Все о пайке

Знать все о пайке, о том, что это такое и как паять металлы, полезно любому рачительному хозяину, тем более домашнему мастеру. Очень полезно разобраться при знакомстве с пайкой — чем она отличается от сварки. Дополнительно стоит ответить на вопросы, каким припоем спаять медные трубки, как выбрать дымоуловитель и пинцет для пайки, а также обратить внимание на ряд других частных, но оттого не менее значимых нюансов.

Если обратиться к популярным источникам и словарям, то они укажут, что пайка — это вид рабочей процедуры, призванный получить неразъемное соединение металлических или других частей путем создания между ними разогретого участка. В большинстве случаев припой вводится искусственно. Для производства такой манипуляции нужен специальный паяльный аппарат, в обиходе получивший как раз название паяльника. Крепость соединения в механическом плане определяется тем, насколько хорошо припой смачивает обрабатываемые детали.

В отношении пайки и лужения до сих пор действует ГОСТ 17325, утвержденный в далеком 1979 году. Но он продолжает сохранять свою актуальность в такой достаточно консервативной сфере. Стандарт упоминает, что пайка делится на три этапа: введение припоя, смачивание им поверхностей и последующую кристаллизацию расплава.

При обоих методах получения соединений характерно повышение температуры в обрабатываемой области. Но сварка отличается от пайки тем, что она не требует во всех случаях добавлять специальное вещество — наоборот, соединение вполне успешно формируется из расплава самих обрабатываемых частей. Сварочные работы более эффективны и производительны, позволяют соединять более крупные заготовки и их части. Проблема, однако, в дороговизне сварочных манипуляций, большей сложности используемого при них оборудования.

Паяные соединения получаются в любом случае менее прочными, чем сварные стыки. Окончательное решение всегда принимают опытные технологи и инженеры. В ряде индустриальных отраслей и при определенных видах ремонта целесообразно сочетать паяльные и сварочные работы.

Селективная пайка позволяет формировать надежные стыки на выводах штыревых компонентов радиоэлектроники. Данная технология отличается от традиционного соединения волной припоя. Пайка производится в единичных точках обрабатываемых плат. Плотный монтаж, расположение выводов под корпусом, мелкий шаг расстановки перестают быть серьезной проблемой. Основные процессы и этапы, однако, те же самые, что и при классической методике.

Термин «криволинейная спайка» относится преимущественно к соединению подвесных потолков. При строгом соблюдении технологии удается добиться практически невидимого шва.

Криволинейное соединение, однако, создать весьма трудно, и работа очень дорога.

Подобный вариант работы стал очень популярным во второй половине ХХ века. Его распространение связано с появлением радиоэлектронной промышленности и особенно компьютеростроения. Только манипуляции при сравнительно низкой температуре позволяют обеспечить сохранность тонких электронных плат и отдельных микросхем. Но не стоит полагать, что мягкая пайка возможна только на хорошо оборудованных производствах со сложной аппаратурой. Существуют отдельные варианты, доступные практически любому радиолюбителю.

Роль припоя — не главная, а всего лишь упрочнение создаваемых соединений. Мягкие припои допускается применять и в токоведущих стыках. Паять такими составами можно самые разные металлы, но придется тщательно учитывать параметры подготовки.

Этот термин относится к соединениям, получаемым при температуре не ниже 450 градусов. Высокотемпературное паяное соединение плотнее. Но надо учитывать, что при этом получаются существенные изменения структуры материала. Много проблем возникает при высокотемпературной пайке чугуна. В отдельных случаях нагрев происходит до 1000 градусов и даже выше, но такая необходимость возникает редко.

Даже низкотемпературные паяльные работы все равно сопровождаются серьезным нагревом материала и инструмента. Потому обязательно требуется соблюдать меры предосторожности. До начала работ необходимо проверить исправность самого оборудования, проводов и их изоляции, качество освещения. Перегрев паяльника недопустим, в том числе и потому, что при этом теряется эффективность манипуляций.

Паяльник при работе кладут на специальную подставку. Если положить его на неподготовленное место, инструмент может покатиться и причинить ожог либо попасть на загорающуюся поверхность. Держатели изготавливают из металла или дерева. Их можно покупать либо изготавливать своими руками. В комнате, где работают с паяльным аппаратом, придется тщательно заботиться о проветривании.

Паяльник держат строго за ручку. В типовой инструкции по охране труда упоминают еще про:

• группу электробезопасности работников не ниже 2-й;

• использование спецодежды и спецобуви;

• применение общеобменной и местной вентиляции вытяжного типа;

• проведение испытаний и тестирований паяльника с установленной периодичностью;

• защиту кабеля паяльного аппарата от нагрева и механического воздействия;

• использование только закрытой проводки;

• использование только гладких и легко очищаемых материалов для покрытия рабочих поверхностей.

Паять приходится сборщикам, рядовым инженерам, а иногда и конструкторам. Но запастись паяльным аппаратом недостаточно — необходим еще целый ряд устройств и принадлежностей. Важную роль играет дымоуловитель (вытяжка). Это устройство очищает воздух не только от дыма, но и от других токсичных испарений. Основными компонентами техники являются мощный вентилятор и фильтр специальной конструкции.

Поглотители дыма чаще всего крепят на рабочую поверхность. Специальные пантографные компоненты придают им максимальную гибкость. Продолжая описывать перечень инструментов для пайки, обязательно следует упомянуть и специальный пинцет. Многие специалисты и любители пользуются целым комплектом пинцетов, выбирая наиболее подходящий в конкретном случае. Но наиболее практичными оказываются пинцеты с фиксацией, выручающие в самых сложных ситуациях, когда невозможно зажать инструмент пальцами плотно, или деталь уже выпала.

Непременно следует обзавестись и монтажным столом — паять на обычном столе куда труднее и опаснее. Существуют модификации такой рабочей мебели, рассчитанные на любую доступную площадь. Чаще всего основная столешница делается из листового металла, и к ней крепятся такие же боковины. Но столешница может быть сделана и из фанеры с текстолитовым покрытием. Для сложных работ чаще применяют специализированные термостолы, позволяющие паять печатные платы равномерно. По умолчанию обычно добавляются регуляторы температуры.

Пайка часто проводится с использованием газовой горелки. Обычно этот инструмент применяют для обработки алюминиевых изделий. Но точно так же его используют и при работах с медью. Разные варианты ставятся в жестко фиксированном виде. Либо же предусматривается возможность корректировать положение. Крепление баллона тоже выполняется различным образом.

Работы с электроникой существенно упрощаются при использовании держателя плат. Иногда эту систему даже называют «третьей рукой» – настолько она полезна. Чтобы можно было успешно паять самые мелкие детали, приходится использовать лупу бестеневого образца. Вместо нее часто покупают микроскопы. Но важно понимать, что недорогие микроскопы от неизвестных производителей пригодны только для самых быстрых работ. После 10 минут уже обычно начинаются неприятные ощущения в глазах.

Лучше покупать проверенные микроскопы от российских производителей. Европейские, американские, японские, фабричные китайские — тоже можно, но разница в цене очень существенна, а по характеристикам особых отличий нет.

Многие лупы для пайки выполняются в виде налобных очков. Подобный инструмент является постоянным орудием в обиходе радиомонтажников, ремонтников телефонов и других подобных специалистов. Сами паяльные работы проводятся с использованием мягких и твердых припоев, причем в каждом случае припой подбирают индивидуально. Латунная проволока на базе цинка и меди позволяет обеспечить почти то же качество соединения, что и хорошие сварочные работы — поэтому специалисты и ценят высоко состав ЛБЗ.

Перед тем как приступать к пайке и лужению, следует позаботиться о ряде предварительных моментов. Впервые запускаемый в работу паяльный аппарат неизбежно дымит — и это вполне нормально. Как только дым перестанет идти, прибор отключают от сети и после остывания затачивают жало. Для работы с массивными конструкциями жало нужно сплющить на манер отвертки или создать с одного его края плоскость.

Для мелких манипуляций край рабочего элемента стачивают на манер небольшой пирамиды. Это позволит полнее контролировать прогрев. Чуть менее острый конус позволит работать с проводниками средней величины. Если паяльный аппарат лишен защитного покрытия, требуется его лужение, что исключает коррозионные процессы и стремительный износ. Еще советы по подготовке к пайке:

• удалять с проводов изоляцию;

• снимать лаки и краски (при необходимости — кислотами или флюсами);

• добиться хорошего контакта соединяемых деталей;

• потренироваться определять степень разогрева обрабатываемого места.

Чтобы спаять металлы, требуется тщательно подбирать используемое оборудование. Жесть, проволоку, мелкие крепежные изделия получится соединить даже с приспособлением на 60 Вт. Более крупные части связывают при помощи устройства на 100 Вт. Еще более мощная и сложная техника — паяльные станции нужны только для настоящих профессионалов. В домашних условиях с паяльником простого бытового образца можно сделать очень много. Место, где будет находиться шов, следует тщательно зачистить — и неоценимую помощь в этом деле окажет шлифовальная машина.

Обрабатываемую позицию дополнительно обезжиривают. Наносят как можно равномернее паяльную кислоту. Если припой попадает на жало неровно, значит, его нужно более тщательно залудить. Жалом касаются нужного места и держат его столько, чтобы успела передаться необходимая температура. Чем толще изделие, и чем ниже его теплопроводность, тем дольше придется ждать — таковы фундаментальные основы технологии пайки, отталкивающиеся от физических законов.

Тонкие части паяют, передвигая паяльник достаточно медленно, чтобы все проходило аккуратнее. Водить жалом нужно вплоть до полного распределения припоя. Слишком много его класть не надо, это не улучшит качество работы, а только спровоцирует появление натеков. Для пайки медных трубок используют обычно газовые горелки и твердый припой. Необходимо избегать очень быстрого остужения металла, грозящего появлением трещин в шве.

Если припой слабо схватывается, налицо плохая подготовка поверхности. Работу проще остановить и заново все переделать. Паять вполне можно и сталь — для работы подойдут и паяльники, и газовые горелки. Низколегированный металл обрабатывают с помощью тугоплавких припоев. Сложнее спаивать конструкционную сталь, содержащую значительное количество хрома — придется применять химически активный кислотный флюс.

Для инструментальной стали нужен припой на базе никеля либо ферросплавов.

Свои тонкости имеет и работа с бронзами. Рекомендовано в таком случае применение оловянно-свинцовых припоев, а также цинковых флюсов. Свинцовые и оловянистые бронзы паяют припоями примерно одинакового состава. Алюминиевую бронзу предварительно обрабатывают фтороводородной либо плавиковой кислотами. Работа с золотом подразумевает применение специализированного золотого припоя. Паяльник не подойдет, как и паяльная станция — надо применять газовую горелку.

Очень большие сложности представляет пайка титана и сплавов на его базе. Перед началом работы поверхность металла травят от 5 до 10 минут. Это ослабляет вредную пленку, но все же не может устранить ее до конца. Потому сама манипуляция проходит чаще всего в вакуумных камерах или в среде аргона класса А. Рекомендуемая рабочая температура – 800-900 градусов.

Манипуляции с чугуном проходят при помощи паяльника специальной марки, мощность которого достигает иногда 1000 Вт. Упростить работу помогает контактное омеднение за счет медного купороса. Если металл содержит сложные соли, потребуются флюсы на базе хлористого цинка. Свинец паяют крайне редко, и по большому счету это уже не пайка, а именно процесс ближе к полноценной сварке. Паяльной лампой нагревают поверхность так, чтобы при касании прутком происходило лужение основы.

Для работы с мелкими деталями рекомендуется применять увеличительное стекло. Критически важен правильный выбор паяльного устройства. Обычно применяют типовые аппараты, рассчитанные на 220 В. Микросхемы обрабатывают только паяльниками мощностью не выше 24 Вт. Мелкие элементы и микропроцессоры можно паять даже с USB-паяльником.

Манипуляции со шлейфом компьютерного или телефонного дисплея нужны главным образом при его механическом разрушении. Обычно применяется флюсовый раствор на базе спирта. Припои в этом случае должны быть легкоплавкой категории. Их используют в небольшом количестве, чтобы соседние дорожки не засорялись. Мощность паяльника от 10 до 15 Вт вполне достаточна. Проблемное место фиксируют клейкой лентой.

Пайка конденсаторов производится после установки основных ножек в посадочные гнезда. Упростить работу помогает предварительное смачивание контактных площадок флюсом. Контакты паяют последовательно. Работа с резисторами идет максимально аккуратно. Ремонт светодиодов обычно производится с помощью нижнего подогрева.

Соединение скруток в электрощитках посредством пайки недопустимо — припои могут расплавиться при коротком замыкании. А вот обычные провода паять вполне можно. С тонких жил слаботочных коммуникаций снимают от 15 до 20 мм изоляции. В случае с электронными приборами хватает и 1-2 мм. Очень сильное загрязнение убирают с проводов ножами и надфилями.

После окунания разогретого жала в канифоль есть не более 5 секунд для ее переноса. Многожильные провода паяют, скручивая кольцами. Нагрев тигля и припоя правильнее всего выполнять компактной горелкой на газе. Обработка алюминиевых проводов идет с помощью флюса Ф-64. Скрутку затем отмывают слабым раствором щелочи.

Ответственный и трудоемкий притом процесс — пайка оптоволокна. Для подобной работы стараются применять продвинутые станции, имеющие автоматический режим. В большинстве случаев устройства для спаивания оптоволоконных кабелей имеют габарит 15х15х15 см, без учета выступающих частей. Волокна приходится обезжиривать (строго специальным составом). Для защиты необрабатываемых мест применяют термоусадочные гильзы.

Отдельный вид работы — бессвинцовая пайка. Припои в этом случае обычно составляют на базе цинка, висмута, меди и серебра — такие металлы сравнительно безопасны. Подобный метод подойдет для пайки каких угодно предметов, включая:

• ювелирные изделия;

• части холодильников и другой бытовой техники;

• трубки кондиционеров;

• части автомобилей.

Трудности могут касаться:

• некачественной подготовки обрабатываемого места;

• перегрева инструмента;

• неправильной теплопередачи;

• быстрого окисления (особенно у цветных металлов);

• неоднородного охлаждения материала из-за мощной теплопроводности;

• неучета особенностей конкретной работы.

Далее смотрите видеоурок для начинающих о пайке.