Основные требования, предъявляемые к припоям

К припоям предъявляются конструктивные и технологические требования.

К конструктивным относятся:

достаточная механическая прочность при нормальных, высо­ких и низких температурах;

хорошие электро- и теплопроводность;

герметичность;

стойкость против коррозии.

К технологическим относятся:

жидкотекучесть при температуре пайки;

хорошее смачивание основного металла;

определенные для данного припоя температура плавления и температурный интервал кристаллизации.

Припои, имеющие температуру плавления до 350 °С, называются мягкими, а припои, имеющие температуру плавления свыше 350 °С, — твердыми.

Вкачестве мягких припоев применяют различные сплавы на ос­нове свинца и олова, содержание которых определяет свойства при­поев. Некоторые мягкие припои содержат присадки сурьмы, сереб­ра, висмута и кадмия, придающие припою специальные свойства. Серебро и сурьма повышают температуры плавления и затвердева­ния, а висмут и кадмий понижают их. Серебро препятствует сниже­нию прочности припоя, но делает его хрупким и ухудшает растека­ние его на меди. При пайке цинка или цинковых сплавов сурьма, входящая в состав припоя (до 2,5%), способствует образованию хрупких сурьмяно-цинковых соединений, поэтому в таких случаях содержание сурьмы в припое не должно превышать 0,25 %.

При сборке радиоаппаратуры применяют следующие мягкие припои:

оловянно-свинцовые;

малооловянистые;

безоловянистые, легкоплавкие;

трубчатые.

Оловянно-свинцовые припои (ПОС) представляют собой сплавы олова и свинца с присадкой 0,15...2,5% сурьмы. Механическая прочность припоев повышается с увеличением содержания олова. Прочность паяного соединения не всегда соответствует прочнос­ти применяемого припоя, так как при малых зазорах шов запол­няется не припоем, а сплавом припоя с основным металлом, ко­торый, естественно, обладает иными механическими свойствами. При нормальной температуре механическая прочность паяных соединений, выполненных встык, выше, чем паяных соединений, выполненных внахлест.

Механические свойства оловянно-свинцовыхприпоев с повышением или понижением температуры ухудшаются. При низких температурах (от -30 до -60 °С) наблюдается резкое умень­шение ударной вязкости этих припоев, особенно при большом содержании олова. В указанном интервале температур в олове про­исходят различные превращения, приводящие к увеличению хруп­кости. При повышении температуры до 100 °С уменьшение удар­ной вязкости происходит медленно, а после 100 °С — быстро.

Электропроводность оловянно-свинцовых припоев за­висит от содержания олова и составляет 8... 14% от электропро­водности чистой меди. Электропроводность таких припоев обрат­но пропорциональна содержанию олова.

Коррозионная стойкость припоев в различных агрес­сивных средах зависит от содержания олова. С увеличением его содержания коррозионная стойкость в кислотах повышается, а вщелочах — понижается.

Герметичность паяных соединений зависит от температур­ного интервала кристаллизации, который в свою очередь зависит от состава припоя. Припои с широким интервалом температуры крис­таллизации способствуют получению пористых, негерметичных со­единений, что связано с медленным затвердеванием припоя. Приме­нение припоя с небольшим температурным интервалом кристаллиза­ции (например, около 7 °С у ПОС-61) приводит к уменьшению про­должительности пайки, а применение припоя, у которого точки плав­ления и затвердевания совпадают, затрудняет получение гладких швов.

В табл. 1.1 приводятся области применения оловянно-свинцо­вых припоев.

Таблица 1.1

Области применения оловянно-свинцовых припоев

Припой	Температура, °С	Область применения
плавления	пайки
ПОС-18			Для пайки стали, оцинкованного железа, меди, латуни, свинца, а также для лужения перед пайкой
ПОС-30			Для пайки стали, меди, латуни, белой жести, медных проводов, деталей приборов и радиоаппаратуры, а также для предварительной пайки соединений перед повторной пайкой более легкоплавким припоем
ПОС-40			Для пайки ответственных деталей из стали, латуни, а также для пайки монтажных соединений проводов с лепестками
ПОС-50			То же
ПОС-61			Для пайки деталей из стали, меди, латуни, бронзы, не допускающих высокого нагрева. Для пайки монтажных и обмоточных про­водов диаметром 0,05...0,08 мм, резисторов, конденсаторов, монтажных проводов с хлорвиниловой изоляцией. Для вторич­ных ступенчатых паек, производимых рядом с пайками, выполненными тугоплавкими припоями. Для пайки герметичных швов (например, изоляторов), а также для пайки специального назначения, когда требуется обеспечение повышенных электропровод­ности и механической прочности
ПОС-90			Для пайки деталей и узлов, подвергаю­щихся в дальнейшем гальваническому покрытию (серебрению, золочению)

Для пайки монтажных соединений в электро- и радиоприборах наиболее широко применяются припои ПОС-30 и ПОС-40. Для пайки тонких монтажных и обмоточных проводов, деталей и уз­лов, не допускающих нагрева свыше 200 °С, вакуумной пайки стек­лянных и керамических проходных изоляторов, а также для сту­пенчатой пайки близко расположенных деталей используется при­пой ПОС-61. Он обладает более низкой температурой плавления, небольшим температурным интервалом кристаллизации и более высокой коррозионной стойкостью.

Малооловянистые и безоловянистые припои применяют с целью уменьшения расхода олова. Малооловянистые припои, содержа­щие свинец, олово и сурьму, лишь немногим уступают высоко-оловянистым припоям по прочности, но являются более хрупки­ми. Безоловянистые припои очень вязкие, но имеют более высо­кую температуру плавления, что усложняет процесс пайки.

Основным недостатком малооловянистых и безоловянистых припоев является широкий температурный интервал кристалли­зации, достигающий иногда 100 °С и резко увеличивающий вре­мя, необходимое для охлаждения соединения, в течение которо­го спаиваемые детали должны быть неподвижны.

Вместо припоев, содержащих 40...50% олова и применяемых для пайки монтажных соединений, рекомендуется использовать припой с присадкой серебра следующего состава, %:

Олово......................................... 19,5...20,5

Серебро..................................... 1,35... 2,5

Сурьма....................................... 1,25... 1,75

Висмут....................................... не более 0,75

Свинец........................................ остальное

Этот припой обладает большей прочностью при растяжении по сравнению с припоями, содержащими 40... 50 % олова, но имеет более высокую (на 30...35 °С) температуру плавления, что требует увеличения мощности паяльников почти вдвое. Он позволяет производить пайку нелуженой и луженой меди с использованием канифолевого флюса, а остальных деталей — кислотных флюсов. Этот припой может применяться для выполнения большинства монтажных соединений, однако он не пригоден для пайки кожу­хов конденсаторов, трансформаторов и других герметичных дета­лей, так как способствует образованию пористости шва. Следует отметить, что уменьшение содержания олова в припоях не всегда экономически целесообразно, так как в ряде случаев это приво­дит к усложнению пайки и повышению расхода припоев.

Легкоплавкие припои (сплавы олова, свинца, висмута и кад­мия) применяются в тех случаях, когда пайка выполняется при пониженной температуре из-за опасности перегрева деталей, а также при ступенчатой (вторичной) пайке. При затвердевании эти припои дают незначительную усадку, а некоторые (например, сплав Вуда) даже несколько расширяются. Механическая прочт ность легкоплавких припоев незначительна (например, висмуто­вые припои очень хрупкие). Предварительное лужение оловянно-свинцовым или висмутовым легкоплавким припоем способствует некоторому повышению прочности соединения.

Состав и температура плавления легкоплавких припоев приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Состав и температура плавления легкоплавких припоев

Припой	Химический состав, %	Температура плавления, °С
Sn	Pb	Bi	Cd
ПОСК-50 ПОСВ-33 ПОК-56 Сплав Розе Сплав Арсе Сплав Липовица Сплав Вуда	33,4 9,6 13,33 12,5	33,3 45,1 26,	- 33,3 - 45,3	- - - 12,5	60,5

Трубчатые припои. Для пайки соединений при монтаже радио­аппаратуры широко применяется так называемый трубчатый при­пой, представляющий собой пустотелую трубку небольшого диа­метра, изготовленную из оловянно-свинцового сплава и запол­ненную канифолевым флюсом.

Основными преимуществами трубчатых припоев являются:

возможность наложения припоя и флюса на место пайки за один прием;

улучшение качества пайки;

резкое увеличение производительности труда на монтажных опе­рациях, а также облегчение пайки в труднодоступных местах;

существенное уменьшение потерь припоя и флюса, которые при работе кусковым или проволочным припоем и отдельно флю­сом весьма значительны (около 20 % припоя и 50 % флюса);

обеспечение подачи к месту пайки надлежащего количества флюса, дозировка которого определяется конструкцией и типом припоя;

возможность плавления припоя в момент, когда флюс уже по­догрет и находится в более активном состоянии;

исключение возможности случайного загрязнения флюса.

Простейшая конструкция трубчатого припоя представляет со­бой трубку с круглой сердцевиной из флюса, расположенной в центре (рис. 1.1, а). Недостатками такой конструкции являются перерывы в подаче флюса при наличии пустот в припое, а также преждевременное вытекание и испарение флюса во время рас­плавления довольно толстых стенок трубки, что приводит к умень­шению подачи флюса к месту пайки и, следовательно, к пониже­нию ее качества.

Вероятность перерывов в подаче флюса уменьшается при бо­лее сложной форме сердцевины. На рис. 1.1, б показаны трубча­тые припои с фасонными сердцевинами, а на рис. 1.1, в — с пятью каналами, заполненными флюсом. Эти припои имеют более тонкие стенки, в результате чего обеспечивается быстрое плавление припоя и, следовательно, быстрое освобождение флюса и подача его к месту пайки в наиболее активном состоя­нии.

Большое значение имеет дозировка флюса (независимо от фор­мы сердцевины). При изготовлении трубчатого припоя соотноше­ние количества флюса и припоя тщательно контролируется. Для электромонтажных паек применяют трубчатые припои, в кото­рых сердцевина из флюса составляет 2... 3 % общей массы припоя. Правильно спроектированный трубчатый припой и тщательная подготовка деталей к пайке являются надежной гарантией высо­кого качества пайки монтажных соединений.

Диаметр трубчатого припоя определяется характером соедине­ний. Применение меньших диаметров во многих случаях способ­ствует экономии припоя. Размеры наружных диа­метров трубчатых припо­ев составляют: 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5 мм, а внутрен­них соответственно вдвое меньше. По наружному ди­аметру допускается отклонение ±3 %.

Для успешного осуществления пайки и получения качествен­ного соединения применяются активные вещества — флюсы. По своему состоянию флюсы могут быть твердыми (канифоль чис­тая), мягкими (различные пасты на основе канифоли) и жидки­ми (составы кислот или спиртовые флюсы на основе разведенной канифоли).

Флюсы должны обеспечивать своевременное и полное раство­рение оксидов основного металла, равномерное покрытие поверх­ности металла у места пайки и предохранение его от окисления в продолжение всего процесса пайки.

При электромонтажной пайке РЭА в основном применяют флюс ФКСп (30...40%-й раствор канифоли в этиловом спирте).