Типы припоев

Категория:
Пайка


Типы припоев

Оловянносвинцовые припои

Припои системы олово — свинец составляют наибольшую часть из всех применяемых мягких припоев. Они применяются для соединения большинства металлов.

При пайке этими припоями оптимальная величина зазора составляет от 0,08 до 0,13 мм, в отдельных случаях возможны отклонения. При зазорах более 0,25 мм капиллярные силы как фактор, обеспечивающий заполнение зазоров припоем, не проявляются. При применении оловянносвинцовых припоев можно использовать все способы очистки поверхности деталей и все методы пайки, а также флюсы всех типов. Выбор флюса определяется свойствами паяемых металлов. Оловянносвинцовые припои обладают хорошей коррозионной стойкостью в большинстве сред.

Припой 5А имеет относительно высокую температуру плавления и малый интервал кристаллизации. Но его характеристики смачиваемости и растекаемости хуже, чем у припоев с более высоким содержанием олова, что требует весьма тщательной подготовки поверхности деталей под пайку. Этот припой с высоким содержанием свинца обладает лучшими прочностными свойствами при 150 °С по сравнению с высокооловянистыми припоями. Однако относительно высокая температура пайки ограничивает возможность применения флюсов на органической основе, таких как канифоль, или флюсов промежуточного типа. Припой 5А может успешно применяться при пайке газовой горелкой, погружением, индукционным нагревом и в печах. Он применяется для запаивания предварительно облуженных контейнеров, для облужи-вания и для пайки деталей, работающих при умеренно высоких температурах.

Припои 10А, 15А, 20А имеют более низкие температуры ликвидуса и солидуса, но более широкий интервал кристаллизации по сравнению с припоем 5А. Характеристики смачиваемости и расте-каемости этих припоев также лучше, чем у припоя 5А. Во время затвердевания этих припоев недопустимо относительное смещение паяемых деталей во избежание появления горячих трещин. При пайке можно применять флюсы всех типов и все способы нагрева. Эти припои используются при пайке автомобильных радиаторов, для заполнения зазоров и вмятин в автомобильных кузовах, а также для покрытия и соединения металлов в случаях достаточно низкой рабочей температуры узлов.

Припои 25А и ЗОА имеют еще более низкую температуру лик видуса, чем все припои, упомянутые выше, но ту же температуру солидуса, что и припой 20А. Поэтому интервал кристаллизации у этих припоев уже. При использовании этих припоев можно применять любые обычные способы подготовки поверхности деталей, флюсы и способы их нанесения и все методы пайки. Они широко применяются при пайке газовыми горелками и механизированными способами. К этому типу припоев относятся многие припои, применяемые при пайке автомобильных кузовов.

Припои 35А, 40А, 45А и 50А имеют довольно низкую темпера-гуру плавления и поэтому с ними легко работать. Их температура солидуса такая же, как у припоев 20А—ЗОА, и они имеют сравнительно узкий интервал кристаллизации. Припои этой группы обладают наилучшим сочетанием смачиваемости, прочности, недороги и поэтому широко применяются. Эти припои универсальны п используются также для пайки натиранием и для пайки заливкой. В частности, эти припои широко применяются для пайки автомобильных радиаторов, электрических контактов, стыков кровельных листов, отопительных батарей. Сплав, содержащий 40% олова и 60% свинца, стал самым распространенным припоем общего назначения и особенно широко применяется при пайке листовых металлов. В радио- и телевизионной промышленности он применяется в виде трубчатого припоя, заполненного канифолью.

Припой 60А обычно применяют в тех случаях, где следует соблюдать жесткие температурные режимы, как, например, при пайке точных и чувствительных приборов. По химическому составу этот припой очень близок к эвтектическому и поэтому имеет очень узкий интервал кристаллизации. При применении этого припоя можно пользоваться всеми флюсами и всеми способами подготовки поверхности, нанесения флюсов и нагрева.

Припой 70А имеет специальное назначение и применяется там, где необходимо высокое содержание олова. Он предназначен для пайки цинка, а также для облуживания металлов. При использовании этого припоя применимы все технологические приемы пайки.

Влияние примесей на свойства оловянносвинцовых припоев

Загрязнения примесями оловянно-свинцовых припоев могут быть не только результатом неправильных рафинирования и выплавки, но и результатом ошибок при нормальном ведении пайки. Рафинирование металлов требует специального оборудования и тщательного металлургического контроля, и поэтому очистка припоев от вредных примесей самим заводом-потребителем обычно не рекомендуется.

Цинк и алюминий. Эти два металла даже в очень незначительных количествах сильно ухудшают свойства припоев. Уже 0,005% любого из них могут ухудшить взаимодействие припоя с основным металлом, снизить растекаемость и вызвать склонность к образованию трещин при затвердевании. Поэтому стандарт ASTM и государственные стандарты США допускают содержание алюминия или цинка в припое не выше 0,005%.

Железо. Стандарт ASTM и государственные стандарты США ограничивают содержание железа в припое до 0,02%. Наличие соединений железа с оловом делает оловянносвинцовые припои твердыми, а при расплавлении — зернистыми, хотя при содержании железа до 0,1% отрицательное влияние обычно не проявляется.

Медь. В английских и американских стандартах имеется существенное расхождение относительно содержания меди в оловянносвинцовых припоях. Английский стандарт допускает максимальное содержание меди в припое не более 0,5%, в то время как по обоим американским стандартам содержание меди не должно превышать 0,08%. При содержании меди свыше 1,0% припой при расплавлении становится зернистым.

Сурьма. Присутствие сурьмы в оловянносвинцовых припоях может играть двоякую роль. В зависимости от назначения припоя сурьма может рассматриваться либо как вредная примесь, либо как заменитель некоторого количества олова. Если количество сурьмы не превышает 6% содержания олова в припое, то все количество сурьмы находится в состоянии твердого раствора сурьма—олово.

Если количество сурьмы в припое превышает указанное, то соединения олова с сурьмой, имеющие высокую температуру плавления, выкристаллизовываются, делая припой зернистым, хрупким и густотекучим. Стандарт США QQ-S-571c допускает максимальное содержание сурьмы до 0,5% в припоях Sn70, Sn60, Sn50, Sn40 и Sn5 и 0,25% для Sn63. Однако в припоях Sn35, Sn30 и Sn20 максимально допустимое количество сурьмы составляет приблизительно 6% от содержания олова. Стандарт В32—58 класс А определяет максимальное содержание сурьмы в 0,12% для припоев, содержащих более 35% олова, а класс В допускает содержание сурьмы 0,5%. Класс С, охватывающий припои с содержанием олова от 20 до 40%, определяет, что содержание сурьмы не должно превышать 6% от количества олова.

Допустимые пределы загрязнения ванны при пайке погружением. При пайке погружением ванна с течением времени загрязняется, и поэтому приходится значительно повышать ее температуру для сохранения жидкотекучести припоя. Чрезмерная загрязненность проявляется в том, что паяные соединения получаются грубыми и шероховатыми. Увеличение температуры ванны действует лишь временно, так как одновременно ускоряется загрязнение ванны.

Стандарты ASTM и государственные стандарты США, устанавливающие допустимое содержание загрязнений для различных марок припоев, предназначаются только как руководящие материалы при покупке припоев. Использование этих стандартов для определения предельной степени загрязненности может привести к ошибочной выбраковке припоя, который в действительности еще вполне пригоден для пайки. Так, например, по стандарту США содержание железа в припоях допускается не более 0,02%, однако шероховатость паяного соединения обычно не наблюдается при содержании железа до 0,1%.

Железо и медь можно частично удалить из загрязненного припоя, используя низкую растворимость сплавов медь—олово и желез о—олово при температурах ликвидуса припоя. Для этой цели температуру ванны снижают почти до температуры ликвидуса незагрязненного припоя. Выделившиеся при этой температуре кристаллы соединений медь—олово и железо—олово можно удалить, пользуясь ковшом с отверстиями, который удерживает имеющиеся загрязнения (шлак), но пропускает расплавленный припой.

Оловянносвинцовосурьмяные припои

Сурьма может присутствовать в припое как примесь или как специальная добавка. Сплавы, содержащие до 0,5% сурьмы в виде примеси, обычно обозначаются как припои класса В, например, 20В, ЗОВ, 40В и так далее. Эти припои применимы за исключением особых случаев для тех же целей, что и соответствующие припои класса А. Сурьма может также добавляться в припой специально, как заменитель некоторого количества олова. Добавки сурьмы до 6% от содержания олова улучшают механические свойства припоев, но при этом несколько ухудшают их технологические характеристики.

Зазоры в соединениях при пайке оловянносвинцовосурьмяными припоями должны быть порядка 0,07—0,12 мм, хотя явление капиллярности практически имеет место при зазорах до 0,25 мм. При пайке этими припоями можно применять все стандартные способы подготовки поверхностей, любые стандартные флюсы и способы нагрева. Но эти припои не рекомендуется применять для пайки алюминия, цинка и металлов, покрытых цинком, например оцинкованного железа, так как сурьма дает с цинком интерметал-лидные соединения, вызывающие хрупкость припоя.

Припои класса С (от 20С до 40С) имеют примерно такие же температуры плавления, как и аналогичные припои класса А, содержащие олова на 5% больше. Пределы прочности и ползучести и твердость соединений, паянных этими припоями, выше, чем при использовании припоев, не содержащих сурьмы, но при этом расте.каемость и капиллярность припоя становятся хуже. Область применения этих припоев ограничивается пайкой металлов и покрытий, не содержащих цинка.

Оловянносурьмяный припой

Оловянносвинцовые припои непригодны для использования в соединениях длительно работающих под действием нагрузок при температурах свыше 150°. Для указанных соединений следует применять оловянносурьмяный припой, обладающий высокими технологическими и прочностными характеристиками. Он имеет более высокую электропроводность по сравнению с оло-вянносвинцовыми припоями и также рекомендуется в случаях, когда недопустимо в соединении присутствие свинца, например для пайки пищевого оборудования.

Оловянносеребряные припои

Оловянносеребряные припои применяются главным образом при изготовлении точных приборов, так как высокая стоимость не позволяет использовать эти припои для обычных целей. Этими припоями легко паять, пользуясь канифолью.

Оловянноцинковые припои

Электрохимическая коррозия паяных алюминиевых соединений снижается, если металлы, входящие в соединение, будут близки друг к другу по электрохимическому потенциалу. Поэтому для пайки алюминия рекомендуется применять оловянноцинковые припои с содержанием олова 70—80%- Эти припои имеют температуру ликвидуса между 260—310° С. В последние годы принято добавлять в припой 1—2% алюминия или же увеличивать содержание цинка до 40%. Эти припои имеют лучшую коррозионную стойкость, но их более высокая температура ликвидуса несколько затрудняет пайку.

Свинцовосеребряные припои

Однако растекаемость этих сплавов очень низкая. При хранении свинцовосеребряных припоев во влажной атмосфере они корродируют и становятся непригодными. Добавка 1% олова в эти припои улучшает их свойства смачиваемости и растекаемости, а также понижает их склонность к коррозии во влажной атмосфере. При добавлении олова в свинцовосеребряные припои, содержащие более 1,75% серебра, выделяются кристаллы интерметаллидных соединений олова с серебром. Поэтому олово добавляется в припои, содержащие не более 1,5% серебра.

При температурах до 175° С эти припои обладают хорошими механическими свойствами при испытании на разрыв, на срез и ползучесть. Их усталостные характеристики значительно выше, чем у припоев, не содержащих серебра. Свинцовосеребряные припои требуют более высоких температур пайки и специальных методов введения флюсов. Для получения хороших результатов при пайке непокрытых металлов рекомендуется применять флюсы па основе хлористого цинка. Канифольные флюсы при повышенной температуре пайки разлагаются и могут применяться лишь при очень коротком времени пайки.

Кадмиевосеребряный припой

Характеристики плавления припоя, содержащего 95% кадмия и 5% серебра. Этот припой применяется тогда, когда высокая рабочая температура соединений не допускает использования других припоев.

При пайке этим припоем стыковых соединений из меди можно получить предел прочности при комнатной температуре, равный 17,0 кГ/мм2. При 218° С можно получить предел прочности, равный 1,8 кГ/мм2.

Кадмиевосеребряный припой можно применять при пайке алюминия с алюминием или с другими металлами. Однако, как известно, при пайке алюминия с другими металлами необходимо учитывать возможность электрохимической коррозии. При неправильном обращении кадмиевосеребряный припой может быть опасен для здоровья.

Кадмиевоцинковые припои

Эти припои при применении соответствующего флюса дают соединения со средней прочностью и коррозионной стойкостью. Припой, содержащий 40% кадмия и 60% цинка, нашел широкое применение при пайке алюминиевых цоколей электроламп. При неправильном обращении эти припои также могут быть вредными для здоровья.

Цинковоалюминиевый припой

Высокая температура солидуса этого припоя ограничивает его применение работами, при которых допустима температура пайки выше 370 °С. По этой же причине с этим припоем применяется только реакционный флюс.

Легкоплавкие припои

Припои, содержащие висмут (так называемые легкоплавкие сплавы), применяются там, где требуется, чтобы температура пайки была меньше 183 °С, т. е. там, где оловянносвинцовые припои неприменимы.

Припои с низкой температурой плавления применяются в следующих случаях:
1) при пайке термообработанных поверхностей, если повышения температура может вызвать разупрочнение детали;
2) при пайке соединений с близко расположенными деталями из материалов, чувствительных к температуре;
3) при последовательной (ступенчатой) пайке, чтобы не рас-! плавить выполненное ранее соединение;
4) при пайке ограничительных устройств, в которых требуется разрушение паяного соединения при сравнительно низкой температуре.

Многие из этих припоев, особенно с большим содержанием висмута, непригодны для быстрой пайки. Для того чтобы получить удовлетворительные соединения при пайке непокрытых металлов, например меди или стали, нужно обращать особое внимание на чистоту поверхности металла и применять активные флюсы. При применении некоррозионных флюсов для пайки непокрытых деталей получение хорошего соединения маловероятно. Некоррозионные флюсы можно применять для пайки поверхностей, предварительно покрытых оловом, серебром или кадмием. Соединения, полученные с помощью этих припоев, очень чувствительны к длительным нагружениям, особенно при температурах выше комнатной (см. гл. 4 «Конструирование паяных соединений»).

Припои, содержащие индий

Свойства припоев, содержащих индий, делают их ценными для некоторых специальных работ. Возможность применения этих припоев для конкретных соединений должна определяться с изготовителем припоя. Стандартный припой, содержащий 97,5% свинца и 2,5% серебра, не смачивает удовлетворительно большинство металлов. Добавление к этому припою 1н-2% индия улучшает его свойства смачиваемости. В результате получается припой с высокой температурой плавления, пригодный для пайки деталей без предварительного покрытия. Свинцовосеребряноиндиевые припои рекомендуются для соединений, подверженных действию щелочей.

Оловянносвинцовые припои с содержанием индия свыше 25% также обладают хорошей коррозионной стойкостью в щелочных растворах. Однако их температура солидуса ниже, а интервал кристаллизации шире, чем у свинцовосеребряноиндиевого сплава. Сплав с содержанием 50% индия и 50% олова хорошо сцепляется со стеклом и может применяться для пайки стекла с металлом и стекла со стеклом. Низкое давление паров этого сплава позволяет применять его для герметизации вакуумных систем.

Индиевые припои обычно не требуют особых технологических приемов. Индиевые припои с низкой температурой плавления, содержащие висмут, требуют применения кислотных флюсов или предварительного покрытия деталей. Для индиевых припоев пригодны все способы нагрева, флюсы и технологические процессы, которые применяются при пайке обычными оловянносвинцовыми припоями.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум