Пайка твёрдыми и мягкими припоями

Только присадка: более легкоплавкий припой затекает в узкий зазор

Пайка соединяет детали расплавленным присадочным металлом (припоем), который затекает в стык и застывает, немного как горячий клей из металла. Сами детали не плавятся, поэтому можно соединять деликатные, тонкие или разнородные металлы. Каждая печатная плата паяется, а большинство труб кондиционеров спаяны твёрдым припоем.

Фото: U.S. Navy, Public domain, через Wikimedia Commons

Пайка твёрдым припоем · сечение трубы в фитинге и лестница «какой металл плавится»Цифры в кружках соответствуют шагам ниже. Лестница справа показывает, чем различаются пайка мягкими припоями, пайка твёрдыми припоями и сварка.

Как это работает

Очистить и нанести флюс. Поверхности очищают и покрывают флюсом (пастой, которая растворяет оксидные плёнки и не пускает воздух). Припой держится только на чистом металле.
Нагреть стык. Горелка, печь, индукционная катушка или паяльник равномерно нагревает обе детали. Они должны стать горячее температуры плавления припоя, но оставаться намного ниже своей.
Подать присадку. Пруток или проволока припоя касается горячего стыка и плавится при контакте. Тепло должно идти от деталей, а не прямо от пламени, чтобы припой тёк к самому горячему металлу.
Пусть работает капиллярный эффект. Жидкий припой смачивает (растекается по) чистым поверхностям и втягивается в узкий зазор, даже вверх. Это работает, только если зазор узкий, примерно 0,05–0,15 мм при пайке твёрдым припоем.
Остудить и очистить. Припой застывает тонким слоем, сцепленным с обеими деталями, с небольшим галтельным валиком (изогнутым наплывом) на краю. Остатки флюса смывают, потому что они могут вызвать коррозию.

Пайка мягким или твёрдым припоем? Формальная разница только в температуре. Мягкая пайка использует припои, плавящиеся ниже 450 °C, например оловянные сплавы при 180–230 °C. Твёрдая пайка использует припои, плавящиеся выше 450 °C, часто 600–900 °C для серебряных или медно-фосфорных сплавов, и даёт намного более прочные соединения.

Ключевые факты

Материалы: Почти любая пара металлов, даже разнородных (медь со сталью, твёрдый сплав со сталью); керамика со специальными припоями
Типичные детали: Трубы водопровода и кондиционеров, теплообменники, инструменты с твердосплавными пластинами, печатные платы, велосипедные рамы с муфтами
Размер детали: От выводов микросхем менее 1 мм до теплообменников метр и более в поперечнике, паяемых в печах
Точность: Хорошая: детали не плавятся, поэтому сборки обычно удерживаются в пределах нескольких десятых миллиметра, в печах точнее
Качество поверхности: Гладкий тонкий галтельный валик по краю стыка; остатки флюса нужно удалять
Подходящая партия: От единичных изделий вручную до миллионов соединений в день в печах и печах оплавления
Стоимость оснастки и оборудования: Десятки долларов за горелку или паяльник; десятки и сотни тысяч за печи и линии оплавления
Скорость: От секунд до минуты на соединение вручную; печь или печь оплавления делает тысячи соединений за один проход в несколько минут

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Соединяет разнородные металлы и тонкие детали, которые сварка прожгла бы
Детали не плавятся, поэтому деформации и повреждений мало
Много соединений сразу в печи
Аккуратные герметичные соединения, хорошо проводящие тепло и электричество

Ограничения

Соединения слабее самих деталей, особенно паяные мягким припоем
Нужны узкие чистые зазоры и аккуратная подгонка
Остатки флюса могут вызвать коррозию, их нужно удалять
Теряет прочность при высокой температуре, поэтому не годится для горячей эксплуатации

Где применяется

ЭлектроникаКаждый компонент на печатной плате (пайка мягким припоем)
Водопровод и ОВКМедные водопроводные трубы (мягкий припой), линии кондиционеров и хладагента (твёрдый припой)
АвтомобилестроениеАлюминиевые радиаторы и конденсаторы (пайка в печи)
ИнструментТвердосплавные пластины на пильных дисках и свёрлах (пайка твёрдым припоем)
Ювелирные изделия и инструментыСеребряные и золотые изделия, латунные духовые инструменты
ВелосипедыКлассические стальные рамы с муфтами (пайка твёрдым припоем)

Как узнать процесс

Тонкий гладкий галтельный валик другого цвета по краю стыка: серебристый мягкий припой либо линия твёрдого припоя золотого, серебряного или медного цвета.
Детали, которые заходят друг на друга или вставляются друг в друга (труба в раструб, муфты), а не стыкуются торцами.
Нет сварной ряби и нет оплавленных на вид кромок деталей.
На печатных платах: блестящие маленькие конусы припоя вокруг каждого вывода компонента.

Сравните с

Дуговая сварка7.1плавит сами детали, поэтому соединения прочнее и лучше переносят нагрев, но деформация больше.Ультразвуковая сварка7.7тоже соединяет металлы без плавления, с помощью вибрации; часто заменяет пайку для проводов и выводов аккумуляторов.Сварка взрывом7.8ещё один способ соединять разнородные металлы, но для больших плит, а не для небольших стыков.

Смотрите

James Sword Engineering · Чем различаются три способа соединения — для начинающих

Lucas-Milhaupt · Почему узкий зазор втягивает припой в стык

Lucas-Milhaupt · Соединение медной трубы пайкой твёрдым припоем с горелкой, от начала до конца

Eurocircuits · Печатные платы, паяемые в печи оплавления

Смотреть реальные фото

Википедия: пайка твёрдыми припоями — фотографии пайки горелкой и паяных соединений
Википедия: пайка — ручная пайка, паяные соединения на печатных платах и медных трубах
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Плавится припой; детали — никогда. Этим пайка отличается от сварки.
Узкий, чистый зазор с флюсом позволяет капиллярному эффекту протянуть припой через весь стык.
Ниже 450 °C это пайка мягкими припоями; выше 450 °C — пайка твёрдыми припоями, она намного прочнее.