Тел. (812) 252-62-91
Каталог товаров
главная /Справочные материалы

Пайка. От теории к практике.

Пайка - это соединение металлов расплавленным металлом - припоем. При остывании образуется металлическая перемычка называемая пайкой. Припой должен иметь температуру плавления меньшую чем паяемые (соединяемые) металлы. В качестве припоя могут использоваться практически любые металлы и сплавы. Наибольшее распространение получили сплавы ПОС (оловянно свинцовые). Подробнее об этом можно прочесть в статье припоистатья припоистатья припои. Самый часто встречающийся пос-61.

В отличии от сварки, где нагрев и расплавление осуществляется посредством электродугового разряда, в пайке используют нагрев паяльником, феном, газом, инфракрасными излучатели. Не так давно верхом совершенства считалась пайка волной. Для ручной пайки лучше всего подходит паяльник.

Паяльник + припой вот и всё что нужно - скажите Вы. И совершите распространённую ошибку. Для пайки нужен ещё флюс. Флюс может быть твёрдым, жидким, в виде пасты, и даже газообразным. Самый распространенный флюс это канифоль и её растворы. Иногда флюс содержится в виде каналов в припое. Такие припои называют припоем с флюсом или припоем с канифолью.

Для чего нужен припой я уже писал выше, а вот для чего нужен флюс? Есть мнение что флюсы удаляют окислы и покрывая металлы не дают окислам вновь образовываться. Справедливо? Да! Но и это одновременно является вторым распространенным заблуждением о пайке. Это всё равно что сказать, что солнце сильно светит потому что яркое. Достаточно провести простой эксперимент отчистить механически медь от окисла и попробовать спаять её без флюса... И ничего не выйдет! В лучшем случае пос-61 прилипнет. Скептик скажет: ага, поверхность на открытом воздухе просто закисла. Я не считаю, что небольшое количество оксидов, которое действительно могло образоваться на воздухе как то могло повлиять на пайку. Хорошо! Спорить не будем. Подойдём более радикально - возьмём лужёную жесть. К примеру банка сгущённого молока - это железо покрытое оловом, да ещё очень чистым пищевым. Пробу на пайку и этот материал не проходит. Сплав отваливаются. И вот тут приходит понимание почему появилась теория флюсования, которая объясняет все нюансы. Эта теория рассматривает пайку как электрохимический процесс протекающий в горячем флюсе. Флюс просто высаживает на поверхность пайки атомы припоя. Это сильное упрощение но суть отражает. А чтобы вступать в реакцию с припоем флюс должен иметь кислотные свойства при температуре пайке. По существу он должен быть какой-нибудь кислотой. А как же канифоль или не кислотные флюсы? А всё просто - кислотные свойства важны только вовремя пайки. Канифоль это смоляные кислоты, абсолютно нейтральные при комнатной температуре. А вот при нагревании кислоты начинают свою полезную для пайки жизнь. Доказать кислотность канифоли очень легко - если на медную поверхность положить кусочек канифоли, а медь подвергнуть продолжительному нагреву, к примеру на лампочке, то медь покроется зеленью. Это верный признак образования медных солей в кислой среде. Точно так же обстоит дело и с "нейтральными" флюсами. Многие из них меняют свою химию во время нагрева создавая кислую реакцию. Отсюда вывод - не кислотных флюсов не бывает. Бывают флюсы с некислотным составом или свойствами при комнатной температуре.

Так что же делает флюс?

Флюс изменяет поверхностное натяжение расплавленного припоя а так же увеличивает смачиваемость поверхности. Та частица сплава ПОС которая без флюса собиралась в виде шарика, начинает растекаться и смачивать поверхность. Если он не хотел заливать прогретые отверстия, с флюсом он туда сам убегает. Без флюса, на мешуре из тонких медных проводков (например экран антенного кабеля) сплав висел бы комком с наружи, а с флюсом моментально уходит внутрь проливая каждый проводок. Флюсование поверхности превращается в важнейшую задачу. По формуле там где есть флюс - есть пайка. Как выбрать флюс рассказывает отдельная статья "Как выбрать флюс для пайки"как выбрать флюс для пайки?выбираем флюсы для пайки.

Есть ещё одно условие - температура пайки. Ведь если припой не расплавился, то и пайки не будет. Бытует мнение что действительно надо просто расплавить ПОС-61 поднести эту каплю к поверхности пайки, и если она была обработана флюсом то он сам всё сделает. Это ещё одно заблуждение. Не достаточно иметь паяльник нагретый до температуры плавления припоя. Температура должна быть выше, что бы у жала паяльника хватило тепла нагреть поверхность пайки до температуры выше температуры плавления сплава ПОС. Тогда он сможет вытечь на эту поверхность. В противном случае просто прилипнет. А так как кончик жала при соприкосновении с холодной поверхностью стремительно остывает, то и температура его может упасть ниже требуемой а сплав просто примерзнет к поверхности. Значит паяльник должен иметь запас по мощности, что бы в момент передачи тепла припою и деталям температура на них была выше температуры плавления припоя.

Что делать когда паяльник не может расплавить слишком толстый припой или не может прогреть поверхность пайки?

  1. Укоротить жало. Можно вставить жало паяльника глубже, если это позволяет сделать конструкция паяльника. На тех паяльниках где это не возможно надо сменить на более короткое или укоротить имеющееся жало. Жало это канал передачи тепла от нагревателя к пайке. Короче канал - больше тепла приходит к пайке а не уходит на обогрев помещения.

  2. Сменить жало на медное. Многие паяльники продаются с красивыми никелированными жалами, которые на поверку оказываются латунью. Такие надо обязательно заменить, так как латунь плохо проводит тепло и вы получаете сразу две проблемы: недостаток мощности для пайки и из-за плохого отвода тепла от нагревателя, его перегрев и малый срок службы паяльника.

  3. Отчистить кончик жала паяльника от нагара. Даже когда кончик кажется залуженным (покрытым ровным слоем припоя) под ним может скрываться нагар, который крайне плохо проводит тепло. В этом случае необходимо его полностью зачистить до чистой меди напильником. В случае с жалом с тонким иридиевым покрытием зачистка напильником не допустима - после этого не смотря на высокую цену его придется выкинуть. Для таких жал обычно используют различные губки и мокрые тряпочки.

  4. Использовать более активный флюс. Более активные флюсы имеют лучшие смачивающие характеристики. И то что не паяется канифолью спаяется жидкой канифолью, то что не спаяется жидкой канифолью спаяется ЛТИ-120 и т.д.

  5. 5. Если вышеперечисленное не помогает - значит надо сменить паяльник на более мощный. Стоит отметить, что отечественные паяльники будут менее мощными чем китайские. К примеру 40 Ват российским (особенно советским) паяльником можно будет прогреть то же что и 25 Ват -ым китайским. Но возможны варианты....

  6. 6. Можно использовать дополнительный нагреватель. Иногда приходится паять массивную деталь и паяльник просто не может с этим справиться. Обычная свечка может дать 60-100 Ват дополнительной энергии. Не забывайте, что дополнительный нагреватель потому и дополнительный, что ему не надо нагревать до температуры плавления припоя, достаточно просто увеличить температуру детали а паяльник в нужном месте доведёт до температуры плавления припоя и совершит пайку. В качестве дополнительных нагревателей могут использоваться различные нагревательные приборы: электро и газовая плита, строительный фен и даже лампочка накаливания.

Перегрев

При повышении температуры припой начинает покрываться пупырышками и вместо растекания по пайке начинает мазаться. Этот процесс связан с нарушением сплава олова и свинца. Однако в ванночках для залуживания такое не наблюдается. Значит можно сделать вывод, что температура не единственный фактор. Скорее всего виноваты какие то примеси попадающие в припой при более высоких температурах. Если такое произошло надо удалить весь испорченный припой с паяльника и с места пайки. Необходимо заново залудить паяльник и произвести пайку. Перегрев же деталей предотвращается уменьшением времени их нагрева.

Итак пайка с практической точки зрения это:

  • флюс;

  • паяльник;

  • припой;

Пайка с канифолью.

Работать с канифолью не много сложнее чем с жидкими флюсами. Кончиком жала паяльника тыкаются в канифоль а за тем берётся не много сплава ПОС. Если канифоль ещё не испарилась то кончиком жала прогревают рабочую зону. Если испарилась, то снова тыкаем в канифоль и быстро на место пайки. При этом видим по мере её нагрева перетекание канифоли а в след за ней и ПОС.

Совет:

Что бы упростить пайку с канифолью помогает метод припойных шариков в канифоли. Делаются они так: Паяльник окунают в канифоль а за тем берут ПОС-61 как можно больше. Столько сколько удержится на кончике. Встряхнув над газеткой паяльником сплав упадёт дождём шариков. Эти шарики высыпают в баночку с канифолью. Если некоторые шарики слишком крупны то сними можно проделать эту операцию ещё раз. Теперь опуская паяльник в канифоль вы сразу же можете прихватить один, два , три или столько надо ПОС и одновременно на жале будет канифоль.

Пайка жидкими флюсами

После того как Вы разобрались с выбором флюса для паяемых материалов (статья флюсы) можно приступить к пайке. Жидкие флюсы предлагают большой выбор способов нанесения. Это и через тонкий дозатор от одной капли, а если надо ещё меньше на него одевается обычная иголка от шприца и капля становится еле видимой. Возможно нанесения флюсов кисточкой, а иногда флюсом покрывается вся плата целиком. Случается флюс распыляется или изделие окунается в него.

Порядок выполнения пайки жидкими флюсами:

  • Нанести флюс на место пайки.

  • Взять кончиком жала припой и прислонив его к месту пайки прогреть его.

  • Удалить остатки флюса (если это не обходимо).

Совет:

Доверяйте своим глазам и ушам. Кипящий флюс шипит. Шипение исчезло значит греть дальше не имеет смысла - флюс испарился.

Нагрев можно закончить когда припой с кончика паяльника перетёк и залудил паяемые поверхности. Отсчитывание времени не правильно и даже вредно так как время пайки зависит от мощности паяльника, массивности паяемой детали и активности флюса.

Некоторые флюсы можно не удалять. Но если Вы захотите покрыть изделие лаком то флюс надо удалить. Обязательному удалению подвергаются все кислотные флюсы.

Пайка припоем с флюсом

При пайке припоя с флюсом провод сплава держат как можно ближе к пайке. Жалом расплавляется небольшое количество ПОС-61 и сразу прогревается нужное место. Главная задача как можно быстрее донести дымящийся и испаряющийся флюс к месту пайки, так как когда флюс испарится припой превратится в обычный и паять уже не будет.

Удаление припоя

Иногда на деталях оказывается избыточное количество припоя. Что бы его удалить необходимо создать ситуацию, в которой на жале паяльника будут благоприятные условия для него а на месте от куда удаляется припой нет. На жало паяльника берут большое количество флюса (обычно канифоли) и стряхивают весь припой. Всё лишнее улетает, жало остаётся тонко залуженным. Далее ещё раз берётся флюс и прислоняется к месту от куда надо удалить сплав ПОС. При этом надо стараться не прогреть место пайки а только избыточный сплав. Он перетечёт на флюсованную, нагретую поверхность жала паяльника. Снова стряхиваем, и снова флюс, и снова паяльником берём с детали порцию сплава. И так далее до получения требуемой чистоты поверхности. Если дырки не открываются то в расплавленный припой вставляют деревянную зубочистку. Иногда встряхивают саму деталь излишки сплав вылетают. Этот приём очень не сложен и делается он намного быстрее чем Вы про него читали. Но существует более простой метод -припоеотсос. В этом случае место пайки флюсуется, прогревается, прислоняется отсос, нажимается на кнопочку и весь припой улетает в него.

Залуживание

Чтобы пайка прошла легко детали покрывают тонким слоем олова. Это делается разными способами. Радиомонтажники это делают с помощью операции называемой залуживанием. В принципе залуживание не отличается от пайки, но детали подвергаются пайке по отдельности и по этому могут использовать необходимую именно этой детали температуру, время нагрева и флюс. Типичным примером является залуживание окисленных ножек старых радиодеталей или проводов. Для этого нужна фанерка флюс и паяльник. Ножка элемента кладется на фанерку. Паяльник с частичкой ПОС-61 прижимает всей площадью ножку к фанерке. Ножку протаскивают между паяльником и фанеркой. С одной стороны под жала паяльника уходит окисленная ножка детали, с другой стороны показывается блестящая залуженная. Упрощает процесс лудилка - ванночка с расплавленным припоем. В этом случае ножки или провода окунаются сначала во флюс а потом медленно погружаются и вытаскиваются из ванночки со сплавом ПОС. При этом можно залудить сразу все ножки детали одновременно. Печатные платы иногда не имеют покрытия и медь на них может окисляться и соответственно препятствовать пайке. Такие платы тоже залуживают. Сначала покрывают кисточкой всё флюсом (обычно "Жидкой канифолью", "ЛТИ-120"). А дальше проводят паяльником по каждой дорожке. Необходимо выбрать оптимальную скорость перемещения и не останавливаться на долго на одном месте - дорожка может перегреться и отвалиться. Средняя скорость перемещения 3 секунды на 10 см.

Просто советы:

Пайка отверстий.

Чтобы в отверстие или трубочку залился припой добейтесь чтобы туда провалилась капля флюса, тогда отверстие, как пылесос, само всосёт в себя (после нагрева) столько сколько может в него поместиться. Правило про пайку трубочек: заливая флюс внутрь Вы получите пайку внутри, нанося флюс снаружи Вы получите пайку с наружи.

Точный размер пайки.

Если Вы хотите точно контролировать растекания припоя на месте пайки можно использовать размоченную во флюсе деревянную палочку (спичку, зубочистку или другое). Далее палочку слегка отжимают удаляя избытки флюса и влажной без капель палочкой натирают место действия. Флюса на поверхности даже видно не будет, сама поверхность будет слегка влажной. Теперь если произвести пайку то ПОС-61 ляжет только на поверхность где Вы проводили влажной палочкой. Это происходит из-за того что такое количество флюса не кипит и не разбрызгивается по сторонам флюсую окружающую поверхность.

Распределения тепла паяльника.

При работе с одинаковыми по теплоёмкости деталями жало прислоняют так, чтобы оно как можно равномерней дало тепло обоим поверхностям. Если одна деталь массивнее другой, то и залуженноё пятно жала паяльника ориентируют больше в сторону массивной детали. Если одна из них гораздо массивнее второй, то греть надо сначала массивную и лишь когда сплав ПОС начнёт вытекать на неё, можно заняться точкой соединения двух деталей, прогревая паяльником обе. Так делается потому, что массивные элементы греются дольше и если вместе с ними греть легкие то они перегреются.

Механическая надёжность.

Не используйте пайку как элемент крепления. Сначала механически закрепите деталь а затем припаивайте. Провода для этого скручиваются. Ножки радиоэлементов загибаются на плате. А тяжёлые детали прикручиваются к ней.

Ожогам нет!

Если Вам на кожу капнула капля припоя сразу смахните её и приложитесь к холодному. Если быстро отреагировать, то ожога не будет. Мой любимый фокус - медное жало 4 мм, вынутое из горячего паяльника (градусов 400 С) катается между ладошками. Делается это быстро, быстро - как будто огонь трением добываете. Секунд через 20 жало чуть тёпленькое. На руках при этом ни каких ожогов. Так что если вы сразу быстро потрёте место попадания горячей металла это избавит Вас от тяжёлых последствий.

ТСВ