Припои, флюсы и способы пайки

2.1. Припои. Выбор припоя зависит от соединяемых металлов или сплавов, от способа пайки, температурных ограничений, размеров деталей, требуемой механической прочности, коррозионной стойкости и др.

Наиболее широко применяются в любительской практике легкоплавкие припои. Рекомендации по их применению, на основании которых можно выбрать припой, приведены в табл. 2.1. Буквы ПОС в марке припоя означают припой оловянно-свинцовый, цифры — содержание олова в процентах (ПОС 61, ПОС 40). Для получения специальных свойств в состав оловянно-свинцовых припоев вводят сурьму, кадмий, висмут и другие металлы. Состав некоторых таких припоев приведен в табл. 2.2

Выпускают легкоплавкие припои в виде литых чушек, прутков, проволоки, лент фольги, порошков, трубок диаметром от 1 до 5 мм, заполненных канифолью, а также в виде паст, составленных из порошка припоя и жидкого флюса.

Таблица 2.1

Легкоплавкие припои

Таблица 2.2

Состав некоторых специальных легкоплавких припоев

2.2. Флюсы растворяют и удаляют оксиды и загрязнения с поверхности паяемого соединения. Кроме того, во время пайки они защищают от окисления поверхность нагреваемого металла и расплавленный припой. Все это способствует увеличению растекаемости припоя, а следовательно, улучшению качества пайки.

Флюс выбирают в зависимости от свойств соединяемых пайкой металлов или сплавов и применяемого припоя, а также от способа пайки.

Остатки флюса, особенно активного, и продукты его разложения нужно удалять сразу послей пайки, так как они загрязняют места соединении и являются очагами коррозии.

При монтаже электро- и радиоаппаратуры наиболее широко применяются канифоль и флюсы, приготовляемые на ее основе с добавлением неактивных веществ — спирта, глицерина и даже скипидара. Канифоль негидроскопична, является хорошим диэлектриком, поэтому неудаленный остаток ее не представляет опасности для паяного соединения. Данные о флюсах, наиболее часто применяемых в любительской практике, приведены в табл. 2.3 и 2.4.

Таблица 2.3

Неактивные (бескислотные) флюсы

Таблица 2.4

Активные (кислотные) флюсы

2.3. Пайка алюминия припоями ПОС затруднительна, но все же возможна, если оловянно-свинцовый припой содержит не менее 50 % олова (ПОС 50, ПОС 61, ПОС 90).

В качестве флюса применяют минеральное масло. Лучшие результаты получаются при использовании щелочного масла (для чистки оружия после стрельбы). Удовлетворительное качество пайки обеспечивает минеральное масло для швейных машин и точных механизмов.

На место пайки наносят флюс и поверхность алюминия под слоем масла зачищают скребком или лезвием ножа, чтобы удалить имеющуюся всегда на поверхности алюминия оксидную пленку. Паяют хорошо нагретым паяльником. Для пайки тонкого алюминия достаточна мощность паяльника 50 Вт, для алюминия толщиной 1 мм и более желательна мощность 90 Вт. При пайке алюминия толщиной более 2 мм место пайки нужно предварительно прогреть паяльником и только после этого накосить флюс.

2.4. Пайка алюминия припоями П200 и П250. Коррозионная стойкость паяльных швов, выполненных этими припоями, несколько ниже, чем выполненных оловянно-свинцовыми припоями.

Флюс представляет собой смесь олеиновой кислоты и йодида лития. Йодид лития (2—3 г) помещают в пробирку или колбу и добавляют 20 мл (около 20 г) олеиновой кислоты. (В состав флюса может входить от 5 до 17 % йодида лития.) Смесь слегка подогревают, опустив пробирку в горячую воду, и перемешивают до полного растворения соли. Готовый флюс сливают в чистую стеклянную посуду и охлаждают. Если используется водная соль лития, то при ее растворении на дно пробирки опускается слой водной смеси, а флюс всплывает и его осторожно сливают.

Перед пайкой жало хорошо прогретого паяльника (температура жала должна быть около 270—350 °С) зачищают и лудят припоем, пользуясь чистой канифолью. Соединяемые поверхности деталей смачивают флюсом, лудят и паяют. После охлаждения остатки флюса удаляют тампоном из ткани, смоченным в спирте, ацетоне или бензине, и покрывают шов защитным лаком.

Флюс в процессе пайки не выделяет токсичных и обладающих резким запахом веществ. С ткани и кожи рук он легко смывается водой с мылом.

2.5. Пайка нихрома (нихром с нихромом, нихром с медью и ее сплавами, нихром со сталью) может быть осуществлена припоем ПОС 61, ПОС 50 (хуже — ПОС 40) с применением флюса следующего состава (в граммах): вазелин — 100, хлористый цинк в порошке — 7, глицерин — 5. Флюс приготовляют в фарфоровой ступке, в которую кладут вазелин, а затем добавляют, хорошо перемешивая до получения однородной массы, последовательно хлористый цинк и глицерин.

Соединяемые поверхности тщательно зачищают шлифовальной шкуркой и протирают ваткой, смоченной в 10%-ном спиртовом растворе хлористой меди, наносят флюс, лудят и только после этого паяют.

2.6. Пайка сталей с гальваническим покрытием цинком или кадмием возможна оловянно-свинцовыми припоями паяльником с применением в качестве флюса хлористого цинка (п. 2.13). Пайка с канифольными флюсами не дает качественного соединения.

2.7. Паяльная паста. При пайке в домашних условиях припой обычно набирают и наносят паяльником. Контролировать количество расплавленного припоя, переносимое паяльником, крайне затруднительно: оно зависит от температуры плавления припоя, температуры и чистоты жала и от других факторов. Не исключено при этом попадание капель расплавленного припоя на проводники, корпуса элементов, изоляцию, что приводит иногда к нежелательным последствиям. Приходится работать крайне осторожно и аккуратно, и все же бывает трудно добиться хорошего качества пайки.

Облегчить пайку и улучшить ее можно с помощью паяльной пасты. Для приготовления пасты измельчают припой напильником с крупной насечкой (мелкая забивается припоем) и смешивают опилки со спиртово-канифольным флюсом. Количество припоя в пасте подбирают опытным путем. Если паста получилась слишком густой, в нее добавляют спирт. Хранить пасту нужно в плотно закрывающейся посуде. На место пайки пасту наносят нужными дозами металлической лопаточкой.

Применение паяльной пасты, кроме того, позволяет избежать перегрева малогабаритных деталей и полупроводниковых приборов.

2.8. " Паяльная лента" незаменима при сращивании проводников, трубок, стержней, когда нет возможности воспользоваться электрическим паяльником.

Чтобы изготовить " паяльную ленту", необходимо сначала приготовить пасту из опилок припоя, канифоли и вазелина. Пасту наносят тонким ровным слоем на миткалевую ленту.

Место пайки обматывают в один слой " паяльной лентой", смачивают бензином или керосином и поджигают. Предварительно соединяемые поверхности желательно залудить.

2.9. Лужение проводов в эмалевой изоляции. При зачистке выводных концов обмоточного провода ЛЭШО, ПЭЛШО, ПЭЛ и ПЭВ при помощи наждачной бумаги или лезвия нередки надрезы и обрывы тонких жил провода. Зачистка путем обжига также не всегда дает удовлетворительные результаты из-за возможного оплавления проводов малого сечения. Кроме того, в месте обжига провод теряет прочность и легко обрывается.

Для зачистки проводов малого сечения в эмалевой изоляции можно использовать полихлорвиниловую трубку. Отрезок трубки кладут на дощечку и, прижимая провод к трубке плоскостью жала хорошо разогретого паяльника, легким усилием 2—3 раза протягивают провод. При этом одновременно происходит разрушение эмалевого покрытия и лужение провода. Применение канифоли при этом необязательно. Вместо полихлорвиниловой трубки можно воспользоваться обрезками монтажного провода или кабеля в полихлорвиниловой изоляции.

Провод в эмалевой изоляции любого диаметра можно лудить с помощью аспирино-канифольной пасты. Аспирин и канифоль нужно растолочь в порошок и смешать (в массовом соотношения 2: 1). Полученную смесь развести этиловым спиртом до пастообразного состояния. Конец провода погружают в пасту и жалом горячего паяльника с небольшим усилием проводят по проводу или перемещают провод под жалом. При этом эмаль разрушается и провод лудится. Для удаления остатков ацетилсалициловой кислоты (аспирина) провод еще раз лудят, используя чистую канифоль.

2.10. Вместо припоя — клей. Часто необходимо припаивать провод к детали из металла, трудно поддающегося пайке: нержавеющей стали, хрома, никеля, сплавов алюминия и др. В таких случаях для обеспечения надежного электрического и механического контакта можно использовать следующий способ.

Деталь в месте присоединения провода тщательно очищают от грязи и оксидов и обезжиривают. Луженый конец провода обмакивают в клей БФ-2 и жалом нагретого паяльника прижимают к месту соединения в течение 5—6 с. После остывания на место контакта наносят 1—2 капли эпоксидного клея и сушат до полного затвердевания.

2.11. Сварка вместо пайки. Электросварка значительно сокращает время, затрачиваемое на монтажные работы, дает соединения, выдерживающие высокотемпературный нагрев, не требует припоев, флюсов, предварительного лужения, позволяет соединять проводники из металлов и сплавов, трудно поддающихся пайке, например провода электронагревательных приборов.

Для сварки необходимо иметь источник постоянного или переменного тока напряжением 6—30 В, обеспечивающий ток не менее 1 А. Электродом для сварки служит графитовый стержень от использованных батарей КБС или других, заточенный под углом 30—40°. В качестве держателя электрода можно использовать щуп от ампервольтомметра с наконечником " крокодил".

В местах будущей сварки предварительно зачищенные проводники скручивают жгутом и соединяют с одним из полюсов источника тока. Электродом, соединенным с другим полюсом источника тока, разогревают место, подлежащее сварке. Расплавленный металл образует соединение каплевидной формы. По мере выгорания графита в процессе работы электрод следует затачивать.

С приобретением навыка сварка получается чистой, без окалины.

Работать необходимо в светозащитных очках.

2.12. Качество паяного соединения не зависит от количества припоя и флюса, скорее наоборот: излишки припоя могут скрыть дефекты соединения, а обилие флюса приводит к загрязнению места пайки.

Хорошее паяное соединение характеризуется такими признаками: паяная поверхность должна быть светлой блестящей или светло-матовой, без темных пятен и посторонних включений, форма паяных соединений должна иметь вогнутые галтели припоя (без избытка припоя). Через припой должны проявляться контуры входящих в соединение выводов элементов и проводников.

2.13. «Паяльную кислоту» (хлористый цинк) получают путем растворения металлического цинка в концентрированной соляной кислоте из расчета 412 г/л. Кислоту осторожно вливают в посуду с кусочками цинка, причем уровень не должен превышать 3/4 глубины посуды. При окончательном растворении цинка прекращается выделение пузырьков водорода. Полученному раствору хлористого цинка дают отстояться до прозрачности и аккуратно сливают в пузырек.

2.14. Вместо «паяльной кислоты» можно использовать флюс, приготовленный из равных по массе долей хлористого аммония и глицерина. При этом место пайки не окисляется. Флюс пригоден и для пайки нержавеющей стали.

2.15. Вместо флюса при лужении стальных деталей (в том числе из нержавеющих сталей) перед пайкой можно воспользоваться отрезком полихлорвиниловой трубки. Место пайки зачищают и обезжиривают. Жалом хорошо прогретого паяльника с каплей припоя растирают на месте пайки отрезок этой трубки до получения равномерного слоя полуды. Затем ведут пайку, как обычно.

2.16. Заржавевшие детали из черных металлов перед пайкой следует опустить на 10—12 ч в хлористый цинк (п. 2.13), разведенный наполовину дистиллированной водой.

2.17. Ацетоно-канифольный флюс не уступает по качеству пайки спиртово-канифольному. Он хорошо смачивает поверхность и легко затекает в зазор между паяемыми деталями. Поэтому при отсутствии спирта можно приготовить флюс и на ацетоне, взяв его в таком же соотношении, которое указано в табл. 2.3. Однако необходимо помнить, что ацетон токсичен и обладает резким неприятным запахом, поэтому работать с таким флюсом можно только при хорошей вентиляции помещения.

2.18. Хранить жидкий и полужидкий флюс (спиртово-канифольный «паяльную кислоту» и др.) удобно в полиэтиленовой масленке, хоботок которой закрывается специальной пробкой. С помощью такой масленки можно легко и быстро нанести требуемое количество флюса на место пайки. При этом флюс расходуется экономно, уменьшается испарение его растворителя, пайка получается более чистой и аккуратной.

2.19. Припаять обойму шарикоподшипника к фланцу можно с помощью припоя ПОС 61 и флюса следующего состава: спирт этиловый — 73 мл, канифоль — 20 г, солянокислый анилин — 5 г, триэтаноламин — 2 г. Перед пайкой детали следует обезжирить, после пайки — промыть узел в бензине и подшипник смазать.

2.20. Для сращивания проводов из сплавов с высоким сопротивлением (нихром, константан, манганин и др.) можно использовать простой способ, не требующий какого-либо специального инструмента.

Провода в месте соединения зачищают и скручивают. Затем пропускают такой ток, чтобы место соединения накалилось докрасна. На это место пинцетом кладут кусочек ляписа, который при нагревании расплавляется, в результате чего образуется хороший электрический контакт.

2.21. Тонкие медные провода можно сваривать в пламени спиртовки или спички. Для этого их зачищают на 20 мм, складывают, аккуратно скручивают, и нагревают до тех пор, пока не образуется шарик расплавленного металла, дающий надежный контакт.

2.22. Лудить алюминий легче, если его предварительно покрыть медью. Нужное место зачищают и аккуратно наносят на него две-три капли насыщенного раствора медного купороса. Далее к алюминиевой детали подключают отрицательный полюс источника постоянного тока, а к положительному полюсу присоединяют кусок медной проволоки, конец которой опускают в каплю купороса, так чтобы проволока не касалась алюминия. Через некоторое время на поверхности детали осядет слой красной меди, который после промывания и сушки лудят обычным способом. В качестве источника тока можно использовать батарейку от карманного фонаря.

2.23. Держатель из сырой резины. Во время пайки часто возникает проблема «третьей руки» решаемая обычно с помощью различных держателей и зажимов. В таких случаях удобно использовать кусок мягкой сырой резины. Предмет, подлежащий пайке, нужно вдавить в резину, прижав ее к столу. Резина достаточно прочно удерживает предметы из самых различных материалов и в то же время легко отделяется по окончании работы. Остатки резины с поверхности предмета можно удалить, вновь прижав его слегка к куску резины.