Теоретичні відомості. Паяння – спосіб з’єднання металевих або металізованих деталей з допомогою чистих металів або спеціальних сплавів

Паяння – спосіб з’єднання металевих або металізованих деталей з допомогою чистих металів або спеціальних сплавів, що називаються припоями.

Мета паяння – створення механічно міцного і герметичного шва або електричного контакту з малим перехідним опором. При паянні крім припоїв застосовують допоміжні речовини – флюси.

Припій – матеріал, яким у розплавленому стані заповнюють проміжок між з’єднуваними частинами виробу або створюють електричний контакт між ними. При паянні місця з’єднання і припій нагрівають. Оскільки у припою температура плавлення значно нижча, він плавиться, змочує з’єднувані метали, розтікається ними і заповнює проміжок між ними. В результаті утворюється прошарок, котрий після твердіння з’єднує деталі в одне ціле.

Припої поділяють на дві групи - м’які і тверді. До м’яких належать припої з температурою плавлення нижче 300⁰С і границею міцності на розтяг 16-100 МПа. Тверді припої мають температуру плавлення вище 300⁰С і міцність на розтяг 100-500 МПа.

Припої обирають з врахуванням роду з’єднуваних металів або сплавів, потрібної механічної міцності, корозійної стійкості, вартості і (при паянні струмопровідних деталей) питомого електричного опору припою. Назва припою, як правило, визначається металами, які входять до його складу в найбільшій кількості. Якщо ж припій містить дорогоцінні метали навіть в невеликій кількості, це враховується у назві.

Найуживаніші м’які припої - олов’яносвинцеві з вмістом олова від 18% (ПОС-18) до 90% (ПОС-90). Їх питома провідність складає близько 10 % від питомої провідності міді, а температура плавлення від 240 до 185⁰С. Якщо вимагається нижча температура паяння, застосовують легкоплавкі припої, що містять вісмут та кадмій. Номенклатура легкоплавких припоївдосить широка. Їх склад і застосування визначається відомчим стандартом. Характеристики припоїв наведено в табл.4.1.

Флюси - допоміжні матеріали, використовувані при паянні для очищення поверхні металів, для захисту зони з’єднання від шкідливого впливу повітря і забезпечення якісного і надійного з’єднання. Для досягнення цієї мети флюси повинні відповідати таким вимогам:

ü вони повинні добре змочувати поверхні металів і поліпшувати розтікання припою;

ü розчиняти і видаляти оксиди і забруднення з поверхні з’єднуваних деталей;

ü захищати в процесі паяння поверхню металу та розплавлений припій від окислення;

ü знижувати поверхневий натяг розплавленого припою для поліпшення змочування ним основного металу;

ü мати температуру плавлення на 50-100^оС нижчу температури плавлення припою;

ü не змінювати свого складу при температурі паяння;

ü не викликати корозії;

ü легко видалятися з поверхні після паяння.

Таблиця 4.1 Характеристики припоїв

Назва припою	Марка	Склад	Тпл, 0С	Застосування
Олов’яно-свинцеві, м’які	ПОС-18 до ПОС-90	Sn: від 10 до 90% Sb:від 0,15 до 2,5% решта - Pb	Від 185 до 240	Паяння і лудіння проводів, друкованих плат, деталей електроапаратури
Олов’яно-свинцево-кадмієві, м’які	ПОСК-47	Sn: 47 -50% Pb: 32-36% Сd: 17-18%	145-180	Теж саме і паяння металокераміки, частин мікросхем покритих сріблом
Срібний, м’який	Пср – 3 Іn	Ag: 2,5-3,5% решта - In		Паяння золота і срібла, контактів мікросхем
Мідно-цинкові, тверді	ПМЦ –36 ПМЦ – 54	Cu:36-54% решта - Zn	825-970	Паяння міді, її сплавів, сталі
Срібні, тверді	від Пср-25 до Пср–80-70	Ag: 25-70% Cu: 26-40% Zn:4 – 35%	720-765	Паяння міді, її сплавів, срібла, платини, сталі
Сплав Вуда	-	Sn: 12,5% Cd: 11,5% Pb: 25% Bi: 50%		Там, де необхідна особливо низька температура

Флюси поділяють на активні, безкислотні, активовані та антикорозійні.

Активні (кислотні) флюси інтенсивно розчиняють оксидні плівки на поверхні металу, забезпечуючи хорошу адгезію і механічну міцність з’єднання. Оскільки основу цих флюсів складають активні речовини (соляна кислота, хлористі та фтористі сполуки металів), залишки флюсу після паяння викликають інтенсивну корозію з’єднання і основного металу. Тому активні флюси застосовують лише тоді, коли можливі ретельне промивання і повне видалення залишків флюсу.

При монтажному паянні радіоелектронної апаратури застосування активних флюсів виключається.

Безкислотні флюси – каніфоль і флюси на її основі з додаванням неактивних речовин (спирту, гліцерину). Залишки безкислотних флюсів не викликають корозію з’єднання. Безкислотні флюси застосовуються для паяння та лудіння міді, латуні, нікелю та металів, покритих оловом, сріблом та іншими металами та сплавами.

Активовані флюси готують на основі каніфолі з додаванням активаторів – невеликої кількості саліцилової кислоти, солянокислого діетиламіну та ін. Висока активність деяких активованих флюсів дозволяє паяння без попереднього видалення оксидів після знежирювання. Застосовуються для паяння та лудіння вуглецевої сталі, міді та її сплавів, нікелю і його сплавів та інших металів.

Антикорозійні – флюси на основі фосфорної кислоти з додаванням органічних кислот. Залишки цих флюсів не викликають корозії.

Флюси не видаляють зі з’єднуваних поверхонь сторонні речовини (плівки жиру, лакове покриття і т. п.). Перед паянням поверхні треба очистити, всі забруднюючі речовини слід видалити хімічними або механічними засобами.

Паяльники бувають періодичного нагрівання (молоткові, торцеві), виготовлені з високоякісної міді, й електричні різної потужності: 10,16, 25, 40, 65, 100 і 125 Вт. Вони бувають безперервного нагрівання з силу струму 0,3—0,35 А (опір 70—75 Ом).

Паяльник складається з паяльного стержня 1, всередині якого є нагрівальний елемент 2, стальної трубки 3, радіатора 4 та рукоятки 5. У передню частину трубки, де є проріз, вставлено незмінний паяльний стержень ПЦН або змінний ПСН.

Час розігрівання від 5 до 10 хв залежно від потужності. Паяльники форсованого режиму (ПСФ) розігріваються за 2—5 хв. Вони мають двоступінчастий перемикач на потужність 20/40, 50/100, 125/250 Вт, що робить їх більш зручними та універсальними в користуванні. Паяльник імпульсного нагрівання розігрівається за 20—40 с. При опусканні ручки цього паяльника на важіль підставки вимикач відключає його від мережі.

Діаметри паяльних стержнів в електричних паяльниках 1— 6 мм.

Підготовка паяльника до роботи. Перш як нагрівати паяльник, робочий кінець його добре очищають напилком від окислів, надаючи йому клиновидної форми. Робочий кінець, вкритий припоєм, не очищають.

Поява біля нього зеленкуватого полум’я свідчить про достатнє нагрівання паяльника. Після цього робочий кінець лудять, натираючи його об нашатир (хлористий амоній), на який кладуть шматочки припою. Окисли краще знімаються, коли потерти паяльником об твердий шматочок нашатирю. Якщо під час нагрівання на паяльнику утворився товстий шар окислу або окалини, його краще зняти напилком, а потім вже потерти об нашатир. Добре прогрітий паяльник плавить нашатир з виділенням сизого диму. Непрогрітий паяльник погано димить і повільно плавить припій.

Паяльний стержень електропаяльника поступово обгоряє і стає тонким, запобігти цьому можна нікелюванням, або дифузійним алюмінюванням його поверхні.

Підготовка поверхні до паяння полягає у зачищенні та припасуванні місця спаювання. Зачищати треба до чистого металу, тобто повністю видаляти окисли, лакову ізоляцію (на дроті) тощо. Припій наносять на місце паяння нагрітим і залудженим паяльником, яким торкаються деталі не гострою частиною робочого кінця, а плоским боком, щоб збільшити площу контакту.

Паяльник прогріває деталь, і припій розтікається по поверхні, обробленій флюсом. На підготовлену поверхню наносять флюс, який видаляє окисли і запобігає окислюванню деталей під час паяння.

Якщо для паяння потрібно батат припою, його відокремлюють від прутка маленькими шматочкам і кладуть на місце паяння. Нерівний шов із слідами від паяльника свідчить, що місце спаювання було непрогрітим або ж не оброблене відповідним флюсом.