Як правильно паяти метал

• Чим відрізняється паяння металу від зварювання?
• Види паяння
• Устаткування для паяння
• Процес паяння
• Особливості паяння листового металу
• Особливості паяння "оцинковки"
• Особливості паяння дроту
• Особливості паяння чавуну
• Особливості паяння труб
• Техніка безпеки

Люди вміли паяти з давніх часів. Про це свідчать результати археологічних розкопок біля декількох найдавніших держав. Ще до н. е. жителі Стародавньої Греції чи тародавнього Єгипту створювали за допомогою лудіння прикраси та побутові предмети. Римляни знайшли інше застосування паянню, і за його допомогою створювали водопровідні труби.

Технологія паяння металу передбачає операцію зі створення нероз'ємних з'єднань. У разі між двома деталями вводять припій (розплавлений метал). За допомогою джерела тепла ми розігріваємо сплав до рідкого стану, але при цьому слідкуємо, щоб температура плавлення елементів, що з'єднуються, не перевищувалася.

У рідкому стані присадковий матеріал здатний якісно змочити краї деталей, після чого нагрівання припиняється та сплав охолоджується до твердого стану. Міцність з'єднання двох елементів залежить виключно від того, наскільки добре вдалося змочити краї під час нагрівання. Перш ніж переходити до подібної обробки, всі краї деталей, що з'єднуються, потрібно знежирити за допомогою флюсу або ультразвуку і зачистити від оксидів.

Чим відрізняється паяння металу від зварювання?

Нижче в таблиці наведено дані, де наочно видно відмінності у властивостях та функціях зварювання та паяння.

Багатьом електропаяння може нагадувати віддалено зварювальний процес, але треба розуміти різницю. При зварюванні стоять зовсім інші завдання, адже так ми намагаємося нагріти деталі до того моменту, поки вони не почнуть плавитися. У разі паяння металу паяльником або іншим обладнанням відбувається нагрівання деталей разом із припієм до того стану, доки той не почне плавитися.

Зварювальний процес передбачає виникнення зварного шва, тому зазвичай з його допомогою з'єднують великі деталі і елементи. Паяння допомагає забезпечити міцне з'єднання навіть у найменших деталей, адже паяють навіть електронні схеми.

Щоб зрозуміти, як паяти залізо, необхідно враховувати фізичну сторону питання. Під час паяння відбувається взаємодія частинок двох деталей зі спеціально введеним проміжним елементом (припаєм) без контакту між собою, а при зварюванні при сильному нагріванні відбувається дифузійний процес взаємопроникнення молекул деталей, що з'єднуються. Паяння виробів допускає неодноразове складання та розбирання елементів.

Види паяння

Незважаючи на те, як застосовували паяння в давнину, зараз технології значно покращилися, що призвело до виникнення нових видів паяльних операцій, у яких використовуються різні джерела тепла. Для паяння чорного металу або будь-якого іншого матеріалу потрібно обзавестися джерелом тепла, сплавом і флюсом.

Досить важко класифікувати паяльний процес за якоюсь однією загальною ознакою, оскільки він залежить від кількох факторів. На способи паяння металу впливає не тільки тип припію та спосіб його нагрівання, але також різні хімічні та механічні властивості. Умовно такий процес ділять на дві основні категорії – високо- та низькотемпературне електропаяння, що залежать від температури плавлення сплаву.

Високотемпературне паяння передбачає застосування твердого припію, температура плавлення якого перевищує 450 ºС. Головною його відмінністю є високий показник міцності та термостійкості з'єднання. За допомогою високотемпературного паяння можна забезпечити герметичну сполуку, яка буде здатна працювати навіть за умов високого тиску. Найчастіше для нагрівання застосовуються індукційні ТВЧ та газові пальники.

Процес низькотемпературного паяння передбачає використання легкоплавких сплавів. Роль присадного матеріалу при паянні металу м'якими припіями відіграють сплави олова зі свинцем, зі сріблом або цинком. Найчастіше за допомогою низькотемпературної обробки металу можна займатися збиранням та виготовленням електронної техніки. М'яке паяння металу латунню не потребує серйозних витрат на витратні матеріали, проте з'єднання, що вийшло, не здатне витримати великого механічного навантаження.

Серед інших видів паяння металу пальником або іншими джерелами тепла, найпоширенішим є паяння готовим припієм. Його ще називають капілярним. Металева основа матеріалу присадки розплавляється, після чого відбувається процес кристалізації. Таку процедуру використовують як у виробництві, так і у побуті. Для реалізації такого методу знадобиться скористатися паяльником або пальником.

Композиційне паяння використовує композиційний вид припію, тому що він включає не тільки основу з м'яких металів, але і тугоплавкі наповнювачі, які не розплавляються і заповнюють зазори, створюючи капілярну мережу. Таке паяння м'якими металами з наповнювачем дуже корисне при з'єднанні елементів з нерівномірними зазорами.

Під реакційно-флюсовим паянням мається на увазі процес, під час якого утворення припію обумовлено хімічною реакцією між металом і флюсом. Завдяки такому методу можна з'єднувати між собою не лише деталі з однакового металу, а й вироби із різнорідних сплавів. Ця методика не дуже популярна через недостатнє вивчення питання, складну технологію та потребу у великій кількості флюсу.

Устаткування для паяння

Паяння сталі та інших металів відбувається завдяки нагрівальному обладнанню. Серед подібних пристроїв можна зустріти електричний паяльник, газовий пальник, індукційні джерела струмів НВЧ та ВЧ, а також будівельний фен.

Перш ніж приступити до роботи, потрібно переконатися в тому, що все необхідне є під рукою. Йдеться не лише про обладнання, а й про допоміжні аксесуари – припії та флюси.

При виборі паяльника не потрібно намагатися купувати будь-що. Для вирішення найпростіших і складних завдань потрібні різні види інструментів. Потрібно звертати увагу на такі параметри, як потужність інструменту, рівень температури нагріву, тип жалу та комплектацію.

Класифікація паяльників

Альтернативою паяльнику є газовий пальник, що вкрай вигідний на ділянці без електропостачання. Пристрої можуть працювати на різних видах газу та нагріваються за кілька секунд.

Припієм є допоміжний компонент, без якого не вдасться припаяти деталі одну до іншої. Головними особливостями даного матеріалу є його змочування та показники температури плавлення.

Серед припіїв зустрічаються як металеві, так і неметалеві сплави. У сирому вигляді присадковий матеріал для паяння тонкого металу можна зустріти у вигляді дроту, спеціальної фольги, сипучого матеріалу або пасти.

Класифікація припіїв

Наприклад, в електроніці одним із найкращих варіантів припіїв є срібний, тож у нього високі показники міцності, електропровідності та стійкості до окислення. У той же час, при з'єднанні деталей, що працюють в умовах високих температур, рекомендується використовувати нікелеві припії.

Флюс є не менш важливою частиною будь-якого паяльного процесу. Потрібен він, в основному, для того, щоб усувати оксидну плівку на кромках деталей, що з'єднуються, і запобігти виникненню нової. Флюс здатний підвищити плинність самого припію, щоб підсумкове з'єднання було ще міцнішим.

Виходячи з температурного інтервалу флюси можуть бути низькотемпературними та високотемпературними. Враховуючи природу розчинника, зустрічаються водні та неводні флюси. За механізмом дії їх поділяють на захисні, хімічні та реактивні. За агрегатним станом флюси можуть бути твердими, рідкими та пастоподібними.

Найбільш затребуваними варіантами флюсів для паяння тонкого металу є: бура (натрієва сіль борної кислоти), ортофосфорна кислота та каніфоль.

Процес паяння

Щоб паяння металу оловом або іншим видом присадкового матеріалу було якісним потрібно забезпечити рівну температуру кожної з поверхонь, що спаюються. Крім того, потрібно виставити температуру жала у правильному співвідношенні до припію.

В іншому випадку дефекти, що виникли, здатні призвести до нестабільного контакту. Найбільш універсальними металами для паяння є мідь, цинк, срібло, нікель та залізо, а сплав – латунь. Процес паяння можна розділити на кілька етапів:

1. Зачищення деталей, що спаюються, вкрай необхідне для забезпечення якісного з'єднання. Зазвичай зачистку виконують двома методами:
   • хімічним (травлення у гарячому лужному або кислотному розчині);
   • механічним (щітками, наждачною шкіркою або піскоструминним апаратом).

Потрібно спиратися на той метод, який у певних умовах є більш зручним та фінансово вигідним. Після травлення деталі рекомендується ретельно промити у воді та просушити.

• Знежирення рекомендується використовувати для очищення поверхні від залишків олії, емульсій або бруду. Етиловий спирт, бензин та ацетон є найбільш поширеними засобами для знежирення.
• Нанесення флюсу у вигляді паяльної кислоти може бути здійснене за допомогою дерев'яної палички. Шар флюсу має бути рівним, щоб припій не розтікався і не скочувався.
• Паяльник теж потрібно підготувати до спаювання, очистити від оксидів, які легко усуваються за допомогою напилки або шкурки абразиву. Потім на жало наносять тонкий шар припію. Як тільки з'явиться червоний відтінок, жало потрібно притулити до смоли або каніфолі. Так відбувається лудіння паяльника.
• Процес паяння тонкого металу ведеться вкрай повільно, у міру розтікання припію та заливання ним шва. Якщо ж робота ведеться з товстими шарами металу, доведеться довго тримати інструмент в одному місці, поки поверхня деталей досить добре прогріється. Одного проходу буде недостатньо і процедуру знадобиться повторити кілька разів, поки доріжка припію не стане рівною та чистою.
• По завершенні роботи потрібно почекати, поки деталі охолонуть і затвердіє припій. З поверхні з'єднання залишки флюсу слід видалити. Очищенню підлягають і всі кислотні залишки, щоб потім не розпочався окислювальний процес.

Особливості паяння листового металу

Тим, хто цікавиться, як паяти сталь, буде корисно знати, що для очищення поверхонь листового металу (жесті) використовують шабер або напилок. Для знежирення використовують 10% содовий розчин або ацетон. Необхідно рясно змочити контакти деталей флюсом за допомогою пензлика.

Для забезпечення капілярних зв'язків необхідно створити зазор 0,3 мм між листами металу. Наконечник паяльника з припієм підноситься до листових виробів та плавними рухами проводиться за місцем шва. Листи потрібно закріпити, щоб не було зрушень. Паяльник слід добре притискати гранню до металу, щоб шов міг добре приєднатися до поверхні, а також прогрілися самі листи жерсті.

Після роботи місце шва обробляється спиртом або бензином, щоб знизити тепло та усунути залишки кислот та припію.

Особливості паяння «оцинковки»

Під час роботи з оцинкованим залізом сам паяльний процес мало чим відрізняється від аналогічної обробки листового металу. Тим не менш, технологія має певні нюанси, які можуть вплинути на якість стику.

Наприклад, у складі припію не повинно бути великої частини сурми, оскільки підсумковий шов буде недостатньо міцним. Найкращим флюсом для обробки «оцинкування» буде паяльна або борна кислота. Якщо елементи, що з'єднуються, були заздалегідь залужені оловом, то можна скористатися і каніфоллю.

Для збільшення площі контакту між деталями при з'єднанні дріт припою рекомендується зігнути, щоб забезпечити кут 90º. У такому разі площа контакту між виробами буде збільшена. Є один нюанс – при використанні олов'яних або свинцевих стрижнів як флюс краще використовувати паяльну кислоту або нашатир у співвідношенні 5:1.

Особливості паяння дроту

Досить часто доводиться припаювати тонкий дріт до листів жерсті, для чого в листовому металі пробивається отвір, в нього вставляють кінець дроту і цей кінець пропаюється з двох сторін листа. Для того, щоб припаяти дріт до листа жерсті паралельно, його згинають під кутом 90º, після чого відігнутою стороною прикладають до листа і спаюють з дротом.

Для з'єднання двох стрижнів дроту між собою один із відрізків так само згинають, а для забезпечення високої міцності досить часто скручують їх кінці заздалегідь. Паяльний процес між проводами і тонким сталевим дротом найчастіше обходиться без паяльника, якщо користуватися паяльною пастою (тиноллю). Її шар рівномірно накладається на місце контакту, після чого все разом нагрівається на вогні.

Особливості паяння чавуну

В основному, при паянні чавуну з'єднують деталі сірого та ковкого сортів. Ломкість та складність обробки білого чавуну виключає його із цього списку. З'єднання чавунних деталей є досить трудомістким заняттям через труднощі в отриманні міцного з'єднання.

Для вирішення подібної проблеми використовують такі рішення:

• чавунну заготівлю відправляють на 20-хвилинний відпал (700 ºС), після чого паяють при температурі не більше 750 ºС;
• попередньо зачищають поверхню чавуну механічними абразивами або поміщенням у соляну ванну з метою усунення вільного графіту.

При паянні чорних металів можна використовувати як високо-, так і низькотемпературні процеси та застосовувати газовий пальник або паяльник, але обов'язково потрібно стежити за температурним режимом.

Особливості паяння труб

Паяти можна поліпропіленові та мідні труби. Для пластикових використовують дифузійне паяння – поверхня деталі плавиться на певну глибину, після чого деталі з'єднуються та остуджуються, при цьому матеріал входить у початковий стан. Необхідно лише забезпечити хороший стик.

Паяння мідних труб є більш тривалим процесом, тому що він включає в себе різання труб і зняття задирок з спаюваних поверхонь за допомогою щітки. Флюс зазвичай наносять на труби меншого діаметра, після чого вони з'єднуються шляхом вставки. З'єднання рівномірно прогрівається, поки флюс не набуде сріблястого відтінку. Потім до стику підносять припій, який заповнюватиме зазор капілярним способом. Після закінчення роботи труби повинні добре охолонути, і в цей час їх краще не чіпати.

Техніка безпеки

Під час роботи з паяльником слід дотримуватися правил безпеки, оскільки можна випадково обпектися. Саме тому не рекомендується відволікатися на щось стороннє або розмовляти з кимось.

Нагрітий паяльник слід тримати тільки за ручку, а при необхідності можна використовувати спеціальну підставку для паяльника. Також рекомендується одягати захисні рукавички та окуляри для захисту від бризок припою. Нагріта частина паяльника повинна бути достатньо віддалена від шнура живлення, щоб контакт з ним не привів до оголення проводу та подальшого замикання.

Якщо паяти електронні пристрої, вони обов'язково повинні бути відключені від живлення. Те саме стосується й інформаційних проводів. При паянні електросхем необхідно заземлити паяльник, оскільки навіть вимкнена схема може стати непридатною через статичну електрику.

Якщо ви вирішили зайнятися паянням металу, то виберіть для цього приміщення, що добре провітрюється. Кухня в даному випадку не підходить, тому що пари флюсу та сплаву потім осядуть на меблі та столові прилади. Самими парами краще не дихати, тому якщо є вентилятор, краще його використовувати. Місце роботи після виконання всіх операцій потрібно ретельно протерти, як і все довкола, а обличчя та руки потрібно якісно вимити з милом.

Ми раді, що ви зацікавилися інформацією з нашого блогу. І даємо згоду на використання матеріалів для навчальних цілей або особистого користування. Проте попереджаємо, що копіювання інформації для публічного розповсюдження – це порушення авторського права та інших прав інтелектуальної власності згідно з Бернською конвенцією та Законом України про авторське право №3792-XII.