Пайка и лужение

ПАЙКА

Основные определения

ГОСТ 17325-79 Пайка и лужение. Основные термины и определения.

• Пайка – технологическая операция, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных материалов путём введения между этими деталями расплавленного металла (припоя), имеющего более низкую температуру плавления, чем материал соединяемых деталей;

Сварка - один из рарешенных ПУЭ способов соединения проводов, отличается высокой надежностью и минимальным переходным сопротивлением скрутки.

В чем отличие пайки от сварки?

• Сварка - технологическая операция, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных материалов путём нагревания и плавления деталей. Расплав, застывая, образует соединение с установлением межатомных связей.
• Разделить сварное соединение можно только разрезав его – пилой, углошлифмашиной (болгарка), сваркой. Геометрическая форма деталей при этом не сохраняется.
• При пайке расплавляются не спаиваемые детали, а легкоплавкий припой. Расплавленный припой, затекая в зазор между деталями (0,1-0,2 мм), застывает и образует спай.
• Разделить паяное соединение можно без нарушения геометрии деталей, нагрев его до температуры плавления припоя.
• Существуют припои с температурой плавления ниже, чем 100⁰C – сплав Розе  (состав: 25% олова, 25% свинца, 50 % висмута, t_пл +94⁰C), сплав Вуда (состав: 12,5% олова, 25% свинца, 50% висмута, 12,5 % кадмия, t_пл +60-68⁰C, отличается токсичностью!), паяное соединение разъединится в горячей воде или под струей горячего воздуха.

• Припой – материал, применяемый при пайке для соединения заготовок и имеющий температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы;

Припои условно делятся на две группы – мягкие и твердые (табл. 1).

Табл 1. Характеристики припоев

В электромонтажной мастерской для пайки используются только оловянно-свинцовые припои, в основном марок ПОС-40 и ПОС-61 (табл. 2).

Расшифровка маркировки: ПОС-61 —  Припой Оловянно-Свинцовый. 

61 – процентное содержание олова (Sn), остальное – свинец (Pb).

(61:39 - эвтектика олово-свинец, т.е. сплав с наименьшей температурой плавления)

Табл 2. Характеристики припоев ПОС

Почему чистое олово не используется для пайки?

Все дело в свойстве олова менять свою кристаллическую структуру при низких температурах, устойчивой оказывается та форма, которая существует в виде серого порошка (α-олово). Причем, если куском металла, начавшего перекристаллизацию, коснуться куска белого олова (β-олово), оно тоже быстро начинает фазовый переход в порошковидную форму. Этому явлению дали название «Оловянная чума».

Из-за поражения «чумой» оловянных пуговиц сильно пострадала отступающая из России наполеоновская армия, та же причина привела в негодность обмундирование русской армии в балканском походе по время освободительной войны с Турцией в 1878 г. «Оловянная чума» – одна из причин гибели экспедиции Роберта Скотта к Южному полюсу в 1912 году. Она осталась без горючего и провизии из-за того, что топливо просочилось из запаянных оловом баков, пропитав припасы. Припою делают «прививку», добавляя в состав свинец, сурьму или висмут. Это гарантирует защиту от «оловянной чумы» даже при самых низких температурах.

[Жолондковский О.И., Лебедев Ю.А. Бой с пожирателями металла. М.: Знания. 1984]

• Флюс – вещества (смесь) органического и неорганического происхождения, предназначенные для:
  • удаления оксидов с поверхности под пайку;
  • снижения поверхностного натяжения, улучшения растекания жидкого припоя;
  • защиты металла от действия окружающей среды.

• Виды флюсов по химическому составу:
  • На основе соединений бора;
  • На основе фтористых соединений металлов;
  • На основе хлористых соединений металлов;
  • Окисные;
  • Кислотные;
  • На основе канифоли (смесь смоляных кислот).

• Виды флюсов по коррозионной активности:
  • Некоррозионные  (канифоль и её растворы в спирте);
  • Слабокоррозионные (органические кислоты);
  • Коррозионные  (неорганические кислоты, фториды, хлориды металлов);
  • Реактивные (для пайки алюминия без припоя).

Пайка без использования флюса, так называемая «сухая пайка», не должна использоваться, т.к. при этом не удаляются имеющиеся на металле окислы, при нагреве образуются новые, жидкий припой плохо растекается, переходное сопротивление получается слишком высоким, всё это приводит к отказу паяного соединения

• Лужение – образование на поверхности материала металлического слоя путем плавления припоя, смачивания припоем поверхности и последующей его кристаллизации.

Лужение используется для защиты металлов от коррозии (лужёные жилы проводов, корпуса машин), для подготовки поверхности к пайке, для склеивания проволок многопроволочных жил в монолит.

Лужение осуществляется тремя способами:

• натиранием;
• с помощью паяльника или паяльной станции;
• погружением с помощью паяльной ванны. Погружение используется для массивных металлических изделий или при лужении большого количества изделий.

Табл 3. Виды брака при лужении