Соединение деталей пайкой – неразъемное соединение, заключающееся в том, что неразъемное соединение материалов получают с помощью расплавленного промежуточного металла (припоя), плавящегося при более низкой температуре, чем соединяемые детали.
Соединение материалов происходит в результате диффузии припоя и основного материала путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления их при кристаллизации шва (рис. 1).
Рис. 1. Паяные соединения: а – встык; б – внахлестку; в – встык со скошенными кромками; г, д – внакладку; е, ж – припаивание фланцев; з – в шпунт
В зависимости от температуры в контакте соединяемых материалов пайка подразделяется на низкотемпературную – 450° С и высокотемпературную – выше 450° С. Нагрев может производиться паяльником, токами высокой частоты, в печах, в пламени газовой горелки и т. д.
Припои характеризуются температурой начала и конца плавления (рис. 2).
Рис. 2. Классификация и виды припоев по температуре плавления
В качестве припоев используются цветные металлы и их сплавы, которые в зависимости от температуры плавления подразделяются на мягкие и твердые.
Мягкие припои, имеющие температуру плавления не выше 400-450° С, обладают невысокой механической прочностью, твердые припои – температура плавления свыше 450° С – имеют высокую механическую прочность.
В качестве мягких (легкоплавких) припоев применяют оловянно-свинцовые, висмутовые, кадмиевые и другие сплавы. Наиболее низкотемпературные припои содержат индий, висмут и кадмий с температурой плавления 70-145° С.
Основные материалы мягких припоев – сплавы олова и свинца. Их обозначение (например, ПОС 61) расшифровывается так: П – припой, ОС – оловянно-свинцовый, 61 – содержание олова в процентах. Основные характеристики мягких припоев и область их применения приведены в табл. 1 — 3.
Таблица 1. Свойства и назначение олова
| Марка | Характеристика, назначение |
| ОВ4-000 | Особо чистое, для полупроводниковой техники |
| О1 п.ч. | В пищевой промышленности, для лужения жести |
| О1 | Для лужения жести, изготовления припоев |
| О2 | Для изготовления баббитов, припоев, труб, фольги,
лужения кухонной утвари |
Таблица 2. Припои оловянно-свинцовые (ГОСТ 21930-76)
| Марка | Температура
плавления, °С |
Удельное электрическое
сопротивление, ρ·10е, Ом·м |
Теплопроводность,
Вт/(м·°С) |
δ, % |
| Бессурмянистые | ||||
| ПОС 90 | 220 | 0,120 | 55 | 40 |
| ПОС 61 | 190 | 0,139 | 50 | 46 |
| ПОС 40 | 238 | 0,159 | 42 | 52 |
| ПОС 10 | 299 | 0,200 | 35 | 44 |
| ПОС 61М | 192 | 0,143 | 49 | 40 |
| ПОСК 50-18 | 145 | 0,133 | 55 | 40 |
| Малосурьмянистые | ||||
| ПОССу 61-0,5 | 189 | 0,140 | 50 | 42 |
| ПОССу 50-0,5 | 216 | 0,149 | 48 | 55 |
| ПОССу 40-0,5 | 235 | 0,169 | 42 | 50 |
| ПОССу 35-0,5 | 245 | 0,172 | 42 | 47 |
| ПОССу 30-0,5 | 255 | 0,179 | 38 | 45 |
| ПОССу 25-0,5 | 266 | 0,182 | 38 | 45 |
| ПОССу 18-0,5 | 277 | 0,198 | 35 | 45 |
| Сурьмянистые | ||||
| ПОССу 95-5 | 240 | 0,145 | 46 | 46 |
| ПОССу 40-2 | 229 | 0,172 | 42 | 48 |
| ПОССу 35-2 | 243 | 0,179 | 38 | 40 |
| ПОССу 30-2 | 250 | 0,182 | 34 | 40 |
| ПОССу 25-2 | 260 | 0,185 | 38 | 35 |
| ПОССу 18-2 | 270 | 0,206 | 34 | 35 |
| ПОССу 15-2 | 275 | 0,208 | 34 | 35 |
| ПОССу 10-2 | 285 | 0,208 | 34 | 30 |
| ПОССу 8-3 | 290 | 0,207 | 34 | 43 |
| ПОССу 5-1 | 308 | 0,200 | 35 | 40 |
| ПОССу 4-6 | 270 | 0,208 | 34 | 15 |
Таблица 3. Области применения оловянно-свинцовых припоев
| Марка | Применение |
| ПОС 90 | Лужение и пайка швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры |
| ПОС 61 | Лужение и пайка электроаппаратуры, точных приборов
с высоко герметичными швами, где не допускается перегрев |
| ПОС 40 | Лужение и пайка электрорадиоаппаратуры, деталей из
оцинкованного железа с герметичными швами |
| ПОС 10 | Лужение и пайка контактных поверхностей
электрических аппаратов, приборов, реле |
| ПОС 61М | Лужение и пайка медной проволоки, печатных проводников
в кабельной промышленности, электро- и радиоэлектронной промышленности |
| ПОСК 50-18 | Пайка деталей, чувствительных к перегреву |
| ПОССу 61-0,5 | Лужение и пайка электроаппаратуры, обмоток электрических машин,
оцинкованных радиодеталей при жестких требованиях к перегреву |
| ПОССу 50-0,5 | Лужение и пайка авиационных радиаторов, пайка
пищевой посуды с последующим лужением оловом |
| ПОССу 40-0,5 | Лужение и пайка жести, обмоток электрических машин,
пайка радиаторных трубок, холодильных агрегатов, оцинкованных деталей |
| ПОССу 35-0,5 | Лужение и пайка свинцовых кабельных оболочек,
электротехнических изделий неответственного назначения |
| ПОССу 30-0,5 | Лужение и пайка листового цинка, радиаторов |
| ПОССу 25-0,5 | Лужение и пайка радиаторов |
| ПОССу 18-0,5 | Лужение и пайка трубок теплообменников,
электрических ламп |
| ПОССу 95-5 | Пайка трубопроводов, работающих при повышенных
температурах |
| ПОССу 40-2 | Лужение и пайка холодильных установок,
тонколистовой упаковки; припой широкого назначения |
| ПОССу 30-2 | Лужение и пайка в холодильном и электроламповом
производстве, абразивная пайка |
| ПОССу 18-2
ПОССу 15-2 ПОССу 10-2 |
Пайка в автомобилестроении |
| ПОССу 8-3 | Лужение и пайка в электроламповом производстве |
| ПОССу 5-1 | Лужение и пайка деталей, работающих при
повышенной температуре |
| ПОССу 4-6 | Пайка белой жести, лужение и пайка деталей с закатанными и
клепаными швами из латуни и меди шпатлевка кузовов автомобилей |
Твердые припои выполняют на серебряной основе (например, ПСр 72, где 72 – содержание серебра, %) или на меднолатунной и медно-никелевой основах. Серебряные припои применяют для пайки черных и цветных металлов, кроме сплавов алюминия и магния, а припои на медной основе – для пайки углеродистых и легированных сталей, никеля и его сплавов. Основные свойства твердых припоев приведены в табл. 4. В качестве твердых (тугоплавких) припоев применяют в основном три вида припоев: медно-цинковые ПМЦ и латунь Л-62, серебряные ПСР и медно-фосфористые марки ПМФ, обладающие хорошей жидкотекучестью и обеспечивающие высокое качество пайки.
Таблица 4. Свойства серебряных припоев (ГОСТ 19738-74)
| Марка | Температура
плавления, °С |
Удельное
электрическое сопротивление, мкОм·см |
Плотность,
г/см3 |
Марка | Температура
плавления, °С |
Удельное
электрическое сопротивление, мкОм·см |
Плотность,
г/см3 |
| ПСр 72 | 779 | 2,1 | 10 | ПСр 15 | 640 | 20,7 | 8,5 |
| ПСр 50 | 779 | 2,5 | 9,3 | ПСр 40 | 590 | 7,0 | 9,25 |
| ПСр 70 | 715 | 4,1 | 9,8 | ПСр 37,5 | 725 | 37,2 | 8,9 |
| ПСр 65 | 695 | 8,6 | 9,45 | ПСр 62 | 650 | 25,5 | 9,6 |
| ПСр 45 | 665 | 10 | 9,1 | ПСр 23 | 304 | 20,4 | 11,4 |
| ПСр 25 | 740 | 7,7 | 8,7 | ПСр 2,5 | 295 | 21,4 | 11 |
| ПСр 12М | 793 | 7,4 | 8,3 | ПСр 2 | 235 | 16,7 | 9,5 |
| ПСр 10 | 822 | 7,3 | 8,4 | ПСр 1,5 | 273 | 19,1 | 10,4 |
| ПСр 71 | 645 | 4,3 | 9,8 |
Флюсы применяют для повышения качества пайки. Флюсом называют химически активное вещество, которое обладает способностью очищать в месте пайки соединяемые поверхности деталей и припоя от оксидов, предотвращения образования оксидов в процессе пайки, снижения поверхностного натяжения припоя и т. д. Флюс способствует лучшему затеканию расплавленного припоя в зазоры между соединяемыми деталями.
В качестве флюсов применяют смеси солей, растворы некоторых солей, кислот и органических соединений. Роль флюса при пайке могут выполнять также специальные газовые среды. Различают флюсы для легкоплавких и тугоплавких припоев, а также для пайки алюминиевых сплавов, коррозионно-стойких сталей и чугуна. Флюсы для мягких припоев – это хлористый цинк, нашатырь, канифоль, пасты и др. Флюсы для твердых припоев – это борнокислый натрий (бура), борная кислота и некоторые другие вещества. Большинство флюсов поступает в готовом для применения виде, а хлористый цинк (травленая кислота) готовят из технической соляной кислоты и металлического цинка, беря их в определенном соотношении. Флюсы увеличивают жидкотекучесть припоев при пайке.
Расчет на прочность паяных соединений производят по методике, изложенной для сварных соединений.
где А – площадь среза припоя.
Допускаемые напряжения на срез для оловянисто-свинцовых припоев [τ‘cр ] = 20 ÷ 30 МПа, для медноцинковых припоев [τ‘cр] = 175 ÷ 230 МПа.