Что такое припой, виды, характеристики, правила подбора

Спаять гирлянду подручными средствами

Часто проблемы возникают с гирляндами, которые применяются для украшения дома или ели. Из-за применения тонких жил они часто перебиваются и требуется провести пайку. Среди особенностей этой работы отметим следующие моменты:

1. В большинстве случае проблема возникает в блоке управления, так как провода крепятся ненадежно.
2. Прорыв может возникнуть по всей длине изделия.
3. Если все источники света подключены параллельно, то выход из строя лишь одного приводит к размыканию всей цепи.

Отошедшие контакты найти довольно просто, а вот обрыв только при применении тестера. Только после нахождения места обрыва можно приступить к пайке. Припаять без паяльника можно следующим образом:

1. В места обрыва провода следует очистить.
2. Можно сделать небольшую скрутку, на которую наносится паста. Она будет использоваться для распределения применяемого сплава.
3. Следующий шаг заключается в расплавке припоя, для чего можно использовать зажигалку или свечу.
4. После этого место соединения изолируется при помощи трубки, которая также немного прогревается для повышения ее пластичности.

https://youtube.com/watch?v=Qdzl7ZskqXo

Подобная технология может применяться для восстановления состояния наушников. Процедура пайки не занимает много времени.

Пошаговая инструкция процесса пайки

залуженное жало паяльника

Рассмотрим инструкцию процесса пайки на примере скрепления 2 проводов из меди.

Если все этапы подготовки выполнены, то можно переходить непосредственно к процессу пайки:

1. Первое, что необходимо сделать – это залудить провода. При лужении многожильных проводов нужно их предварительно скрутить, тогда процесс будет происходить намного быстрее.
2. Для лужения проводов, необходимо взять оголенную жилу, положить на канифоль или обработать другим флюсом, после чего требуется аккуратно облить ее сверху припоем.
3. Зафиксировать провода – иногда для этого используются специальные станки, иногда самодельные конструкции. В случае, когда вы неправильно зафиксировали провода, процесс пайки может закончиться не лучшим образом.
4. Соединение – на этом этапе мы соединяем 2 предварительно обработанные жилы и обливаем их припоем. Для того, чтобы осуществить данный процесс, требуется нагретой частью паяльного инструмента расплавить немного припоя, после чего аккуратно наносить его на соединение двух жил.
5. Очистка соединения – под конец процесса пайки необходимо очистить место соединения жил, это можно сделать при помощи наждачной бумаги или напильника. Очень важный процесс, так как если на данном месте будет окисление, то провода могут сгореть.
6. Обмотка изоляцией – чаще всего для этих целей используется изолента, она самый универсальный вариант. Ее плюсы – легкодоступная, можно приобрести в любом магазине, проста в использовании, нет ничего сложного в том, чтобы обернуть провод изолентой, долгосрочная, можно не менять в течение долгого времени.’

если провод чистый и сделан из меди, то лужение произойдет моментально

Разновидности

Скелетная

Скелетной называется технология, при которой под слоем припоя рассматривается базовая поверхность. Характеризуется экономным потреблением металла для пайки и удобством визуального контроля. Применяется при работе в электротехнической сфере, в частности для соединения проводов.

Волновая

Данный вид пайки применяют для крепления элементов на печатные платы. Волновой метод был разработан в 50-х годах ХХ века, с активным внедрением электронных схем в различные приборы бытового и промышленного назначения. На массовом производстве действуют полностью автоматизированные линии.

Одной из разновидностей волновой, является селективная пайка. Она характеризуется избирательностью воздействия припоя. Ее применяют для обработки элементов, монтируемых в отверстия.

Холодная

Холодная пайка – это метод, при котором соединение образуется за счет взаимного проникновения элементов друг в друга. Скорость реакции зависит от температуры и продолжительности контакта. Одна из самых простых схем для пайки. Применяется для соединения полиэтиленовых и полипропиленовых изделий.

В бытовых условиях холодный метод применяются для монтажа линолеума и ремонта труб из полиэтилена.

К рассматриваемой технологии имеет косвенное отношение.

Бессвинцовая

Современная технология, которая начала активно развиваться после ужесточения требований по экологической безопасности. В настоящее время все Японские производители электроники полностью отказались от использования свинцовых припоев. В качестве рабочего сплава в бессвинцовом методе применяют комбинацию олова, серебра, цинка и меди. Соотношение и добавочные элементы зависят от сферы деятельности.

Контактная

Вид пайки, при котором соединяют детали с различными составами. Технологический цикл включает в себя кратковременное изменение агрегатного состояния контактной области. Для надежного скрепления часто используют прослойку, которая помогает добиться нужного результата. Несоблюдение данного правила ведет к тому, что прочность контакта будет очень низкой. Расходные материалы называют эвтектиками. Так можно соединить медь с алюминием, где между деталями будет алюминиево-медный сплав.  Отличительная особенность – высокая скорость реакции.

Высокотемпературная

Отличительная особенность данного способа спаивания – высокая температура воздействия на заготовку. В результате соединение будет обладать устойчивостью к перепадам температур, а также высоким показателем крепости. За качестве придется платить – данный метод считается наиболее сложным, с технологической точки зрения.

В отдельных случаях температура должна достигать 1000 Сº. По этой причине при высокотемпературной пайке невозможно использовать обычные паяльники – требуются более мощные генераторы тепловой энергии.

Индукционная

В качестве источника тепла используется высокочастотный ток, который воздействует на соединяемые изделия. Генератор являются специальные индукторы, которые можно изготовить самостоятельно. Существуют установки стационарного и мобильного типа.

Во избежание активации окислительных процессов, работы проводят в вакуумной среде. Разрешено соединять детали при атмосферном воздухе, при условии использования специальных самофлюсующихся припоев.

Инфракрасная

Еще один современный способ, в основе которого лежит принцип нагрева заготовок электромагнитными волнами. Нагревательные элементы изготавливают из кварца или керамики.

Инфракрасная паяльная станция – сложный прибор, стоимость которого не позволяет применять его в бытовых условиях. Основное преимущество заключается в том, что электромагнитные волны невидимого спектра не представляют угрозы здоровью человека.

Капиллярная

Наиболее распространенный способ спайки изделий. Суть технологии заключается в том, что при увеличении температуры пропой, нанесенный на поверхность, расплавляется и занимает все пространство между соединяемыми деталями.

Метод используется как в быту, так и на производстве. В основе любого метода лежит капиллярная технология, как сама идея пайки – нанесение на поверхность горячего припоя.

Разновидности

Классификация пайки металлов достаточно сложна, потому что в каждой категории приходится учитывать большое количество различных параметров. Имеет значения тип припоя, способ нагрева, присутствует ли в зазоре давление или нет, как кристаллизуется паяный шов.

Но чаще всего разделение проводится по температуре расплавленного припоя. Это низкотемпературный процесс (до 450 ℃) и высокотемпературный (свыше 450 ℃).

Низкотемпературную пайку чаще всего используют именно в электронике, потому что сама технология достаточно проста и экономична. При этом появляется возможность паять мелкие детали, что актуально для этой промышленности. К тому же этим способом можно проводить соединение разнородных металлов и материалов.

Что касается высокотемпературной технологии, то она обозначается высокими прочностными характеристиками места стыка, такое соединение может выдержать даже ударные нагрузки и высокое давление.

В мелкосерийном производстве высокую температуру обеспечивают газовыми горелками или токами индукционного типа средней или высокой частоты.

В классификации процесса пайки есть еще одно разделение, в основе которого лежит тип припоя. Самый распространенный способ – использовать готовый припой.

Кстати, это не обязательно стержни из сплавов, это может быть специальная паста. Припой просто расплавляется и затекает в зазор между деталями. Здесь проявляется капиллярное явление. Силы поверхностного натяжения заставляют расплавленный металл проникать во все поры и трещины деталей.

Вторая позиция в этом разделении – реакционно-флюсовая операция, для чего используется цинкосодержащий флюс. По сути, между нагретыми кромками заготовок из металла и флюсовым материалом происходит химическая реакция, конечный результат которой и есть припой.

Меры безопасности при пайке

Паять правильно- это значит, в том числе, и паять безопасно.

Два основных фактора опасности при паяльных работах — это высокая температура и вредные для здоровья газы, выделяющиеся при плавлении паяльной прволокия и кипении флюса.

Исходя из этого, меры безопасности должны быть следующими:

• Перед началом работы следует осмотреть оборудование на предмет отсутствия механических повреждений, целостности кабеля питания и вилки, надежности крепления жала.
• Рабочее место должно хорошо вентилироваться, лучше всего — быть оборудованным вытяжной вентиляцией.
• Рабочее место недопустимо захламлять, в рабочей зоне должны быть только те предметы, которые будут паяться прямо сейчас.
• Каждый раз, выпуская электропаяльник из рук, кладите его на специальную массивную подставку, исключающую опрокидывание.
• Следует остерегаться брызг припоя и флюса, для чего надо обязательно использовать защитные очки или прозрачный щиток.
• Для фиксации деталей следует применять только инвентарные приспособления: пинцеты, зажимы, устройство «третья рука».

В случае, если брызги попали на кожу, необходимо промыть пораженное место струей холодной чистой воды и нанести антисептическую заживляющую мазь. При попадании брызг в глаза или на другие слизистые оболочки, а также в случае сильных ожогов следует немедленно обратиться к врачу.

При работе следует соблюдать и общие меры электробезопасности, а при использовании газовой паяльной горелки — дополнительные меры пожарной безопасности.

Как паять алюминий

Флюсы для пайки алюминия

Благодаря современным флюсам паять алюминий стало в общем не сложнее, чем медь. Для низкотемпературной его пайки предназначен флюс Ф-61А, см. рис. Припой – любой аналог припоев Авиа; в продаже есть разные. Единственно что – стержень в паяльник лучше вставить бронзовый луженый с насечками на жале примерно как у напильника. Он под слоем флюса легко соскоблит прочную пленку окисла, которая и не дает алюминию паяться просто так.

Для высокотемпературной пайки алюминия припоем 34А предназначен флюс Ф-34А

Однако греть зону пайки пламенем нужно очень осторожно: температура плавления самого алюминия всего 660 Цельсия. Поэтому высокотемпературную пайку алюминия лучше применять беспламенную камерную (пайка с печным подогревом), но оборудование для нее стоит дорого

Омеднение алюминия для пайки

Есть еще «пионерский» способ пайки алюминия с предварительным омеднением. Он пригоден, когда требуется только электрический контакт, а механические напряжения в зоне пайки исключены, напр., если нужно соединить алюминиевый кожух с общей шиной печатной платы. «По-пионерски» пайка алюминия осуществляется на установке, показанной на рис. слева. Порошок медного купороса насыпают горкой в зону пайки. Зубную щетку пожестче, обмотанную голым медным проводом, окунают в дистиллированную воду и растирают ею с нажимом купорос. Когда на алюминии появится медное пятно, его лудят и паяют как обычно.

Техника пайки

В основном пайка происходит двумя методами: подачей припоя на детали с помощью паяльника или подача припоя непосредственно на детали.

При использовании любого из способов нужно сначала очистить и обезжирить детали, закрепить их, разогреть инструмент и обработать место пайки флюсом.

Если припой подается непосредственно на спай, то сначала паяльником разогреваются детали, а позже туда подается припой.

Если планируется провести пайку схем, то лучше найти качественные фото-инструкции как паять электронные схемы.

Чтобы оценить качество работы, нужно оценить цвет и блеск спая. Качественно выполненный спай имеет ярко выраженный блеск, если припой пережжен, то он имеет матовый цвет и хрупкую структуру. О браке говорит губчатая структура припоя.

Для первых проб лучше всего использовать простые и недорогие материалы. Проще всего будет понять как правильно паять оловом и канифолью.

Чем и как лудить/паять?

Для следующих операций понадобится уже специальный электронагревательный инструмент: паяльник, футорка или паяльная горелка. Паять в домашних условиях чаще всего приходится электропаяльником с медным луженым жалом. Его устройство показано на поз. 1 рис. «Для полного счастья» спайщика-любителя нужны стержневые паяльники на 16-20 Вт для микросхем и печатных плат, поз. 2а, 40-50 Вт (поз. 2б), для электропроводов и навесного монтажа компонент радиоэлектроники, и 80-150 Вт (поз. 2в), для сборки небольших металлоконструкций пайкой.

Устройство и разновидности электропаяльников с медным луженым жалом

Если не предполагается работ с микрочипами (телефоны, планшеты, компьютеры) и пайки стали толщиной более 0,5-0,6 мм, можно обойтись комплектом из паяльников на 25 Вт (поз. 3а) и 60-65 Вт, поз. 3 б. Вдруг возникнет необходимость паять металлопрофили с толщиной стенок до 3-4 мм и/или толстый стальной лист, потребуется радиаторный паяльник-«топор» на 300-400 Вт, поз. 4.

Жала паяльников малой мощности (поз. 2а, 2б, 3а, 3б) изначально не прокованы и потому довольно быстро окисляются (подгорают). Чтобы повысить их стойкость, а заодно и отформовать нужным образом, вынутый из паяльника стержень проковывают слесарным молотком на наковальне настольных тисков. «Ширкать» его надфилем после этого нет нужды, да и не надо, чтобы не стереть наружный уплотненный слой меди. После проковки жало сразу же покрывают активированным флюсом.

Пока мы готовили паяльник, флюс на паечных поверхностях сделал свое дело: под его слоем они чистые, можно лудить. Здесь критическим пунктом будет толщина деталей:

• Менее 1/8 диаметра стержня паяльника – прогреются насквозь до температуры плавления припоя менее чем за 7 с. Флюс не успеет выкипеть.
• Более 1/6 той же величины – прогреются более чем за 10 с, флюс выкипит, детали оголятся и окислятся.
• 1/8-1/6 диаметра стержня – нужно, чаще всего основываясь на собственном опыте, лудить легкоплавким припоем под высококипящим флюсом. Или воспользоваться паяльником помощнее.

В первом случае на жало набирают каплю припоя, переносят на паяемую поверхность, и, если:

1. Провод тонкий – легко, без нажима, двигают по оголенному концу жалом с одной и затем с противоположной стороны, пока припой не растечется. Провод держат кончиком вниз. Стекшую туда каплю излишка припоя снимают паяльником.
2. Провод толстый – жало двигают по спирали взад-вперед.
3. Плоская тонкая длинная деталь – припой наносят на конец и двигают жало вдоль. Когда за жалом покажутся незалуженные края детали, наносят на недолуженный участок еще флюса, набирают другую каплю припоя и продолжают лужение.
4. Длинная более широкая деталь – то же, что и в пред. случае, но жало ведут змейкой.
5. Широкая деталь – жало двигают по спирали от центра в краям.

Для лужения толстых деталей берут ниточный припой с флюсом, т. наз. гарпиус: это тонкая гибкая трубочка из фольги припоя, в просвете которой порошкообразная канифоль. Лужение начинают с края длинных или с середины широких деталей. Конец гарпиуса прикладывают к месту начала лужения, греют паяльником, пока не растечется. Движения жалом – такие же, как в пред. случаях. Припой подают под жало по мере расходования. Дать на жало – он к нему будет липнуть, пока не образуется большая капля, которая стечет куда не надо.

Припои и флюсы

Теперь пришло время точно подобрать рабочий припой и флюс к нему, т.к. пайка, в отличие от полуды, должна не только крепко сцепляться с основным металлом, но и сама быть прочной. Сводка сведений о припоях и флюсах широкого применения из старого справочника дана на рис. Применительно к нынешнему времени к ней остается добавить не так уж много.

Характеристики припоев и флюсов широкого применения

Припои

Припои от ПОС-90 до Авиа-2 – мягкие для низкотемпературной пайки. Гарантированно обеспечивают только электрический контакт. ПОС-30 и ПОС-40 паяют медь, латунь, бронзу с неактивными флюсами, а их же со сталью и сталь со сталью – с активными. ПОССр-15 можно паять оцинковку с неактивными флюсами; другие припои при этом разъедают цинк до стали и пайка скоро отваливается.

34А, МФ-1 и ПСр-25 припои твердые, для высокотемпературной пайки. Припоем 34А можно паять алюминий в пламени (см. далее, о пайке алюминия) со специальными флюсами, см. там же. Припоем МФ1 припаивают медь к стали с активированным флюсом. «Невысокие требования к прочности» в данном случае значит, что прочность спая ближе к прочности меди, чем стали. ПСр-25 при пайке сухим паяльником (см. далее) пригоден для пайки ювелирных изделий, витражей тиффани и т.п.

Флюсы

Паяльные флюсы делятся на нейтральные (неактивные, бескислотные), химически с основным металлом не взаимодействующие или взаимодействующие в ничтожной степени, активированные, химически действующие на основной металл при нагреве, и активные (кислотные), действующие на него и холодными. В отношении флюсов наш век принес больше всего нововведений; большей частью все же хороших, но начнем с неприятных.

Первое – технически чистого ацетона для промывки паек в широкой продаже больше нет вследствие того, что он используется в подпольном производстве наркотиков и сам обладает наркотическим действием. Заменители технического ацетона – растворители 646 и 647.

Второе – хлористый цинк в активированных флюс-пастах часто заменяют тераборнокислым натрием – бурой. Соляная кислота – высокотоксичное химически агрессивное летучее вещество; хлорид цинка также токсичен, а при нагреве сублимирует, т.е. улетучивается не плавясь. Бура безопасна, но при нагреве выделяет большое количество кристаллизационной воды, что немного ухудшает качество пайки.

Хорошая новость – теперь в продаже есть широчайший ассортимент флюсов на все случаи паяльной жизни. Для обычных спаечных работ вам понадобятся (см. рис.) недорогие СКФ (спиртоканифольный, бывший КЭ, второй в списке бескислотных флюсов в табл. I.10 на рис. выше) и паяльная (травленая) кислота, это первый в списке кислотный флюс. СКФ пригоден для пайки меди и ее сплавов, а паяльная кислота – для стали.

Пайки от СКФ нужно обязательно промывать: в состав канифоли входит янтарная кислота, при длительном контакте разрушающая металл. Кроме того, случайно пролитый СКФ мгновенно растекается по большой площади и превращается в очень долго сохнущую чрезвычайно липкую гадость, пятна от которой ничем не сводятся ни с одежды, ни с мебели, ни с пола со стенами. В общем СКФ для пайки хороший флюс, но не для ротозеев с растяпами.

Полноценный заменитель СКФ, но не такой противный при небрежном обращении – флюс ТАГС. Стальные детали более массивные, чем допустимо для пайки паяльной кислотой, и более прочно, паяют флюсом Ф38. Универсальным флюсом можно паять практически любые металлы в любых сочетаниях, в т.ч. алюминий, но прочность спая с ним не нормируется. К пайке алюминия мы еще вернемся.

Преимущества и недостатки

1. Возможность соединять поверхности с различными физическими и химическими свойствами.
2. Технологию пайки использует для работы в труднодоступных местах, где исключается сваривания.
3. Отсутствуют требования к форме и размерам изделий.
4. Возможно выполнение обработки все плоскости касания.
5. Пайка не создает внутреннее напряжение, что положительно сказывается на качестве металла.
6. Относительная простата, по сравнению со сваркой, процесса позволяет выполнять спаивание заготовок уже после получения базовых знаний в этой области.

Специалисты выделяют три недостатка.

1. Малая прочность соединения. Это связано со свойствами материалов, которые используются в качестве припоя. Отсюда и следующий минус.
2. Низкая термостойкость. Нельзя работать с деталями, эксплуатация которых связана с повышенными температурами. Например, заделка отверстия в чайнике точно не порадует качеством и долговечностью.
3. Низкая производительность. По этой причине пайку практически не применяют на массовом производстве, а выполняемые работы связаны с точечными воздействиями.

Специальные припои

Наиболее качественное соединение в домашних условиях можно получить, используя легкоплавкие припои на основе олова и меди и специальные флюсы. Самым популярным отечественным флюсом является Ф64, который позволяет паять алюминиевые детали без механической зачистки. Так, к примеру, без проблем осуществляется пайка алюминия с медью, или запаивается изнутри алюминиевая трубка, зачистить которую иными способами не представляется возможным.

При этом используются обычные легкоплавкие оловянно-свинцовые припои с температурой плавления 200−350 градусов. Паяльник должен быть довольно мощным — от 100 Вт и выше. Причина — в высокой теплопроводности алюминия. Недостаточно мощный паяльник просто не сможет нагреть место спайки до температуры плавления припоя. Лишь очень маленькие детали (преимущественно в радиоэлектронике) можно соединять паяльником мощностью 60 Вт.

Для пайки больших алюминиевых деталей паяльник не подойдёт. Здесь лучше воспользоваться любой газовой горелкой, обеспечивающей нагрев до 500−600 градусов, и одним из специализированных припоев. Одним из наиболее популярных является HTS-2000 — безфлюсовый припой для пайки алюминия, меди, цинка и даже титана.

Он обладает несколькими достоинствами:

1. Низкой температурой плавления (390 градусов Цельсия).
2. Возможностью применения без флюса.
3. Надёжностью соединения (во многих случаях способен заменить аргонную сварку).

Правда, HTS-2000 не исключает процесса зачистки. Более того, в процессе пайки необходимо сдирать прутком припоя или металлической щёткой оксидную плёнку, чтобы обеспечить надёжное соединение. Однако этот способ позволяет выполнять такие работы как запаивание прохудившихся алюминиевых ёмкостей, например, канистр, или даже автомобильных алюминиевых радиаторов.

Кроме того, HTS-2000 — это практически единственный (за исключением аргона) способ соединения двух «крылатых» металлов: алюминия и титана.

Существуют и другие высокотемпературные припои, разработанные специально для пайки алюминия. Например, 34А, в составе которого содержится две трети алюминия, а также медь и кремний. Но температуры плавления таких припоев — 500−600 градусов Цельсия, что близко к температуре плавления самого алюминия.

Поэтому использование высокотемпературных припоев в домашних условиях опасно — алюминиевая деталь при нагреве до столь высоких температур может быть непоправимо испорчена.