюминием, а также не будет обеспечиваться хорошая прочность.
Очень хорошая растворимость имеется у металлов, которые сочетают в себе цинк. В таком случае спаянные материалы будут обладать высокой надёжностью. Перед началом пайки следует очистить материал от окислов и грязи. Для этого применяется механическое воздействие. Можно использовать щётку или применять специальные флюсы, которые имеют сильнодействующий состав. Перед началом процедуры необходимо залудить участки, которые будут обрабатываться. Если покрытие оловянное, то деталь будет защищена от возникновения окислов.
Для надёжной пайки алюминиевых изделий нужно подбирать правильный нагревательный инструмент. А ещё надёжность соединения зависит от выбора сплава и флюса для пайки алюминия.
Мягкие припои
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.
Почему алюминий плохо паяется?
Кто пытался паять алюминий, тот знает, что обычный припой на него совершенно не липнет. Все из-за устойчивой пленки оксида алюминия, которая обладает плохой адгезией к припою. Причем эта пленка покрывает алюминий и его сплавы очень быстро. Не успеешь зачистить — легкий металл уже окислился. Поэтому все методы пайки алюминия борятся сначала именно с пленкой, а затем уже заботятся об адгезии.
Оксид алюминия (Al2O3) в минералогии называется корундом. Крупные прозрачные кристаллы корунда являются драгоценными камнями. Из-за примесей корунд бывает окрашен в разные цвета: красный корунд (содержащий примеси хрома) называется рубином, а синий — сапфиром. Теперь понятно почему окисная пленка совсем не паяется.
Назначение мягких припоев
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.
Алюминиевые сплавы с добавками
Эффективен для пайки высокотемпературный припой, содержащий 66 % чистого алюминия, 28 % меди и 6 % кремния. Сделан он в России. Значительная концентрация базового металла, идентичного материалу рабочих деталей, увеличивает растворяемость, проникновение расплава.
Основа шва, включающая медь с алюминием, укрепляется присутствием кремния. Образующееся посредством алюминиевого припоя соединение не корродирует, имеет хорошие механические качества.
Добавка кремния повышает температуру плавления припоев. Так, состав из 87 % алюминия и 13 % кремния плавится при значениях температуры около 600 ℃. Этот вид импортной продукции поступает в продажу уже готовый к применению. Припой с флюсом стоит дороже. Повышенная цена окупается высоким качеством шва.
Отличный результат пайки дает американский композит из 9 компонентов. Прутки плавятся при температуре 347 ℃, увеличиваясь в объеме на 10 %. Образующийся шов отличается пластичностью, в 3 раза превосходящей показатели соединений из других сплавов.
Высокотемпературную пайку проводят при работе с массивными деталями из алюминия или изделиями из сплавов, плавящихся только при сильном нагревании. Нагрев обеспечивается газовыми горелками, работающими на чистых углеводородах или их смесях с кислородом. Можно пользоваться обычным паяльником.
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.
Инструменты
Если необходимо произвести соединение алюминиевых изделий в домашних условиях, то целесообразно использовать электропаяльник. Это универсальный прибор, который очень удобно позволяет припаивать провода, ремонтировать маленькие трубки и прочие элементы. Для приспособления необходимо минимальное количество пространства. А также в доме обязательно должно быть электричество. Если нужно починить крупногабаритный прибор, тогда применяют для пайки алюминия газовую горелку, для которой используют бутан, аргон и пропан. Чтобы производить пайку предметов в домашних условиях, подойдёт стандартная паяльная лампа.
Если применяются газовые горелки, то необходимо постоянно наблюдать за пламенем, которое представляет собой сбалансированную подачу газов и кислорода. Если имеется правильная газовая смесь, то язык пламени будет ярко-синий. Неяркий оттенок будет свидетельствовать о том, что имеется избыток кислорода.
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.
Как удалить оксидную пленку
Пленку с поверхности металла удаляют несколькими способами, наиболее эффективными являются химический и механический. Оба метода для работы требуют безвоздушной среды, в которой нет кислорода.
Химический метод основан на осаждении на поверхности заготовки цинка или меди путем электролиза. На место, подготовленное к пайке, наносят медный купорос в виде концентрированного раствора. К чистому участку металла прикрепляют минусовую клемму аккумулятора или другого источника питания. Один конец медной проволоки подключают к плюсовой клемме, другой опускают в раствор на поверхности алюминия. В результате электролиза медь или цинк тонким слоем оседает на алюминии и крепко к нему прилипает. Теперь можно производить пайку алюминия оловом.
Для удаления оксида используют масляную пленку. Для этого способа лучше брать масло синтетическое или трансформаторное с малым содержанием воды. Другие виды масел нужно подержать при температуре +150…+200°С, вода испарится. При более высокой температуре содержимое начнет разбрызгиваться. Обезвоженное масло наносится на поверхность алюминиевой детали. Наждачной бумагой нужно под нанесенным слоем потереть алюминий для удаления оксида.
Наждачную шкурку заменяют скальпелем, зазубренным жалом паяльника или железной стружкой, полученной из натертого напильником гвоздя. Стружку насыпают на масло и жалом паяльника трут по поверхности, сдирая оксидный слой. Массивную деталь желательно подогреть горячей воздушной струей. Припой паяльником погружается в масляную капельку и растирается по месту пайки. Для лучшего прохождения процесса пайки добавляется канифоль или другой флюс.
Чем паять алюминий и сплавы на его основе
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.
Кастолин
Импортный кастолин состоит только из алюминия и цинка. Он обладает хорошей текучестью, проникающей способностью, электропроводностью.
Некоторое неудобство доставляет невозможность применения данного припоя для деталей с содержанием магния в количестве более 1,5 % и изделий, которые в последующем планируется анодировать.
Компания Castolin поставляет в продажу линейку припоев с разнообразным сочетанием компонентов. Проконсультировавшись, можно подобрать средство для конкретных условий.
Чем паять медь?
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.
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.
Флюсы для пайки
В процессе операции флюс играет не меньшую роль, нежели припой. Это химический растворитель и поглотитель окислов. Он также защищает металлы от окисления и увеличивает смачивание.
Для работы с элементами на основе свинца и олова в качестве флюса можно применить соляную кислоту, хлористый цинк. Также подходит бура, хлористый аммоний. Это активные флюсы. К неактивным можно отнести канифоль, вазелины, оливковое масло и многие другие вещества.
К примеру, растворами соляной кислоты можно пользоваться с мягкими припоями. Хлористый цинк применяется с латунью, медью, сталью. Нашатырный спит отлично разводит и растворяет жирные вещества. Для алюминия используют состав из тунгового масла, канифоли, кальцинированного хлористого цинка. Также можно применить концентрированную фосфорную кислоту.
Итак, мы выяснили, какие существуют припои, и какой из них лучше использовать в разных случаях.
Паяльные пасты (тиноль) для пайки
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.
