Как выбрать припой для пайки

Пайка – процесс соединения двух и более металлических деталей с помощью подачи расплавленного металла в место стыка. В отличие от сварки, когда детали сами плавятся под воздействием высокой температуры, во время пайки невозможно обойтись без припоя. Припой – это материал, чаще всего металлический сплав, который имеет температуру плавления ниже, чем у деталей, которые подвергаются пайке. В статье рассказываем, как правильно выбрать припой и какой он бывает. 

Виды припоя для пайки

Традиционно для изготовления припоя использовали металлы с низкой температурой плавления – олово и свинец. Постепенно состав менялся, добавлялись другие металлы. Более того, сейчас существуют припои совсем без металлов в составе. Сейчас на рынке большой ассортимент продукции, благодаря чему можно выбрать идеальный припой для пайки любых материалов. Рассмотрим, чем они отличаются.

По форме выпуска

Чаще всего припой поставляется в виде намотанной на бобины проволоки. Катушка может иметь разный вес и размеры, в зависимости от назначения припоя – бытовое или промышленное использование. 

При покупке припоя в катушках следует обращать внимание на: 

• диаметр проволоки – обычно от 0,3 до 3 мм;
• вес бобины. 

Несмотря на то, что можно рассчитать длину проволочного припоя, его обычно продают на вес. Стандартные фасовки – до 0,5 кг, однако в промышленных целях использую бобины и в несколько килограммов. 

Реже проволочный припой продают в прямых прутках, в том случае, если диаметр больше – до 10 мм. Но такие прутки тоже обычно продают по весу, а не по количеству.

Другие, менее распространенные формы выпуска: 

• Порошк и гранулы. Припой в сыпучем виде используется преимущественно в производственных целях. 
• Фольга, преформы или ленты. Подходит для сложных и повторяющихся технологических задач, электронных схем, плат.
• Паяльная паста. По сути это комбинированный материал, в котором содержится припой в виде порошка и жидкий флюс. Паста используется, когда паяются материалы с малой температурой плавления. Часто применяется в электротехнике. 

По технологии подачи флюса

Флюс – это вещество, которое помогает очистить поверхность металла от оксидной пленки, то есть подготовить место соединения к пайке. Практически все материалы лучше паяются с флюсом. В свою очередь флюс может быть жидким или пастообразным. 

Припой, соответственно, может быть:

• Комбинированным вместе с флюсом. В таком случае это трубчатая конструкция: внутри находится флюс (бор, кремний, канифоль), а снаружи – припой. Когда металл плавится, флюс освобождается и вступает в реакцию с поверхностью. Содержание флюса обычно не превышает 1-8%. 
• Отдельным, без флюса в составе. Для пайки таким припоем или флюс наносят отдельно, или процедура проводится в среде инертных газов, чтобы защитить поверхность от оксидной пленки.

По температуре плавления

Все виды припоя делят на мягкий и твердый. Но при этом имеется в виду не столько плотность материала, сколько его пластичность при нагреве. Другими словами, мягкий припой плавится при достаточно низких температурах – до 300 градусов. А твердый начинает плавиться только при температуре выше 300 градусов. Соответственно, это одна из наиболее важных характеристик при выборе припоя. 

Мягким припоем паяют печатные платы и провода. Так как радиодетали и изоляция проводов не выдерживает высоких температур. Как правило, они готовятся на основе олова или свинца. Они имеют невысокую прочность – до 100 мПа. 

Твердые припои значительно более прочные, выдерживают до 500 мПа. Однако, чтобы расплавить такой материал (обычно это серебро или медь), требуется температура выше 300 градусов. Чаще всего твердые припои используют для пайки медных листов или проволоки. 

Второе название по этой классификации – легкоплавкий и тугоплавкий припой. Однако при этом немного меняются характеристики:

• Легкоплавкий – до 450 градусов.
• Тугоплавкий – от 450 градусов. 

Изменение классификации произошло вместе с появлением новых качественных припоев, в основе которых есть цинк и алюминий. Эти металлы имеют низкую температуру плавления, но при этом высокую прочность.

По составу припоя

Основным паяльным элементом в припое может быть свинец, олово, медь, никель, кадмий, серебро. Чтобы влиять на характеристики основного металла, добавляют присадки: 

• сурьма делает расплав более текучим, а получаемый в результате шов – более прочным;
• никель снижает риск образования коррозии и повышает прочность соединения;
• литий, кадмий и висмут снижают температуру плавления припоя;
• серебро повышает растекаемость расплава и также снижает температуру плавления сплава;
• кремний, цирконий и вольфрам увеличивают жаропрочность, чтобы припой не прогорел. 

Таким образом, выбор припоя для пайки по составу сплава напрямую зависит от того, какие поверхности нужно соединять и при какой температуре, а также какая прочность соединения необходима.

Можно разделить выделить свинцовые и оловянные припои. 

Свинцовые припои

Свинцовые припои отлично плавятся, имеют хорошую текучесть и низкую температуру плавления. Они также имеют относительно невысокую стоимость, поэтому широко востребованы в промышленности и быту.  Относятся к мягким (легкоплавким) припоям. 

Свинцовые припои имеют отличные характеристики, в зависимости от того, какой сплав лежит в основе: 

• С1 и С2. Это сплавы с высокой чистотой и максимальным процентным содержанием свинца. Они имеют отличную пластичность.
• ССу. Самый твердый припой с высокой устойчивостью к деформациям. 

Когда актуально применение свинцового припоя: 

• Когда деталь будет находиться в условиях продолжительного воздействия отрицательных температур. Оловянные припои могут оказаться слишком хрупкими на морозе.
• Для обшивки листового свинца, для соединения труб, для наплавлений поверх изделий, которые пойдут под штамповку.

Оловянные припои

Оловянные припои максимально безопасны с точки зрения экологии и вреда для здоровья. Они очень крепкие. Если после пайки понадобится демонтировать скрепленный элемент, придется здорово потрудиться. В оловянных припоях не менее 40% олова. Остальные элементы – свинец, сурьма и прочие присадки. Есть также оловянные бессвинцовые припои, в чем их преимущества: 

• Возможность использовать при более высоких температурах.
• Пожаробезопасность – что нельзя сказать о свинце.
• Отличные теплоотводящие свойства сплава.

Марки оловянных припоев:

• Сурьмянистый. Содержание сурьмы – до 5%. Элемент увеличивает прочность и снижает хрупкость при отрицательных температурах. Оловянный сурьмянистый припой можно использовать на морозе.
• Малосурьмянистый. Кроме олова и сурьмы, в таком пропое достаточно много свинца, из-за чего температура плавления у него менее 200 градусов.
• Бессурьмянистый. Характерная особенность – до 90% олова в составе, благодаря чему припой имеет отличную теплопроводность и прочность. Его используют для пайки стали, меди и латуни. 

Для оловянно-свинцовых припоев характерно обозначение ПОС, после которого идет двузначное число – 40, 60, 80. Число характеризует, сколько процентов олова содержится в этом припое. 

Другие припои

Используются и более редкие и дорогостоящие материалы. Например, существуют припои из чистого серебра. Ими паяют медь, при этом получается максимально качественное соединение. Из-за высокой цены такой припой используется крайне редко, только на очень ответственных узлах. Серебросодержащие припои маркируются ПСр + двузначное число, например, 15, 45, 79. Число указывает на количество серебра в сплаве. 

Никелевые припои максимально жаропрочные. В них содержится до 30% хрома. В отличие от серебряных и, тем более, оловянных или свинцовых припоев, никелевые выдерживают температуру более 1000 градусов.

Кадмиевый припой имеет высокую прочность при низкой температуре плавления. Что позволяет создавать прочные соединения меди и алюминия. Также алюминий паяют цинковыми припоями. Однако без присадок цинк не очень хорош – плохо растекается, недостаточно прочен. Поэтому цинк легируют серебром, медью, кадмием, оловом. 

Состав припоя всегда содержит множество веществ. Это нужно для баланса физических и химических свойств. Даже небольшое количество фосфора, индия, кадмия или никеля может привести к изменению технических характеристик.

На что смотреть при выборе припоя для пайки?

Главными характеристиками припоя являются: 

• Температура плавления. Естественно, вам нужен припой, который будет плавится при меньшей температуре, чем соединяемые элементы. Этот показатель всегда указывается при продаже.
• Прочность, то есть устойчивость к механическим нагрузкам при разных температурах. Если на детали после пайки будет налагаться механическое усилие, используйте припои с железом, бором, никелем, кобальтом в составе.
• Электропроводность. Олово проводит электричество лучше, чем свинец. Если нужно низкое электрическое сопротивление металла, то стоит обращать внимание на припои с добавлением серебра или лития. 
• Пластичность. Некоторые припои дают твердое, но хрупкое соединение. Если же вам нужна эластичность, подверженность пластическим деформациям, то смотрите на припои, у которых в составе будет висмут, литий или марганец.
• Жаропрочность. Иногда пайка применяется для создания печей и других высокотемпературных объектов. В таком случае, конечно, применяются твердые (тугоплавкие) припои, но и у них есть ограничения по температурному режиму. Самые жаропрочные – с добавлением вольфрама, циркония или ниобия. 
• Устойчивость соединения к коррозии. Если нужно получить высокую сопротивляемость шва к разрушению, следует обратить внимание на припои с высоким содержанием меди, никеля и цинка.

Таким образом, нужно смотреть на материал, из которого изготовлены детали для пайки, и на состав припоя. Хороший, качественный припой имеет хорошую смачиваемость поверхностей, то есть пайка равномерно ложится на металл, растекается тонкой пленкой. А после использования паяльника припой выглядит блестящим – это значит, что пайка получилась прочной, без перегрева.