Пайка

редактировать
Процесс соединения металлических деталей с нагретым присадочным металлом Удаление контакта с проводами

Пайка (AmE :, BrE : ) - это процесс, в котором два или более элемента объединяются путем плавления и складывания присадочный металл (припой ) в соединении, при этом присадочный металл имеет более низкую точку плавления, чем прилегающий металл. В отличие от сварки, пайка не включает плавление деталей. При пайке пайкой металл заготовки также не плавится, но присадочный металл плавится при более высокой температуре, чем при пайке. В прошлом почти все припои содержали свинец, но проблемы окружающей среды и здоровья все чаще диктовали использование бессвинцовых сплавов для электроники и сантехники.

Содержание

  • 1 Истоки
  • 2 Области применения
  • 3 Припои
  • 4 Флюс
  • 5 Процессы
    • 5.1 Пайка и пайка
    • 5.2 Пайка серебром
    • 5.3 Индукционная пайка
    • 5.4 Электронные компоненты (печатные платы)
      • 5.4.1 Ручная пайка
      • 5.4.2 Дефекты пайки
      • 5.4.3 Пайка оплавлением под давлением
      • 5.4.4 Лазер
      • 5.4.5 Нормы охраны окружающей среды и RoHS
    • 5.5 Пайка оптоволоконным излучением
    • 5.6 Пайка труб
    • 5.7 Механическая пайка и пайка алюминия
    • 5.8 Пайка сопротивлением
    • 5.9 Пайка цветного стекла
    • 5.10 Активная пайка
  • 6 Паяльность
  • 7 Распайка и пайка
  • 8 Бессвинцовая электронная пайка
  • 9 Дефекты пайки
    • 9.1 Электроника
  • 10 Инструменты
  • 11 См. Также
  • 12 Ссылки
  • 13 Внешние ссылки

Истоки

Маленькая фигурка, созданная пайкой

Есть свидетельства того, что пайка применялась в Месопотамии еще 5000 лет назад. Считается, что пайка и пайка зародились очень рано в истории металлообработки, вероятно, до 4000 г. до н.э. Шумерские мечи ок. 3000 г. до н.э. были собраны методом твердой пайки.

Пайка исторически использовалась для изготовления ювелирных изделий, посуды и инструментов, а также для других целей, как сборка цветного стекла.

Приложения

Пайка используется в сантехнике, электроника и металлообработка от прошивки до ювелирных изделий и музыкальных инструментов.

Пайка обеспечивает достаточно постоянные, обратимые соединения между медными системами в , а также стыки в объектах из листового металла, таких как консервные банки, кровельные покрытия, водосточные желоба и автомобильные радиаторы.

Ювелирные изделия компоненты, станки, а также некоторые компоненты холодильного оборудования и сантехники часто собираются и ремонтируются с помощью процесса пайки серебром при более высокой температуре. Мелкие механические детали также часто припаяны или припаяны. Пайка также применяется для соединения свинца сэля и медной фольги в витражах.

Электронная пайка соединяет электропроводку с устройствами, а электронные с печатными платами. Электронные соединения можно припаять вручную с помощью паяльника. Автоматические методы, такие как пайка волной или использование печей, позволяют за одно выполнение выполнить множество соединений на сложной печатной плате, что снижает стоимость производства электронных устройств.

Музыкальные инструменты, особенно медицинские и деревянные инструменты, при сборке использовать комбинацию пайки и пайки. Корпуса из латуни часто спаяны, а шпонки и раскосы чаще всего паяются.

Припои

Паяльные присадочные материалы доступны во многих различных сплавах для различных областей применения. При сборке электроники предпочтительным был сплав эвтектического с 63% олова и 37% свинца (или 60/40, что почти идентично по температуре плавления). Другие сплавы используются для сантехники, механической сборки и других применений. Примеры мягкого припоя: олово-свинец для общих целей, олово-цинк для соединения алюминия, свинец-серебро для прочности при температурах выше комнатной, кадмий-серебро для прочности при высоких температурах, цинк-алюминий. для алюминия и коррозионной стойкости, олово-серебро и олово-висмут для электроники.

Эвтектический состав имеет преимущества при применении при пайке: температура ликвидуса и солидуса одинаковы, поэтому пластичная фаза отсутствует, и она имеет минимально возможную температуру плавления. Минимально возможная температура плавления сводит к минимуму тепловую нагрузку на электронные компоненты во время пайки. Отсутствие пластичной фазы более быстрое смачивание при нагревании припоя и более быструю настройку при его остывании. Неэвтектический состав должен оставаться неподвижным, поскольку температура падает через температуру ликвидуса и солидуса. Любое движение во время пластической фазы может привести к трещинам, что приведет к ненадежному соединению.

Общие составы припоев на основе олова и свинца лик ниже. Доля представляет процентное содержание сначала олова, затем свинца, всего 100%:

  • 63/37: плавится при 183 ° C (361 ° F) (эвтектика: единственная смесь, которая плавится в данной точке, а не в диапазоне)
  • 60/40: плавится при температуре 183–190 ° C (361–374 ° F)
  • 50/50: плавится при температуре 183–215 ° C (361–419 ° F)

Введение таких нормативов, как Европейская директива RoHS (Директива по ограничению использования опасных веществ ), бессвинцовые припои используют все более широкое распространение. К сожалению, большинство бессвинцовых припоев не являются эвтектическими составами и плавятся при температуре около 250 ° C (например, в открытом воздухе) или в открытом воздухе, где дождь и другие осадки могут вымыть свинец в грунтовые воды. 482 ° F), что затрудняет создание надежных соединений с ними.

Другие припои включают низкотемпературные составы (часто используемые висмут ), которые часто используют для соединения ранее спаянных сборок без распайки предыдущих соединений и высокотемпературных составов (обычно используются серебро ), которые используются для высокотемпературной работы или для первой сборки элементов, которые не должны распаяться при работе на операциях. Легирование других металлов металлами изменяет температуру плавления, характеристики адгезии и смачивания, а также прочность на разрыв. Из всех припоев серебряные припои обладают наибольшей прочностью и имеют самое широкое применение. Доступны специальные сплавы с такими свойствами, как более высокая прочность, способность паять алюминий, лучшая электропроводность и более высокая коррозионная стойкость.

Flux

Назначение flux - для облегчения процесса пайки. Одним из препятствий на пути к успешной пайке является загрязнение в месте соединения, например грязь, масло или окисление. Загрязнения можно удалить механической очисткой или химическими средствами, повышенными температурами, необходимыми для плавления присадочного металла (припоя), вызвать повторное окисление заготовки (и припоя). Этот эффект усиливается при повышении температуры пайки и может полностью повысить прилипание припоя к заготовке. Одной из самых ранних форм флюса был древесный уголь, который действует как восстанавливающий агент и помогает предотвратить окисление в процессе пайки. Некоторые флюсы выходят за рамки простого предотвращения окисления и также обеспечивают химическую очистку (коррозию) в той или иной форме. Многие флюсы также обеспечивают как смачивающий агент в процессе пайки, уменьшая поверхностное натяжение расплавленного припоя и заставляя его течь и смачивать детали.

В течение многих лет наиболее распространенным типом флюса, используемого в электронике (мягкая пайка), был канифоль на основе канифоли из отобранных сосен. Он был почти идеальным в том смысле, что был некоррозионным и непроводящим при нормальных температурах, но становился умеренно реактивным (коррозионным) при повышенных температурах пайки. В сантехнике и автомобилестроении, помимо прочего, обычно используется флюс на кислотной основе (соляная кислота ), который обеспечивает довольно агрессивную очистку стыка. Эти флюсы нельзя использовать в электронике, потому что их остатки в результате приводят к непреднамеренным электрическим соединениям, и потому, что они в итоге образуют провода небольшого диаметра. Лимонная кислота - отличный водорастворимый флюс кислотного типа для меди и электроники, но после этого его необходимо смыть.

Флюсы для мягкого припоя в настоящее время доступны в трех основных составах:

  • Водорастворимые флюсы - флюсы с более высокой активностью, которые можно удалить водой после пайки (ЛОС не требуется для удаления).
  • Флюсы без очистки - достаточно мягкие, чтобы не «требовать» удаления из-за их непроводящих и неагрессивных остатков. Эти флюсы называются «неочищаемыми», потому что остатки, оставшиеся после операции пайки, не проводят ток и не вызывают коротких замыканий; тем не менее, они оставляют хорошо заметный белый осадок, напоминающий разбавленный птичий помет. Неотмываемые остатки флюса допустимы для всех 3 классов печатных плат, как определено в IPC-610, при условии, что они препятствуют визуальному осмотру, доступу к контрольным точкам и не имеют влажных, липких или чрезмерных остатков, которые могут распространяться на другие участки. На сопрягаемых поверхностях разъема также не должно быть остатков флюса. Отпечатки пальцев в неочищенном остатке являются дефектом класса 3
  • Традиционные канифольные флюсы - доступны в неактивированных (R), слабоактивированных (RMA) и активированных (RA) составах. Флюсы RA и RMA содержат канифоль в сочетании с активирующим агентом, обычно кислотой, которая увеличивает загрязнение металлов, на которые они наносятся путем удаления оксидов. Остатки от использования флюса RA являются коррозионными и должны быть очищены. Состав флюса RMA обеспечивает менее коррозионный остаток, поэтому очистка становится необязательной, хотя обычно предпочтительной. Флюс R по-прежнему менее активен и еще менее агрессивен.

Для достижения наилучших результатов необходимо оценить характеристики флюса; очень мягкий флюс «без очистки» может быть вполне приемлемым для производственного оборудования, но не дает адекватных характеристик для более разнообразных операций ручной пайки.

Процессы

Процессы пайки и пайки классификационная таблица

Существуют три пайки, каждая из которых требует все более высоких температур и обеспечивает все более высокой прочности соединения:

  1. мягкая пайка, которая изначально использовал оловянно-свинцовый сплав в качестве припоя
  2. серебра, в котором используется сплав, используем серебро
  3. припой, в котором используется латунь сплав для наполнителя

Сплав присадочного металла для каждого типа пайки можно регулировать, чтобы температуру плавления присадки. Пайка, непроницаемое для газа и жидкости, соединяется с поверхностями деталей в месте соединения, образуя электропроводящее соединение, непроницаемое для газа и жидкости.

Пайка мягким припоем показывает температуру присадочного металла ниже примерно 400 ° C (752 ° F), тогда как при пайке серебра и пайке используются более высокие температуры, обычно требующиеся пламенной или угольной дуговой горелки для плавления присадки. Присадочные металлы мягкогооя обычно включают собой сплавы (часто содержащие свинец ) с температурами ликвидуса ниже 350 ° C (662 ° F).

В этом процессе пайки к соединяемым деталям применяемым тепло, в результате чего припой плавится и соединяется с деталями в процессе поверхностного легирования, называемым смачиванием. В многожильном проводе припой втягивается в проводе между жилами за счет капиллярного действия в процессе, называемом «капиллярным капилляром». Капиллярное действие также имеет место, когда детали находятся очень близко друг к другу или соприкасаются. предел прочности соединение зависит от используемого присадочного металла; При электрической пайке небольшая прочность на разрыв из-за добавленного припоя, поэтому рекомендуется скручивать или складывать провода перед пайкой, чтобы обеспечить некоторую механическую прочность соединения. Хорошее паяное соединение обеспечивает электропроводное, водо- и газонепроницаемое соединение.

Каждый тип припоя имеет свои преимущества и недостатки. Мягкий припой называется так из-за того, что в его основе лежит мягкий свинец. При этом не получается прочное соединение, и она не подходит для применения в условиях механической нагрузки. Он также не подходит для высокотемпературных применений, так как теряет прочность и со временем плавится. Пайка серебром, используемая ювелирами, машинистами и в некоторых сантехнических приложениях, требует использования горелки или другого источника высокой температуры, и она намного прочнее, чем мягкая пайка. Пайка обеспечивает самые прочные из несварных соединений, но также требует самых высоких температур для плавления присадочного металла, требуя горелки или другого источника высокой температуры и затемненных очков для защиты глаз от яркого света, производимого раскаленной добела. Он часто используется для ремонта чугунных изделий, кованой мебели и т. Д.

Операции пайки могут быть ручными инструментами, по одному стыку за раз или в массовом на производственной линии. Ручная пайка обычно выполняется с помощью паяльника, паяльника или горелки, а иногда и. Обработка листового металла традиционно выполнялась с помощью «паяльных котлов», непосредственно нагретых пламенем, с достаточным запасом тепла в массе паяльной меди для завершения соединения; газовые горелки (например, бутан или пропан) или паяльники с электрическим нагревом более удобны. Для всех одних паяных соединений требуются и те же элементы очистки металлических деталей, которые необходимо соединить, подгонки соединения, приложение для нанесения флюса, отвода тепла и удержания сборки в неподвижном состоянии до полного твердевания присадочного металла. В зависимости от типа используемой флюса и области применения может потребоваться очистка стыка после его охлаждения.

Каждый припойный сплав имеет характеристики, которые лучше подходят для определенных областей применения, в частности, прочность и проводимость, и каждый тип припоя и сплава имеет разные температуры плавления. Термин серебряный припой обозначает тип используемого припоя. Некоторые мягкие припои представляют собой «серебросодержащие» сплавы, используемые для пайки посеребренных предметов. Припои на основе свинценных металлов не следует использовать для обработки свинценных металлов, поскольку растворяет металл и обезображивает его.

Пайка и пайка

Различие между пайкой и пайкой основано на температуре плавления присадочного сплава. Температура 450 ° C обычно используется как практическое разграничение между пайкой и пайкой. Мягкая пайка может работать нагретым утюгом, тогда как другие методы требуют более высокой температуры горелки или печи для плавления присадочного металла.

Обычно требуется другое оборудование, поскольку паяльник не может достигать достаточно высоких температур для твердой пайки или пайки твердым припоем. Припойный припой прочнее серебряного припоя, прочнее мягкого припоя на основе свинца. Припои для пайки предназначены в первую очередь для обеспечения прочности, серебряный припой используется ювелирами для защиты драгоценного металла, а также техниками по холодильной технике из-за его прочности на растяжение, но более низкой температуры плавления, чем пайка, а основным преимуществом мягкого припоя Защита от повреждения тепловым повреждением электронных компонентов и изоляция.

Соединение изготавливается из металла с более низкой температурой плавления, чем заготовка, соединение будет ослабляться по мере приближения температуры окружающей среды к температуре плавления присадочного металла. По этой причине при более высоких температурах получаются соединения, эффективные при более высоких температурах. Паяные соединения могут быть такими же прочными или почти такими же прочными, как и детали, которые они соединяют, даже при повышенных температурах.

Серебряная пайка

«Пайка твердым припоем» или «серебряная пайка» используется для соединения драгоценных и полудрагоценные металлы, такие как золото, серебро, латунь и медь. Припой обычно описывают как легкий, средний или твердый в зависимости от его температуры плавления, а не прочности соединения. Припой Extra-easy содержит 56% серебра и имеет температуру плавления 618 ° C (1145 ° F). Сверхтвердый припой на 80% состоит из серебра и плавится при 740 ° C (1370 ° F). Если требуется несколько стыков, ювелир начнет с твердого или сверхтвердого припоя, а для последующих стыков переключится на более низкотемпературные припои.

Серебряный припой в некоторой степени поглощается окружающим металлом, в результате чего соединение оказывается прочнее, чем соединяемый металл. Соединяемый металл должен быть идеально ровным, поскольку серебряный припой обычно не может использоваться в качестве наполнителя и не заполняет зазоры.

Еще одно различие между пайкой и пайкой заключается в том, как припой наносится. При пайке обычно используются стержни, которые касаются стыка при нагревании. При пайке серебром небольшие кусочки припоя помещаются на металл перед нагревом. Флюс, часто изготовленный из борной кислоты и денатурированного спирта, используется для поддержания чистоты металла и припоя и предотвращения его движения до того, как он расплавится.

Когда серебряный припой плавится, он имеет тенденцию течь в область наибольшего нагрева. Ювелиры могут в некоторой степени контролировать направление движения припоя, направляя его с помощью горелки; он даже иногда идет прямо вверх по шву.

Индукционная пайка

Индукционная пайка использует индукционный нагрев высокочастотным переменным током в окружающей медной катушке. Это индуцирует токи в паяемой детали, что приводит к выделению тепла из-за более высокого сопротивления соединения по сравнению с окружающим его металлом (резистивный нагрев ). Этим медным змеевикам можно придать форму, более точно подходящую к стыку. Между лицевыми поверхностями помещается присадочный металл (припой), который плавится при довольно низкой температуре. Флюсы обычно используются при индукционной пайке. Этот метод особенно подходит для непрерывной пайки, когда эти катушки наматываются на цилиндр или трубу, которую необходимо припаять.

Некоторые металлы паять легче, чем другие. Медь, серебро и золото легко. Следующими по сложности являются железо, низкоуглеродистая сталь и никель. Из-за тонких и прочных оксидных пленок паять нержавеющую сталь и некоторые алюминиевые сплавы еще труднее. Титан, магний, чугун, некоторые высокоуглеродистые стали, керамика и графит можно паять, но он включает процесс, аналогичный соединению карбидов: сначала на них наносят металлический слой, который вызывает межфазное соединение.

Электронные компоненты (печатные платы)

Распайка SMD-конденсатора Трубка припоя для многожильных электронных устройств, используемая для ручной пайки Неправильно припаянное «холодное» соединение, провод недостаточно нагрет Нарушены паяные соединения на печатной плате, соединение справа, хотя и не сломано, отделилось от платы

В настоящее время печатные платы массового производства (PCB) в основном имеют форму волны . припаянный или припаянный оплавлением, хотя ручная пайка производственной электроники все еще широко используется.

При пайке волной припоя компоненты подготавливаются ( обрезаются или модифицируются) и устанавливаются на печатную плату. Иногда, чтобы выполнить перемещение, они временно удерживаются на месте с помощью небольшого капель клея или закрепляются приспособлением, а затем сборку пропускают через текущий припой в контейнере для сыпучих материалов. Этот поток припоя вынужден создавать стоячую волну, поэтому вся печатная плата погружается в припой, а просто соприкасается. В результате припой остается на контактах и ​​контактных площадках, но не на самой печатной плате.

Пайка оплавлением - это процесс, в котором паяльная паста (смесь легкого припоя и флюса, имеющего консистенцию, напоминающую арахисовое масло), используется для приклеивания компонентов к их контактным площадкам, чего после сборку нагревают инфракрасной лампой, ручкой горячего воздуха или, что более часто, пропускание ее через контролируемую печь.

Продажа различных транспортных средств разными способами, для одной печатной платы используется два или более процесса. Например, детали поверхностного монтажа могут быть сначала припаяны оплавлением, затем пайки волной припоя для компонентов, монтируемых в сквозное отверстие, более громоздкие детали запаяны вручную.

Ручная пайка

Для ручного пайка инструмент источника тепла выбирается так, чтобы обеспечить достаточный нагрев в соответствии с размером выполняемого стыка. Паяльник на 100 ватт может обеспечить слишком много тепла для печатных плат, в то время как 25-ваттный паяльник не обеспечивает достаточно тепла для больших электрических разъемов, соединения медной кровли или большого витража. Использование инструмента со слишком высокой температурой может вызвать тепловое повреждение.

Методы ручной пайки требуют большого мастерства для пайки с мелким шагом корпусов поверхностного монтажа микросхем. В частности, устройство с шариковой решеткой (BGA), как известно, трудно, если вообще возможно, переделывать вручную.

Для крепления компонентов к печатной плате правильный выбор. это важно для хорошего смачивания и теплопередачи. Жало паяльника должно быть чистым и покрытым припоем для быстрой передачи тепла. Компоненты, которые во время работы рассеивают большое количество тепла, иногда поднимаются над печатной платой, чтобы избежать ее перегрева. После смонтированного вставного отверстия, лишний провод отрезается, оставляя длину около радиуса колодки. Пластиковые или металлические монтажные зажимы или держатели Нагрузка с большими усилиями для улучшения теплоотвода и уменьшения напряжений в соединениях.

Радиатор установка на вывод термочувствительных компонентов для уменьшения теплопередачи к компоненту. Это особенно применимо к деталям из германии. Радиатор будет означать использование большего количества тепла для завершения, поскольку поглощаемое радиатором не нагревает детали. Если все металлические поверхности были должным образом очищены («флюсованы») или не были полностью доведены до температуры плавления используемого припоя, результатом будет ненадежное соединение («холодный припой»), даже если его внешний вид может указывать на определение.

Для упрощения пайки новичкам обычно советуют наносить паяльник и припой отдельно на соединение, а не наносить припой непосредственно на паяльник. Когда нанесено достаточное количество припоя, припой удаляется. Когда поверхности достаточно нагреваются, припой будет стекать по заготовкам. Затем утюг удаляется из стыка.

Дефекты пайки

Горючие неэвтектические припои имеют небольшой диапазон пластичности, соединение нельзя перемещать до тех пор, пока припой не остынет при температурех как ликвидуса, так и солидуса. При визуальном осмотре хорошее паяное соединение будет выглядеть гладким и блестящим, с четко видимым контуром припаянного провода. Матовая серая поверхность - хороший показатель того, что стык сместился при пайке. Граница между припоем и деталью в хорошем соединении будет иметь небольшой угол.

Другие дефекты припоя также можно построить визуально. Соединения холодных пайки тусклые, иногда с трещинами или рябинами. Слишком мало припоя к «сухому» и ненадежному соединению; слишком много припоя (знакомая новичкам «капля припоя») не обязательно является ненадежным, но, как правило, означает плохое смачивание. При использовании флюсов остатки флюса, оставшиеся на стыке, возможно, придется удалить с помощью воды, спирта или других растворителей, совместимых с некоторыми деталями.

Избыток припоя и неизрасходованный флюс и остатки иногда удаляются с жала паяльника между стыками. Наконечник сверла (обычно покрытый железом для уменьшения эрозии) в горячем состоянии смачивается припоем («луженым») для облегчения пайки и для минимизации коррозии самого наконечника.

Оплавление под давлением

Оплавление под давлением - это процесс выбора пайки, при котором две части произведенного флюсом, покрытые припоем, нагреваются с помощью нагревательного элемента (называемого термодатчиком) до температуры, достаточной для плавления. припой.

Давление проходит на протяжении всего процесса (обычно 15 секунд), чтобы надежность, компоненты остаются на месте во время охлаждения. Нагревательный элемент нагревается и охлаждается при каждом подключении. В нагревательном элементе можно использовать до 4000 Вт, что обеспечивает быструю пайку, хорошие результаты с соединениями, требующие высокой энергии.

Лазер

Лазерная пайка - это метод, при котором 30 –50 W лазер используется для плавления и пайки электрического соединения. Диодные лазерные системы на основе полупроводниковых переходов используются для этой цели. Сюзанн Дженниш запатентовала лазерную пайку в 1980 году.

Длины волн обычно составляют от 808 нм до 980 нм. Луч подводится к изделию по оптическому волокну с толщиной волокна 800 мкм и меньше. Использование линзы для создания подходящего размера на заготовке на подходящем рабочем расстоянии. Для подачи припоя используется механизм подачи проволоки.

Паять можно как свинцово-оловянный, так и серебряно-оловянный материал. Рецепты процесса будут отличаться в зависимости от состава сплава . Для пайки 44-контактных держателей микросхем использование заготовок для пайки уровней мощности порядка 10 Вт, а время пайки - примерно 1 секунду. Низкие уровни мощности могут привести к неполному смачиванию и образованию пустот, что может ослабить соединение.

Экологическое регулирование и RoHS

Экологическое регулирование многих стран и всего региона Европейского сообщества (см. RoHS ) привело к изменению состава припоев и флюсов. Водорастворимые флюсы на канифольной основе все чаще используются с 1980-х годов, так что паяные платы можно очищать водой или моющими средствами на водной основе. Это устраняет опасные растворители из производственной среды и заводских стоков. Эти правила сократили использование припоев на основе свинца и повышения температуры плавления используемых припоев до 60 ° C (100 ° F).

Инфракрасная пайка с фокусировкой волокна

Инфракрасная пайка с фокусировкой волокна - это метод, при котором инфракрасные источники пропускаются через волокна. на одной точке на

Пайка труб

Паяные медные трубки Припой Бессвинцовый припой

Медная труба или «трубка» обычно соединяется пайкой. При применении в контексте торговли сантехникой в ​​пределах США, пайка часто регистрируется как запотевание, соединение труб, выполненное таким образом, включается как запотевшее соединение.

Медная трубка отводит тепло намного быстрее, чем может обеспечить обычный ручной паяльник или пистолет, поэтому пропановая горелка чаще всего используется для подачи необходимой мощности; для большого диаметра и фитингов используется горелка, работающая на MAPP, ацетиленовом или пропиленовом топливе с атмосферным воздухом в качестве окислителя; MAPP / кислород или ацетилен / используется редко, потому что температура пламени намного выше, чем точка плавления меди. Слишком большое количество тепла разрушает состояние закаленной медной трубки и может выгореть флюс из стыка до того, как будет добавлен припой, что приведет к повреждению стыка. Используется система трубок большего размера, оснащенная сменными вихревыми наконечниками различных размеров. В опытных руках ремесленника более горячее пламя ацетилена, MAPP или пропилена позволяет выполнять большее количество стыков в час без ущерба для отпуска меди.

Однако можно использовать электрический инструмент для соединений размером от 8 до 22 мм (⁄ 8>⁄ 8 дюйма). Например, Antex Pipemaster рекомендуется использовать в ограниченном пространстве, когда открытое пламя представляет опасность, или для самостоятельных пользователей. В инструментах подобного плоскогубцам используются подогреваемые губки, которые полностью охватывают трубу, позволяя расплавить соединение всего за 10 секунд.

, обычно используются для медных соединений, известные как капиллярные фитинги. Эти фитинги представляют собой короткие отрезки трубы, предназначенные для скольжения по внешней стороне сопрягаемой трубы. Обычно используемые фитинги включают прямые соединители, переходники, отводы и тройники. Есть два типа фитингов для пайки: фитинги с концевой подачей, которые не содержат припоя, и фитинги с припоями (также известные как фитинги Йоркшир), в кольцо припоя находится в круглом углублении внутри фитинга..

Как и все паяные соединения, все соединяемые детали должны быть чистыми и не содержать оксидов. Внутренние и внешние проволочные щетки доступны для обычных размеров труб и фитингов; наждачная бумага и проволочная вата, использование изделий из металлической ваты не рекомендуется, так как они могут содержать масло, которое может загрязнять стык.

Из-за размера задействованных деталей, а также высокой активности и склонности к загрязнению пламени водопроводные флюсы обычно намного более химически активны и часто более кислые, чем электронные флюсы. Водопроводные трубы, используемые под углом, даже в перевернутом положении, водопроводные флюсы обычно формулируются в виде пасты, которые устанавливаются на месте лучше, чем жидкость. Флюс наносится на все поверхности, внутри и снаружи. Остатки флюса удаляются после завершения соединения, предотвращают эрозию и разрушение соединения.

Доступно множество функций плавания для различных характеристик, таких как более высокая или более низкая температура плавления, в зависимости от состава требований работы. Строительные нормы и правила в настоящее время почти повсеместно требуют использования бессвинцового припоя для трубопроводов питьевой воды, хотя стандартные нормы оловянно-свинцовый припой все еще доступны. Исследования показали, что водопроводные трубы, спаянные свинцы, приводящие к повышенному содержанию свинца в питьевой воде.

Инструкции по использованию системы быстрой помощи медная труба быстро отводит тепло от стыка, необходимо внимательно следить за тем, чтобы стык был должным образом нагрет. через, чтобы получить хорошую связь. После, как соединение должным образом, очищено, флюсовано и подогнано, пламя горелки воздействует на самую ту часть соединения, обычно на фитинг с трубой внутри него, при этом припой наносится на зазор между трубкой и фитингом. Когда все детали нагреваются насквозь, припой расплавится и потечет в соединении за счет капиллярного действия. Возможно, потребуется переместить горелку вокруг стыка, чтобы убедиться, что все участки смочены. Однако установщик должен позаботиться о том, чтобы не перегреть паяемые участки. Если трубка начинает обесцвечиваться, это означает, что трубка была перегрета и начинает окисляться, что останавливает поток припоя и приводит к нарушению герметичности паяного соединения. Перед окислением расплавленный припой будет следовать за теплом горелки вокруг соединения. Когда соединение должным образом смачивается, припой, а затем тепло удаляются, и, пока соединение еще очень горячее, его обычно протирают сухой тряпкой. Это удаляет излишки припоя, а также остатки флюса до того, как он остынет и затвердеет. При использовании паяного кольцевого соединения соединение нагревается до тех пор, пока кольцо из расплавленного припоя не станет видимым по краю фитинга, и ему дадут остыть.

Из трех методов соединения медных трубок паяные соединения требуют наибольшего мастерства, но пайка меди - очень надежный процесс при соблюдении некоторых основных условий:

  • Трубки и фитинги должны быть полностью очищены. металл без потускнения
  • Любое давление, которое создается при нагревании трубки, должно иметь выходное отверстие
  • Соединение должно быть сухим (что может быть проблематичным при ремонте водопроводных труб)

Медь только один материал, который соединен таким образом. Латунные фитинги часто используются для клапанов или в качестве соединительного элемента между медью и другими металлами. Таким образом паяется латунный трубопровод при изготовлении духовых инструментов и некоторых деревянных духовых (саксофон и флейта) музыкальных инструментов

Механическая пайка и пайка алюминия

Ряд припоев, в основном сплавы цинка, используются для пайки алюминия и сплавов, в меньшей степени - стали и цинка. Эта механическая пайка аналогична операции низкотемпературной пайки в том, что механические характеристики соединения достаточно хорошие и его можно использовать для ремонта конструкций из этих материалов.

Американское сварочное общество определяет правила использования присадочных металлов с температурным плавлением выше 450 ° C (842 ° F) или, согласно традиционному определению в США, выше 800 ° F (427 ° С).). Алюминиевые паяльные сплавы обычно имеют температуру плавления около 730 ° F (388 ° C). Эта операция пайки / пайки может использовать источник тепла с пропановой горелкой.

Эти материалы часто рекламируются как «сварка алюминия», но процесс не включает плавление основного металла и, следовательно, не является должным образом сваркой.

Военный стандарт США или спецификация MIL-SPEC MIL-R-4208 определяет один стандарт для этих сплавов для пайки / пайки на основе цинка. Этой соответствует ряд продуктов. или очень стандарты производительности.

Пайка сопротивлением

Пайка сопротивлением - это пайка, при которой необходимое для протекания припоя создается за счет пропускания электрического тока через припой. Когда ток проходит через резистивный материал, выделяется определенный уровень тепла. Регулируя количество проводимого тока и уровень сопротивления, можно заранее определить и контролировать количество выделяемого тепла.

Электрическое сопротивление (обычно описываемое как сопротивление материала электрического тока) используется для преобразования электрической энергии в тепловую, поскольку электрический ток (I), проводимый через материал с сопротивлением (R), высвобождает энергию. (P) равно P = IR, где P - мощность, измеренная в ваттах, I - ток, измеренный в амперах, а R - сопротивление, измеренное в омах.

Пайка сопротивлением отличается от использования токопроводящего утюга, в котором тепло выделяется внутри элемента и проходит через теплопроводящий наконечник в области соединения. Холодному паяльнику требуется время для достижения рабочей температуры. Термоперенос может быть заблокирован, если наконечник не будет должным образом увлажнен во время использования. С помощью пайки сопротивлением можно быстро и строго контролировать интенсивное сопротивление непосредственно в области соединения. Это позволяет быстрее нарастить до требуемой температуры расплава припоя и минимизировать тепловое перемещение от паяного соединения, что помогает минимизировать возможность теплового повреждения материалов или компонентов в окружающем пространстве. Тепло выделяется только при выполнении каждого, что делает пайку сопротивлением более энергоэффективной. Оборудование для резистивной пайки, в отличие от токопроводящего утюга, штатная установка для малых задач пайки и пайки, где могут значительно более высокие температуры. Это делает сопоставимое сопротивление с пламенной пайкой в ​​некоторых ситуациях. Когда необходимая температура может быть достигнута с помощью методов пламени или сопротивления, теплота сопротивления более локализована из-за прямого контакта, тогда как пламя будет распространяться, нагревая большую площадь.

Пайка витражей

Исторически витражи жала паяльника были медными, нагреваясь, помещаясь в уголь -горающую жаровню. Использовались несколько наконечников; когда один из них использовал его снова помещали в жаровню с углем и использовал следующий наконечник.

В последнее время используются паяльники с электрическим нагревом. Они нагреваются катушкой или керамический нагревательный элемент внутри наконечника утюга. Доступны различные номинальные мощности, а температуру можно контролировать с помощью электроники. Эти характеристики позволяют работать с более новыми валиками, не прерывая работу по замене наконечников. Паяльники, предназначенные для использования в электронике, часто бывают эффективны, хотя иногда они недостаточно мощны для тяжелой меди и свинца, которые используются в работе с витражами. Олеиновая кислота - это классический флюсовый материал, который используется для улучшения паяемости.

Витражи типа Тиффани изготавливаются путем приклеивания медной фольги по краям кусков стекла и последующего их спайки. Этот метод позволяет создавать объемные витражи.

Активная пайка

Пайка без флюса с помощью обычного паяльника, ультразвукового паяльника или специального припоя и активного припоя, содержащего активный элемент, чаще всего титан, цирконий или хром. Активные элементы из-за механической активации вступают в реакцию с поверхностью материалов, которые обычно трудно паять без предварительной металлизации. Активные припои можно защитить от чрезмерного окисления их активного элемента путем добавления редкоземельных элементов с более высоким сродством к кислороду (обычно церий или лантан ). Другой распространенной добавкой является галлий - обычно вводимый в качестве промотора смачивания. Механическая активация, необходимая для активной пайки, может быть щеткой (например, с использованием щетки из нержавеющей проволоки или стального шпателя) или ультразвуковой вибрацией (20–60 кГц). Было показано, что активная пайка эффективно склеивает структуры на основе керамики, алюминия, титана, кремния, графита и углеродных нанотрубок при температуре ниже 450 ° C или использовании защитной атмосферы.

Паяемость

Паяемость подложки - это мера легкости, благодаря которой может быть выполнено паяное соединение с этим материалом.

Удаление припоя и пайка

Используемый припой содержит некоторые растворенные основные металлы и не подходит для повторного использования при создании новых соединений. Как только способность припоя к основному металлу достигнута, он больше не будет соединяться с основным металлом, что приводит к хрупкому холодному паяному соединению с кристаллическим внешним видом.

Хорошей практикой является удаление припоя из стыка перед пайкой - можно использовать распайку оплетки или оборудование для вакуумной распайки (оски прис для припоя ). Фитили для демонтажа содержат большое количество флюса, который снимает загрязнения с медных проводов и любых выводов устройства. В результате останется яркий, блестящий и чистый стык, который нужно перепаять.

Более низкая температура плавления припоя означает, что он может расплавиться от основного металла, оставляя его в основном неповрежденным, хотя внешний слой будет «луженым» припоем. Останется флюс, который легко удалить абразивными или химическими способами. Этот луженый слой позволяет припою течь в новое соединение, в результате чего получается новое соединение, а также заставляет новый припой течь очень быстро и легко.

Бессвинцовая пайка для электроники

В последнее время экологическое законодательство специально нацелено на широкое использование свинца в электронной промышленности. Европейские директивы RoHS требуют, чтобы многие новые электронные платы к 1 июля 2006 года содержали свинца, в основном в индустрии потребительских товаров, но также и в некоторых других других. В Японии свинца было прекращено использование потребления производителями из-за расходов на переработку продуктов, свинец. Однако даже без присутствия свинца при пайке выделяются вредные и / или токсичные для человека пары. Рекомендуется использовать устройство путем удаления пары из рабочей зоны вентиляции или фильтрации воздуха.

Пайка без свинца требует более высоких температур пайки, чем пайка свинец / олово. SnPb 63/37 Эвтектический припой плавится при 183 ° C. Бессвинцовый припой SAC плавится при 217–220 ° C. Тем не менее, в связи с этим возникло много новых технических проблем; Чтобы снизить температуру плавления припоев на основе олова, необходимо было исследовать различные новые сплавы с добавками меди, серебра, в качестве типов второстепенных добавок для снижения температуры плавления и контроля других свойств, кроме того, что является более коррозионным металлом. к выходу из строя паяльных ванн и т. д.

Бессвинцовая конструкция также распространилась на компоненты, штыри и соединители. В большинстве этих булавок использовались медные оправы, а также свинец, олово, золото или другая отделка. Оловянная отделка - самая популярная из бессвинцовых покрытий. Тем не менее, здесь возникает вопрос, как бороться с усами олова. Текущее движение возвращает электронную промышленность к проблемам, решенным в 1960-х годах добавлением свинца. JEDEC создал систему, чтобы помочь производителям бессвинцовой электроники решить, какие меры следует принять против усов, в зависимости от их применения.

Дефекты пайки

При соединении медных трубок неправильный нагрев и заполнение соединения может привести к образованию «пустот». Обычно это результат неправильного размещения пламени. Если тепло не направлено на заднюю часть фитинга, а припой нанесен углом под углом, противоположным пламени, тоой быстро заполнит отверстие фитинга, задерживая количество флюса внутри соединения. Этот пузырь захваченного потока и есть пустота; область внутри паяного соединения, где припой не может полностью заполнить чашку фитинга, потому что флюс запечатан внутри соединения, не позволяя припою занимать это пространство.

Электроника

В процессе пайки могут возникать различные проблемы, которые вызывают выход из схемы соединений или сразу после определенного периода использования.

Наиболее распространенный дефект при ручной пайки возникает из-за того, что соединяемые детали не превышают температуру ликвидуса припоя, что приводит к образованию соединения «холодные пайки». Обычно это происходит из-за того, что паяльник используется для непосредственного сообщения припоя, а не деталей. При правильном выполнении утюг нагревает соединяемые детали, которые, в свою очередь, расплавляют припой, достаточный нагрев соединяемых деталей для тщательного смачивания. При электронной ручной пайке флюс заделывают в припой. Следовательно, нагрев припоя может вызвать испарение флюса до того, как он очистит паяемые поверхности. Соединение холодных пайки может вообще не проводить или проводить только с перерывами. Соединения, спаянные холодной пайкой, также встречаются в массовом производстве и являются частой причиной оборудования, которое проходит испытания, но выходит из строя после многих лет эксплуатации. «Сухой стык» при перемещении охлаждающего припоя часто возникает из-за того, что стык перемещается, когда паяльник вынимается из стыка.

Неправильно выбран или нанесенный флюс может вызвать выход из строя соединения. Флюс может вызвать коррозию соединения и, в конечном итоге, привести его к повреждению. Без флюса соединение может быть нечистым или окисляться, что приведет к повреждению соединения.

В электронике часто используются некоррозионные флюсы. Следовательно, очистка флюса может быть просто эстетикой или упрощением осмотра стыков в визуально «критически важных» приложениях, таких как медицинские устройства, военные и аэрокосмические. Для спутников это тоже немного снизит вес, но с пользой. При высокой даже некоррозионный флюс может оставаться немного активным, поэтому флюс можно удалить, чтобы уменьшить коррозию. В некоторых случаях на печатную плату также нанести какой-либо защитный материал, например, лак, для защиты печатной платы и открытых паяных соединений от окружающей среды.

Движение паяемых металлов до того, как припой остынет, вызовет очень ненадежное соединение с трещинами. В терминологии пайки электроники это известно как «сухое» соединение. Он характерно тусклый или зернистый вид сразу после соединения, а не гладкий, яркий и блестящий. Это появление вызвано кристаллизацией жидкого припоя. Сухое соединение является слабым механически и плохим электрическим проводником.

В целом красивое паяное соединение - хорошее соединение. Хороший стык будет гладким, ярким и блестящим. Если на стыке имеются комочки или шарики блестящего припоя, значит, металл «не смачивается» должным образом. Отсутствие яркости и блеска предполагает слабый «сухой» сустав. Однако составы припоя, не содержащие свинца, могут остыть до матовой поверхности, даже если соединение хорошее. Припой выглядит блестящим в расплавленном состоянии и внезапно затуманивается при затвердевании, хотя во время охлаждения он не был поврежден.

В электронике идеально подходит галтель «вогнутый ». Это указывает на хорошее смачивание и минимальное использование припоя (следовательно, минимальный нагрев термочувствительных компонентов). Соединение может быть хорошим, но, если используется большое количество ненужного припоя, очевидно, что требуется дополнительный нагрев. Чрезмерный нагрев печатной платы может привести к «расслоению» - особенно на односторонних печатных платах без сквозных отверстий.

Инструменты

В принципе, любой тип пайки Инструмент может выполнять любые работы с припоем при любых температурах. На практике разные инструменты больше подходят для разных приложений.

Ручные паяльные инструменты широко используются для работы с электроникой, включая электрический паяльник, который может быть оснащен различными наконечниками, от тупых до очень тонких, до зубильных головок для горячей резки пластмасс вместо пайки. Самые простые утюги не имеют регулировки температуры; маленькие утюги быстро остают, когда их используют для пайки, скажем, металлического корпуса, в то время как большие утюги имеют слишком громоздкие наконечники для работы с печатными платами и подобной тонкой работы. Утюги с регулируемой температурой обладают запасом мощности и могут поддерживать температуру в широком диапазоне работ. Паяльный пистолет нагревается быстрее, но имеет более крупный и тяжелый корпус. Газовые утюги с каталитическим наконечником для небольшой системы без пламени используются в портативных устройствах. Пистолеты горячего воздуха и карандаши позволяют переделывать комплекты компонентов, что не может быть легко выполнено с помощью электрических утюгов и пистолетов.

Для неэлектронных применений в паяльных горелках для системы припоя используется пламя, а не жало. Паяльные горелки часто работают на бутане и доступны в размерах от очень маленьких бутановых / кислородных блоков, подходящих для очень тонких, но высокотемпературных ювелирных работ, до полноразмерных кислородно-топливных горелок, подходящих для более крупных работ, таких как медные трубопроводы. Обычные многоцелевые пропановые горелки, такие же, как для снятия тепла, краски и оттаивания трубок, другие горючие газы, как с насадкой для паяльника, так и без нее; трубы обычно паяюткой, непосредственно прикладывая открытый огонь.

Медный припой - это инструмент с большой медной головкой и длинной ручкой, который нагревается кузнечным огнем и используется для системы листового металла для пайки. Типичные паяльные котлы имеют головки от одного до четырех фунтов. Головка обеспечивает большую тепловую массу, чтобы накапливать достаточно тепла для пайки больших площадей, прежде чем потребуется повторный нагрев в огне; чем больше головка, тем дольше рабочее время. Исторически пайка меди был стандартным инструментом для кузовных работ, хотя припой в основном заменялся точечной сваркой для механического соединения и неметаллическими наполнителями для контуров.

Тостеры и переносные инфракрасные лампы используются любителями для имитации производственных процессов в гораздо больших масштабах.

Щетки из щетины обычно используются для нанесения флюса сантехнической пасты. Для электронных работ обычно используется припой с флюсовым сердечником, но можно использовать дополнительный флюс из небольшого флакона с помощью иглы, похожей на шприц.

Проволочная щетка, проволочная вата и наждачная бумага обычно используются для подготовки сантехнических соединений к подключению. Электронные соединения обычно выполняются между лужеными поверхностями, которые редко требуют механической очистки, хотя потускневшие выводы компонентов и медные следы с темным слоем оксидной пассивации (из-за старения), как на новой макетной плате, которая хранилась на полке для около года и более, возможно, потребуется механическая очистка.

Некоторые флюсы для электроники спроектированы так, чтобы быть стабильными и неактивными в холодном состоянии, и их не нужно очищать, хотя при желании все еще могут быть очищены, в то время как другие флюсы являются кислотными и должны быть удалены после пайки для предотвращения коррозии схем. Для сборки и доработки печатной платы использовать спирт или ацетон с ватными тампонами или щетинными щетками для удаления остатков флюса после пайки. Тяжелая тряпка обычно используется для удаления флюса с сантехнического соединения до того, как он остынет и затвердеет. Также можно использовать щетку из стекловолокна.

A радиатор, например зажим «крокодил», можно использовать для предотвращения повреждений термочувствительных компонентов при пайке. Радиатор ограничивает температуру корпуса компонента, поглощающая и рассеивающая тепло (уменьшая тепловое сопротивление между компонентом и воздухом), в то время как тепловое сопротивление способствует изменению температуры между компонентом припаянных выводов. корпус так, чтобы выводы стали горячими, чтобы расплавить припой, в то время как корпус компонента остается более холодным. При пайке труб, плотно соединенных с клапанами, например, в системах охлаждения, может потребоваться защита клапана от тепла, которое может повредить резиновые или пластиковые компоненты внутри; в этом случае влажная ткань, обернутая вокруг клапана, часто может отводить достаточно тепла из-за кипения вода для защиты клапана.

Во время Второй мировой войны и некоторое время после нее СОЕ силы использовали небольшие пиротехнические самоспающиеся соединения для создания соединений для дистанционного подрыва подрывных и диверсионных взрывчатых веществ. Они состояли из небольшой медной трубки, частично заполненной припоем, и медленно горящего пиротехнического состава, обернутого вокруг трубки. Соединяемые провода вставлялись в трубку, и небольшая капля воспламеняющего компаунда позволяла ударить по устройству, как спичку, зажечь пиротехнику и нагреть трубку достаточно долго, чтобы расплавить припой и сделать соединение.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

В Викиучебнике есть книга по темам: Практическая электроника / пайка
Wikisource содержит текст Британской энциклопедии 1911 года статьи Пайка и пайка.
Последняя правка сделана 2021-06-08 08:52:10
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте