В практике выполнения электромонтажных работ, при ремонте электрического оборудования и эксплуатации элек­троустановок, наряду со сваркой, для соединения меж собой деталей из однородных и разнородных металлов, применяется пайка. Соединение металлов и деталей, способом пайки имеет ряд преимуществ, перед соединением их сваркой. Главные достоинства заключаются в последующем: сое­диняемые детали греются до температур, при ко­торых их структура и механическая крепкость не изме­няются; при соединении деталей и узлов отпадает необходимость в дополнительной обработке мест соединения (как это осуществляется при сварке); оборудование и приспособления, используемые при пайке, значи­тельно дешевле, чем при сварке; при помощи пайки можно сделать сложные узлы и детали из различ­ных материалов и сплавов, простых по форме и методу производства; высочайшая крепкость соединения; не происходит коробления и деформации соединяемых деталей.

К недочетам пайки, по сопоставлению со сваркой сле­дует отнести относительную сложность технологическо­го процесса и относительно, огромную затрату труда на выполнение равноценных соединений. Пайка в электромонтажном производстве и при ремонтных работах применяется исключительно в тех случаях, если не может быть при­менена электросварка либо если пайка является единственным методом соединения деталей, например- пайка петушков обмотки электронных машин, пайка кабельных муфт и др. Основными методами соединений и оконцеваний проводов и кабелей с медными и дюралевыми жилами являются опрессовка и сварка (электронная и термитная). Но в ряде организа­ций, где еще не освоены опрессовка и сварка, приме­няется пайка соединений.

Суть пайки заключается в соединении меж собой, жестких железных деталей и проводников при помощи расплавленного припоя. Температура плавле­ния припоя должна быть ниже температуры плавления соединяемых деталей. Припой должен отлично смачи­вать металл соединяемых деталей, просто разливаться по поверхности и растворять металл базы, у шва в месте пайки.

Поверхность деталей, подлежащих пайке, очищают от окислов и загрязнений, механическим и хим методом. Для хим чистки поверхностей применя­ются флюсы. Во время нагрева флюсы, соединяясь с окислами, образуют шлак, всплывающий на поверх­ность припоя. Кроме растворения и удаления грязищи и окислов с поверхности соединяемых деталей, флюсы защищают металл базы и припой от окисления в процессе пайки. Выбор флюса находится в зависимости от применяемо­го припоя и свойства соединяемых пайкой ме­таллов.

Припои и флюсы

Зависимо от температуры плавления и прочно­сти используемые припои делятся на мягенькие и твердые. К мягеньким относятся припои, температура плавления которых ниже 400⁰С; к жестким – темпера­тура плавления которых выше 500°С. Предел прочно­сти мягеньких припоев около 5-7 кГ/мм² твердых при­поев – до 50 кГ/мм²

Большая часть мягеньких припоев представляет собой сплавы, основой которых являются олово и свинец, а для пайки алюминия- цинк. Хим состав мягеньких припоев приведен в приложениях. Предназначение и об­ласть внедрения более всераспространенных марок мягеньких припоев приведены в табл. 1.

Не считая перечисленных в приложении 1 оловянно-свинцовых припоев используются безоловянистые припои (свинец 98,5-98,9% цинк 1% и др.). Эти припои на­много дешевле оловянисто-свинцовых и используются для неответственных паек латуни и стали. Механиче­ская крепкость пайки безоловянистыми припоями ниже, чем оловянно-свинцовыми припоями. Но примене­ние припоя без дефицитного олова оправдывает его ис­пользование.

 Таблица 1

Область внедрения более всераспространенных оловянно-свинцовых припоев

ПОС-61 — Облуживание за ранее посеребренных, а потом обмедненных поверхностей фарфоровых изоляторов кабельных муфт перед спайкой их на заводе с металлическими головками н фланцами. Пайка проводов к выводам аппаратов телефонно­го типа.

    ПОС-50 — Пайка медных жил проводов и кабелей, мед­ных заземляющих проводников к металлической броне и свинцовой оболочке.

ПОС-40 — Пайка медных жил проводов и кабелей, мед­ных заземляющих проводников к металлической броне и свинцовой оболочке, пайка деталей электро­аппаратов.

ПОС-30 — То же, что ПОС-40, и для пайки изделий нз цинка, стали, латуни.

ПОС-18 — Пайка свинца, лужение металлической брони перед припайка к ней заземляющих проводников, пай­ка стали, свинца, латуни, цинка, покрытого цинком железа.

ПОСС-4-6 — Пайка свинца со свинцом, оконцеваний и сое­динений медных жил кабеля и присоединений заземляющих медных жил к броне кабелей, при условии подготовительного облуживания ка­бельных жил, наконечников, гильз и брони при­поями ПОС-18 либо ПОС 30; пайка стали, лату­ни, белоснежной жести.

Методом прибавления в оловянно-свинцовые припои висмута либо кадмия, добиваются понижения температуры плавления припоев на 60-180°С. Эти припои могут применяться для пайки тонких оловянных изделий, в каче­стве плавких вставок предохранителей, также для пайки деталей, особо чувствительных к перегреву. Оловянно-свинцовые припои для пайки изделий из алю­миния и его сплавов неприменимы, потому что свинец силь­но понижает коррозийную стойкость паяного шва. По­этому для пайки алюминия и его сплавов рекомендуют  использовать легкоплавкие припои, не содержащие сви­нец и основой которых является цинк.

Хим состав жестких припоев приведен в при­ложениях . Предназначение и область примене­ния более всераспространенных марок жестких припо­ев приведены в табл. 2. Эти припои представляют со­бой сплавы, основой которых являются серебро и медь, медь и фосфор, медь и цинк. Из этой группы припоев более дорогостоящими являются серебряные при­пои, которые в ряде всевозможных случаев заменяются более деше­выми медно-цинковыми и медно-фосфористыми припоя­ми. Необходимо подчеркнуть, что место пайки, выполненное серебряными припоями, обладает высочайшей прочностью, пластичностью и электропроводностью, чего не всегда можно достигнуть при применении медно-цинковых и медно-фосфористых припоев; не считая того, серебряными при­поями можно паять темные, цветные металлы (медь, латунь, бронзу) и серебро, в то время как область при­менения других жестких припоев более ограничена.

Таблица 2

Область внедрения более всераспространенных серебряных и медно-цинковых припоев

ПСр-70  – Для пайки токоведуших соединений, если ме­сто пайки не обязано иметь резкого понижения электропроводности, по сопоставлению с электропро­водностью соединяемых деталей.

ПСр-50 Кд ПСр-45 — Для пайки большинства металлов. Для пайки стали, никеля, меди, бронзы и пластинок жестких сплавов. Место пайки не подвержено коррозии и не разрушается под воздействием вибраций и ударных нагрузок.

ПСр-25 — То же, но когда нужна особенная чистота места спая. Плохо выдерживает ударные нагрузки.

ПСр-25ф  —  Для пайки меди, бронзы, латуни. Не требу­ет внедрения флюса.

ПСр-10 — Для пайки темных и цветных металлов, ра­ботающих при температуре до 800° С, также для пайки пластинок жестких сплавов.

ПМЦ-36 — Для пайки латуни, содержащей до 68% ме­ди, также для узкого паяния по бронзе.

ПМЦ-48 — Для пайки медных сплавов с содержанием меди более 68%.

П МЦ-54 — Для пайки бронзы, меди, жести, стали.

 Таблица 3

Область внедрения припоев для пайки дюралевых оболочек и жил кабелей и проводов

 А — Для всех случаев пайки и лужения жил про­водов и кабелей.

Б — Для пайки дюралевых жил и оболочек про­водов и кабелей.

Мосэнерго — Для пайки жил проводов и кабелей сечени­ем 16 мм² и выше в тех случаях, когда место пайки накрепко защищено от попадания воды и когда при пайке обеспечен повышенный нагрев.

Для пайки пластинок твердого сплава к режущему инструменту в качестве припоев используются специ­альные прочные сплавы, электролитическая медь и латунь . Температура плавления этих припоев колеблется в границах 900-1300° С. К высо­копрочным припоям относятся сплавы, состоящие из меди, никеля, цинка, железа и других частей. У ла­тунных припоев крепкость места пайки на растяжение при температуре до 400°С выше, чем у медных, а при более больших температурах напротив крепкость пайки медными припоями выше, чем латунными.

При выборе припоя для пайки следует учитывать сле­дующее: температура плавления припоя должна быть более чем на 60⁰ С ниже температуры плавления спаиваемых деталей, а если спаиваемая деталь работа­ет при больших температурах, то температура плавле­ния припоя должна быть не меньше чем на 300⁰С ниже  температуры нагрева деталей в работе; если в одном узле используют поочередную пайку нескольких деталей, то нужно использовать припои с после­довательно понижающейся температурой плавления; крепкость паяного шва должна быть близка к прочно­сти соединяемых деталей; припой в расплавленном со­стоянии должен отлично смачивать спаиваемые поверх­ности, заполнять зазоры меж спаиваемыми деталями и не создавать в месте пайки воздушных раковин, ослабляющих место соединения; расплавленный припой должен обеспечивать непрерывный процесс пайки; при соединении токопроводящих частей припой обязан иметь электропроводность, близкую к электропровод­ности спаиваемых проводов и деталей; припой должен быть дешевеньким и недефицитным.

В качестве флюсов при пайке используются следую­щие материалы:

Соляная кислота — (разбавленная) применяется при пайке цинка и покрытого цинком железа мягенькими припоя­ми. Раствор соляной кислоты (15-20%) появляется добавлением в воду технической соляной кислоты (дымящейся). Категорически воспрещается вливать во­ду в кислоту, потому что это вызывает бурную реакцию, сопровождаемую выплескиванием кислоты и возмож­ными травмами работающих. Вливать соляную кислоту в воду необходимо маленькими порциями. С соляной кисло­той следует обращаться очень осторожно, потому что, по­падая на тело, она вызывает ожоги, разрушает ткань одежки, а ее пары оказывают вредное воздействие на органы дыхания.

Раствор хлористого цинка — называемый травленой соляной кислотой, используется при пайке мягенькими припоями стали, меди и медных сплавов. Для пайки алюминия хлористый цинк непригоден. Концентрация аква раствора хлористого цинка, используемого в ка­честве флюса, колеблется в границах от 20 до 50% (0.33-0.45 кг твердого хлористого цинка на 1 л во­ды). Раствор хлористого цинка приготавливают также конкретным растворением цинка в соляной кис­лоте (0,3-5,5 кг цинка на 1 л соляной кислоты). В за­груженный в сосуд цинк добавляют соляную кислоту до того времени, пока не закончится выделение пузырьков водорода и на деньке сосуда осядет цинк.

Хлористый цинк-аммоний — применяется при пайке мягенькими припоями и представляет собой смесь 16 час­тей раствора хлористого цинка с 11 частями нашатыря. Добавление в хлористый цинк аммония увеличивает ак­тивность флюса и понижает температуру его плавления.

Канифоль — применяется при пайке мягенькими припоя­ми меди, медных сплавов (проводников, деталей элек­тро- и радиоаппаратуры). также алюминия. Канифоль применяется в виде порошка либо раствора в спирте.

Нашатырь — применяется для чистки рабочей поверх­ности паяльничка. Как флюс он не может быть исполь­зован, потому что испаряется без расплавления при тем­пературе 160-180°С.

Паяльный жир —используется при пайке мягенькими при­поями медных жил проводов и кабелей, при пайке свинцовых муфт к свинцовой оболочке кабелей, для пайки проводников заземления к броне и свинцовой оболочке кабелей. Паяльный жир состоит из: канифоли 19-15 весовых частей, животного жира либо стеарина 5-6 весовых частей, нашатыря 2 весовых части, хло­ристого цинка 1 весовая часть, воды 1 весовая часть. Для этих же целей применяется флюс, состоящий из канифоли 30 частей, стеарина 30 частей, хлористого цинка 25 частей, хлористого аммония 5 частей, воды 10 частей. При отсутствии паяльного жира в качестве флюса для пайки медных жил кабелей и свинцовых муфт применяется канифоль либо стеарин.

Флюс для пайки дюралевых жил проводов и кабелей — представляет собой раствор из 20 весовых час­тей канифоли и 100 весовых частей денатурированного спирта.

Бура, либо борнокислый натр — применяется для пайки жесткими припоями стали, меди, бронзы, латуни, пла­стинок жестких сплавов. Для усиления деяния буры к ней добавляют борную кислоту и поташ. Во избежа­ние вспучивания буры при пайке ее нужно зара­нее прокалить и растолочь в маленький порошок. Во время пайки бура может образовать при остывании твердую непрозрачную корку, которая не растворяется в воде и тяжело удаляется напильником- это является ее не­достатком. Заместо незапятанной буры нередко используют наименее дорогостоящую смесь, которая состоит из 8 частей бу­ры, 3 частей поваренной соли, 3 частей поташа. Бура применяется в виде порошка либо пасты, замешанной на воде либо спирте.

Борная кислота — применяется при пайке нержавею­щих сталей и жаропрочных сплавов.

Флюсы, используемые при пайке алюминия и его сплавов, должны обеспечивать разрушение крепкой окисной пленки с поверхности спаиваемых деталей. В ка­честве флюсов для этой цели используются консистенции хлори­стых солей, в которые добавляют фтористые соли ка­лия, натрия, лития и др. Зависимо от хим состава флюс имеет разную температуру плавления и может применяться при различных припоях.

Флюс марки Ф 380Л (34А) – более всераспространен при пайке жесткими при­поями (на базе алюминия) , состоящий из: хлористого калия 47%, хлористо­го лития 38%, фтористого натрия 5%, хлористого цин­ка 10%. Температура плавления этого флюса 380С. Для пайки алюминия мягенькими припоями может приме­няться флюс, состоящий из: хлористого цинка 90%, хлористого аммония 8%, фтористого калия 1,2%, фто­ристого лития 0.6%, фтористого натрия 0,2%. Темпера­тура плавления этого флюса 220°С. При пайке алюми­ния мягими припоями также используют фтористые флюсы на базе триэтаноламина с температурой пла­вления 180-250⁰С.

При подборе флюсов следует подразумевать, чтоб флюсы обеспечивали хим чистку поверхностей спаиваемых деталей во время их нагревания, также не допускали их окисления во время пайки; улучшали смачивание и растекание припоя в месте пайки; темпе­ратура плавления флюса должна быть ниже темпера­туры плавления припоя на 30-40°С; чтоб флюс имел малый удельный вес и в процессе паяния всплывал на поверхность, не растворялся в спаиваемых металлах и не оказывал на их вредного хим воздействия. По окончании пайки остатки флюса должны просто уда­ляться.

Г. И. Гуревич “Как паять” Библиотека электромонтера.