Технологические процессы паяния и лужения

Технологический процесс паяния состоит из следующих операций:

механической (шабером, напильником, шлифовальной шкур­кой) или химической очистки. Промежуток между двумя поверх­ностями должен быть везде одинаков и не превышать 0,1 ...0,3 мм. Такой небольшой промежуток необходим для образования капил­лярных сил, которые способствуют засасыванию припоя на зна­чительную глубину от кромки. Если спаиваемые поверхности име­ют следы жира или масла, то их обрабатывают горячим раствором щелочи. Обычно берут 10%-ный раствор соды. Если механически очистить детали по какой-либо причине нельзя, то применяют травление деталей в кислотах. Обычно берут 10%-ный раствор сер­ной кислоты для меди и ее сплавов, а для деталей из черных ме­таллов — 10 %-ный раствор соляной кислоты, причем раствор дол­жен быть подогрет до 50 — 70 °С;

покрытия флюсом;

нагревания (паяльником, паяльной лампой и другим способом);

предварительного облуживания припоем (паяльником, или на­тиранием, или погружением в припой). Предварительное лужение имеет весьма важное значение, так как в этом случае достигаются повышенные прочность и плотность спая. В случае невозможности предварительного лужения паяние ведут и по чистой поверхнос­ти, но результаты будут более низкими. Для предварительного лу­жения применяется тот же припой, какой применяется и для пос­ледующего паяния;

скрепления мест для спаивания, покрытия их флюсом и нагре­вания. Детали скрепляют, чтобы места соединений не расходились при небольших механических воздействиях, например при нало­жении паяльника;

введение припоя, его расплавление и удаление излишков при­поя, а также остатков флюса.

Метод паяния в значительной мере зависит от типа применяе­мого припоя. Наиболее характерные случаи паяния: паяльником с применением мягких припоев; ручной паяльной лампой с приме­нением обычно твердых припоев; электрическое паяние (место спая служит сопротивлением, через сопротивление пропускается ток низкого напряжения).

При паянии паяльником обычно применяют припои, температура плавления которых не выше точки плавления свинца (327 °С). Такое паяние производят тогда, когда детали не подвергаются большим нагрузкам или требуют в дальнейшем распаивания. Если детали под­вергаются в процессе работы нагреванию до высоких температур, паяние паяльником с применением мягких припоев исключается.

Подготовку паяльника для работы производят одновременно с подготовкой деталей. Паяльник слегка проковывают (частично для удаления нагара и окислов), зажимают в тиски и опиливают так, чтобы рабочая часть его была полукруглой. Если опиливать паяль­ник без предварительной проковки, то он скоро изнашивается. Конец паяльника делают полукруглым потому, что в этом случае он не так быстро охлаждается, как острый, лучше прогревает ме­ста спайки и равномернее разъедается жидким припоем.

После механической подготовки паяльник облуживают, для чего нагревают его не выше 400 °С; конец паяльника опускают в вод­ный раствор хлористого цинка, после чего горячим паяльником трут о кусок припоя до тех пор, пока вся рабочая часть не покро­ется слоем полуды.

При работе паяльник должен иметь температуру, удовлетворя­ющую следующему требованию: если паяльник приложить рабо­чим местом к прутку припоя, часть припоя, прилегающая к па­яльнику, должна расплавиться через 0,5... 1с. Во время работы тем­пература паяльника должна быть такова, чтобы капли припоя, приставшие к паяльнику, были в жидком состоянии.

Более удобный способ облуживания паяльника заключается в сле­дующем: в куске нашатыря (хлористого аммония) делают неболь­шие углубления и туда кладут кусочки припоя. Проводя горячим паяльником вперед и назад по твердому нашатырю, одновременно касаются и припоя. Таким образом, паяльник облуживается быстрее.

Если нагретым паяльником коснуться шва и одновременно к шву подложить кусок припоя в виде прутка, ленты или проволо­ки, то припой расплавится и проникнет в шов. Излишек припоя разглаживают по шву паяльником. Припой также наносят на шов паяльником, так как к паяльнику всегда прилипают капли при­поя, и если концом паяльника проводить по шву, жидкий припой всасывается в шов. Чтобы новые капли припоя перешли на паяль­ник, его снова отнимают от шва и прикладывают к куску припоя. Технологический процесс лужения состоит из следующих опера­ций:

очистки поверхности от посторонних веществ металлической щеткой, песком, известью или шлифовальной шкуркой;

обезжиривания бензином или горячим водным раствором соды или едкого натра; промывки в воде;

химической чистки от окислов травления в кислотах; покрытия флюсами (хлористым цинком) кистью или погруже­нием в водный раствор флюса;

подогревания до температуры плавления полуды и лужения. Лудят небольшие предметы паяльником. Лужение больших пред­метов производят методом натирания. Для этого изделие смачива­ют раствором хлористого цинка и нагревают до температуры плав­ления олова, после чего посыпают порошкообразной смесью оло­ва с хлористым аммонием (нашатырем). Олово при этом плавится и, растертое паклей, образует на поверхности ровный слой. После лужения остатки флюса отмывают горячей водой.

Чугун.Чтобы запаять трещину или иной дефект в чугунной детали мягким припоем, производят тщательную механическую очи­стку места паяния и хорошо смачивают его соляной кислотой. Затем это место обрабатывают водным раствором хлористого цинка, по­сыпают порошком нашатыря (хлористого аммония) и подогревают паяльником или паяльной лампой. Нагревать место пайки надо до тех пор, пока не станет плавиться поднесенный к нему припой. Тог­да натирают припоем место спайки и сейчас же протирают его по­рошком нашатыря, нанесенного на густую металлическую щетку или паклю. Эта операция - предварительное лужение перед паяни­ем. Пока деталь еще горячая, запаивают трещины или иные дефек­ты паяльником, перемещая его от одного конца трещины к друго­му. Если припой не проходит в трещину, необходимо с обоих краев ее снять небольшую фаску, вылудить это место и снова произвести паяние. Излишек припоя снимается шабером или напильником.

Алюминий.Для паяния алюминия на паяльник надевают риф­леный наконечник (рабочая часть его пропилена трехгранным на­пильником). Насадку изготовляют из стали и закаливают, с тем чтобы зубцы не срабатывались. Насадку вытачивают на токарном станке, и ее конец спиливают. Трубку насадки пропиливают но­жовкой на четыре части, это создает пружинистость насадки, и она плотно вставляется в рабочую часть обычного паяльника. Диа­метр отверстия в насадке высверливают в соответствии с диамет­ром рабочего конца паяльника.

Места спая тщательно очищают до блеска, на зубчики насадки берут расплавленную канифоль и наносят на спаиваемое место. Ког­да в процессе облуживания канифоль начнет покрывать алюминий, паяльник короткими движениями передвигают взад и вперед, и зубцы будут скоблить металл. Таким методом очищают всю поверхность места спая, после чего облуживают очищенные места. Затем приступа­ют к паянию. Для этого берут на паяльник каплю олова, предвари­тельно посыпанную канифолью, и подносят к облуженному месту. Если оно шероховатое, то паяльником снимают эту шероховатость, которая представляет собой пористое олово, смешанное с частич­ками окиси алюминия, образующейся из-за недостатка флюса. Пред­варительно на место спая насыпают канифоль, берут на паяльник каплю олова и наносят на спаиваемый шов. Как только олово смо­чит место спая, паяльник снимают с металла. Затем паяние произ­водят вторично, для этого место спая снова посыпают канифолью.

При паянии алюминия, особенно в процессе его лужения, па­яльник следует хорошо разогреть и длительное время держать на одном месте и после прогрева металла медленно водить по спаивае­мому шву.

Для паяния алюминиевых сплавов рекомендуются припои ПОС-50 и ПОС-90. Флюсом служит минеральное масло (особенно реко­мендуется оружейное). Предварительно на спаиваемые швы наносят флюс и затем зачищают места пайки. Паяние ведут мощным, хоро­шо прогретым паяльником. Перед началом паяния металл следует хорошо прогреть. Для паяния алюминиевых сплавов выпускается и специальный припой П-250А, он состоит из 80 % олова и 20 % цин­ка. Флюсом служит смесь йодида лития (2...3 г) и олеиновой кис­лоты (20 г). Перед работой паяльник необходимо облудить указан­ным припоем, пользуясь канифолью. Спаиваемые поверхности очи­щают от остатков флюса марлевым тампоном, смоченным в ацетоне.

Припои и флюсы

Металл или сплав, при помощи которого ведется пайка, назы­вается припоем. По температуре плавления припоев процессы пайки подразделяются на два основных вида: пайка легкоплавкими (мяг­кими) припоями и пайка тугоплавкими (твердыми) припоями.

К легкоплавким относятся припои, температура плавления ко­торых ниже 450 °С, а к тугоплавким — припои, температура плав­ления которых выше 450 °С (рис. 15.1). К припоям предъявляются следующие основные технологические требования: высокая жидкотекучесть и хорошая смачиваемость соединяемых поверхностей; устойчивость к коррозии; достаточная прочность и пластичность; температура плавления ниже, чем у соединяемых металлов.

Легкоплавкие припои представляют собой сплавы цветных ме­таллов Наибольшее применение получили оловянно-свинцовые припои ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40, ПОС-50 и ПОС-61. Цифры показывают процентное содержание олова в припое. Эти припои имеют хорошую смачиваемость поверхности большинства метал­лов и высокую пластичность. Их низкая температура плавления (менее 450 °С) позволяет проводить пайку простейшими средства­ми (паяльниками). С увеличением содержания олова в припое по­вышается механическая прочность и коррозийная стойкость соединения, но также увеличивается и стоимость припоя. Свинец повышает пластичность припоя. Эти припои применяют для вос­становления деталей, работающих при высоких температурах и не­больших нагрузках, т. е. для радиаторов, коллекторов генераторов, топливных баков, электропроводов и др.

Рис. 15.1. Классификация припоев по температуре плавления

Легкоплавкие припои оловянно-цинковые типа П-200, П-250А используют для пайки алюминия, его сплавов и меди. Тугоплавкие припой представляют собой чистые цветные металлы и их сплавы.

Для пайки черных металлов применяют медные припои марок М1 и М2. Они весьма жидкотекучи, хорошо смачивают поверхно­сти и дают прочные и пластичные соединения. Недостаток — вы­сокая температура плавления (1083 °С).

Медно-цинковые припои марок ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54, Л-62 и Л-68 (цифры указывают процентное содержание меди в припое) применяют для пайки меди, бронзы, латуни и черных металлов. С увеличением содержания цинка в этих припоях умень­шается прочность и возникает хрупкость, но цинк снижает темпе­ратуру плавления припоя. Поэтому пайку латуни проводят припо­ем ПМЦ-36, а сталь и чугун лучше паять припоем Л-62.

Лучшие тугоплавкие припои — серебряно-медно-цинковые ма­рок ПСр10, ПСр12М, ПСр25, ПСр45, ПСр65 и ПСр70 (цифры указывают процентное содержание серебра в припое) — позволя­ют получать высокопрочные и пластичные соединения, но очень дорогие. Эти сплавы применяют для пайки ответственных деталей из стали, меди и ее сплавов. Флюсы при пайке используют жидкие и твердые. В случае применения легкоплавких припоев берут жид­кие флюсы, представляющие собой водные растворы хлористого аммиака (нашатырь) и хлористого цинка (цинк, протравленный соляной кислотой). Концентрация раствора в пределах 25...50%. Для пайки меди (проводов) в качестве флюса часто используют чистую канифоль или соединения на ее основе.

Пайку тугоплавкими припоям ведут с твердыми флюсами, пред­ставляющими собой порошки буры и ее смеси с борной кислотой и борным ангидридом. Наибольшее применение имеет чистая бура, прокаленная перед употреблением при температуре 400...460 "С. Для пайки алюминия и его сплавов удобны флюсы Ф320А, Ф380А и другие, содержащие хлористый литий, фтористый натрий и хло­ристый цинк, активно разрушающие окисную пленку алюминия.