Что такое припой кратко
Обновлено: 02.07.2024
Припои и флюсы. Примеры обозначений марок припоев и флюсов. Применение и свойства.
3.1. Классификация припоев и система их обозначений
Разновидности и применение припоев:
Припой — металл или сплав, применяемый при пайке для соединения заготовок и имеющий температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы. Применяют сплавы на основе олова, свинца, кадмия, меди, никеля и других металлов
Для пайки соединений проводниковых материалов в зависимости от предельно допустимых рабочих температур и требуемой прочности паяного шва применяются мягкие и твердые припои.
К мягким относятся припои с температурой плавления до 400 °С, а к твердым — свыше 500 °С. Припои с температурами выше температуры плавления чистого олова в интервале до 400 °С называются полутвердыми.
Мягкие и полутвердые припои имеют предел прочности при растяжении до 15–100 МПа и применяются для пайки токоведущих частей, не являющихся одновременно несущими конструкциями машин или аппаратов.
Пайка мягкими и полутвердыми припоями осуществляется паяльником или погружением деталей в расплавленный припой, соединяемые поверхности при этом предварительно облуживаются, как правило, припоем той же марки и покрываются обычно канифолью (флюсом).
Оловянно-свинцовые припои выпускаются в виде слитков, прутков, проволоки, ленты и трубок, заполненных канифолью.
Твердые припои имеют предел прочности при растяжении 100– 500 МПа и применяются в качестве припоев первой категории прочности при пайке токоведущих частей, быстроходных, допускающих высокий нагрев электрических машин и деталей, воспринимающих основную механическую нагрузку.
Система обозначения припоев
Электрическое соединение радиоэлементов производится посредством пайки, которая позволяет отремонтировать многие бытовые приборы и устройства. В некоторых ситуациях пайка соединяет те элементы, которые нельзя соединить даже сваркой. Современные технологии и приспособления для пайки позволяют охватывать достаточно широкий диапазон материалов. Но удовлетворить всем условиям работы одна соединительная среда не может, поэтому на практике применяются различные припои для пайки.
Что такое припой?
Припой представляет собой смесь легкоплавких металлов, которые способны обеспечить хороший контакт между двумя поверхностями, получаемый в результате пайки. При нагревании припой переходит из твердого в жидкое состояние, которое обеспечивает растекание по периметру припаиваемой детали или в месте их контакта. При этом происходит фиксация на молекулярном уровне за счет высокой степени адгезии.
По составу припои могут включать самые различные компоненты, предоставляющие им необходимые эксплуатационные свойства. Однако преимущественное большинство состоит из смеси свинца и олова, первый из которых обеспечивает твердость и тугоплавкость, а второй легкость и снижает температуру плавления. Также в составе могут быть и другие компоненты: серебро, никель, цинк, медь, кобольд, висмут, сурьма и другие.
Из-за многокомпонентности состава процесс расплавления также проходит несколько этапов: сначала разрежаются наиболее легкоплавкие составляющие, тугоплавкие в этот момент остаются в виде кристаллов. Затем плавятся и они, смесь становится однородной и обеспечивает максимальное заполнение и контакт. Однако вместе с припоем используются флюсы, обеспечивающие лучшее заполнение и защиту от окисления.
Классификация
Все критерии классификации припоев представляют собой довольно обширную сферу, которая под силу, пожалуй, лишь узкопрофильным специалистам. Поэтому для упрощения подборки конкретные марки ее изготавливают для конкретных целей – паять алюминий, ювелирные изделия, медную проволоку, радиокомпоненты и т.д. Главное, на что вам следует обратить внимание – это температурный параметр. Так как, к примеру, пайку микросхемы нельзя выполнять той же маркой ПОС, что и соединение жил кабеля, так как чувствительный компонент может сгореть и выйти со строя.
Припои для пайки классифицируются по следующим критериям:
- по способу подачи флюса – безфлюсовые и самофлюсующиеся, для первых флюс подается отдельно, вторые содержат его в своем составе;
- по основному паяльному элементу – оловянные припои, никелевые, кобальтовые, марганцевые, титановые, серебряные, циркониевые, ванадиевые, смешанные и т.д.
- по способу получения – бывают готовые или формируемые непосредственно во время пайки;
- по растворимости компонентов – встречаются полностью расплавляемые и частично;
- по форме выпуска – оловянная проволока, пруток, чушки, лист, гранулы, паста;
Форма выпуска припоя
- по температуре плавления – существуют те, которые переходят в жидкое состояние при низкой и при высокой температуре.
При выборе оловянно-свинцового припоя наиболее важным критерием является последний, поэтому на нем мы и остановимся более детально.
Легкоплавкие (мягкие).
К легкоплавким припоям относятся такие составы, которые переходят в жидкое состояние при температуре от 145 до 400°С. Но, при этом они обеспечивают относительно небольшую прочность, для легкоплавких сплавов сопротивление на разрыв составляет не более 7кг/мм 2 . Наиболее распространенные – оловянно-свинцовые. Чаще всего мягкие припои используются в радиоэлектронике для печатных плат или деталей.
Тугоплавкие (твердые).
Твердые припои обладают значительно большей механической прочностью, но их температура плавления составляет более 400°С, что является неприемлемым для большинства радиодеталей, так как они могут пострадать даже от касания разогретым жалом паяльника. Двумя наиболее крупными группами в этой категории являются медные и серебряные составы. Медные сплавы, как правило, соединяются с цинком, но они слишком хрупкие, поэтому подходят для твердых сплавов, испытывающих только статическую нагрузку. Серебряные припои являются универсальными и могут использоваться для пайки любых точек соединения, однако стоимость этих марок также довольно высокая.
Паяльные пасты.
Паяльные пасты также представляют собой компонент для пайки радиодеталей, но применяются они для мелких элементов из легкоплавкого металла. Состав пасты содержит измельченные кусочки припоя в растворе жидкого флюса. Их используют в тех платах или устройствах, где воздействие высокой температуры может нанести вред оборудованию. Пасты, как правило, паяются феном без электрического паяльника, или могут просто наноситься в качестве проводящего клеевого состава.
Нанесение смеси для пайки в точку крепления выводов наносится порционно и может выполняться при помощи специального трафарета, шприца или каплеструйным картриджем.
Рис 3. Нанесение паяльной пасты принтером, шприцом, трафаретом
Однако применение пасты для пайки обуславливает целый ряд требований, которые должны соблюдаться:
- перед началом вскрытия емкости обязательно выдерживается в комнатной температуре хотя бы 2 часа, использовать средства принудительного нагрева припоя для этого запрещено;
- после вскрытия смесь обязательно перемешивается до получения однородного вещества, так как в ходе хранения флюс может отделяться от припоя;
Рис. 4. Размешивается до однородной смеси
- перед нанесением поверхность должна очищаться от возможных примесей и загрязнителей, при длительной пайке процедура повторяется каждые 45 минут;
- монтаж электронных компонентов в нанесенную пасту должен производиться за 60 минут, иначе она начнет утрачивать свойства;
- после пайки остатки и излишки пасты отмывают, существуют те, которые отмываются обычной водой, другим требуется растворитель, некоторые могут не смываться.
Крайне негативно на функциональных характеристиках такого припоя сказывается помещение в среду с высокой или низкой температурой, а также воздействие влаги.
Бессвинцовые припои.
Изначально, причиной создания припоя без содержания свинца была потребность исключить вредное влияние на окружающую среду и человеческий организм. Такие припои массово используются для пайки алюминия или стали в пищевой промышленности, для труб подачи питьевой воды, лабораторного оборудования и инструментов.
Всего выделяют три наиболее распространенные группы бессвинцовых припоев:
- олово с медью – применяется для высокотемпературной пайки, относится к тугоплавким припоям, хорошо подходит для работы по медным изделиям;
- олово с серебром – подходят для низкотемпературной пайки, обеспечивают лучший контакт, чем у свинцовых припоев, но они имеют высокую цену.
- олово и с медью, и с серебром – также является мягким вариантом, который обладает меньшей стоимостью, чем предыдущий, и практически ничем не уступает ему в качестве соединений.
- олово с висмутом и серебром – может применяться для пайки меди при низких температурах;
- олово с цинком и висмутом – более дешевый вариант предыдущего, но имеет ряд сложностей в применении.
Основные свойства припоев
При выборе конкретной марки припоя для пайки медных проводов или алюминиевых сплавов необходимо руководствоваться их техническими характеристиками.
Однако для всех составов можно выделить перечень основных свойств:
- смачиваемость – показывает, насколько хорошо припой обволакивает и прилипает к паяемым деталям;
- прочность – определяет способность выносить механические усилия и нагрузки, для этот в состав могут добавлять бор, железо, никель цинк или кобальт;
- пластичность – способность к деформации, достигается за счет присадок из марганца, висмута, лития и т.д.;
- устойчивость к высоким температурам – важна для пайки твердыми сплавами, которые находятся в котельных, печах, трубопроводах, нагревательных приборах, свойство достигается путем добавления вольфрама, циркония, ванадия, гафния, ниобия и т.д.
- устойчивость к коррозионному разрушению – повышается путем легирования медью или никелем.
Критерии выбора
Выбирая какой-либо состав для лужения медных деталей или пайки проводов важно учитывать ряд факторов, который повлияет и на качество работы, и на полученный результат.
Среди таких критериев, в первую очередь, обращают внимание на:
- типы соединяемых элементов, из какого материала изготовлены, их толщина и параметры соединяемых поверхностей;
- способ пайки, для которого подбирается припой – медным жалом классического паяльника, феном, паяльной станцией и т.д.;
- допустимый температурный режим – температура плавления припоя должна быть меньше температуры плавления соединяемых элементов;
- наличие механического воздействия – определяется статическая или динамическая, возможно, вибрационная;
- устойчивость к агрессивной среде – для преждевременного разрушения припоя его тип должен предусматривать устойчивость к влаге, температуре, газам, пыли и прочим факторам, воздействующим на него в процессе эксплуатации.
Самые используемые марки
Наиболее популярными видами являются припои ПОС, в их основе свинец и олово, маркирующиеся ПОС-40, 60, 80 и т.д., здесь числовое обозначение указывает на процентное содержание олова. Выпускаются, как правило, в форме паяльной проволоки, в зависимости от процентного соотношения основных компонентов могут относиться как к легкоплавким, так и к тугоплавким маркам.
Применяются для пайки меди, алюминия, латуни, бронз и других металлов:
- ПОС-90 – хорошо подходит для пищевой индустрии;
- ПОС-40 – используют для труб и деталей из латуни, железа и т.д.;
- ПОС-30 – в кабельных соединениях;
- ПОС-61 – для работы с радиодеталями.
Из серебросодержащих марок часто встречаются припои ПСр- 15, 25,45, 65, 70, число после буквенного обозначения указывает на процент серебра. Этот тип охватывает как пайку меди в высокоточных приборах, так и медицинскую сферу.
Сплав Розе также называемый ПОСВ-50, один из припоев с самой низкой температурой плавления – от 90 до 100°С. Применяется в ювелирном деле, в пайке печатных плат, для плавких вставок и т.д.
Рис. 5. Сплав Розе
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Припои являются важнейшими компонентами формирования паяных соединений. Пайку осуществляют с целью создания механически прочного (иногда герметичного) шва, или электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке мест соединения припой нагревают свыше температуры его плавления. Так как припой имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления соединяемого металла или металлов, из которых изготовлены соединяемые детали, то он плавится, в то время как металл деталей остаётся твёрдым. На границе соприкосновения расплавленного припоя и твердого металла происходят различные физико-химические процессы.
Припой смачивает металл, растекается по нему и заполняет зазоры между соединяемыми деталями. При этом компоненты припоя проникают в основной металл, основной металл растворяется в припое. В результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.
Выбирают припой с учетом физико-механических свойств соединяемых металлов (по температуре плавления), требуемой механической прочности спая, его коррозионной стойкости и стоимости.
Классификация припоев.
Припои принято делить на 2 группы:
Мягкие с температурой плавления до 300 0 С;
Твердые с температурой плавления свыше 300 0 С;
К мягким припоям относят оловянно-свинцовые сплавы (ПОС) с содержанием олова от 10 до 90%, остальное свинец. Плавление этих припоев начинается с температуры 183 0 С. По существующим стандартам обозначение припоев начинается с буквы П (припой), затем указывается химический символ элементов припоя.
Например: ПОС-15; ПОС-25; ПОС -40; ПОС-61; все марки содержат олово и свинец, цифра указывает содержание олова, остальное свинец.
Кроме этих составов в качестве мягких припоев используются также:
● сурьмянистые припои (ПОСС у ), применяемые при пайке оцинкованных и цинкованных изделий и повышенных требованиях к прочности паяного соединения;
● оловянно-свинцово-кадмиевые (ПОСК), применяются для пайки деталей, чувствительных к перегреву;
● оловянно-цинковые (ОЦ) –для пайки алюминия;
● бессвинцовые припои, содержащие наряду с оловом медь, серебро, висмут и др. металлы;
К твердым припоям относят медно-цинковые и серебряные с различными добавками:
Температура
плавления, 0 С
Плотность, г/см 3
серебряный ПС р -15
Ag -15%; остальное Cu и Zn
серебряный ПС р -45
Ag -45%; остальное Cu и Zn
Cu-45 -52 % ; Fe -1-3%;
Серебряные припои имеют температуру плавления от 183 до 1133 0 С и представляют собой сплавы серебро-свинец-олово; серебро-медь; серебро-медь-цинк-кадмий; Серебряные припои нашли широкое применение:
-пайка меди, никеля, латуней и бронз;
-пайка стали с медью, никелем и медно-никелевыми сплавами;
-пайка меди и никеля со стеклоэмалью и керамикой;
-пайка меди с бронзой;
-пайка цветных металлов и сталей;
Технология пайки
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.
Спаиваемые элементы деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение.
Прочность соединения во многом зависит от смачиваемости припоем соединяемых поверхностей. При пайке металлов качество смачивания обычно зависит от чистоты поверхности — на ней не должно быть окислов металлов или органических жиров и масел. Для удаления загрязнений, понижения поверхностного натяжения и улучшения растекания припоя применяют флюсы или ультразвуковые методы активации поверхности. При пайке неметаллических поверхностей (керамики, стекла) или легкоплавкими припоями химические флюсы не помогают смачиванию, поэтому применяют ультразвуковую активацию поверхности. Флюсы применяют для удаления окисной плёнки с поверхности припоя и паяемого материала и предотвращения её образования в процессе получения паяного соединения. Часто используют флюсы на основе канифоли. При t=125 0 С канифоль переходит в жидкое состояние, а при 300 0 С разлагается и обугливается, что приводит к потере флюсующих свойств.
Зная все о припоях, можно исключить ошибки при пайке и даже в сложных условиях достигать неплохого результата. Существуют оловянно-свинцовые и медно-фосфорные сплавы для пайки, низкотемпературные жидкие и другие виды составов. Они отличаются по температуре плавления, по степени твердости. Все эти вещества надо уметь правильно выбирать и применять.
Что это такое?
В любом популярном источнике можно прочитать, что главная задача припоев состоит в тщательном соединении заготовок.
Использоваться для этой цели могут только вещества, которые плавятся при более низкой температуре, чем сами связываемые материалы.
Довольно активно применяют припои из чистых металлов и их сплавов. Определенное распространение получили также и неметаллические смеси. Форма выпуска припоев различна:
годности для флюсования;
способу возникновения (типу реакций, проходящих при образовании смеси).
Сварочные припои подразделяют на полностью готовые к применению и формирующиеся в процессе самой пайки.
В первой группе дополнительно выделяют гальванические и термовакуумные, а во второй – взаимодействующие при контакте и контактно-флюсовые реактивы.
По главному действующему веществу припои для сварки подразделяют на:
основанные на индии;
основанные на висмуте;
содержащие кадмий, цинк, алюминий, медь;
никелевые и марганцевые, золотые и ниобиевые реактивы.
Свойства
К низкотемпературным относят те припои, которые имеют температуру плавления не выше 450 градусов. В категорию наибольшей плавкости относят составы, которые начинают переходить в жидкую форму при температуре менее 145 градусов. Легкоплавкими называют реактивы, у которых точка застывания находится в диапазоне 145—450 градусов. В свою очередь, высокотемпературные припои имеют свою внутреннюю градацию:
среднеплавкие (максимум 1100 градусов);
высокоплавкие (разжижающиеся при нагреве до 1850 градусов);
тугоплавкие (еще менее поддающиеся воздействию температуры).
Кроме этого параметра, классификация по свойствам касается:
предположительной температуры при выполнении паяльных работ;
электрического сопротивления (в удельном исчислении);
предела механической прочности при прикладывании растягивающего усилия.
Обзор видов
Мягкие
В эту группу попадают припои, чья температура плавления не превышает 300 градусов. Предельная устойчивость к механическим напряжениям составит не менее 16 и не более 100 МПа. Широко применяются паяльные низкотемпературные пасты. Их поставляют сразу в перемешанном с флюсом состоянии. Они отлично справляются с работой даже в труднодоступных местах.
Введение кадмия и висмута дает возможность дополнительно сократить температуру плавления, а добавка сурьмы к основному составу поможет увеличить механическую крепость шва.
Тем не менее для ответственных заданий даже модифицированные оловянно-свинцовые смеси малопригодны. Если все же приходится работать с важными деталями, целесообразно максимально увеличивать площадь пайки. Среди мягких комбинаций наилучшими считаются составы от ПОС-18 до ПОС-90. Эта смесь олова со свинцом может применяться различным образом в зависимости от исходного состава:
ПОС-90 нужен, чтобы соединять детали для последующей гальванической обработки;
ПОС-61 (без канифоли) применяют, когда приходится паять особо точные устройства и механизмы;
ПОС-40 берут для соединения не слишком важных и значимых деталей;
с помощью ПОС-30 легко соединять латунь, медь, сталь между собой в различных комбинациях.
В разряд легкоплавких припоев входят также:
ПОССУ 4–6 (для медных деталей и конструкций из черного металла);
ПОСК 50 (для пайки меди и различных ее сплавов, которые могут пострадать от локального перегрева, для полупроводников);
ПОСВ 33 (для соединения плавких предохранителей);
ПОСК 47-17 (припаивание проводов и аналогичных деталей к серебряному слою);
П200 (для работ с тонкостенным алюминием и сравнительно тонкими изделиями из алюминиевых сплавов);
соединение Розе (рассчитанное на плавление при 92—95 градусах);
сплавы Дарсенваля и Вуда (на 79 и 60 градусов соответственно).
Твердые
У припоев этой категории температура агрегатного перехода составляет больше 300 градусов. Их стойкость к механическим воздействиям может варьироваться от 100 до 500 МПа. В этот разряд классификации припоев попадают в основном соединения меди и серебра. Медь часто соединяют с цинковым сырьем. В результате получается смесь, превосходно удерживающая статическую нагрузку, однако из-за хрупкости сопротивляемость ударным и вибрационным воздействиям невелика.
Разумеется, бывают и многие другие виды припоев, которые имеют гораздо более узкую сферу применения. И тем не менее обойти их вниманием было бы глупо. Так, медно-фосфорный припой ценят за относительно низкую температуру плавления.
Использовать его можно как с флюсом, так и автономно. Получающийся шов будет прочен, он неплохо сопротивляется вибрационным колебаниям.
Такие свойства позволяют применять медно-фосфорные составы при соединении частей теплообменников. Но надо понимать, что они очень чувствительны к перегреву. Работать придется максимально осторожно и вдумчиво, без спешки. Обычно такие смеси поставляют в прутковой форме. Иногда покупают медные паяльные ленты, а в отдельных случаях — медно-цинковые припои с низкой температурой образования расплавленного металла.
Что касается серебряных припоев, то они малопригодны для пайки медных изделий. Чтобы повысить универсальность таких составов, к серебру добавляют висмут, железо и некоторые иные химические элементы. Смеси на базе серебра ценятся за отличное смачивание поверхностей. Они превосходно проникнут даже в самые малодоступные участки обрабатываемых изделий. Стыки не будут подвергаться коррозионным процессам, перенесут существенные механические и термические нагрузки.
Составы, содержащие много серебра, проводят электрический ток очень активно. Потому основная область их использования — электроника и другие отрасли электротехники.
У смесей, включающих менее 50% серебра, есть другое преимущество — сравнительно доступная цена. Потому их охотно используют даже рядовые потребители и сотрудники различных мастерских.
Соединения, при пайке которых использована латунь, куда выше по прочности и пластичности, чем медь. Однако у них довольно велик риск деформирования. Если перегреть такой припой, основные качества соединений будут необратимо испорчены.
Читайте также: