Как правильно паять металл

  1. Главная
  2. Статьи
  3. Как правильно паять металл
Как правильно паять металл
Особенности пайки металла, как паять металл в листах, проволоку, оцинковку, техника безопасности при пайке металла
Как правильно паять металл
Метинвест СМЦ
https://metinvest-smc.com/ru/articles/yak-pravilno-payati-metal/
2022-10-31 09:44:29
Как правильно паять металл
29 Сентября 2022

Люди умели паять с древних времён. Об этом свидетельствуют результаты археологических раскопок на территории нескольких древнейших государств. Ещё до н.э. жители Древней Греции или Древнего Египта создавали при помощи лужения украшения и бытовые предметы. Римляне нашли другое применение пайке, и с её помощью создавали водопроводные трубы.

Технология пайки металла подразумевает собой операцию по созданию неразъёмных соединений. В данном случае между двумя деталями вводят припой (расплавленный металл). С помощью источника тепла мы разогреваем сплав до жидкого состояния, но при этом следим, чтобы температура плавления соединяемых элементов не превышалась.

payka procesВ жидком состоянии присадочный материал способен качественно смочить края деталей, после чего нагрев прекращается и сплав охлаждается до твёрдого состояния. Прочность соединения двух элементов зависит исключительно от того, насколько хорошо получилось смочить их края во время нагрева. Прежде чем переходить к подобной обработке, все соединяемые края деталей потребуется обезжирить при помощи флюса или ультразвука и зачистить от окислов.

Чем отличается пайка металла от сварки?

Ниже в таблице приведены данные, где наглядно видны различия в свойствах и функциях сварки и пайки.

 Свойства и функции

Пайка

Сварка

Наличие припоя

+

-

Плавление деталей

-

+

Взаимодействие соединяемых элементов

-

+

Соединение металлов и неметаллов

+

-

Соединение мелких деталей

+

-

Многим электропайка может напоминать отдалённо сварочный процесс, но нужно понимать разницу. При сварке стоят совершенно другие задачи, ведь так мы стараемся нагреть соединяемые детали до того момента, пока они не начнут плавиться. В случае пайки металла паяльником или другим оборудованием происходит нагрев деталей вместе с припоем до того состояния, пока тот не начнёт плавиться.

payka payalnikomСварочный процесс подразумевает собой возникновение сварного шва, потому обычно с его помощью соединяют крупные детали и элементы. Пайка помогает обеспечить прочное соединение даже у самых маленьких деталей, ведь паяют даже электронные схемы.

Чтобы понять, как паять железо, необходимо учитывать физическую сторону вопроса. Во время пайки происходит взаимодействие частиц двух деталей со специально введённым промежуточным элементом (припоем) без контакта между собой, а при сварке при сильном нагреве происходит диффузионный процесс взаимопроникновения молекул самих соединяемых деталей. Пайка изделий допускает неоднократную сборку и разборку элементов.

Виды пайки

Несмотря на то, как применяли пайку в древние времена, сейчас технологии значительно улучшились, что привело к возникновению новых видов паяльных операций, в которых используются различные источники тепла. Для осуществления пайки черного металла или любого другого материала потребуется обзавестись источником тепла, сплавом и флюсом.

Довольно трудно классифицировать паяльный процесс по какому-то одному общему признаку, так как он зависит от нескольких факторов. На способы пайки металла влияет не только тип припоя и способ его нагрева, но также различные химические и механические свойства. Условно такой процесс делят на две основные категории – высоко- и низкотемпературную электропайку, что зависят от температуры плавления сплава.

Высокотемпературная пайка подразумевает применение твёрдого припоя, чья температура плавления превышает 450 ºС. Главным его отличием является высокий показатель прочности и термоустойчивости соединения. При помощи высокотемпературной пайки можно обеспечить герметичное соединение, которое будет способно работать даже при условиях высокого давления. Чаще всего для нагрева применяются индукционные ТВЧ и газовые горелки.

Процесс низкотемпературной пайки подразумевает применение легкоплавких сплавов. Роль присадочного материала при пайке металла мягкими припоями играют сплавы олова со свинцом, с серебром или с цинком. Чаще всего при помощи низкотемпературной обработки металла можно заниматься сборкой и изготовлением электронной техники. Мягкая пайка металла латунью не нуждается в серьёзных затратах на расходные материалы, однако получившееся соединение не способно выдержать большую механическую нагрузку.

Среди остальных видов пайки металла горелкой или другими источниками тепла, наиболее распространённым является пайка готовым припоем. Её ещё называют капиллярной. Металлическая основа присадочного материала расплавляется, после чего происходит процесс кристаллизации. Такую процедуру используют как на производстве, так и в быту. Для реализации такого метода понадобится воспользоваться паяльником или горелкой.

Композиционная пайка использует композиционный вид припоя, потому что он включает в себя не только основу из мягких металлов, но и тугоплавкие наполнители, которые не расплавляются и заполняют зазоры, создавая капиллярную сеть. Такая пайка мягкими металлами с наполнителем крайне полезна при соединении элементов с неравномерными зазорами.

Под реакционно-флюсовой пайкой подразумевается процесс, во время которой образование припоя обусловлено химической реакцией между металлом и флюсом. Благодаря такому методу можно соединять между собой не только детали из одинакового металла, но и изделия из разнородных сплавов. Данная методика не сильно популярна из-за недостаточного изучения вопроса, сложной технологии и потребности в большом количестве флюса.

Оборудование для пайки

Пайка стали и других металлов происходит благодаря нагревательному оборудованию. Среди подобных устройств можно встретить электрический паяльник, газовую горелку, индукционные источники токов СВЧ и ВЧ, а также строительный фен.

Прежде чем приступить к работе нужно убедиться в том, что всё необходимое есть под рукой. Речь идёт не только об оборудовании, но и о вспомогательных аксессуарах – припое и флюсе.

instrument payalnikПри выборе паяльника не нужно пытаться покупать что попало. Для решения простых и сложных задач нужны разные виды инструментов. Нужно обращать внимание на такие параметры, как мощность инструмента, уровень температуры нагрева, тип жала и комплектацию.

Классификация паяльников

По конструкции

По принципу нагрева

стержневой паяльник

нихромовый

пистолет

керамический

паяльная станция

индукционный

 

импульсный

 Альтернативой паяльнику является газовая горелка, что крайне выгодно на участке без электроснабжения. Устройства могут работать на различных видах газа и нагреваются за пару секунд.

Припоем является вспомогательный компонент, без помощи которого не получится припаять детали одну к другой. Главными особенностями данного материала являются его смачиваемость и показатели температуры плавления.

Среди припоев встречаются как металлические, так и неметаллические сплавы. В сыром виде присадочный материал для пайки тонкого металла можно встретить в виде прутка, специальной фольги, сыпучего материала или пасты.

Классификация припоев

Вид припоя

Температура плавления

Основа

Легкоплавкий (мягкий)

< 300 ºС

Олово, свинец

Тугоплавкий (твёрдый)

> 300 ºС

Серебро, медь, цинк

Например, в электронике одним из лучших вариантов припоев является серебряный, так у него высокие показатели прочности, электропроводности и устойчивости к окислению. В то же время, при соединении деталей, которые работают в условиях высоких температур, рекомендуется использовать никелевые припои.

Флюс является не менее важной частью любого паяльного процесса. Нужен он, в основном, для того чтобы устранять оксидную плёнку на кромках соединяемых деталей и предотвратить возникновение новой. Флюс способен повысить текучесть самого припоя, чтобы итоговое соединение было ещё более прочным.

Исходя из температурного интервала флюсы могут быть низкотемпературными и высокотемпературными. Учитывая природу растворителя, встречаются водные и неводные флюсы. По механизму действия их подразделяют на защитные, химические и реактивные. По агрегатному состоянию флюсы могут быть твёрдыми, жидкими и пастообразными.

Наиболее востребованными вариантами флюсов для пайки тонкого металла являются: бура (натриевая соль борной кислоты), ортофосфорная кислота и канифоль.

Процесс пайки

Чтобы пайка металла оловом или другим видом присадочного материала была качественной нужно обеспечить равную температуру каждой из спаиваемых поверхностей. Кроме того, нужно выставить температуру жала в правильном соотношении по отношению к припою.

В противном случае возникнувшие дефекты способны привести к нестабильному контакту. Наиболее универсальными металлами для пайки являются медь, цинк, серебро, никель и железо, а сплав – латунь. Процесс пайки можно разделить на несколько этапов:

  1. Зачистка спаиваемых деталей крайне необходима для обеспечения качественного соединения. Обычно зачистку выполняют двумя методами:
    • химическим (травление в горячем щелочном или кислотном растворе);
    • механическим (щётками, наждачной шкуркой или пескоструйным аппаратом).

Нужно опираться на тот метод, который в определённых условиях является более удобным и финансово выгодным. После травления детали рекомендуется тщательно промыть в воде и просушить.

  1. Обезжиривание рекомендуется использовать для очистки поверхности от остатков масла, эмульсий или грязи. Этиловый спирт, бензин и ацетон являются наиболее распространёнными средствами по обезжириванию.
  2. Нанесение флюса в виде паяльной кислоты может быть осуществлено при помощи деревянной палочки. Слой флюса должен быть ровным, чтобы припой не растекался и не скатывался.
  3. Паяльник тоже нужно подготовить к спаиванию, очистить от окислов, которые легко устраняются при помощи напильника или шкурки абразива. Затем на жало наносят тонкий слой припоя. Как только появится красноватый оттенок, жало нужно прислонить к смоле или канифоли. Так происходит лужение паяльника.
  4. Процесс пайки тонкого металла ведётся крайне медленно, по мере растекания припоя и заливания им шва. Если же работа ведётся с толстыми слоями металла, то придётся достаточно долго держать инструмент в одном месте, пока поверхность деталей достаточно хорошо прогреется. Одного прохода будет недостаточно и процедуру понадобится повторить несколько раз пока дорожка припоя не станет ровной и чистой.
  5. По завершению работы нужно подождать пока детали охладятся и затвердеет припой. С поверхности соединения остатки флюса следует удалить. Очистке подлежат и все кислотные остатки, чтобы потом не начался окислительный процесс.

Особенности пайки листового металла

Тем, кто интересуется, как паять сталь, будет полезно знать, что для очистки поверхностей листового металла (жести) используют шабер или напильник. Для обезжиривания используют 10% содовый раствор или ацетон. Необходимо обильно смочить контакты деталей флюсом при помощи кисточки.

Для обеспечения капиллярных связей необходимо создать зазор в 0,3 мм между листами металла. Наконечник паяльника с припоем подносится к листовым изделиям и плавными движениями проводится по месту шва. Листы нужно закрепить, чтобы не было сдвигов. Паяльник следует хорошо прижимать гранью к металлу, чтобы шов мог хорошо присоединиться к поверхности, а также прогрелись сами листы жести.

После работы место шва обрабатывается спиртом или бензином, чтобы снизить тепло и устранить остатки кислот и припоя.

Особенности пайки «оцинковки»

При работе с оцинкованным железом сам паяльный процесс мало чем отличается от аналогичной обработки листового металла. Тем не менее технология имеет определённые нюансы, которые могут повлиять на качество стыка.

Например, в составе припоя не должно быть больших долей сурьмы, так как итоговый шов будет недостаточно прочным. Лучшим флюсом для обработки «оцинковки» будет паяльная или борная кислота. Если соединяемые элементы были заранее залужены оловом, то можно воспользоваться и канифолью.

Для увеличения площади контакта между деталями при соединении проволоку припоя рекомендуется согнуть, чтобы обеспечить угол 90º. В таком случае площадь контакта между изделиями будет увеличена. Есть один нюанс – при использовании оловянных или свинцовых стержней в качестве флюса лучше использовать паяльную кислоту или нашатырь в соотношении 5:1.

Особенности пайки проволоки

Довольно часто приходится припаивать тонкую проволоку к листам жести, для чего в листовом металле пробивается отверстие, в него вставляют конец проволоки и этот конец пропаивается с двух сторон листа. Для того чтобы припаять проволоку к листу жести параллельно, её сгибают под углом 90º, после чего отогнутой стороной прикладывают к листу и спаивают с проволокой.

Для соединения двух стержней проволоки между собой один из отрезков таким же образом сгибают, а для обеспечения высокой прочности довольно часто скручивают их концы заранее. Паяльный процесс между проводами и тонкой стальной проволокой чаще всего обходится без паяльника, если пользоваться паяльной пастой (тинолью). Её слой равномерно накладывается на место контакте, после чего всё вместе нагревается на огне.

Особенности пайки чугуна

В основном, при пайке чугуна соединяют детали серого и ковкого сортов. Ломкость и сложность обработки белого чугуна исключает его из этого списка. Соединение чугунных деталей является достаточно трудоёмким занятием из-за сложностей в получении прочного соединения.

Для решения подобной проблемы используют такие решения:

  • чугунную заготовку отправляют на 20-минутный отжиг (700 ºС), после чего паяют при температуре не более 750 ºС;
  • предварительно зачищают поверхность чугуна механическими абразивами или помещением в соляную ванну с целью устранения свободного графита.

При пайке чёрных металлов можно использовать как высоко-, так и низкотемпературные процессы и применять газовую горелку или паяльник, но обязательно нужно следить за температурным режимом.

Особенности пайки труб

Паять можно полипропиленовые и медные трубы. Для пластиковых используют диффузионную пайку – поверхность детали плавится на определённую глубину, после чего детали соединяются и остужаются, при этом материал приходит в первоначальное состояние. Необходимо лишь обеспечить хороший стык.

Пайка медных труб является более продолжительным процессом, потому что он включает в себя резку труб и снятие заусенцев со спаиваемых поверхностей при помощи щётки. Флюс обычно наносят на трубы меньшего диаметра, после чего они соединяются путём вставки. Соединение равномерно прогревается, пока флюс не обретёт серебристый оттенок. Потом к стыку подносят припой, который будет заполнять зазор капиллярным способом. После окончания работы трубы должны хорошо остыть, и в это время их лучше не трогать.

Техника безопасности

При работе с паяльником нужно соблюдать правила безопасности, так как можно случайно обжечься. Именно поэтому не рекомендуется отвлекаться на что-то постороннее или вести с кем-то разговор.

Нагретый паяльник следует держать только за ручку, а при необходимости можно использовать специальную подставку для паяльника. Также рекомендуется одевать защитные перчатки и очки для защиты от брызг припоя. Нагретая часть паяльника должна быть достаточно удалена от шнура питания, чтобы контакт с ним не привёл к оголению провода и последующему замыканию.

instrument payalnik seriiЕсли паять электронные устройства, то они обязательно должны быть отключены от питания. Это же касается и информационных проводов. При пайке электросхем необходимо заземлить паяльник, так как даже выключенная схема может прийти в негодность из-за статического электричества.

Если вы решили заняться пайкой металла, то выберите для этого хорошо проветриваемое помещение. Кухня в данном случае не подходит, так как пары флюса и сплава потом осядут на мебели и столовых приборах. Самими парами лучше не дышать, поэтому если есть вентилятор, то лучше его использовать. Место работы после выполнения всех операций нужно тщательно вытереть, как и всё вокруг, а лицо и руки нужно качественно вымыть с мылом.

Мы рады, что вы заинтересовались информацией из нашего блога. И даем согласие на использование материалов для учебных целей или для личного пользования. Однако предупреждаем, что копирование информации для публичного распространения – это нарушения авторского права и других прав интеллектуальной собственности, согласно Бернской конвенции и Закона Украины об авторском праве №3792-XII.