2.9. Паяння

Паяння – процес одержання нероз'ємного з'єднання матеріалів з нагріванням нижче температури їхнього автономного розплавлювання шляхом змочування, розтікання і заповнення зазору між ними розплавленим припоєм і зчеплення їх при кристалізації.

Припій має температуру плавлення нижче температури плавлення металів, що з'єднуються, і заповнює зазор між з'єднуємими поверхнями за рахунок дії капілярних сил. При охолодженні припій кристалізується і утворює міцний зв'язок між заготівками.

До паяння належить також процес роз'єднання готових з'єднань, отриманих паянням – розпаювання. Розпаювання не реалізується для з'єднань, отриманих дифузійним паянням, при якому елемент-депресант припою цілком або майже цілком дифундує в метали, що спаюються, і температура автономного плавлення паяного шва наближується до температури автономного плавлення металу, що паяється.

За температурою процесу розрізняють:

- низькотемпературне паяння (до 450 °С);

- високотемпературне паяння (понад 450 °С).

Матеріали, що застосовуються при паянні.

Припій. Припій – це метал або сплав, що вводиться в зазор між з'єднуваними деталям або утворюється між ними в процесі паяння, який має більш низьку температуру початку автономного плавлення, ніж спаювані матеріали.

За фізичними властивостями розрізняють м'які і тверді припої.

До м'яких припоїв відносяться особливо легкоплавкі (до 145°С) та легкоплавкі (від 145°С до 450°С); до твердих – середньоплавкі (від 450°С до 1100°С), високоплавкі (від 1100°С до 1850°С) і тугоплавкі (понад 1850°С).

М'які припої застосовуються:

- для паяння міді у виробах електротехнічного призначення: сплав Вуда (t_пл = 60,5°С), сплав Розі (t_пл = 94°С), ПОСВЗЗ (t_пл= 130°С);

- для паяння електрорадіоапаратури при різних монтажних роботах, виробів з цинку, заліза, латуні, теплостійких мідних з'єднань: ПОС 40 (t_пл = 235°С), ПОС 30 (t_пл = 256°С), Kl (t_пл = 325°С);

- для електроконтактного паяння з'єднань з алюмінію, міді і їхніх сплавів, сталі в різних сполученнях: цинкові припої (t_пл = 380-415°С).

Тверді припої застосовують для паяння титана і його сплавів (В62 - t_пл = 490-500°С), з'єднань в електроніці, приладобудуванні і машинобудуванні: П575А (t_пл = 575 °С); ПСр55 (t_пл = 850 °С); ПСр72 (t_пл = 778 °С);. ПCр375(t_пл=810°C).

Флюси паяльні. Паяльний флюс – це активна хімічна речовина, призначена для очищення і підтримки в чистоті спаюваних поверхонь металу з метою зниження поверхневого натягу і поліпшення розтікання рідкого припою.

До відомих флюсів належать тверді, пастообразні, рідкі і газоподібні.

Для низькотемпературного паяння як флюс застосовують каніфоль та її розчини в спирті або органічних розчинниках (гідразин, деревні смоли, вазелін). Більш активні флюси містять органічні кислоти (молочну, лимонну, олеїнову та ін.), а також їхні розчини у воді і спирті. Для ослаблення корозійної дії до цієї групи флюсів додають каніфоль або інші компоненти, що не викликають корозії. Велику групу високоактивних флюсів складають флюси на основі хлористого цинку і хромистого амонію. Хлоридні солі застосовують у вигляді твердої суміші, порошків, водних розчинів.

В таблиці 2.1 наведені склад та область застосування деяких паяльних флюсів.

Після паяння флюси завжди частково залишаються на виробі. Залишки флюсу псують зовнішній вигляд виробу, змінюють електропровідність, а деякі з них викликають корозію паяного шва. З цих причин після паяння залишки флюсу варто видаляти з паяного виробу.

Паяння паяльником. Найбільш простий метод паяння з нагріванням паяльником широко застосовують в багатьох областях техніки і в побуті. Найпростіший паяльник складається з мідного загостреного наконечника, закріпленого на сталевому стрижні з ручкою. Незалежно від способу нагрівання і конструкції основне призначення паяльника – нагрівання припою до розплавлювання, набирання розплавленого припою і нанесення його на вироб, що паяється, прогрівання металу у місці паяння, а також видалення надлишків розплавленого припою.

Таблиця 2.1 – Паяльні флюси

Компоненти	Зміст у %	Область застосування
Каніфоль	100	Для паяння електро- і радіотехнічних приладів
Каніфоль Спирт етиловий Кислота оцтова	30 60 10	Для паяння електро- і радіотехнічних приладів
Триетаноламід Кадмій борфтористий Цинк борфтористий Амоній борфтористий	82,5 10 2,5 5	Для паяння оцинкованого заліза, алюмінію, бронзи берілієвої, міді та ін. металів.
Цинк хлористий Вода	40 60	Для паяння і лудіння заліза, чавуну, сталі, міді, латуні, бронзи, свинцю, нікелю, срібла.
Кислота борна Бура Кальцій фтористий	70 21 9	Для паяння конструкційної, корозійностійкої та жароміцної сталі латунню і жароміцними припоями

Паяльники з електричним обігрівом в залежності від роду виконуваних робіт випускають різних типорозмірів і потужностей. Вітчизняна промисловість випускає побутові електричні паяльники різної конструкції ДСТ 721977, розраховані на напругу 127 і 220 В з номінальною потужністю 35-200 Вт.

Наконечники паяльників повинні мати високу теплопровідність, добре обслуговуватися, володіти зниженим окалиноутворенням при температурах паяння, добре витримувати дію розплавленого олова і флюсів. Найпоширенішим матеріалом для виготовлення наконечників є чиста мідь.

Перед паянням в першу чергу необхідно підготувати паяльник. Для цього робочий кінець паяльника заточують під кутом 30-40° і зачищають від слідів окалини, зачищений паяльник нагрівають до 250-300°С, потім робочий кінець його занурюють у флюс і ретельно залужують припоєм, після цього паяльник готовий до роботи.

Підготовлене до паяння з'єднання очищають від пилу і жиру, бруду й окислів, покривають флюсом і розігрівають паяльником до потрібної температури. Коли шов підігріється до температури плавлення припою, полудженим кінцем паяльника захоплюють припій і переносять його в шов. Паяння виконують, пересуваючи паяльник по шву, завдяки чому розплавлений припій затікає до зазору. Під час паяння варто уважно стежити за температурою паяльника, не припускаючи його перегріву. Перегрів паяльника вище 400°С підвищує окалиноутворення та ускладнює обслуговування наконечника.

Підготовка деталей до паяння. Міцність і щільність паяного з'єднання будуть задовільними тільки в тому випадку, якщо припій добре заповнює зазор між спаюваними поверхнями а також має місце його дифузія до спаюваних поверхонь і взаємодія зі спаюваним металом. Це можливо тільки за умови повного змочування ділянок, що з'єднуються, припоєм. Змочування спаюваних стиків буде мати місце в тому випадку, якщо поверхні, що з'єднуються, виявляться вільними від забруднень окислами, а обраний припій за своїми фізичними властивостями буде здатен змочувати спаюваний метал.

Очищення забруднених поверхонь перед паянням виконують механічними або хімічними способами.

Механічна підготовка деталей під паяння може бути здійснена зачищенням напилками, металевими щітками, шліфувальними колами, шліфувальними шкурками або піскоструменевими апаратами. Після зачищення поверхню обдувають стисненим повітрям з метою видалення піщин, що залишилися.

Для знежирення можна використовувати бензин, трихлоретилен і різні луги. Знежирені деталі необхідно піддавати обов'язковому промиванню спочатку в гарячій, а потім у холодній воді. Окалина й іржа видаляється протравленням.

Травлення чорних металів здійснюється в 10-25%-вому розчині сірчаної кислоти при температурі 40-60°С, мідь і її сплави протравлюють у 10%-вому розчині сірчаної кислоти. Протравлені деталі ретельно промивають у проточній воді з наступним просушуванням. Поверхні, на яких не повинно бути припою після паяння, покривають пастами, що складаються з крейди або графіту, замішаних на воді.

В усіх випадках з'єднання деталей паянням необхідно стежити, щоб при зборці і паянні зберігався необхідний зазор між спаюваними поверхнями.

Технологія виконання паяного з'єднання приведена в таблиці 2.2.

Виконання паяних з'єднань різних типів

Примітка. Тип паяного з'єднання визначається взаємним розташуванням і формою спаюваних деталей у місці з'єднання

Рис.52. – Типи паяних з'єднань і форма поперечного перерізу з'єднання

Таблиця 2.2. – Технологія виконання паяного з'єднання

Найменування операції	Інструмент і пристосування
1. В залежності від матеріалу спаюваних деталей і призначення з'єднання вибрати припій і флюс.	-
2. Підготувати поверхні деталей до паяння (знежирити, якщо необхідно протравити, зачистити в місцях паяння ).	Бензин або трихлоретилен, розчини кислот, напилок, шліфувальна шкурка.
3. Зібрати вузол і нанести флюс в місцях паяння.	Пензлик або помазок.
4. Підготувати паяльник до паяння.	Підставка під паяльник.
5. Розплавити припій і нанести його на контактні поверхні.	Паяльник, пінцет або плоскогубці.
6. Видалити надлишок флюсу і натеки припою.	Напилок, шліфувальна шкурка, гаряча і холодна вода.
7. Контроль якості паяного з'єднання.