Согласно классификации, приведенной в государственном стандарте, припои разделяются на группы по нескольким признакам, одним из которых является температура плавления. В процессе пайки при температуре, превышающей 450 ℃, могут применяться только высокотемпературные припои.
Другие составы такой термической нагрузки не выдержат. Высокотемпературная пайка осуществляется в разных режимах. При проведении процесса до 1100 ℃ пригодны к использованию составы со средней плавкостью.
В интервале от 1100 ℃ до 1850 ℃ следует применять высокоплавкие смеси. При более высоких температурных показателях годятся только тугоплавкие композиции.
Общие свойства
Удивительно, что, несмотря на классификацию ГОСТа, даже в учебниках существует разная подача материалов.
Так, некоторые авторы в качестве минимальной температуры, рекомендуемой для применения высокотемпературных припоев, называют 500 °С.
Существует большое количество готовых композиций, рекомендуемых к применению при повышенных температурах. Часто в состав высокотемпературных припоев входит:
- медь;
- серебро;
- цинк;
- фосфор.
Для изменения свойств в высокотемпературные сплавы добавляют кремний, германий и некоторые другие элементы. Низкотемпературными считаются припои:
- на основе свинца;
- олова;
- с добавлением сурьмы.
Выбор конкретных припоев определяется видом сплава, из которого сделаны детали, и условиями пайки.
Иногда в низкотемпературные припои вводят цинк для повышения коррозионной стойкости шва, и разрабатывают специальные низкотемпературные сплавы для конкретных условий использования. В быту низкотемпературную пайку проводят с применением паяльника, а высокотемпературную – газовой горелкой.
Виды припоев
Все существующие припои можно разделить на три основных группы:
Для пайки радиодеталей тугоплавкие припои не подходят, поскольку для их плавления нужна достаточно высокая температура, свыше 500 градусов. Тугоплавкие припои способны создать очень надёжное соединение металлов, которое характеризуется разрывом не менее чем 50/кг на 1 мм².
Для пайки тугоплавкими припоями не подходит электрический паяльник , поскольку он не способен обеспечить требуемую температуру плавления. Здесь уже используются инструменты помощнее, например, газовая горелка.
Радиолюбительские припои, они же легкосплавные, содержат в своём составе олово и свинец. Они мягкие и хорошо плавятся при температуре до 200 градусов. Поэтому чаще всего именно легкосплавные припои используют для пайки радиодеталей.
Мнение эксперта
It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике
Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»
Припой для пайки меди, алюминия, латуни, стали, нержавейки. Состав припоя для пайки. Виды припоев для пайки Используется при спайке в труднодоступных местах, производится в виде порошка, перед применением необходимо смешать со спиртом. Спрашивайте, я на связи!
Для жаропрочных сплавов
Высокотемпературные припои применяют для нержавеющих и жаропрочных стальных сплавов. Пайку таких сплавов проводят с применением припоев на основе меди, меди с цинком, серебра.
Процесс осуществляется в печах в окружении водорода или паров раствора аммиака. При пайке с помощью меди, медно-цинковых композиций в качестве флюсовой добавки используют буру.
Серебряные высокотемпературные припои можно применять только в сочетании с активными флюсами. Полученные таким методом швы выдерживают нагревание до 600 ℃. Соединения, полученные с медьсодержащими составами, высокие температуры переносят хуже.
В качестве альтернативы иногда применяют никель-хромовые припои с платиной или палладием. Такие высокотемпературные материалы стоят дороже. Швы обладают большой термической и коррозионной устойчивостью.
При наличии на стальных изделиях из нержавеющих и жаропрочных сплавов больших зазоров, хорошее соединение дают порошковые припои, содержащие компоненты, идентичные химическим элементам сплавов.
Полученные швы выдерживают нагревание до 1000 ℃. Процесс проводят в вакуумированной среде, наполненной аргоном и газообразным флюсом.
II. Технология лужения и пайки
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
при работе с персональными паяльниками типа БМ и медными наконечниками собственного заводского изготовления (в том числе c паяльниками Solomon, оснащенными медными наконечниками собственного заводского изготовления):
Жало пальника (наконечник) может быть разной формы и размера для наилучшего контакта и передачи тепла к паяемым поверхностям.
Медное жало паяльника должно быть очищено от нагара и окиси канифолью: разогретое жало обмакнуть в твердый флюс «канифоль сосновую», почистить на бязевой салфетке. При необходимости медное жало к индивидуальному паяльнику заточить напильником.
Внимание: Острые кромки при заточке жала паяльника притупить.
Перед лужением или пайкой жало необходимо облудить. Для этой цели использовать проволочный или трубчатый припой: обернуть несколько витков припоя (как показано на рисунке 2) вокруг кончика жала и нагреть его до расплавления припоя.
Рис. 2. Облуживание жала паяльника
при работе с оригинальными паяльниками паяльных станции РАСЕ, HAKKO, Solomon, Lukey с использованием оригинальных наконечников импортного производства:
Категорически запрещается зачищать оригинальные наконечники к паяльникам PS 90, HAKKO 907, SOLOMON, LUKEY напильником или грубыми абразивами, чтобы не повредить покрытие. Поврежденный наконечник следует заменить.
Оригинальные наконечники к импортным паяльникам изготовлены из меди, покрытой защитным слоем из чистого (99,9%) железа для устранения выгорания медной основы, и сверху покрыты защитным слоем хрома. Специальное тонкое покрытие создает повышенную долговечность наконечников и обладает хорошей теплопроводностью, что обеспечивает быстрое восстановление температуры.
Конструкция оригинального жала:
Основные правила обслуживания оригинальных наконечников, применяемых в паяльниках паяльных станций
Для получения хорошего теплового контакта спаиваемых поверхностей перед пайкой необходимо очистить наконечник с помощью специальной целлюлозной губки, входящей в состав паяльной станции. Перед началом работы губку смачивают водой таким образом, чтобы она вся пропиталась, но вода не скапливалась на дне. Губка обязательно должна быть влажной, если она обугливается, значит смочена недостаточно.
Сухая губка быстро портится сама и, будучи довольно жесткой, может привести к ускоренной порче жала. После того, как наконечник очищен, немедленно нанести на него свежий припой (см. рис. 2).
Для очистки и облуживания сильно окисленных наконечников, которые уже невозможно очистить с помощью губки, используется специальная паста для очистки и лужения наконечников: ТТС-LF или аналогичная, при этом паяльник нагревают до температуры жала (300÷360)º, погружают наконечник в пасту или проводят жалом по поверхности пасты, затем, облудив жало, удаляют излишки припоя с помощью влажной целлюлозной губки. Если работоспособность жала не восстановилась, процедуру повторяют.
Замена жала паяльника
Перед заменой жала следует отключить паяльную станцию и дать полностью остыть паяльнику, замена жала должна проводиться только тогда, когда температура жала равна температуре окружающей среды. Паяльник, включенный без жала, может выйти из строя.
Запрещается оставлять паяльник при высокой температуре продолжи-тельное время, так как это приводит к разрушению поверхности жала.
ПОРЯДОК РАБОТЫ
ВНИМАНИЕ! Режимы ручной пайки и лужения указаны в технологических процессах или в рабочих инструкциях комплектов технологических документов.
Для контроля времени пайки или лужения следует просчитывать про себя секундыследующим образом: если произнести словосочетание «двадцать два», это займет одну секунду.
Температуру жала паяльника контролировать перед началом пайки, после любого перерыва в работе, при смене режимов пайки, при образовании паяных соединений, несоответствующих требованиям технологического процесса и данной инструкции
В начале смены не приступать к работе, не проверив работоспособность паяльника:
паяльник должен обеспечивать температуру в пределах технологических норм, указанных в рабочей инструкции или в операционной карте. Записать показания температуры жала в листе регистрации — форма приложение 2.1. В случае использования в операции 2-х паяльников, показания температуры жал записывать в лист регистрации — форма приложение 2.2 . При несоответствии – сообщить мастеру для принятия мер.
При работе с многоканальными трубчатыми припоями пайку рекомендуется производить двумя руками. Для получения наилучших результатов рекомендуется следующее:
1). Поднесите жало паяльника к рабочей поверхности. Жало должно контактировать одновременно с контактной площадкой платы и выводом компонента для того, чтобы прогреть обе паяемые поверхности. Избыток припоя на жале, нанесенного во время облуживания жала, будет помогать процессу теплопередачи путем увеличения площади контакта между контактной площадкой и выводом. Необходимо не более секунды, чтобы прогреть соответствующим образом обе поверхности.
2). Поднесенный в это время к месту соединения с противоположной от жала стороны пруток трубчатого припоя позволит образовать галтель припоя. Для этого необходимо около 0,5 секунды.
ВНИМАНИЕ! Если припой подавать непосредственно на жало паяльника, активные компоненты флюса будут преждевременно выгорать, и его эффективность резко уменьшается. Не подавайте избыточное количество припоя на паяемое соединение. Это может привести к увеличению количества остатков флюса и ухудшению внешнего вида изделия. Рекомендуется выбирать диаметр прутка припоя равным половине диаметра жала паяльника.
3). Удалите припой от паяного соединения и затем удалите жало паяльника (см. рис. 3)
4). Весь процесс пайки должен занимать от 0,5 до 2 секунд на одно паяное соединение в зависимости от массы, температуры и конфигурации жала паяльника, а также паяемости поверхностей. Избыточное время или температура могут истощять флюс до смачивания припоем, что может привести к увеличению количества остатков флюса, и увеличивают хрупкость паяного соединения.
5). По окончании работы для обеспечения длительного срока службы необходимо жало облудить (см. рис. 2).
При работе с проволочными припоями необходимо нанести безотмывочный флюс с помощью тонкой беличьей кисти в места пайки, выдержать плату несколько секунд, чтобы растворитель флюса испарился, в противном случае флюс будет кипеть при пайке.
Припой можно наносить на жало паяльника.
Пайка чип-компонентов:
Чип-компонент – компонент в безвыводном корпусе прямоугольной формы, контакты выполнены в виде металлизированного покрытия торцев корпуса.
1). Облудить одну из контактных площадок (далее КП). Необходимо подать достаточное количество припоя для последующего формирования галтели.
2). Установить чип-компонент на КП.
3). Придерживая чип-компонент пинцетом, поднести жало паяльника, обеспечивая одновременный контакт жала с выводом чип-компонента и облуженной КП.
4). Произвести пайку в течение (0,5-1,5) секунд. Отвести жало паяльника.
5). Произвести пайку второго вывода: поднести жало паяльника, обеспечивая одновременный контакт жала с выводами КП. С противоположной стороны от жала паяльника подать трубчатый припой под углом 45º к плоскости КП и вывода компонента.
Внимание! При пайке чип-компонентов важен правильный подбор диаметра припоя.
Чрезмерно толстый пруток припоя будет формировать избыточную галтель припоя.
Пайка компонентов, монтируемых в металлизированные монтажные отверстия платы:
1). Установить компонент в монтажные отверстия.
2). Поднести жало паяльника таким образом, чтобы был обеспечен одновременный контакт с контактной площадкой монтажного отверстия и выводом компонента, прогреть (0,5-1) сек.
Правило №1: Необходимо обеспечить хороший контакт между жалом и паяемыми поверхностями.
3). Подать небольшое количество припоя на жало паяльника так, чтобы образовался мостик припоя между КП и выводом.
4). Перемещайте трубчатый припой по кругу вдоль КП в противоположном направлении от жала паяльника.
Правило №2: Необходимо обеспечивать контакт между жалом паяльника и паяемыми поверхностями до тех пор, пока не произойдет формирование галтели припоя.
5). Как только паяное соединение сформировалось, отвести пруток припоя.
6). Одновременно отвести жало паяльника. Для образования правильной формы галтели, жало должно двигаться вверх вдоль вывода компонента.
Внимание! Избегайте сильного давления жалом паяльника на контактную площадку.
Не допускайте контакта жала паяльника с галтелью припоя без использования трубчатого припоя, это может привести к деградации паяного соединения.
Возможные проблемы во время пайки и методы решения:
Разбрызгивание припоя, образование шариков.
Высокая скорость нагрева. Подавайте пруток трубчатого припоя на разогретые контактные поверхности (вывод компонента и контактную площадку платы), не подавайте трубчатый припой на жало паяльника.
Припой тянется за жалом.
Недостаточная температура нагрева.
Матовые паяные соединения.
Длительный контакт жала паяльника с паяным соединением после отвода прутка припоя из зоны пайки.
Остатки после пайки в виде нагара (желтый, коричневый налет на паяном соединении).
Очистить жало паяльника, заменить изношенное жало. Чрезмерно высокая температура пайки.
Избыточные остатки флюса вокруг паяного соединения.
- Большой диаметр трубчатого припоя. Использовать трубчатый припой с меньшим диаметром.
- Избыточная подача трубчатого припоя в место пайки.
- Низкая температура пайки. Используйте паяльник большей мощности или увеличте температуру пайки.
Примечание: при невозможности пайки «с двух рук», перед пайкой трубчатым припоем нанести точечно в место пайки флюс, не требующий отмывки, выдержать (3-4) секунды для пропитывания места пайки флюсом и испарения растворителя флюса, припой захватывать жалом, температура пайки должна быть минимально допустимой по технологическому процессу.
ПРОМЫВКА ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПОСЛЕ ПАЙКИ
Необходимость в промывке после пайки указывается в технологических процессах.
При использовании:
- для лужения и пайки флюса ФКСп и проволочного припоя ПОС-61 промывать места пайки кистью филеночной КФК, смоченной спирто-бензиновой смесью.
- безотмывочного флюса и проволочного припоя ПОС-61 промывка не требуется, если нет особых указаний в технологическом процессе.
- импортных трубчатых припоев можно места пайки не флюсовать, если паяемые поверхности не окислены и хорошо смачиваются припоем.
В этом случае промывка после пайки не требуется, если нет особых указаний в технологическом процессе.
Если в технологическом процессе требуется очистка мест пайки промывочной жидкостью VIGON EFM, промывать места пайки кистью филеночной КФК, смоченной промывочной жидкостью. При наличии больших остатков флюса после пайки, выдержать (3-5) секунд после промывки для испарения промывочной жидкости и повторно промыть места пайки. Можно также наложить х/б салфетку на плату, и места пайки промывать кистью, смоченной промывочной жидкостью.
Для алюминия и его сплавов
Алюминий и его сплавы – материалы, с которыми работать сложно. Низкотемпературная пайка алюминия усложняется наличием тугоплавкого поверхностного слоя оксидов.
Помочь могли бы активные флюсы, но их применение чревато усиленным образованием продуктов коррозии на месте шва. Разработаны специальные технологические приемы проведения спаивания по предварительно нанесенным покрытиям.
Помимо этого для алюминия используют низкотемпературные составы с добавками дорогостоящего галлия.
Высокотемпературную пайку проводят посредством применения высокотемпературных припоев на основе алюминия с добавками меди, цинка, кремния.
Чаще всего для спаивания алюминиевых деталей используют составы 34А, а также силумин. Для каждого из этих припоев предназначен соответствующий флюс. Припой 34А способствует образованию шва, устойчивого при 525 ℃.
Высокотемпературная припойная масса из алюминия и кремния позволяет получить соединение, выдерживающее 577 ℃. При проведении работы применяют флюсы, сделанные из хлоридов щелочных металлов. Прочность образованных швов не всегда соответствует требованиям производства.
При необходимости получения соединений высокой термической и коррозионной стойкости пайку проводят в глубоком вакууме в окружении паров магния.
Процесс выполняется без флюсов по сложной технологии. В качестве припоя применяют силумин. Полученный таким методом шов выдерживает значительные нагрузки.
Работа с медью
В системах водоснабжения, отопления и некоторых производственных схемах осуществляется монтаж медных труб, не предназначенных для повышенной термической нагрузки. В таких ситуациях для пайки допустимо применение низкотемпературного припоя.
Трубопроводы большого диаметра, сделанные из медных сплавов, иногда подвергаются большому нагреванию. В таких случаях для меди и сплавов на ее основе нужны специальные тугоплавкие композиты.
Обычно применяют высокотемпературные припои на медной, серебряной основе, содержащие другие металлы, а также кремний или фосфор.
Составы из меди и цинка обозначают сочетанием букв ПМЦ и числами, указывающими на процентное содержание меди. Такие высокотемпературные припои обладают многофункциональным действием, пригодны для работы с другими сплавами.
Образующиеся швы обладают умеренной стойкостью к механическим нагрузкам. Для улучшения прочностных качеств соединений припойные средства легируют различными добавками.
Как сделать самому
Оплетка для снятия является расходным материалом и должна быть в арсенале каждого электрика, занимающегося изготовлением и ремонтом электронных модулей.
Но иногда возникает ситуация, когда ни оплетки, ни подходящего экранированного провода под рукой нет. Тогда можно сделать подобное приспособление из любого медного гибкого многожильного провода с тонкими волосками.
Для этого нужно снять изоляцию с провода и немного закрутить волоски, чтобы собрать их в пучок.
Оплетка, производимая промышленностью, уже, как правило, покрыта флюсом, и необходимость дополнительного смачивания исчезает. Работать таким материалом, конечно же, удобнее. Отрезки с собранным припоем можно не выбрасывать, а использовать впоследствии для лужения контактов.
На основе меди и фосфора
Высокотемпературные составы на основе меди и фосфора обозначаются буквосочетанием ПМФ и числами, указывающими на концентрацию фосфора в общей массе.
Средство переходит в жидкое состояние при температуре 850 ℃, позволяет получать швы хорошей коррозионной стойкости. Припой применим не только для медных, но и ювелирных изделий из благородных металлов.
Только стали нельзя паять таким методом. В результате на стальных швах образуются фосфиты, которые уменьшаю механическую прочность шва, приводят к образованию хрупкого соединения. Достоинство медьсодержащих припоев с фосфором заключается в возможности проведения пайки без флюсов.
Для работы с медными, некоторыми стальными, чугунными деталями также рекомендуются высокотемпературные припои на основе латуни. Это может быть чистый латунный сплав или композит с оловом и кремнием. Средства обладают текучестью, достаточной для образования прочного, стойкого шва.
Как использовать
Для использования оплетки при снятии припоя понадобится паяльник и флакон с жидким флюсом.
Если жидкого флюса нет, берут любой другой, но работать будет некомфортно. Можно приготовить жидкий флюс самостоятельно, если заранее растворить кусочки сосновой канифоли в спирте или кусочки цинка в соляной кислоте.
Лучше всего подойдет медная оплетка для снятия припойного сплава. Отрезок оплетки необходимо покрыть флюсом. Сделать это можно кисточкой, но лучше, чтобы вся поверхность, на которую будет собираться припой, была покрыта, а для кисточки останутся недоступными части проводков внутри оплетки.
Эффективнее будет нанести флюс при помощи погружения в него конца оплетки. Для этого лучше использовать устойчивый сосуд с достаточно широким горлом.
После смачивания оплетки флюсом, ее прикладывают к месту, с которого необходимо снять припой, и нагревают паяльником. Нагревшаяся оплетка передает тепло на припой, и тот, расплавляясь, прилипает к оплетке, оставляя контакты чистыми.
Когда соберется достаточное количество, препятствующее дальнейшему сбору, конец оплетки обрезают и используют следующий участок.
После очистки одного из контактов, действия повторяют с каждым последующим до полной очистки или до освобождения компонента из платы. В результате качественной очистки монтажные отверстия получаются ровные, а контактные площадки остаются чистыми и облуженными.
На основе серебра
Очень хорошие свойства имеют высокотемпературные припойные средства на основе серебра. Они подходят практически для всех металлических изделий. Единственный недостаток – цена благородного металла лимитирует возможности частого применения.
Существуют сплавы (ПСр-15) с невысокой концентрацией серебра. Они стоят меньше, чем концентрированные композиции, могут применяться чаще.
Составы (ПСр-45) с содержанием серебра – 45 %, меди – 30 %, цинка – 25 % обладают очень хорошими свойствами: вязкостью, текучестью, ковкостью, стойкостью к окислению и механическим воздействиям. Эти сплавы применяются по необходимости, при наличии финансовой возможности.
Варьируя соотношение указанных компонентов, можно изменять максимальные температурные значения, которые выдержит будущий шов. Еще лучшие качества демонстрирует высокотемпературная композиция с содержанием серебра 65 %, но стоит она очень дорого.
