Припой — металл или сплав, применяемый при пайке для соединения заготовок и имеющий температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы. Применяют сплавы на основеолова, свинца, кадмия, меди, никеля и др.
Пайку осуществляют или с целью создания механически прочного (иногда герметичного) шва, или для получения электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке места соединения и припой нагревают. Так как припой имеет температуру плавления значительно ниже, чем соединяемый металл (или металлы), то он плавится, в то время как основной металл остаётся твёрдым. На границе соприкосновения расплавленного припоя и твёрдого металла происходят различные физико-химические процессы. Припой смачивает металл, растекается по нему и заполняет зазоры между соединяемыми деталями. При этом компоненты припоя диффундируют в основной металл, основной металл растворяется в припое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.
Выбирают припой с учётом физико-химических свойств соединяемых металлов, требуемой механической прочности спая, его коррозионной устойчивости и стоимости. При пайке токоведущих частей необходимо учитывать удельную проводимость припоя.
[править]Классификация припоев
Припои принято делить на две группы — мягкие и твёрдые. К мягким относятся припои с температурой плавления до 300 °C, к твёрдым — выше 300 °C. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении 16—100 МПа, а твёрдые — 100—500МПа.
Мягкими припоями являются оловянно-свинцовые сплавы (ПОС) с содержанием олова от 10 (ПОС-10) до 90% (ПОС-90), остальное свинец. Проводимость этих припоев составляет 9—15% чистой меди. Большое количество оловянно-свинцовых припоев содержит небольшой процент сурьмы (такие припои обозначаются ПОССу).
Наиболее распространёнными твёрдыми припоями является медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр) с различными добавками.
Появление гибридной технологии для создания электронных плат обусловило появление нового типа припоев: так называемых паяльных паст, пригодных как для обычной, так и трафаретной пайки элементов гибридных схем. Паяльные пасты представляют собою сложную дисперсию, в которой дисперсной фазой являются микро- и наноразмерные частицы припоя и, возможно, твёрдых компонентов флюса, а дисперсной средой являются жидкие компоненты флюса и летучие растворители.
В связи с повышением внимания общества к вопросам экологии теперь при выборе припоев более серьёзно учитывают токсичность его компонентов. В электротехнике и электронике (особенно в бытовой) всё чаще используют бессвинцовые припои.
Флюсы – это активные химические вещества применяемые: для снижения поверхностного натяжения расплавляемого припоя и улучшения его растекания, для очистки поверхности металла от окислов и иных загрязнений для повышения адгезии, а также защиты от кислорода воздуха во время пайки. Стремятся использовать сложные флюсы, оказывающие многостороннее действие. Качество пайки во многом зависят от выбора флюса для ее проведения.
Флюсы делятся на восстановительные и окислительные, флюсы для плавки и для пайки, так же существуют флюсы для сварки и электролиза. Под флюсами следует понимать, как отдельные компоненты, так и смеси, например можно использовать только буру, а можно к буре добавить поташ, получится смесь, которую уже называют флюсом.
По механизму действия флюсы для пайки делятся на флюсы растворяющие оксидные пленки и восстанавливающие окиси до металлов (соляная кислота, хлористый цинк, борная кислота, бура), и флюсы, которые не оказывают никакого химического воздействия, а служат для образования защитного покрытия (канифоль, воск, смола).
В зависимости от температурного интервала активности различают низкотемпературные (до 450°С) флюсы (растворы канифоли в спирте или растворителях, гидразин, древесные смолы, вазелин) и высокотемпературные (более 450°С) флюсы (бура и её смесь с борной кислотой, смеси хлористых и фтористых солей натрия, калия, лития).
Основным нормативным документом является ГОСТ 19250-73 «Флюсы паяльные. Классификация». Флюсы для высокотемпературной пайки (марок ПВ209, ПВ209Х, ПВ284Х ) должны соответствовать ГОСТ 23178-78 « Флюсы паяльные высокотемпературные». Флюсы зарубежного производства для пайки медных труб должны соответствовать EN 1045 «Пайка твердым припоем, флюс для пайки твердым припоем».
Использование флюса
Для качественного соединения металлов при пайке припой должен растечься под действием капиллярных сил и «смочить» основной металл. Хорошее смачивание происходит только на совершенно чистой, не окисленной поверхности. Прочным шов получается при защите пайки от кислорода воздуха.
Поэтому для повышения адгезии припоя и получения качественной пайки поверхности под пайку предварительно механически зачищаются и при необходимости наносят флюс. Естественно при этом учитываются виды соединяемых металлов и припоев и обычно выбирают композиционные флюсы с многосторонним действием.
При высокотемпературной пайке с использованием самофлюсующихся припоев достаточно произвести механическую очистку поверхностей перед пайкой. Но при соединении разных материалов: медь с бронзой или медь с латунью или бронза с латунью — всегда необходимо применение высокотемпературного флюса. Обязательно применение флюса при использовании припоя с большим количеством серебра (15% и более).
В этих случаях используют высокотемпературные (более 450°С) флюсы: бура и её смесь с борной кислотой, смеси хлористых и фтористых солей натрия, калия, лития и др.. При высокотемпературной пайке все остатки флюса обычно выгорают и специальной очистки от флюса, кроме удаления с внешней части соединения, не требуется.
При мягкой пайке применяют низкотемпературные (до 450°С) флюсы: растворы канифоли в спирте или растворителях, гидразин, древесные смолы, вазелин и другие. Так как флюс защищает металл от оксидов и сам процесс пайки от кислорода воздуха, то следует убедиться в том, что он равномерно нанесен по всей поверхности.
Флюс (как химически агрессивное вещество) поглощает определенное количество окислов, поэтому вязкость флюса увеличивается при насыщении его окислами. При пайке нужно использовать минимальное количество флюса, который активно взаимодействует с металлом. Чтобы использовать минимальное количество флюса, металл соединения предварительно механически зачищают.
После пайки, во избежание коррозии, остатки флюса обязательно удаляют. Для надежности, при гидравлическом испытании смонтированного сантехнического трубопровода происходит окончательное удаление остатков флюса промывкой. Если после пайки остатки флюса не удалить, то это со временем может вызвать коррозию и утечку.
При проведении пайки очень важно избегать «перегревания», так как это приводит к разрушению флюса, который теряет способность растворять и удалять оксиды. При этом могут образовываться шлаки, что является причиной плохого качества пайки. Чтобы избежать перегрева, рекомендуется периодически касаться припоем нагретой зоны соединения.
Или использовать смесь флюса и порошкового припоя, который даст блеск расплавляясь при достижении температуры плавления. В настоящее время выпускают флюсы меняющие окраску или дающие сигнальный дымок при нагреве до температуры плавления припоя. Иногда трубка из припоя может содержать внутри флюс-заполнитель.
Производители для пайки меди в трубопроводных системах производят готовые к использованию флюсы. В зависимости от технологии флюс может использоваться в виде жидкости, пасты или порошка. Флюсы выпускаются для каждого виды пайки (мягкая, твердая), так и универсальная. Часто выпускаются комплексные системы: припой и флюс для него.
Кислотные флюсы для пайки
Насыщенный раствор флюса
Состав, % : хлористый цинк — 25-30; соляная кислота — 0,6-0,7; вода — остальное. Применяется для пайки деталей из черных и цветных металлов. Удаление остатков — тщательной промывкой водой после пайки.
Канифольно-вазелиновая паста
Состав %: канифоль-16%, хлористый цинк-4%, вазелин технический-80%. Применяется для пайки цветных и драгоценных металлов, для получения соединения повышенной прочности, деталей не затрудняющих последующую промывку. Остатки удаляются промывкой ацетоном после пайки.
Флюс для золота
Состав, %: канифоль — 24; хлористый цинк — 1; спирт этиловый — 75%. Применяется для пайки цветных и драгоценных металлов (в том числе золота), ответственных деталей из черных металлов. Остатки удаляются промывкой в ацетоне.
Бескислотные флюсы для пайки
Канифоль светлая
Состав, %: канифоль -100%. Применяется для пайки меди и ее сплавов, латуни, бронзы легкоплавкими припоями. Остатки удаляются протиркой кистью или тампоном, смоченным в спирте и ацетоне.
Глицерино-канифольный
Состав, % : канифоль — 6; глицерин — 14; спирт (этиловый или денатурированный) — 80%. Применяется для пайки меди, латуни, бронзы легкоплавкими припоями при повышенных требованиях к герметичности паяного соединения. Удаление остатков осуществляется промывкой в ацетоне или спирте кистью или тампоном после пайки.
Спиртово-канифольный
Состав % : канифоль-15%, спирт этиловый-82-85%. Применяется для пайки меди, латуни легкоплавкими припоями. Промывкой спиртом после пайки удаляют остатки.
Пайка
[править]
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 1 февраля 2012; проверки требует 1 правка.
У этого термина существуют и другие значения, см. Пайка (значения).
Отпайка контакта.
Пайка — технологическая операция, применяемая для получения неразъёмногосоединения деталей из различных материалов путём введения между этими деталями расплавленного материала (припоя), имеющего более низкую температуру плавления, чем материал (материалы) соединяемых деталей.
Спаиваемые элементы деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но нижетемпературы плавления спаиваемых деталей. В результате, припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение.
Прочность соединения во многом зависит от зазора между соединяемыми деталями (от 0,03 до 2 мм), чистоты поверхности и равномерности нагрева элементов. Для удаления оксидной плёнки и защиты от влияния атмосферы применяют флюсы.
Содержание [показать] |
[Править]Разновидности
Пайка бывает низкотемпературная (до 450 °C) и высокотемпературная. Соответственно припои бывают легкоплавкие итугоплавкие. Для низкотемпературной пайки используют в основном электрический нагрев, для высокотемпературной — в основном нагрев горелкой. В качестве припоя используют сплавы оловянно-свинцовые (Sn 90 % Pb 10 % c t° пл. 220 °C), оловянно-серебряные (Ag 72 % с t° пл. 779 °C), медно-цинковые (Cu 48 % Zn остальное с t° пл. 865 °C), галлиевые (t° пл. ~50°С), висмутовые (сплав Вуда с t° пл. 70 °C, сплав Розе с t° пл. 96 °C) и т. д.
Пайка является высокопроизводительным процессом, обеспечивает надёжное электрическое соединение, позволяет соединять разнородные материалы (в различной комбинации металлы и неметаллы), отсутствие значительных температурных короблений (по сравнению со сваркой). Паяные соединения допускают многократное разъединение и соединение соединяемых деталей (в отличие отсварки). К недостаткам можно отнести относительно невысокую механическую прочность.
Исходя из физико-химической природы процесса, пайку можно определить следующим образом. Процесс соединения металлов в твёрдом состоянии путём введения в зазор припоя, взаимодействующего с основным металлом и образующего жидкую металлическую прослойку, кристаллизация которой приводит к образованию паяного шва. Пайка подразделяется на капиллярную, диффузионную, контактно-реакционную, реакционно-флюсовую и пайку-сварку. В свою очередь, капиллярная подразделяется на горизонтальную и вертикальную. Диффузионная — на атомно-диффузионную и реакционно-диффузионную. Контактно-реакционная — с образованием эвтектики и с образованием твёрдого раствора. Реакционно-флюсовая — без припоя и с припоем. Пайка-сварка — без оплавления и с оплавлением. Анализируя сущность физико-химических процессов, протекающих на границе основной металл — расплав припоя (при формировании соединения в существующих видах пайки), можно видеть, что различия между капиллярной пайкой, диффузионной пайкой и пайкой-сваркой не носят принципиального характера. Капиллярность является общим признаком пайки. Отличительным признаком диффузионной пайки является длительная выдержка при температуре пайки и изотермическая кристаллизация металла шва в процессе пайки. Других характерных признаков этот метод не имеет, основное назначение его — повысить температуру распая шва и прочность паяного соединения. Диффузионная пайка может быть развитием любого вида пайки, в том числе капиллярной, реакционно-флюсовой или контактно-реакционной. В последнем случае диффузионная пайка возможна, если второй металл взаимодействующей пары вводится в виде прослойки между соединяемыми металлами. При реакционно-флюсовой пайке происходит совмещение процессов вытеснение из флюса металла, служащего припоем, и его взаимодействия с основным металлом. Наконец, пайка-сварка отличается от других методов пайки количеством вводимого припоя и характером формирования шва, делающим этот метод пайки похожим на сварку плавлением. При соединении разнородных металлов при пайке-сварке возможно оплавление кромки одной из деталей, изготовленной из более легкоплавкого металла.