Лекция 7 Припои и флюсы для радиомонтажа

Пайкой называется технологический процесс образования неразъемного соединения металлических деталей путем нагрева (ниже температуры их автономного расплавления) и заполнения зазора между ними расплавленным припоем, образующим после кристаллизации (застывания) прочный механический спай (шов).

В зависимости от температуры в зоне соединяемых материалов пайка подразделяется на низкотемпературную и высокотемпературную. Зазор между деталями устанавливают в зависимости от соединения: для низкотемпературных припоев он составляет 0,05... 0,08 мм, для высокотемпературных - 0,03...0,05 мм.

По способу нагрева соединяемых деталей и припоя различают пайку паяльником, токами высокой частоты, в печах, горелкой, в жидких средах, ультразвуком. Название способа пайки зависит от инструмента (оборудования) или среды нагревания.

Кроме того, в зависимости от характера окружающей среды различают пайку в вакууме, нейтральных газах и восстановительной среде.

По способу введения припоя выделяют следующие виды пайки: заливкой, с предварительной укладкой припоя к месту соединения (шва); с предварительным избыточным обслуживанием поверхностей соединяемых деталей; с введением припоя паяльниками; с применением палочных или трубчатых припоев.

Припой должен обладать следующими качествами: хорошо растворять основной металл, смачивать его, иметь хорошую жидкотекучесть и достаточную механическую прочность. Температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления основного металла.

В качестве припоев используют цветные металлы и их сплавы, которые в зависимости от температуры плавления подразделяются на низкотемпературные (мягкие) с температурой плавления до 350 °С и высокотемпературные (твердые) с температурой плавления 350...1850 °С. В соответствии с ГОСТ 21 930-76 и ГОСТ 21 931-76 припои характеризуются температурой начала и конца плавления.

При монтажной пайке применяют серебряные и оловянно-свинцовые припои. Серебряные припои по сравнению с оловянносвинцовыми обеспечивают более высокие прочность и эксплуатационную надежность соединения. Легкоплавкость серебряных припоев способствует более экономичному их использованию, поэтому, несмотря на дефицитность серебра, для пайки ответственных конструкций применяют в основном серебряные припои. Надежность паяных соединений зависит от состояния соединяемых поверхностей и их конструкций, температуры пайки и применяемого флюса.

При подготовке поверхностей деталей, подлежащих пайке, производится удаление механическим или химическим способом загрязнений, ржавчины, оксидных и жировых пленок. В простейшем случае поверхности деталей промываются бензином или спиртом.

Пайка может выполняться либо в защитной атмосфере, либо с использованием флюсов, предохраняющих поверхности соединяемых деталей от возможного окисления при повышенной температуре.

Перед горячим лужением или пайкой подготовленные поверхности деталей покрывают флюсом, который выбирается в зависимости от применяемого припоя и соединяемых металлов, а также от способа пайки. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя для обеспечения его жидкого состояния и равномерного растекания по основному металлу.

Флюсы способствуют образованию жидкой или газообразной защитной зоны, предохраняющей поверхность металла и расплавленного припоя от окисления, а также растворяют и удаляют пленки оксидов с поверхности.

Технологический процесс пайки включает в себя лужение, которое предшествует пайке и заключается в покрытии поверхностей соединяемых деталей тонкой пленкой припоя. При лужении происходит сплавление припоя с основным металлом. После лужения производится пайка деталей, для чего припой наносят в места соединения деталей и прогревают до его полного растворения, сохраняя детали в сжатом состоянии до полного затвердевания припоя. Правильно спроектированное соединение должно быть удобным в сборке и надежно работать в условиях эксплуатации РЭА и приборов. Основные типы паяных соединений установлены ГОСТ 19 249-73.

Высокая механическая прочность паяного соединения может быть обеспечена только при тщательном соблюдении технологии пайки. Недостаточно тщательная очистка деталей перед пайкой, неправильная конструкция паяного шва, несоблюдение температурного режима пайки и другие нарушения технологического процесса неизбежно приводят к появлению различного рода дефектов в паяном шве и ослаблению паяного соединения.

Основными дефектами при пайке являются:

1) наличие трещин в паяном шве в результате быстрого охлаждения деталей после пайки или значительной разницы в коэффициентах теплового расширения припоя и металла;

2) наличие пор в шве за счет высокой температуры пайки или интенсивного испарения флюса;

3) несмачивание припоем поверхности деталей из-за большой их загрязненности.

Контроль качества готовых паяных соединений обычно проводится или без разрушения изделий одним из физических способов (внешний осмотр, рентгеноскопия), или с разрушением изделий (на отрыв, на срез, на разрыв).

 

Припои и флюсы

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.

В качестве 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-свинцовых припоев 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 в щелочах - 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.

 

Таблица 15. 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-ЗО 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 прочность легкоплавких припоев незначительна (например, висмутовые припои очень хрупкие). Предварительное лужение оловянно-свинцовым или висмутовым легкоплавким припоем способствует некоторому повышению прочности соединения.

 

Таблица 16. Состав и температура плавления легкоплавких припоев

Припой	Химический состав, %		Температура плавления, °С
Sn	Pb	Bi	Cd
ПОСК-50			—
ПОСВ-33	33,4	33,3	33,3	—
ПОК-56		—	—
Сплав Розе				—
Сплав Арсе	9,6	45,1	45,3	—
Сплав Липовица	13,33	26,67
Сплав Вуда	12,5			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. 32). 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.

Рис. 32 Трубчатые припои

 

Вероятность перерывов в подаче флюса уменьшается при более сложной форме сердцевины. На пример трубчатые припои с фасонными сердцевинами или 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).

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: