Низкотемпературная пайка. Пайка медных труб: пошаговый разбор работ и практические примеры

Назначение

Настоящая инструкция распространятся на пайку электромонтажных схем ХИТ с помощью электропаяльника.

Инструкцией надлежит руководствоваться при разработке технологических процессов, пайке, ремонте, контроле и приемке паяных конструкций.

Отступления (ужесточенные или сниженные требований) от настоящей инструкции могут быть внесены в маршрутные карты (или другие технологические документы) по согласованию с главным технологом и представителем заказчика. Вспомогательные материалы, приспособления, оборудование и инструмент, необходимые для низкотемпературной пайки даны в Приложении.

Выполнение низкотемпературной пайки с помощью электропаяльника должно производиться при соблюдении правил техники безопасности, изложенных в инструкции по ТБ.

Подготовка электропаяльника и его обслуживание в процессе работы

Включить электропаяльник в сеть и нагреть его до температуры плавления канифоли (120 °С).

Удалить окалину с рабочей части паяльника с помощью напильника или корщетки.

Погрузить рабочую часть паяльника в канифоль и облудить ровным слоем припоя.

Не допускать охлаждения паяльника процессе работы, т.к. при этом происходит окисле припоя и ухудшаются условия пайки.

Не допускать охлаждение паяльника до температуры плавления припоя, так как пайка таким паяльником ухудшает качество паяного шва.

Работать с электропаяльником, включенным в сеть через регулятор температуры необходимо в тех случаях, когда это требование оговорено маршрутной картой на пайку изделия.

Подготовка поверхности деталей под пайку

Обезжирить поверхность деталей, имеющих масляные или другие загрязнения, гальваническим путем.

Зачистить механическим путем до полного удаления покрытия (в зоне пайки) с поверхности деталей, к паяным швам которых предъявляются требования герметичности.

Не подвергать зачистке детали с луженой поверхностью.

Зачистить механическим путем до металлического блеска зону пайки деталей (не предусмотренных предыдущим пунктом):

имеющие лакокрасочные покрытия;
не имеющие гальванопокрытий в виде лужения, серебрения, меднения, цинкования;
с никелированной поверхностью, конструкция которых не позволяет удалять остатки флюса (после лужения) методом промывки.

Обезжирить поверхность всех деталей одним из следующих способов:

гальваническим;
погружением в ванну с растворителем;
протиркой зоны пайки бязевым тампоном, смоченным в растворителе.

Хранить детали в чистом и сухом помещение не более трех суток.

Выполнить повторную зачистку, если время хранения превысило трое суток.

Направить детали на сплошной контроль ОТК согласно требований таблицы 1.

Лужение

Подготовить электропаяльник к работе согласно требованиям, изложенным в разделе «Подготовка электропаяльника и его обслуживание в процессе работы».

Покрыть с помощью кисточки тонким слоем флюса зону пайки детали.

Использовать в качестве флюса 5-7%-ный раствор хлористого цинка и этилового спирта при лужении стальных и никелированных деталей, конструкция которых позволяет удалять остатки флюса методом промывки. В остальных случаях пользоваться флюсом ЛТИ-1 или ЛТИ-120.

Прогреть с помощью паяльника поверхность детали до температуры плавления припоя.

Погрузить рабочую часть паяльника в канифоль и набрать на нее избыточное количество припоя.

Применять для лужения припой той же марки, что и при пайке узла.

Прижать паяльник к детали и растереть припой по обслуживаемой поверхности.

Выполнить работы при интенсивном нагреве детали и при минимальном времени лужения.

Покрыть зону лужения ровным и тонким слоем припоя.

Внести в зону лужения дополнительное количество флюса, если припой не растекается по обрабатываемой поверхности.

Не подавать в зону лужения избыточного количества (сверх необходимого) припоя и флюса.

Прекратить лужение после того, как обрабатываемая поверхность детали будет покрыта ровным и тонким слоем припоя.

Разрешить лужение деталей выполнять методом погружения в ванну с расплавленным припоем.

Удалить остатки флюса с деталей после лужения методом промывки в растворителе. Разрешить удалять остатки флюса методом протирки бязевым тампоном смоченным в спирте.

Направить детали на сплошной контроль ОТК согласно требованиям таблицы 1.

Хранить детали после лужения в чистом и сухом помещении.

Подготовка проводов к пайке и лужение

Нарезать провода и изоляционные трубки в размер согласно чертежу.

Удалить с проводов изоляцию на длину, указанную в чертеже.

Удалять изоляцию разрешается техническим путем или инструментом исключающим надрез жил провода (например с помощью электроприспособления под вытяжной вентиляцией).

Закрепить концы изоляционной оплетки проводов с помощью нитроклея АК-20 или с помощью маркировочной бирки на клее или маркировочной ленты.

Зачистить шлифовальной шкуркой концы проводов не имеющие гальванопокрытий.

Выполнить лужение концов проводов (если такое предусмотрено маршрутной картой) согласно требований изложенных в разделе «Лужение».

Пайка

Произвести сборку узлов и деталей под пайку соблюдая следующие требования:

Выдержать зазор между собранными деталями 0,1-0,15 мм – для нелуженых поверхностей и не более 0,05 мм – для луженых;

Выполнить сборку таким образом, чтобы полностью исключалась возможность смещения деталей друг относительно друга, как в момент пайки, так и в процессе охлаждения узла после пайки.

Установить на паяемый узел приспособление для теплоотвода, если это предусмотрено маршрутной картой.

Обезжирить бязевым тампоном, смоченным в спирте, поверхность паяемых деталей. Не производить обезжиривание только в том случае, если в маршрутной карте имеются соответствующие указания.

Покрыть с помощью кисточки тонким слоем флюса зону пайки деталей.

Подготовить к работе электропаяльник согласно требованиям изложенным в разделе «Подготовка электропаяльника и его обслуживание в процессе работы».

Прогреть с помощью паяльника поверхность деталей до температуры плавления припоя, обеспечивая наибольший тепловой контакт между паяльником и деталями.

Прогревать более интенсивно детали с большей массой или детали, изготовленные из материала с меньшей теплопроводностью.

Погрузить рабочую часть паяльника в канифоль, а затем набрать на нее избыточное количество припоя. Марка припоя указана в чертеже.

Прижать паяльник к паяемым деталям и растереть припой по соединяемым поверхностям.

Покрыть зону пайки ровным и тонким слоем припоя.

Внести в зону пайки дополнительное количество флюса, если припой не растекается по обрабатываемой поверхности.

Разрешить непосредственную подачу припоя в зону пайки при значительной протяженности паяемого шва и малой площади теплоконтакта между паяльником и деталями.

Не подавать в зону пайки избыточного количества припоя (сверх необходимого для обеспечения чертежных размеров).

Разрешить пайку изоляторов узла ИКЗ, и других мелких деталей, выполнять под кожухом электроплитки включенной в сеть через регулятор температуры, при обязательном контроле температуры в зоне пайки с помощью термопары. Считать рабочей температурой такую которая превышала бы на 50-70 °С температуру плавления припоя.

Выполнить работы при интенсивном нагреве и минимальном времени пайки.

Контролировать время пайки только в том случае, если в маршрутной карте имеются соответствующие указания.

Прекратить пайку после того, как припой заполнит зазоры между паяемыми деталями, а зона пайки окажется покрыта тонким слоем расплавленного припоя.

Удалить остатки флюса с деталей бязевым тампоном (или кистью) смоченным в спирте. Если в маршрутной карте есть указания о недопустимости применения спирта, то удаление флюса производить методом механической зачистки.

Направить детали и узлы после пайки на сплошной контроль ОТК согласно требований таблицы 2.

Исправлять дефекты паяного шва необходимо с учетом следующих требований:

Выполнить подпайку одного и того же дефекта паяного шва разрешается не более двух раз.

Произвести распайку узла с помощью паяльника и очистить поверхность деталей от остатков флюса и припоя.

Произвести подготовку деталей к перепайке с учетом требований предыдущих разделов.

Выполнить перепайку узла с учетом требований данного раздела.

Направить на повторный сплошной контроль ОТК детали и узлы после перепайеи или подпайки.

Выполнить контроль с учетом требований таблицы 2.

Покрыть электроизоляционным лаком типа НЦ-62 или УР-231, слегка подкрашенным родамином паянный шов в том случае, если в маршрутной карте есть соответствующее указание.

Направить на сборку или другие способы контроля, согласно техническим требованиями чертежа, детали и узлы прошедшие контроль качество согласно таблицы 2.

Таблица 1 - Разбраковка деталей поступающих на лужение и после лужения

Наименование дефекта	Результат разбраковки	Методы исправления
Следы коррозии, ржавчины, окисной планки, краски, масла и других загрязнений	Не допускаются
Заусенцы на кромках паяемых деталей	Не допускаются	Устранить механической зачисткой
Гальванические покрытия (кроме лужения) в зоне пайки на деталях, к паяным швам которых предъявляются требования герметичности	Не допускаются
Никелевое покрытие на деталях, конструкция, конструкция которых не позволяет удалять остатки флюса методом промывки	Не допускаются	Устраняются механической зачисткой
Надрез жил при механической зачистке концов проводов или при удалении с них изоляции	Брак
Шереховатость лужения поверхности	Не допускаются	Устранить повторным лужением
Постороние включения в припое	Не допускаются	Устранить повторным лужением
Не спай (наличие частично не облуженной поверхности)	Не допускаются	Устранить повторным лужением
Наличие остатков флюса на луженой поверхности или детали	Не допускаются	Устранить повторной промывкой

Таблица 2 - Разбраковка деталей после пайки

Наименование дефекта	Результат разбраковки	Методы исправления
Непропай	Не допускается	Устранить подпайкой
Неспай	Не допускается	Устранить подпайкой
Усадочная пористость в паяном шве	Не допускается	Устранить подпайкой
Трещины в паяном шве	Не допускается	Устранить перепайкой
Занижение размеров паяного шва	Не допускается	Устранить напайкой
Завышение размеров паянного шва: не мешающие элементам дальнейшей сборки при котором дальнейшая сборка невозможна	Допускается Не допускается	Устранить перепайкой
Наличие остатков флюса на паяном шве паяемом материале	Не допускается	Устранить повторной очисткой
Протекание флюса по токоотводам при пайке их с борнами: не достигающее изоляционных втулок достигающее изоляционных втулок	Допускается Не допускается	Устранить повторной очисткой

Материалы

Припои оловянно-свинцовые (проволока диаметром 2-4 мм) ГОСТ 21931-80.
Припои серебряные (проволока диаметром 2-4 мм) ГОСТ 19738-74.
Олово (проволока диаметром 2-4 мм) ГОСТ 860-75.
Флюс ЛТИ-1, приготовленный по ТИ.
Канифоль сосновая, сорт 1, ГОСТ 19113-84.
Цинк хлористый технический, сорт 1, ГОСТ 7345-78.
Спирт этиловый технический ГОСТ 17299-78.
Лак НЦ-62 ТУ 6-21-090502-2-90.
Растворитель марки 646 ГОСТ 18188-72.
Родамин «С» или «6Ж» ТУ6- 09-2463-82.
Лак УР-231, приготовленный по ТИ.
Бензин «галоша» ТУ 38-401-67-108-92.
Ткань х/б бязевый группы ГОСТ 29298-92.
Перчатки трикотажные ГОСТ 5007-87.
Шкурка шлифовальная бумажная водостойкая ГОСТ 10054-82.
Кисть художественная КЖХ №2,2а ТУ 17-15-07-89.
Флюс ЛТИ-120 СТУ 30-2473-64.

Оборудование, приспособления, инструмент

Электропаяльник ГОСТ 7219-83.
Приспособления для зачистки проводов от изоляции ПР 3081.
Приспособление для резки проводов ФК 5113П.
Электроплитка ГОСТ 14919-83.
Малогабаритная паяльная станция типа SMTU NCT 60A.
Сборочные приспособления (указываются в маршрутных картах).
Стол рабочий с вытяжной вентиляцией.
Линейка ГОСТ 427-75.
Кусачки боковые ГОСТ 28037-89.
Пинцет ГОСТ 21214-89.

Пайка - сложный физико-химический процесс получения неразъёмного соединения материалов, в результате взаимодействия твердого паяемого (деталь) и жидкого присадочного металла (припоя), путём их расплавления при смачивании, растекании и заполнении зазора между ними с последующей его кристаллизацией.

Образование паяного соединения сопровождается спаем между припоем и паяным материалом. Прочностные характеристики паяного соединения определяется возникновением химических связей между пограничными слоями припоя и паяемого металла (адгезией), а также сцеплением частиц внутри припоя или паяемого металла между собой (когезией). Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы.

Припой - металл или сплав, вводимый в зазор меду деталями или образующийся между ними в процессе пайки и имеющий более низкую температуру начала плавления, чем паяемые материалы. В качестве припоя используются чистые металлы (они плавятся при строго фиксированной температуре) и их сплавы (они плавятся в определенном интервале температур).

Для качественного соединения металлов припой должен растечься и «смочить» основной металл. Хорошее смачивание происходит только на совершенно чистой, не окисленной поверхности.
Флюсы применяются для удаления оксидной пленки (и иных загрязнений) с поверхности основного металла и припоя, а также для недопущения окисления при пайке.

Достоинства пайки:

Позволяет соединять металлы в любом сочетании;
соединение возможно при любой начальной температуре паяемого металла;
возможно соединение металлов с неметаллами;
большинство паяных соединения можно распаять;
более точно выдерживается форма и размеры изделия, так как основной металл не расплавляется;
позволяет получать соединения без значительных внутренних напряжений и без коробления;
большая прочность и высокая производительность при капиллярной пайке.

Технология пайки

Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов:
предварительная подготовка паяемых соединений;
удаление загрязнений и окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса;
нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей;
введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя;
взаимодействие между паяемыми деталями и припоем;
кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между соединяемыми деталями.

Пайка меди

Медь относится к металлам, прекрасно поддающимся пайке. Это обусловлено тем, что поверхность металла может быть сравнительно легко очищена от загрязнений и окислов без применения особо агрессивных веществ (медь слабо корродирующий металл). Имеется большой ряд легкоплавких металлов и их сплавов, имеющих хорошую адгезию с медью. При нагреве в воздухе при плавке медь не вступает в бурные реакции взаимодействия с окружающими веществами и кислородом, что не требует сложных или дорогих флюсов.

Все это позволяет легко осуществлять любые виды пайки с медью при большом выборе припоев (дающих большой спектр свойств паяного шва) и флюсов для любых сред и условий работы. В результате более 97% пайки в мире приходится на медь и медные сплавы.

В применении к медным трубопроводам была разработана так называемая «капиллярная» пайка. Это потребовало ужесточить требования к геометрии применяемых труб. Зато позволило уменьшить время монтажа капиллярного соединения до 2-3 минут (в ходе соревнования до 1,5 минут). В результате медные трубопроводы в сантехнике на низкотемпературной пайке являются классикой водопровода.

Виды пайки

Техника соединения медных труб легка и надежна. Наиболее распространенной техникой соединения является капиллярная низкотемпературная и высокотемпературная пайка. Не капиллярная пайка при соединении труб не используется.

Капиллярный эффект.

Процесс взаимодействия молекул или атомов жидкости и твердого тела на границе раздела двух сред приводит к эффекту смачивания поверхности. Смачивание - это явление, при котором силы притяжения между молекулами расплавленного припоя и молекулами основных металлов выше, чем внутренние силы притяжения между молекулами припоя (жидкость «прилипает» к поверхности).

В тонких сосудах (капилляры) или щелях совместное действие сил поверхностного натяжения и эффекта смачивания выражено сильнее и жидкость может подниматься вверх, преодолевая силу тяжести. Чем тоньше капилляр, тем сильнее выражен данный эффект.

Для получения эффекта капиллярности в медных трубопроводах, соединяемых пайкой, используют «телескопические» соединения. При вставлении трубы в фитинг, между внешним диаметром трубы и внутренним диаметром фитинга остается зазор не превышающий 0,4 мм. Что достаточно для возникновения капиллярного эффекта при пайке.

Данный эффект позволяет припою равномерно распространяться по всей поверхности монтажного зазора соединения независимо от положения трубы (можно, например, подавать припой снизу). При величине зазора не более 0,4мм, капиллярный эффект создает пропай шириной от 50% до 100% диаметра трубы, что достаточно для создания сверхпрочного соединения.

Использование капиллярного эффекта дает возможность очень быстро (фактически мгновенно) заполнить монтажный зазор припоем. При хорошо подготовленных поверхностях к пайке, это гарантирует 100% пропай соединения и не зависит от ответственности и тщательности монтажника.

Низкотемпературная пайка

В зависимости от применяемого припоя температура нагрева будет различна. К низкотемпературным (до 450°С) припоям относятся сравнительно легкоплавкие и обладающие низкой прочностью металлы (олово, свинец и сплавы на их основе). Поэтому дать паяный шов большой прочности они не могут.

Но при капиллярной пайке ширина спаивания (от 7мм до 50мм, в зависимости от диаметра трубы) достаточная, чтобы для сантехнических трубопроводов обеспечить избыточную прочность. Для улучшения качества пайки и повышения коэффициента адгезии используются специальные флюсы, а поверхности под пайку предварительно зачищаются.

Все медные трубы диаметром от 6мм до 108мм можно соединять капиллярной низкотемпературной пайкой. Температура теплоносителя при этом должна быть не выше 130°С. Для пайки, очень важно, чтобы припой имел самую низкую точку плавления и соответствовал требованиям, которые к нему предъявляются. Это обусловлено тем, что при высоких температурах медь теряет твердость (отжиг). Именно по этой причине, предпочтение отдается низкотемпературной, а не высокотемпературной пайке.

Высокотемпературная пайка

Высокотемпературная пайка применяется для труб диаметром от 6мм до 159мм или имеющим большую длину, а также в случаях, когда температура теплоносителя составляет более 130°C. В водоснабжении высокотемпературная пайка применяется для труб диаметром больше 28 мм. Однако, во всех случаях, следует избегать чрезмерного нагревания. Высокотемпературная пайка на малых диаметрах требует высокой квалификации и опыта, так как очень легко пережечь или обрезать трубу.

Для высокотемпературной пайки применяются припои на основе меди и серебра и ряда других металлов. Они дают большую прочность паяному шву и высокую допустимую температуру для теплоносителя. При использовании припоя на основе меди и фосфора или меди с фосфором и серебром, при спаивании медных деталей флюс не применяется.

При спаивании между собой элементов из разных сплавов меди: медь с бронзой или медь с латунью или бронза с латунью - всегда необходимо применение флюса. Также обязательно применение флюса при использовании припоя с большим количеством серебра (более 5%). Высокотемпературную пайку с помощью горелки должен выполнять квалифицированный и опытный специалист.

Это способ соединения медных труб дает самый прочный шов по механическим и температурным параметрам. Позволяет делать отводы на уже установленной системе, без ее демонтажа. Основной метод соединения в солярных системах и распределительных газопроводах.

При соединении труб высокотемпературной пайкой, всю систему можно замоноличивать методами допустимыми в медной сантехнике. Особенность данного соединения - при высокотемпературной пайке металл размягчается. Чтобы потеря прочностных свойств была минимальной, охлаждение соединения при пайке должно быть естественным - воздушным.

По мере старения металла, как утверждают практики, медь переходит в более твердое состояние и прочность отожженного металла повышается. При охлаждении соединения водой при высокотемпературной пайке, происходит интенсивный отжиг металла и переход его в мягкое состояние. Поэтому такой метод охлаждения при высокотемпературной пайке не применяется.

Флюс

Флюсы - это активные химические вещества, применяемые для улучшения растекания жидкого припоя по паяемой поверхности, для очистки поверхности основного металла от окислов и иных загрязнений (соляная кислота, хлористый цинк, борная кислота, бура) и для образования защитного покрытия и недопущения окисления при пайке (канифоль, воск, смола). Естественно при этом учитываются виды соединяемых металлов и припоев.

Для качественного соединения металлов при пайке припой должен растечься под действием капиллярных сил и «смочить» основной металл. Прочным шов получается при защите пайки от кислорода воздуха. Хорошее смачивание происходит только на совершенно чистой, не окисленной поверхности. Поэтому для получения качественной пайки обычно выбирают многокомпонентные флюсы с многосторонним действием.

В зависимости от температурного интервала активности различают низкотемпературные (до 450°С) флюсы (растворы канифоли в спирте или растворителях, гидразин, древесные смолы, вазелин и др.) и высокотемпературные (более 450°С) флюсы (бура и её смесь с борной кислотой, смеси хлористых и фтористых солей натрия, калия, лития).

При пайке, с учетом предварительной механической очистки, можно использовать минимальное количество флюса, который активно взаимодействует с металлом. После пайки тщательно счищают его остатки. После монтажа трубопровода проводят технологическую промывку, для окончательного удаления остатков. Если после пайки остатки флюса не удалять, то это со временем может вызвать коррозию в соединении.

Припои.

Качество и прочность пайки, физические параметры соединения зависят в большой степени от вида припоя. Низкотемпературные (до 450°С) припои, хоть и не дают повышенной прочности шва, зато позволяют вести пайку при температуре, которая мало влияет на прочность основного металла и не меняет его основные характеристики Высокотемпературные (свыше 450°С) припои дают большую прочность шва и высокую температуру для теплоносителя, но требуют высокой квалификации, так как при этом происходит отжиг металла

По температуре плавления припои делятся на низкотемпературные - до 450°C и высокотемпературные - свыше 450°C. По химическому составу припои делятся на оловянно-серебряные, оловянно-медные и оловянно-медно-серебряные (низкотемпературные), медно-фосфорные, медно-серебряно-цинковые, а также серебряные (высокотемпературные) а также ряд других.

Запрещены свинцовые, свинцово-оловянные и любые другие, содержащие свинец, припои в питьевом водопроводе ввиду токсичности свинца.

На практике в большинстве случаев пайку соединений осуществляют при помощи нескольких основных марок припоев. Для мягкой пайки обычно применяют припои типа S-Sn97Cu3 (L-SnCu3) или S-Sn97Ag5 (L-SnAg5), обладающие высокими технологическими свойствами и обеспечивающие высокую прочность и коррозионную стойкость соединения.

Серебряные припои с медью и цинком L-Ag44 (состав: Ag44% Cu30% Zn26%) применяются при высокотемпературной пайке меди и её сплавов. Они обладают повышенной тепло- и электропроводностью и высокой пластичностью, прочностью и коррозионной устойчивостью. Обязательно следует в этом случае применять флюс.

Припои медно-фосфорные CP 203 (L-CuP6) c составом: Cu 94% P 6% или медно-фосфорные с серебром CP 105 (L-Ag2P) с составом: Cu 92% Ag2% P 6% применяются как заменители серебряных припоев при твердой пайке. Они обладают высокой жидкотекучестью и самофлюсующимися свойствами. В этом случае можно не применять флюс. Швы прочные, но не эластичные в условиях низких температур.

Нагрев

Мягкая пайка (низкотемпературная) проходит при температуре 220°С-250°С в зависимости от примененного припоя. Для нагрева соединения применяют газопламенный нагрев смесями: пропан-воздух, пропан-бутан-воздух. Допустимо применение ацетилен-воздух.

В случае, когда недопустимо применение открытого пламени для небольших диаметров применяют электрические нагреватели электроиндукционного типа. В последнее время получили распространение электроконтактные. Внешне они напоминают большие клещи со сменными графитовыми головками для охвата труб разных диаметров. Скорость нагрева с такими устройствами может и не отличаться от скорости нагрева при помощи горелки.

Твердая (высокотемпературная) пайка проходит при температурах 670°С-750°С. Для пайки применяется только газопламенный метод нагрева. Используются смеси: пропан-кислород, ацетилен-воздух. Допустимо ацетилен-кислород.

Для пайки-сварки и сварки используют высокотемпературный нагрев при температуре плавления меди. Газовая сварка проходит при температурах 1070°С-1080°С. Используют газопламенный нагрев ацетилен-кислородом. Электросварка проходит при температуре 1020°С-1050°С. Применяется электросварочное оборудование для дуговой сварки.

Процесс пайки

Правила пайки.

При подготовке трубы к соединению удаляют заусенцы.
Формируют капиллярный зазор соединения или используют готовый фитинг.
Металлические поверхности очищают.
Проверяют взаимное расположение деталей и зазоры.
Наносят минимальное количество флюса снаружи трубы.
Собирают соединение.
Применяют несколько уменьшающееся пламя, которое создает максимальный нагрев, и очищает соединение.
При пайке меди с медью при помощи медно-фосфорных припоев флюс не требуется.
Для пайки нагревают соединение равномерно до требуемой температуры.
Припой наносят на монтажный зазор соединения.
Для равномерного распределение припоя в соединении на больших диаметрах, возможно введение припоя дополнительно с противоположной стороны.
Расплавленный припой течет в сторону более нагретого места соединения.
При кристаллизации припоя соединение должно быть неподвижно.
Остатки флюса тщательно удаляют после пайки.
Цикл нагрева должен быть коротким, и следует избегать перегрева.
После сборки трубопровода обязательна технологическая промывка для окончательного удаления остатков флюса и загрязнений.
При пайке необходимо обеспечить соответствующую вентиляцию, так как может появиться вредный для здоровья дым (паров кадмия из припоя и фтористых соединений из флюса)

Подготовка соединения

Для получения капиллярного эффекта при пайке монтажный зазор должен быть 0,02мм-0,3мм. Поэтому при подготовке соединения косина реза трубы должна быть минимальной. А концы соединяемых труб строго цилиндрическими. Особенно это важно при бесфитинговом методе соединений.

Так как при работе ножовкой возможно получение не перпендикулярного реза, то это может привести к уменьшению пояса спаивания и понижению надежности соединения. А отрезание мягкой трубы труборезом может привести к замятию трубы. В этом случае возможно неконтролируемое увеличение монтажного зазора и получение непропая. Кроме того сужение проходного сечения трубы увеличивает скорость потока и возможность возникновения эрозии.

Используя ручной калибратор для внутреннего и внешнего диаметра трубы можно получить идеальный монтажный зазор для капиллярной пайки.

При этом есть еще одна обязательная монтажная операция - снятие заусенцев. В противном случае может возникнуть турбулентность потока и как следствие эрозия (в том числе кавитационная). На практике такие случаи могут привести со временем к порыву трубы.

Очистка поверхности

Сила сцепления припоя (адгезия) зависит от качества зачистки спаиваемых поверхностей. Это означает, что любые примеси и загрязнения на металле мешают полностью смачивать поверхности соединяемых деталей и уменьшают текучесть припоя так, что он не может полностью распределиться по поверхности. Во многих случаях это является причиной того, что не удается достичь удовлетворительного состояния пайки.

Для очистки поверхности металла применяются два взаимодополняющих способа: механический и химический. Для очистки внешней поверхности трубы и внутренней поверхности фитинга от оксидной пленки (а заодно от жиров и прочих загрязнений) используют металлическую проволочную щетку, стальную шлифовальную шерсть или мелкую шкурку. При зачистке они удаляют загрязнения и оксиды, что способствует свободному распределению припоя по поверхности. Предварительная механическая очистка позволяет уменьшить количество применяемого флюса, являющегося активным химическим веществом.

Наиболее удобны специальные салфетки, на нейлоновой основе, поскольку после них, в отличие от шкурки и стальной губки, не требуется удалять продукты зачистки, которые могут содержать остатки абразива или частицы стали. При механической очистке на металлической поверхности образуются микроскопические бороздки, которые увеличивают поверхность пайки, а следовательно, способствуют значительному увеличению силы сцепления припоя и металла.

Химический способ предполагает травление кислотой, которая вступает в реакцию с оксидами и удаляет их с металлической поверхности. Либо применение многокомпонентного флюса, который обладает в том числе, свойством очищать металл.

Нанесение флюса и сборка соединения

На зачищенную поверхность трубы (во избежание окисления) следует немедленно нанести флюс. Флюс наносится без излишков только на поясок трубы, который будет соединен с фитингом или раструбом, а не внутрь фитинга или раструба. Наносить флюс внутрь соединения категорически воспрещается. Флюс поглощает определенное количество окислов. Вязкость флюса увеличивается при насыщении его окислами.

После нанесения флюса рекомендуется сразу соединить детали, чтобы исключить попадание на влажную поверхность посторонних частиц. Если по какой-то причине непосредственно пайка будет происходить чуть позднее, то деталям лучше дождаться этого момента уже в собранном виде. Рекомендуется повернуть трубу в фитинге или раструбе или, наоборот, фитинг вокруг оси трубы, с тем, чтобы убедиться, что флюс равномерно распределился в монтажном зазоре и почувствовать, что труба достигла упора. Затем необходимо удалить тряпкой видимые остатки флюса, после чего соединение готово к нагреву.

Для обычной «мягкой» пайки используются флюсы на основе цинка или хлоридов алюминия. Флюсы являются агрессивной субстанцией. Поэтому излишнее количество флюса нежелательно. Если после пайки остатки флюса не удалять, то это приведет к попаданию его в соединение и со временем может вызвать коррозию и утечку. После пайки также производится удаление всех видимых остатков флюса с поверхности трубы (поскольку при нагреве, в результате теплового расширения и вытеснения припоем, на поверхности трубы вновь окажется некоторое количество флюса из монтажного зазора).

При твердой (высокотемпературной) пайке с припоями из серебра или сварке-пайке с бронзовым припоем в качестве флюса используют буру. Ее смешивают с водой до получения вязкой кашицы. Или используют готовые флюсы для высокотемпературной пайки. При использовании медно-фосфорного припоя для спаивания медных деталей флюс не требуется, достаточно механической очистки.

Наиболее приемлимым является использование согласованных припоя и флюса для конкретного вида пайки одного производителя. В этом случае гарантировано обеспечивается качество паяного шва и соответственно всего соединения.

Припои.

Качество и прочность пайки, выдерживаемая температура соединения зависит от применяемого припоя. В большинстве случаев пайку соединений осуществляют при помощи нескольких марок припоев.

Для мягкой пайки в основном применяют сплавы на основе олова, с добавками серебра или меди. Свинцовые припои в питьевом водоснабжении не применяются. Выпускаются обычно в виде проволоки с D= 2мм-3мм, что удобно при работе с капиллярными соединениями.

Для твердой пайки применяют в основном две группы припоев: медно-фосфорный, медно-фосфорный с серебром и многокомпонентные на основе серебра (серебра не менее30%). Медно-фосфорные и медно-фосфорный с серебром - твердые припои специально разработаны для пайки меди и ее сплавов, при этом они являются самофлюсующимися.

В отличие от медно-фосфорных сплавов твердые серебряные припои не содержат фосфор. Эти припои обладают высокой пластичностью, прочностью и коррозионной устойчивостью. По сравнению с медно-фосфорными более дороги. Выпускают их в виде твердых прутков с D = 2мм-3мм. При пайке требуется флюс.

Нагрев соединения при мягкой пайке

Как правило, нагрев для мягкой пайки осуществляют пропановыми (пропан-воздух или пропан-бутан-воздух) горелками. Пятно контакта между пламенем и поверхностью соединения постоянно перемещают для достижения равномерного нагрева всего соединения и при этом время от времени касаются прутком припоя до капиллярной щели (обычно с практикой достаточность нагрева определяется по цвету поверхности и появлению дыма флюса). Электронагрев соединения принципиальных отличий в пайке не имеет.

Если при контрольном касании прутком припой не плавится, нагрев продолжают. Нагревать пруток подаваемого припоя не следует. При этом, ни в коем случае не следует забывать о необходимости перемещения пламени, чтобы не перегреть какой-то отдельный участок соединения. Как только припой начал плавиться, пламя отводят в сторону и позволяют припою заполнить монтажный (капиллярный) зазор.

Вследствие капиллярного эффекта заполнение монтажного зазора происходит автоматически и полностью. Нет необходимости во введении излишних количеств припоя, поскольку это не только расточительно, но также может привести к затеканию излишков припоя внутрь соединения

При использовании стандартных прутков припоя с D=2,5мм-3мм, количество припоя приблизительно равно диаметру трубы. На практике необходимый по длине участок припоя отгибают в виде буквы «Г». В этом случае не расходуется излишне припой, и четко контролируется момент «пропаяно - не пропаяно», что немаловажно при большом объеме работы.

Нагрев соединения при твердой пайке

Для твердой пайки нагрев ведут только газопламенным способом (пропан-кислород или ацетилен-воздух, допустимо ацетилен-кислород) при температуре окружающего воздуха от -10°С до +40°С. При использовании медно-фосфорного припоя пайка возможна без флюса. Так как паечный шов гораздо прочнее, то допускается некоторое уменьшение ширины спаивания по сравнению с мягкой пайкой. Для выполнения твердой пайки требуется высокая квалификация и опыт, в противном случае очень легко перегреть металл и возможны разрывы.

Пламя горелки должно быть «нормальным» (нейтральным). Сбалансированная газовая смесь содержит равное количество кислорода и газообразного топлива, в результате чего пламя нагревает металл, не оказывая другого воздействия. Факел пламени горелки при сбалансированной газовой смеси (ярко синего цвета и небольшой величины).

Уменьшающееся пламя горелки указывает на избыточное количество газообразного топлива в газовой смеси, которое превышает содержание кислорода. Незначительно уменьшающееся пламя нагревает и очищает поверхность металла для операции пайки быстрее и лучше.

Пересыщенная кислородная смесь - это газовая смесь, содержащая избыточное количество кислорода, в результате чего образуется пламя, которое окисляет поверхность металла. Признаком этого явления служит черный окисный налет на металле. Факел пламени горелки, насыщенный кислородом (бледно-голубого цвета и маленький)

Соединяемые трубы, нагревают равномерно по всей окружности и длине соединения. Обе элемента соединения нагревают пламенем горелки в месте соединения до темно-вишневого цвета (750°С-900°С), равномерно распределяя теплоту. Допускается выполнять пайку в любом пространственном положении соединяемых деталей.

Соединение не должно быть нагрето до температуры плавления металла, из которого изготовлены трубы. Применяют горелку соответствующего размера с несколько уменьшающимся пламенем. Перегрев соединения усиливает взаимодействие основного металла с припоем (то есть усиливает образование химических соединений). В итоге, такое взаимодействие отрицательно влияет на срок службы соединения.

Если внутренняя труба разогрета до температуры пайки, а наружная труба имеет более низкую температуру, то расплавленный припой не затекает в зазор между соединяемыми трубами и перемещается в направлении источника теплоты

Если равномерно разогревать всю поверхность концов спаиваемых труб, то припой поданный к кромке раструба плавится под воздействием их теплоты и равномерно поступает в зазор соединения. Трубы для пайки достаточно прогреты, если пруток твердого припоя плавится при контакте с ними. Для улучшения пайки, предварительно немного прогревают пруток припоя пламенем горелки.

Производители выпускают малогабаритные газовые горелки с одноразовыми баллончиками, которые позволяют проводить нагрев для твердой и мягкой пайки, но при твердой пайке диаметр соединений в два раза меньше, чем при мягкой.

Особенности

Пайка медных труб и фитингов встык не допускается. При использовании сварки для диаметров свыше 108 мм (толщина стенки более 1,5мм) допускается соединение встык.

Соединение пайкой более чем двух элементов следует производить одновременно. При этом соблюдается очередность заполнения монтажных зазоров припоем (например в тройнике)- с нижнего к верхнему. В этом случае восходящее тепло не мешает остыванию и кристаллизации припоя.

Поочередное соединение элементов допустимо при применении двух видов пайки: вначале высокотемпературная, а затем низкотемпературная. Не допускается применение высокотемпературной пайки на соединении с низкотемпературной пайкой.

Запрещена

Пайка бесфитинговых соединений получаемых без раздачи конца трубы эспандером, например колокольных соединений - получаемых развальцовкой или завальцовкой конца трубы. Следует применять переходные муфты.

Пайка отводов, производимых без специального инструмента или в отводе (колене) трубопровода. Следует использовать стандартные тройники или отвод формируемый специальным инструментом.

Пайка любых не стандартных соединений, получаемых без раздачи трубы эспандером или специальным инструментом для вытяжки отвода.

Перегрев

При проведении паяльных работ очень важно избегать «перегревания», так как это может привести к разрушению флюса, который теряет способность растворять и удалять оксиды. Во многих случаях это является причиной неудовлетворительного качества пайки. Чтобы избежать перегревания, рекомендуется убедиться в том, что температура достигла точки плавления припоя. Для этого необходимо периодически касаться припоем нагреваемого соединения.

Или же использовать для этой цели флюс с порошковым припоем: как только во флюсе заблестели капли расплавившегося порошкового припоя - соединение нагрето. Некоторые флюсы при достаточном для пайки нагреве выделяют сигнально дым или меняют цвет.

При высокотемпературной пайке происходит отжиг металла, и при перегревании медь теряет свои прочностные свойства, становится рыхлой и очень мягкой. Это может привести к порывам трубы. Метод контроля как и при мягкой пайке - периодически касаться соединения припоем. При достаточном опыте достаточность нагрева будет определяться по цветам побежалости. Важно не использовать слишком мощный источник нагрева, например, кислородно-ацетиленовую горелку для сварки фитинга 12 размера.

Заключительные процедуры

После заполнения монтажного (капиллярного) зазора припоем необходимо дать ему застыть, что означает абсолютное требование исключить взаимное перемещение сочлененных деталей. После застывания припоя необходимо удалить влажной тряпкой все видимые остатки флюса, а при необходимости воспользоваться дополнительным количеством теплой воды.

При пайке и сварке могут образовываться наплывы металла (грат), который при необходимости должен быть удален. При любых видах пайки и сварки не допустимы наплывы металла (грат) внутри соединения, мешающие потоку жидкости. Они должны удаляться.

Приобретаемый опыт в работе позволяет использовать оптимальное количество припоя при пайке, не приводящее к образованию грата в соединении.

После окончания монтажа системы надо как можно скорее провести технологическую промывку системы для удаления остатков флюса с внутренних поверхностей, поскольку, флюс попавший при пайке внутрь соединения и будучи агрессивным веществом, может привести к нежелательной коррозии металла.

Контроль качества пайки

Контроль качества является важнейшей операцией. С целью унификации паяных сборочных единиц, установления норм и требований к паяным изделиям разработан стандарт ГОСТ 19249-73 «Соединения паяные. Основные типы и параметры» . Стандарт определяет конструктивные параметры паяного соединения, его условные обозначения, содержит классификацию основных типов соединений.

Дефекты паяных соединений

Качество паяных изделий определяется их прочностью, степенью работоспособности, надежностью, коррозионной стойкостью, способностью выполнять специальные функции (герметичность, теплопроводность, стойкость к изменениям температуры и т.п.). К наиболее типичным дефектам паяных соединений относятся поры, раковины, шлаковые и флюсовые включения, непропаи, трещины.

Причиной образования непропаев, может явиться, блокирование жидким припоем газа при наличии неравномерного нагрева или неравномерного зазора, местное отсутствие смачивания жидким припоем поверхности паяемого металла. Трещины в паяных швах могут возникать под действием напряжений и деформаций металла изделия в процессе охлаждения.

Неметаллические включения типа флюсовых или шлаковых возникают при недостаточно тщательной подготовке поверхности изделия к пайке или при нарушении ее режима. При слишком длительном нагреве под пайку флюс реагирует с паяемым металлом с образованием твердых остатков, которые плохо вытесняются из зазора припоем. Шлаковые включения могут образоваться также из-за взаимодействия припоев и флюсов с кислородом воздуха или пламенем горелки.

Правильное конструирование паяного соединения (отсутствие замкнутых полостей, равномерность зазора), точность сборки под пайку, дозированное количество припоя и флюсующих сред, равномерность нагрева - условия бездефектности паяного соединения.

Способы контроля качества паяных изделий

Для оценки качества паяных изделий применяется контроль без разрушения и с разрушением. Технический осмотр изделия невооруженным глазом или с применением лупы в сочетании с измерениями позволяет проверить качество поверхности, заполнение зазоров припоем, полноту галтелей, наличие трещин и других наружных дефектов.

В соответствии с требованиями технических условий паяные изделия подвергают другим методам неразрушающего контроля. При необходимости применяют распай соединения, дающий полное представление о качестве соединения. Применяется в качестве выборочного контроля.

Безопасность

Соблюдение правил безопасности имеет большое значение При проведении паяльных работ необходимо соблюдать правила безопасности, так как флюсы и сплавы могут содержать вредные вещества. Флюсы, нанесенные во время пайки в холодном или нагретом состоянии, расщепляются и выделяют пары, которые могут содержать токсичные вещества и нанести вред здоровью.

Необходимо принимать тщательные меры предосторожности при использовании низкотемпературного медного припоя, содержащего кадмий, в связи с отравляющим воздействием паров кадмия. При пайке необходимо обеспечить соответствующую вентиляцию, так как может появиться вредный для здоровья дым фтористых соединений из флюса в котором используется фтор.

Чтобы избежать вреда, рекомендуется проводить все работы в хорошо проветриваемом помещении, убедиться в том, что данная продукция произведена в соответствии с действующими нормами, установленным в отношении токсичных веществ, внимательно изучить описание их свойств, которое имеется на этикетке.

При высокотемпературной пайке для травления соединительных деталей могут применяться растворы кислот и щелочи. Работать с ними необходимо в резиновых перчатках и кислотостойкой одежде. Лицо и глаза необходимо защищать от брызг защитными очками. После окончания работ и перед принятием пищи необходимо тщательно вымыть руки.

При пайке газовой горелкой перед началом работы необходимо проверить герметичность шлангов и аппаратуры. Баллоны с газом должны храниться в вертикальном положении. Емкости с растворами после работы сдаются на склад, не допускается слив растворов и щелочей в канализацию.

При производстве работ по монтажу медных внутренних сантехнических систем необходимо соблюдать требования техники безопасности согласно СНиП 12-04.

В некоторых странах для использования флюсов при пайки медных труб, предназначенных для водоснабжения, и газопроводов, необходимо, согласно местным правилам, получить разрешение от властей.

Нормативная документация по пайке и сварке: ГОСТ 1922249-73 и ГОСТ 16038-80. Европейский стандарт TN 1044. Использование газов для газопламенной пайки и сварки регламентируется ГОСТ 5542-87, и ГОСТ 20448-90.

Низкотемпературная пайка (мягкая пайка)– получила широкое распространение во второй половине 20 века в связи с массовым производством электронной техники. Компьютеры, телевизоры, мобильные телефоны – изготавливают с применением паяния. Применяемые в производстве микроэлектроники технологии пайки – сложные процессы с использованием дорогого оборудования.

Однако, до настоящего времени, представляет интерес когда-то традиционное, но незаслуженно забытое, использование мягкой пайки в областях, связанных с изготовлением изделий из металлов. Радиолюбители, моделисты, профессиональные инженеры могут эффективно пользоваться паянием в своей работе. Мягкая пайка не требует ощутимых материальных затрат на оборудование и расходные материалы, что особенно привлекательно для предприятий малого бизнеса и научных лабораторий (наверное сохранившихся в нашей стране).

Соединения спаянные мягкими припоями, не выдерживают больших механических нагрузок, чтобы усилить их прочность, в ряде случаев их скрепляют заклепками, винтами или делают фальцы. Припой в этом случае рассматривают, как средство уплотнения соединения. (см. Рекомендации по практике низкотемпературной пайки конструкционных изделий). В токоведущих соединениях мягкие припои обеспечивают необходимую электропроводность. Паять мягкими припоями можно разные металлы, однако степень подготовки их под пайку, флюсование и очистка различны. Цинк, серебро сравнительно легко растворяются в расплавленном припое, поэтому тонкие листы и проволоку из них необходимо паять как можно быстрее и при более низкой температуре. Применение мягких припоев для пайки стальных деталей требует предварительного лужения соединяемых поверхностей. Только в этом случае можно получить качественное паяное соединение.

Пайка мягкими припоями может быть выполнена:

паяльником
погружением деталей в ванну с расплавленным припоем
пламенем паяльной лампы или горелки
инфракрасным излучением
горячим воздухом

Чаще всего низкотемпературная пайка выполняется при помощи паяльника.

Паяльник представляет собой кусок чистой меди, насаженный на ручку, которому придана молоткообразная форма (мощные паяльники) или форма стержня (маломощные паяльники). В результате высокой теплопроводности и теплоемкости меди паяльник хорошо аккумулирует тепло и быстро передает его на рабочую часть, что ускоряет проведение процесса пайки.

Паяльники для периодического нагрева нагреваются с помощью бензиновой или керосиновой лампы, газовой горелки и т.д., такой нагрев используют для мощных паяльников. Паяльники для непрерывного нагрева – электрические.

Перед пайкой рабочую часть паяльника зачищают напильником, а затем облуживают. Форма поверхности рабочей части может быть различной, в зависимости от задачи пайки. Перед пайкой на соединяемые поверхности наносится флюс, а затем паяльником с прутка припой подается в места соединений. Если паяют мелкие изделия, можно пользоваться припоем, осевшим на лезвии паяльника.

Когда паяльник и место пайки достаточно нагреты, припой легко затекает в зазор между деталями и соединение получается достаточно прочным. При недостаточном нагреве паяльника припой не растекается под ним, а «мажется». Хотя по внешнему виду соединение получается удовлетворительным, но будет непрочным, так как в зазор припой не затекает.

Не следует допускать перегрева паяльника, ток как это приводит к быстрому разъеданию его рабочей части расплавленным припоем.

При пайке массивных деталей, для осуществления качественной пайки, производят предварительный нагрев деталей до 100-150ºC.

Для получения качественного соединения детали перед пайкой должны быть зачищены до металлического блеска, а места пайки покрыты флюсом. При пайке изделий из меди, латуни, бронзы и луженой жести припой хорошо затекает в зазоры при их одностороннем нагреве паяльником. В случае пайки изделий из стали или припайки деталей из цветных металлов к стальным необходимо облуживание поверхности стальных деталей (по ним припой растекается хуже).

Как способ неразъемного соединения металлов пайка известна с давних пор. Паяными металлическими изделиями пользовались в Вавилоне, Древнем Египте, Риме и Греции. Удивительно, но за тысячелетия, прошедшие с тех пор, технология пайки изменилась не так сильно, как этого можно было бы ожидать.

Пайкой называется процесс соединения металлов посредством введенного между ними расплавленного связующего материала - припоя. Последний заполняет зазор между соединяемыми деталями и, застывая, прочно соединяется с ними, образуя неразъемное соединение.

При пайке припой нагревают до температуры, превышающей температуру его плавления, но не достигающей точки плавления металла соединяемых деталей. Становясь жидким, припой смачивает поверхности и заполняет все зазоры за счет действия капиллярных сил. Происходит растворение основного материала в припое и их взаимная диффузия. Застывая, припой прочно сцепляется с паяемыми деталями.

При пайке должно выполняться следующее температурное условие: Т 1 <Т 2 <Т 3 <Т 4 , где:

Т 1 - температура, при которой паяное соединение работает;
Т 2 - температура плавления припоя;
Т 3 - температура нагрева при пайке;
Т 4 - температура плавления соединимых деталей.

Отличия пайки от сварки

Паяное соединение по своему виду напоминает сварное, однако по своей сути пайка металлов радикально отличается от сварки. Основное отличие состоит в том, что основной металл не расплавляется, как при сварке, а лишь нагревается до определенной температуры, значение которой никогда не достигает температуры его плавления. Из этого основного различия вытекают все остальные.

Отсутствие расплавления основного металла делает возможным соединение пайкой деталей самых маленьких размеров, а также многократное разъединение и соединение спаянных деталей без нарушения их целостности.

Из-за того, что основной металл не расплавляется, его структура и механические свойства остаются неизменными, отсутствует деформация паяемых деталей, выдерживаются формы и размеры получаемого изделия.

Пайка позволяет соединять металлы (и даже неметаллы) в любом сочетании друг с другом.

При всех своих достоинствах пайка все же уступает сварке по прочности и надежности соединения. Из-за низкой механической прочности мягкого припоя, низкотемпературная пайка встык является непрочной, поэтому для достижения необходимой прочности детали необходимо соединять с перекрытием.

В наше время среди различных способов создания неразъемных деталей, пайка занимает второе место после сварки, а в некоторых областях ее позиции являются главенствующими. Трудно себе представить современную IT-промышленность без этого компактного, чистого и прочного способа соединения элементов электронных схем.

Применение пайки широко и многообразно. Ею соединяют медные трубы в теплообменниках, холодильных установках и всевозможных системах, транспортирующих жидкие и газообразные среды. Пайка является основным способом крепления твердосплавных пластин к металлорежущему инструменту. При кузовных работах с ее помощью крепят тонкостенные детали к тонкому листу. В виде лужения используют для защиты некоторых конструкций от коррозии.

Широко используется пайка и в домашних условиях. Ею можно соединять между собой детали из различных металлов, уплотнять резьбовые соединения, устранять пористость поверхностей, обеспечивать плотную посадку втулки разболтавшегося подшипника. Везде, где использование сварки, болтов, заклепок или обычного клея по каким-либо причинам невозможно, затруднительно или нецелесообразно, пайка, сделанная даже своими руками, оказывается спасительным выходом из ситуации.

Виды пайки

Классификация пайки носит довольно сложный характер из-за большого числа классифицируемых параметров. Согласно технологической классификации по ГОСТ 17349-79 пайка металлов подразделяется: по способу получения припоя, по характеру заполнения припоем зазора, по типу кристаллизации шва, по способу удаления оксидной пленки, по источнику нагрева, по наличию или отсутствию давления в стыке, по одновременности выполнения соединений.

Одной из основных является классификация пайки по температуре плавления используемого припоя. В зависимости от этого параметра пайку подразделяют на низкотемпературную (используются припои с температурой плавления до 450°C) и высокотемпературную (температура плавления припоев выше 450°C).

Низкотемпературная пайка более экономична и проста в исполнении, чем высокотемпературная. Ее преимуществом является возможность применения на миниатюрных деталях и тонких пленках. Хорошая тепло- и электропроводность припоев, простота выполнения процесса пайки, возможность соединения разнородных материалов обеспечивают низкотемпературной пайке ведущую роль при создании изделий в электронике и микроэлектронике.

К преимуществам высокотемпературной пайки относится возможность изготовления соединений, выдерживающих большую нагрузку, в том числе и ударную, а также получение вакуумно-плотных и герметичных соединений, работающих в условиях высоких давлений. Основными способами нагрева при высокотемпературной пайке, в единичном и мелкосерийном производстве, является нагрев газовыми горелками, индукционными токами средней и высокой частоты.

Композиционная пайка применяется при пайке изделий, имеющих некапиллярные или неравномерные зазоры. Она осуществляется с использованием композиционных припоев, состоящих из наполнителя и легкоплавкой составляющей. Наполнитель имеет температуру плавления выше температуры пайки, поэтому он не расплавляется, а лишь заполняет собой зазоры между паяемыми изделиями, служа средой распространения легкоплавкой составляющей.

По характеру получения припоя различают следующие виды пайки.

Пайка готовым припоем - самый распространенный вид пайки. Готовый припой расплавляется нагревом, заполняет зазор между соединяемыми деталями и удерживается в нем благодаря капиллярным силам. Последние играют очень важную роль в технологии пайки. Они заставляют расплавленный припой проникать в самые узкие щели соединения, обеспечивая его прочность.

Реакционно-флюсовая пайка , характеризующаяся протеканием реакции вытеснения между основным металлом и флюсом, в результате которой образуется припой. Наиболее известная реакция при реакционно-флюсовой пайке: 3ZnCl 2 (флюс) + 2Al (соединяемый металл) = 2AlCl 3 + Zn (припой).

Чтобы паять металл, кроме подготовленных соответствующим образом паяемых изделий необходимо иметь источник тепла, припой и флюс.

Источники тепла

Существует множество способов нагрева паяемых деталей. К самым распространенным и наиболее подходящим для пайки в домашних условиях относится нагрев паяльником, горелкой с открытым пламенем и строительным феном.

Нагрев паяльником осуществляют при низкотемпературной пайке. Паяльник нагревает металл и припой за счет тепловой энергии, аккумулированной в массе его металлического наконечника. Кончик паяльника прижимается к металлу, в результате чего происходит нагрев последнего и расплавление припоя. Паяльник может быть не только электрическим, но и газовым.

Газовые горелки - наиболее универсальный вид нагревательного оборудования. К этой категории можно отнести и паяльные лампы, заправляемые бензином или керосином (в зависимости от типа паяльной лампы). В качестве горючих газов и жидкостей в горелках может использоваться ацетилен, пропан-бутановая смесь, метан, бензин, керосин и пр. Газовая пайка может быть как низкотемпературной (при паянии массивных деталей), так и высокотемпературной.

Существуют и другие способы нагрева при пайке:

Пайка индукционными нагревателями, которая активно используется для припаивания твердосплавных резцов режущего инструмента. При индукционной пайке паяемые детали или их части нагреваются в катушке-индукторе, через которую пропускается ток. Преимуществом индукционной пайки является возможность быстрого нагрева толстостенных деталей.

Пайка в различных печах.
Пайка электросопротивлением, при которой детали нагреваются теплотой, выделяющейся вследствие прохождения электротока через паяемые изделия, являющиеся частью электрической цепи.
Пайка погружением, выполняющаяся в расплавленных припоях и солях.
Прочие виды пайки: дуговая, лучами, электролитная, экзотермическая, штампами и нагревательными матами.

Припои

В качестве припоев используются как чистые металлы, так и их сплавы. Чтобы припой мог хорошо исполнять свое предназначение, он должен обладать целым рядом качеств.

Смачиваемость . Прежде всего, припой должен обладать хорошей смачиваемостью по отношению к соединяемым деталям. Без этого будет просто отсутствовать контакт между ним и паяемыми деталями.

В физическом смысле смачивание подразумевает явление, при котором прочность связи между частицами твердого вещества и смачивающей его жидкости оказывается выше, чем между частицами самой жидкости. При наличии смачивания жидкость растекается по поверхности твердого вещества и проникает во все его неровности.

Пример несмачивающей (слева) и смачивающей (справа) жидкостей

Если припой не смачивает основной металл, пайка невозможна. В качестве такого примера можно привести чистый свинец, который плохо смачивает медь и не может поэтому служить припоем для неё.

Температура плавления . Припой должен иметь температуру плавления ниже температуры плавления соединяемых деталей, но выше той, при которой соединение будет работать. Температура плавления характеризуется двумя точками - температурой солидуса (температура, при которой плавится самый легкоплавкий компонент) и температурой ликвидуса (наименьшим значением, при которой припой становится полностью жидким).

Разница между температурами ликвидуса и солидуса называется интервалом кристаллизации. Когда температура соединения находится в интервале кристаллизации, даже незначительные механические воздействия приводят к нарушениям кристаллической структуры припоя, в результате чего может возникнуть его хрупкость и возрасти электрическое сопротивление. Поэтому необходимо соблюдать очень важное правило пайки - не подвергать соединение никакой нагрузке до полного окончания кристаллизации припоя.

Кроме хорошей смачиваемости и необходимой температуры плавления, припой должен обладать еще рядом свойства:

Содержание токсичных металлов (свинца, кадмия) не должно превышать установленных значений для определенных изделий.
Должна отсутствовать несовместимость припоя с соединяемыми металлами, которая может привести к образованию хрупких интерметаллических соединений.
Припой должен обладать термостабильностью (сохранением прочности паяного соединения при изменении температуры), электростабильностью (неизменностью электрических характеристик при токовых, тепловых и механических нагрузках), коррозионной стойкостью.
Коэффициент теплового расширения (КТР) не должен сильно отличаться от КТР соединяемых металлов.
Коэффициент теплопроводности должен соответствовать характеру эксплуатации паяного изделия.

В зависимости от температуры плавления припои подразделяют на легкоплавкие (мягкие) с температурой плавления до 450°С и тугоплавкие (твердые) с температурой плавления выше 450°С.

Легкоплавкие припои . Наиболее распространенными легкоплавкими припоями являются оловянно-свинцовые, состоящие из олова и свинца в различном соотношении. Для придания определенных свойств в них могут вводиться другие элементы, например, висмут и кадмий для понижения температуры плавления, сурьма для увеличения прочности шва и т.д.

Оловянно-свинцовые припои имеют низкую температуру плавления и относительно невысокую прочность. Их не следует применять для соединения деталей, испытывающих значительную нагрузку или работающих при температуре выше 100°С. Если все же приходится применять пайку мягкими припоями для соединений, работающих под нагрузкой, нужно увеличивать площадь соприкосновения деталей.

К наиболее широко используемым относятся оловянно-свинцовые припои ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40, ПОС-61, ПОС-90, имеющие температуру плавления примерно 190-280°С (из них самый тугоплавкий - ПОС-18, самый легкоплавкий - ПОС-61). Цифры означают процентное содержание олова. Кроме основных металлов (Sn и Pb) припои ПОС содержат также небольшое количество примесей. В приборостроении ими паяют электросхемы, соединяют провода. В домашних условиях с их помощью соединяют самые различные детали.

Припой	Назначение
ПОС-90	Пайка деталей и узлов, подвергающихся в дальнейшем гальванической обработке (серебрение, золочение)
ПОС-61	Лужение и пайка тонких спиральных пружин в измерительных приборах и других ответственных деталей из стали, меди, латуни, бронзы, когда не допустим или нежелателен высокий нагрев в зоне пайки. Пайка тонких (диаметром 0,05 - 0,08 мм) обмоточных проводов, в том числе высокочастотных, выводов обмоток, выводных концов ротора двигателей с ламелями коллектора, радиоэлементов и микросхем, монтажных проводов в полихлорвиниловой изоляции, а также пайка в тех случаях, когда требуется повышенная механическая прочность и электропроводность.
ПОС-40	Лужение и пайка токопроводящих деталей неответственного назначения, наконечников, соединение проводов с лепестками, когда допускается более высокий нагрев, чем в случаях использования ПОС-61.
ПОС-30	Лужение и пайка механических деталей неответственного назначения из меди и её сплавов, стали и железа.
ПОС-18	Лужение и пайка при пониженных требованиях к прочности шва, деталей неответственного назначения из меди и её сплавов, пайка оцинкованной жести.

Тугоплавкие припои . Из тугоплавких припоев чаще всего используются две группы - припои на основе меди и серебра. К первым относятся медно-цинковые припои, которые используются для соединения деталей, несущих лишь статическую нагрузку. Из-за определенной хрупкости их нежелательно применять в деталях, работающих в условиях ударов и вибрации.

К медно-цинковым припоям относятся, в частности, сплавы ПМЦ-36 (примерно 36% Сu, 64% Zn), с интервалом кристаллизации 800-825°C, и ПМЦ-54 (примерно 54% Cu, 46% Zn), с интервалом кристаллизации 876-880°C. С помощью первого припоя паяют латунь и прочие медные сплавы с содержанием меди до 68%, осуществляют тонкую пайку по бронзе. ПМЦ-54 используют для пайки меди, томпака, бронзы, стали.

Для соединения стальных деталей в качестве припоя используют чистую медь, латуни Л62, Л63, Л68. Соединения, паянные латунью, обладают более высокой прочностью и пластичностью в сравнении с соединениями, паянными медью, они способны вынести значительные деформации.

Серебряные припои относятся к наиболее качественным. Сплавы марки ПСр кроме серебра содержат медь и цинк. Припоем ПСр-70 (примерно 70% Ag, 25% Cu, 4% Zn), c температурой плавления 715-770°C, паяют медь, латунь, серебро. Его используют в тех случаях, когда место спая не должно резко уменьшать электропроводность изделия. ПСр-65 используют для пайки и лужения ювелирных изделий, фитингов из меди и медных сплавов, предназначенных для соединения медных труб, используемых в системах горячего и холодного питьевого водоснабжения, им паяют стальные ленточные пилы. Припой ПСр-45 используют для пайки стали, меди, латуни. Его можно применять в тех случаях, когда соединения работают в условиях вибрации и ударов, в отличии, например, от ПСр-25, который удары выдерживает плохо.

Другие виды припоя . Существует множество других припоев, предназначенных для пайки изделий, состоящих из редких материалов или работающих в особых условиях.

Никелевые припои предназначены для пайки конструкций, работающих в условиях высоких температур. Обладая температурой плавления от 1000°C до 1450°C, они могут использоваться для пайки изделий из жаропрочных и нержавеющих сплавов.

Золотые припои, состоящие из сплавов золота с медью или никелем, используются для пайки золотых изделий, для пайки вакуумных электронных трубок, в которых недопустимо наличие летучих элементов.

Для пайки магния и его сплавов применяют магниевые припои, содержащие помимо основного металла также алюминий, цинк и кадмий.

Материалы для пайки металлов могут иметь различную форму выпуска - в виде проволоки, тонкой фольги, таблеток, порошка, гранул, паяльных паст. От формы выпуска зависит способ их ввода в стыковую зону. Припой в виде фольги или паяльной пасты укладывается между соединяемыми деталями, проволока подается в зону соединения по мере расплавления ее конца.

Прочность паяного соединения зависит от взаимодействия основного металла с расплавленным припоем, которое в свою очередь зависит от наличия физического контакта между ними. Оксидная пленка, присутствующая на поверхности паяемого металла, препятствует контакту, взаимной растворимости и диффузии частиц основного металла и припоя. Поэтому ее необходимо удалять. Для этого применяются флюсы, в задачу которых входит не только удаление старой окисной пленки, но и препятствие образованию новой, а также снижение поверхностного натяжения жидкого припоя с целью улучшения его смачиваемости.

При пайке металлов применяются различные по составу и свойствам флюсы. Флюсы для пайки имеют различия:

по агрессивности (нейтральные и активные);
по температурному интервалу пайки;
по агрегатному состоянию - твердые, жидкие, геле- и пастообразные;
по виду растворителя - водные и неводные.

Кислые (активные) флюсы, например "Паяльную кислоту" на основе хлорида цинка, нельзя использовать при пайке электронных компонентов, так как они хорошо проводят электрический ток и вызывают коррозию, однако, из-за своей агрессивности, они очень хорошо подготавливают поверхность и поэтому незаменимы при пайке металлических конструкций. И чем химически более стоек металл нем активнее должен быть флюс. Остатки активных флюсов нужно обязательно тщательно удалять после завершения пайки.

Широко распространенными флюсами являются борная кислота (H 3 BO 3), бура (Na 2 B 4 O 7), фтористый калий (KF), хлористый цинк (ZnCl 2), канифольно-спиртовые флюсы, ортофосфорная кислота. Флюс должен соответствовать температуре пайки, материалу паяемых деталей и припоя. Например, бура используется для высокотемпературной пайки углеродистых сталей, чугуна, меди, твердых сплавов медными и серебряными припоями. Для пайки алюминия и его сплавов применяют препарат, состоящий из хлористого калия, хлористого лития, фтористого натрия и хлористого цинка (флюс 34А). Для низкотемпературной пайки меди и её сплавов, оцинкованного железа используется, например, состав из канифоли, этилового спирта, хлористого цинка и хлористого аммония (флюс ЛК-2).

Флюс может применяться не только в виде отдельного компонента, но и входить составным элементом в паяльные пасты и таблетированные виды так называемых флюсующихся припоев.

Паяльные пасты . Паяльная паста - это пастообразное вещество, состоящее из частиц припоя, флюса и различных добавок. Паяльная паста обычно используется для поверхностного монтажа SMD-компонентов, но удобна и для пайки в труднодоступных местах. Пайка радиодеталей такой пастой осуществляется с помощью термовоздушной или инфракрасной станции. Получается красивая и качественная пайка. Однако из-за того, что большая часть паяльных паст не содержит активных флюсов позволяющих паять, например сталь, большинство их подходят только для пайки электроники.

Пайка стали

Пайка стали своими руками не представляет особой сложности. Стальные изделия с успехом можно паять даже легкоплавкими припоями, например, ПОС-40, ПОС-61 или чистым оловом. А, например, легкоплавкие припои на основе цинка малопригодны для пайки углеродистых и низколегированных сталей из-за плохого смачивания, затекания в зазор и низкой прочности паяных соединений в результате образования по границе шва и стали интерметаллидной хрупкой прослойки.

В общем виде пайка стали осуществляется в такой последовательности.

Производится очистка от загрязнений паяемых деталей.
С соединяемых поверхностей удаляется окисная пленка - механической зачисткой (металлической щеткой, шлифовальной шкуркой или кругом, дробеструйной обработкой) и обезжиривание. Обезжиривание можно осуществлять едким натром (5-10 г/л), углекислым натрием (15-30 г/л), ацетоном или другим растворителем.
Детали в месте соединения покрываются флюсом.

Осуществляется сборка изделия с фиксированием деталей в нужном положении.

Изделие разогревается. Пламя должно быть нормальным или восстановительным - без избытка кислорода. В сбалансированной газовой смеси пламя только нагревает металл и иного воздействия не оказывает. В случае сбалансированной газовой смеси пламя горелки обладает ярко-синим цветом и небольшой величиной. Пересыщенное кислородом пламя окисляет поверхность металла. Факел пламени горелки, насыщенный кислородом бледно-голубого цвета и маленький. Прогревать нужно все соединение, перемещая пламя в разные стороны, при этом время от времени касаются припоем соединения. Нужная температура достигается тогда, когда припой начинает плавиться при прикосновении к деталям. Не нужно создавать избыточного нагрева. Обычно с практикой достаточность нагрева определяется по цвету поверхности металла и появлению дыма флюса.

На соединяемые стыки наносится флюс.

Пайка металла: нанесение флюса. На фото припой покрытый оболочкой из флюса.

В зону стыка подается припой (в виде проволоки, или кусочка, уложенного в стык) и производится подогрев детали и припоя до расплавления последнего и затекания в стык. Под влиянием капиллярных сил припой сам втягивается в зазор между деталями.

Припой должен плавиться не от пламени горелки, а от теплоты прогретого соединения.

После завершения пайки, изделие очищается от остатков флюса и лишнего припоя.

Если есть возможность, можно соединяемые детали сначала залудить припоем в месте контакта. Затем детали соединить и нагреть до температуры плавления припоя. В этом случаи может получиться более прочное соединение.

Температура пайки определяется маркой припоя.

Причины неудачи . Если припой не распределяется по поверхности деталей, то это может быть по следующим причинам:

Недостаточный прогрев деталей. Продолжительность прогрева должна соответствовать массивности деталей.
Плохая предварительная очистка поверхности от загрязнений.
Использование неподходящего флюса. Например, нержавеющая стали или алюминий требуют очень химически активных флюсов. Или флюс может не соответствовать температуре пайки.
Использование неподходящего припоя. Например, чистый свинец так плохо смачивает металлы, что им паять нельзя.

Пайка других металлов

Особенности пайки чугуна . Паяются серый и ковкий чугуны, белый не подлежит пайке из-за плохой обрабатываемости и хрупкости. При пайке чугуна возникают две проблемы, мешающие получению качественного соединения: возникновение объемных и структурных изменений в условиях местного газопламенного нагрева, и плохая смачиваемость чугуна из-за присутствия в нем включений свободного графита.

Первую проблему помогает решить пайка при температурах не выше 750°С.

Для решения второй проблемы, инструкции по пайке чугуна содержат требования удаления свободного графита с паяемых поверхностей. Это можно делать несколькими способами: тщательной механической зачисткой, окислением графита в летучий оксид углерода обработкой соединяемого стыка борной кислотой или хлоратом калия, выжиганием углерода пламенем горелки с последующей очисткой проволочной щеткой. Существуют также высокоактивные флюсы для чугуна, которые хорошо удаляют графитовые включения.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Медные трубы можно паять двумя способами: высокотемпературной и низкотемпературной пайкой. Первый вариант пайки применяют в случае повышенной нагрузки на трубопровод из меди. В большинстве бытовых случаев используют низкотемпературную пайку. Ниже будут подробно рассмотрены этапы осуществления пайки медного трубопровода.

Подготовительные работы

В процессе капиллярной пайки медных труб главным условием является присутствие между двух соединяемых поверхностей постоянного зазора. Следовательно, у обеих поверхностей форма должна быть строго цилиндрической. В процессе нарезки труб из меди могут появляться три дефекта, которые могут быть исправлены: заусенцы, деформация трубы, неровный рез. У медной трубы поверхность реза должна быть перпендикулярной оси. Чтобы избежать неровного реза, надо использовать специальный отрезной инструмент. Заусенцы удаляются путем счистки, деформация трубы устраняется посредством ручного шаблона.

На силу сцепления припоя оказывает влияние чистота спаиваемых поверхностей. На поверхности труб могут быть различные загрязнения, окисная пленка. И поверхность фитинга, и поверхность трубы необходимо зачистить металлической щеткой либо наждачной бумагой. После этого, чтобы удалить остатки абразива и загрязнений, поверхности участков пайки протирают сухой ветошью.

Чтобы избежать окисления зачищенной поверхности медной трубы, на нее сразу наносят флюс. Флюсы представляют собой вещества, проявляющие химическую активность и используемые для того, чтобы улучшить растекание жидкого припоя по поверхности паяемой, а также для очистки поверхности металла от загрязнений и окислов. Флюс надо наносить лишь на поясок трубы (без излишков), который будет соединяться с раструбом либо фитингом. Нельзя наносить флюс внутрь раструба либо фитинга либо соединения, поскольку флюс поглощает некоторое количество окислов, увеличивая при этом свою вязкость.

Когда флюс нанесен, рекомендуется сразу же соединять детали – это позволит исключить попадание посторонних частиц на влажную поверхность. Если пайка медных труб по какой-либо причине будет выполняться позже, тогда детали лучше собрать. Советуем трубу повернуть в раструбе либо фитинге, либо же наоборот – раструб вокруг оси трубы. Это позволит быть уверенным в том, что флюс в монтажном зазоре распределился равномерно и почувствовать, что труба достигла упора. После этого ветошью надо удалить видимые остатки флюса. Теперь соединение считается готовым к нагреву.

Обычно для мягкой пайки труб из меди нагрев осуществляют посредством пропановых горелок (пропан-бутан-воздух либо пропан-воздух). При данном способе пайки температура разогрева составляет от 2000С до 2500С. Между поверхностью соединения и пламенем пятно контакта постоянно перемещают. Это позволяет достигать равномерного нагревания всего соединения. При этом иногда прутком припоя касаются капиллярной щели. Достаточность нагрева с практикой определяют по окраске поверхности и возникновению дыма флюса. Электронагревание соединения принципиально в пайке медных труб не отличается.

Как правило, для мягкой пайки используют припои типа S-Sn97Ag5 (L-SnAg5) либо S-Sn97Cu3 (L-SnCu3), которые обладают высокими технологическими свойствами, а также обеспечивают высокую коррозионную стойкость и прочность соединения.

Если во время контрольного касания прутком припой еще не плавится, то нагрев продолжают. Не следует прогревать пруток подаваемого припоя. Помните об обязательном перемещении пламени – тем самым вы избегните перегревания какого-либо отдельного участка соединения. Когда припой начал плавиться, надо отвести пламя в строну и позволить припою наполнить капиллярный (монтажный) зазор.

Благодаря капиллярному эффекту заполнение капиллярного (монтажного) зазора осуществляется полностью и автоматически. Не надо вводить излишнее количество припоя, т.к. это может вызвать затекание излишков внутрь соединения.

При применении прутков припоя со стандартным диаметром от 3мм до 2,5мм, количество припоя примерно равняется диаметру медной трубы. Требуемый участок припоя, как правило, по длине отгибают в форме буквы «Г».

Твердую пайку медных труб осуществляют только газопламенным способом (ацетилен-воздух, пропан-кислород, допускается ацетилен-кислород), поскольку разогрев труб должен достигать температуры 7000С. Применение медно-фосфорного припоя позволяет осуществлять пайку без флюса. Благодаря тому, что паечный шов получается значительно прочнее, то ширину спаивания можно немного уменьшить (в сравнении с пайкой мягкой). Чтобы производить твердую пайку, требуется наличие высокой квалификации и опыта, иначе трубу можно легко перегреть и создать разрыв.

Надо, чтобы пламя горелки было «нормальным» (нейтральным). В сбалансированной газовой смеси содержится равное количество газообразного топлива и кислорода, благодаря чему пламя только нагревает металл и иного воздействия не оказывает. В случае сбалансированной газовой смеси факел пламени горелки обладает ярко синим цветом и небольшой величиной.

Соединяемые элементы труб надо нагревать равномерно по всей длине и окружности соединения. Соединяющиеся трубы в месте их соединения нагревают пламенем горелки до появления темно-вишневого цвета (температура от 7500С до 9000С). При этом надо равномерно распределять теплоту. Пайку можно выполнять в каком угодно пространственном расположении соединяемых элементов.

В случае, когда труба внутренняя уже разогрета до паечной температуры, а труба наружная обладает более низкой температурой, то расплавившийся припой перемещается к источнику теплоты, а в зазор между соединяемыми элементами не затекает.

Если же всю поверхность концов соединяемых медных труб разогревать равномерно, то поданный к краю раструба припой расплавляется под влиянием их теплоты, после чего равномерно идет в зазор соединения. Достаточно прогретыми для пайки считаются те трубы, которые плавят контактирующий с ними пруток твердого припоя. Чтобы улучшить пайку, пруток припоя предварительно немного прогревают пламенем горелки.
Промышленностью выпускаются малогабаритные газовые горелки, оснащенные одноразовыми баллончиками. Посредством них можно выполнять нагрев и для мягкой, и для твердой пайки.

Финишные работы

После того, как паечные работы проведены, соединению надо обеспечить неподвижность до того момента, как затвердеет припой. Когда соединение остынет, надо изнутри и снаружи ветошью удалить остатки флюса методом промывки. Затем систему опрессовывают на наличие подтеканий. Опрессовку осуществляют способом создания в изготовленном трубопроводе давления.