Как научиться паять

Как только люди научились плавить олово и свинец, появилось ремесло лудильщика, который занимается пайкой металлических изделий. Сейчас пайка обыденное дело и для домашнего мастера, и для любого специалиста- «технаря».

Соединение металлических деталей посредством пайки основано на явлении диффузии. Во время пайки происходит взаимное растворение и диффузия припоя и основного металла. Вследствие этого после остывания припоя получается механически прочное соединение, обладающее хорошей электропроводностью. 

Различают пайку тугоплавкими (твердыми) и легкоплавкими (мягкими) припоями. При электромонтажных работах (сборка радиоаппаратуры) используют только легкоплавкие припои с относительно низкой температурой плавления (до 300° С).

Соединению деталей пайкой препятствуют существующие на поверхности металлов пленки окислов, жира и грязи. Для их удаления соединяемые поверхности тщательно зачищают. Кроме того, во избежание окисления под действием тепла и кислорода воздуха во время самой пайки ее ведут с применением вспомогательного вещества флюса.

Легкоплавкие припои представляют собой сплавы олова со свинцом. Буквы в обозначении марки припоя указывают: П - припой, О - оловянный, С - свинцовый, цифры — весовое содержание в припое олова в процентах. Например в припое ПОС-18 содержится 18% олова (остальное свинец).

Припои изготавливают в форме палочек, полосок, листочков, а иногда в виде порошка. В быту применяют обычно мягкие и легкоплавкие припои.

Мягкий припой ПОС-60 - это сплав 60% олова и 40% свинца, с помощью которого можно паять практически все металлы и сплавы кроме алюминиевых и самого алюминия. ПОС-60 плавится при 190 гр. С. Чтобы самостоятельно приготовить такой припой, сначала в железной чашке расплавляют свинец, а затем к полученному расплаву добавляют кусочки олова. Когда оно расплавится, сплав тщательно перемешивают и выливают в форму для затвердевания. Хорошие мягкие припои - сплавы олова, свинца и сурьмы, которые плавятся при 220-280 гр. С.

Для получения специальных свойств в состав оловянно-свинцовых припоев вводят кадмий, висмут, сурьму и другие металлы. Например, ГЮСК-50 — оловянно-свинцовый припой с добавлением кадмия (50% олова, 18% кадмия, остальное свинец). Выпускаются легкоплавкие припои в виде чушек, литых прутков, проволоки, лент фольги, зерен, заполненных канифолью, трубок диаметром от 1 до 5 мм, а также в виде порошков и паст, составленных из порошка припоя с жидким флюсом. Наиболее удобен для монтажа припой в виде трубок, заполненных канифолью.

Легкоплавкие припои имеют более сложный состав и плавятся при более низкой температуре. Так, припой, состоящий из 50% висмута, 25% свинца, 12,5% кадмия и 12,5% олова, становится жидким при 65 градусах С. Еще ниже (47град.С) температура плавления легкоплавкого припоя, который содержит 44,7% висмута, 22,6% свинца, 19,1% цинка, 8,3% олова и 5,3% кадмия.

Зачем нужен флюс?

Во время пайки температура соединяемых деталей повышается и скорость окисления их поверхности значительно возрастает. Вследствие этого припой не смачивает соединяемые детали. Для растворения и удаления окисла применяют флюсы.

Они надежно защищают поверхность металла и припоя от окисления, улучшают условия смачивания металлической поверхности расплавленным припоем. По действию, оказываемому на металл, подвергающийся пайке, флюсы разделяют на химически активные (в большинстве своем кислотные).

При монтаже электро и радиоаппаратуры применение кислотных флюсов не допускается, так как с течением времени их остатки разрушают место пайки и изделие выходит из строя. К бескислотным флюсам относятся канифоль и флюсы, приготовляемые на ее основе с добавлением неактивных веществ (спирта, скипидара, глицерина). Остаток канифоли негигроскопичен и не вызывает коррозии паяного соединения.

Флюс чаще всего готовят, растворяя 30 г хлорида цинка и 10 г хлорида аммония в 60 мл воды.

Часто используют "паяльную кислоту", которую получают взаимодействием металлического цинка с концентрированной соляной кислотой. Для этого кислоту наливают в стеклянную или фарфоровую посуду, располагаются вдали от открытого огня (выделяющийся водород огнеопасен) и добавляют порциями цинк. Начинается реакция химического растворения цинка в кислоте, в результате образуется хлорид цинка и выделяется водород. Когда выделение водорода замедляется, сосуд ставят в теплую воду. По окончании реакции жидкость сливают с остатка нерастворившегося цинка и добавляют к ней нашатырь (на каждые 3 г взятого металлического цинка - 2 г хлорида аммония). Можно эту жидкость выпарить досуха и перед пайкой растворять 1 г сухой смеси солей в 2-3 мл воды.

Для спаивания тонких медных проводов флюс на основе хлорида цинка непригоден, он быстро разрушает тонкую проволоку. В этом случае применяют раствор канифоли в этиловом спирте или сосновую смолу. Если под рукой нет вообще никакого флюса, то при пайке медных или латунных деталей его может заменить раствор 1 таблетки аспирина в 10-20 мл воды.

Пайка

Качество пайки во многом определяет нормальную и надежную работу аппаратуры. Для получения прочного паяного соединения необходимо, чтобы место пайки было тщательно очищено от грязи, жиров, продуктов коррозии и окислых пленок. Поэтому перед пайкой поверхности соединяемых деталей нужно зачистить шлифовальной шкуркой, стальной щеткой и т. п. и облудить.

При монтаже радиоаппаратуры применяют электрические паяльники, выбирая их мощность и температуру нагрева рабочей части в зависи¬мости от конкретных условий. Например, при пайке соединений на печатной плате удобен паяльник с тонким жалом. Перед работой паяльник необходимо подготовить: придать необходи-мую форму его рабочей части жала и облудить ее. Для этого конец жала рекомендуется вначале отковать, а затем опилить напильником.

Наклеп уменьшает интенсивность растворения меди в припое и затрудняет образование раковин, которые ухудшают стекание припоя в место пайки, ухудшают тепловой контакт с ним и, следовательно, замедляют процесс пайки.

Перед облуживанием паяльник разогревают и очищают рабочую поверхность жала канифолью. Перегрев паяльника перед чисткой канифолью недопустим. Покрывать паяльник слоем канифоли нужно сразу же, как только он нагреется до температуры плавления канифоли. Если же паяльник перегрелся и зачищенная часть покрылась слоем окиси меди, то паяльник следует остудить и вновь зачистить напильником.

При пайке соединений на печатных платах и выводов транзисторов температура рабочей части паяльника не должна превышать 260° С. Регулировать температуру паяльника удобно изменением напряжения питания с помощью автотрансформатора или других регулирующих устройств.

Надежность соединения в месте пайки зависит не столько от коли¬чества нанесенного припоя, сколько от качества предварительного облу- жения и прогрева деталей. Если припоя для пайки требуется немного, то его переносят залуженным концом паяльника.

Хорошо прогрев место спая (добившись растекания припоя), отнимают паяльник. Остывая, припой надежно скрепляет детали. При нормальном прогреве меето спая получается светлым и блестящим. При работе недостаточно нагретым паяльником припой на спаиваемых поверхностях быстро остывает и превращается в кашеобразную массу. Место спая оказывается матовым и шероховатым. В результате пайка получается непрочной.

При необходимости спаивание металлических деталей можно вести и без паяльника, пользуясь смесями химических веществ, выделяющих припой при нагревании. Примеры таких веществ - смесь "тиноль" и паяльные пасты.

Чтобы приготовить тиноль, в эмалированную миску или кружку наливают 32мл концентрированной соляной кислоты и добавляют 12 мл воды, а затем бросают туда 8,1 г цинка. После полного растворения цинка в кислоте добавляют 7,8 г олова; снова начинается выделение пузырьков водорода.

Когда оно прекратится, жидкость упаривают на водяной бане до сметанообразного состояния. Остывшую массу переносят в фарфоровую ступку, добавляют 7,5 г нашатыря, 9,4 г канифоли, предварительно растертой в пудру, 29,6 г цинковой пыли, 14,8 г порошка олова, 7,4 г порошка свинца и 10 мл безводного глицерина; смесь тщательно растирают. Полученную кашицу (тиноль) хранят в банке с пластмассовой крышкой.

Как паять с помощью тиноля?

Место спая зачищают, а потом намазывают тинолем и после этого нагревают пламенем свечи, спиртовки или даже лучинкой до тех пор, пока через образовавшуюся на поверхности пасты корочку не заблестит расплав. Когда спай остынет, его зачищают наждачной бумагой, чтобы удалить корочку. Пайка тинолем получается очень прочной, поскольку в составе пасты есть цинк.

Для пайки радиодеталей берут специальный тиноль, который готовят из 7,4 г порошка канифоли, 38 г цинковой пыли, 14,8 г порошка олова, 7,4 г порошка свинца и 14 мл безводного глицерина. Смесь тшательно перетирают в ступке.

Паяльные пасты особенно удобны для пайки в труднодоступных местах. Их, как и тиноль, наносят на место будущего спая и нагревают. Вот два рецепта таких паст: -опилки олова или припоя смешивают с несколькими каплями безводного глицерина до получения жидкой кашицы; - растворяют 10 г канифоли в 10 мл диэтилового эфира (Осторожно! Эфир огнеопасен! ) и смешивают с 20 г оловянной пыли.

Амальгама Герштейна. Чтобы получить этот препарат для холодной пайки, растворяют в теплой воде медный купорос и добавляют цинковые опилки. В результате реакции медного купороса с цинком на дне сосуда осаждается порошок металлической меди. Жидкость сливают, промывают порошок водой и высушивают. В фарфоровую ступку засыпают 20-35 г полученного медного порошка, добавляют 5 мл ртути и тщательно растирают. Хранят амальгаму Герштейна в плотно закрытой склянке.

Чтобы спаять два металла, намазывают амальгамой очищенные спаиваемые поверхности и туго сжимают их на несколько часов. По истечение этого срока образуется твердый и прочный спай металлов. Приготовление и использование амальгамы Герштейна ведут только на открытом воздухе или там, где есть вытяжка: металлическая ртуть чрезвычайно летуча, а ее пары ядовиты .

Пайка алюминия.

В обычных условиях алюминий с трудом поддается пайке, так как на его поверхности после очистки мгновенно снова образуется оксидная пленка. Поэтому после зачистки место будущего спая на алюминии или его сплавах немедленно заливают заранее расплавленной канифолью.

Первый способ: пайку ведут мощным (не менее 100 Вт) паяльником, используя припой, состоящий из 80% олова и 20% цинка или 95% олова и 5% висмута, и флюс из парафина или стеарина. Припой набирают на паяльник и переносят на защищенную канифолью поверхность спая. Залуженный таким образом алюминий сравнительно легко поддается спаиванию: к его луженой поверхности можно припаять, например, медные провода.

Применяется и второй способ: поверхность алюминия зачищают, смазывают раствором канифоли в диэтиловом эфире и посыпают медными опилками, а после этого залуживают место пайки обычным оловянным припоем.

Третий способ пайки алюминия - электрохимический. Место спая зачищают и наносят на него 3-4 капли концентрированного раствора медного купороса. Затем алюминиевую деталь подключают к отрицательному полюсу батарейки от карманного фонарика, а к положительному полюсу присоединяют кусочек оголенной медной проволоки, которую вводят в каплю раствора купороса так, чтобы конец проволоки не касался поверхности алюминия. Через несколько минут на месте пайки осядет слой меди, к которому можно припаять все, что требуется, обычным способом.

Источник