Пределы прочности при растяжении припоя

В настоящее время на рынке существует огромное количество материалов для пайки, таких как различные пасты, флюс-гели, жидкие флюсы, мягкие и твердые припои, а также разнообразные вспомогательные материалы, например, резисты, клеи и герметики. Данная статья поможет сориентироваться в огромном ассортименте припоев от различных производителей и не ошибиться с выбором. Чтобы правильно выбрать припой для пайки, нужно учитывать ряд особенностей: вид соединяемых металлов или сплавов, способ пайки, размеры деталей, механическая прочность и коррозионная стойкость соединения, значения усадочного напряжения, коэффициента теплового расширения, температурные ограничения и т.д. В простом понимании, пайка – это соединение двух металлических элементов между собой с помощью расплавленного припоя (сплава), имеющего меньшую температуру плавления, чем основной металл. Температура плавления припоя должна быть минимум на 50°С ниже температуры плавления спаиваемых элементов. Как правило, в состав припоя в разных долях входят несколько компонентов — олово, свинец, кадмий, сурьма, цинк, фосфор, висмут и медь, и, варьируя соотношения этих компонентов, можно получать припои с разной температурой плавления.

По температуре плавления припои делят на мягкие (легкоплавкие) и твёрдые (тугоплавкие). К мягким относятся припои с температурой плавления до 300 °C, к твёрдым — выше 300 °C. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении 16—100 МПа, а твёрдые — 100—500 МПа. Мягкие припои, в основном, представлены оловянно-свинцовыми сплавами (ПОС) с содержанием олова от 10 (ПОС-10) до 90% (ПОС-90), остальную часть сплава составляет свинец. Проводимость этих припоев составляет 9—15% чистой меди. Большое количество оловянно-свинцовых припоев содержит небольшой процент сурьмы (такие припои обозначаются ПОССу). Температура плавления ПОС лежит в пределах от 180 до 280 °C.

К мягким припоям относятся также и бессвинцовые припои. Бессвинцовые припои не содержат в своём составе свинца. Разработка таких припоев связана с токсичностью свинцовых паров. Несмотря на свою экологичность, почти все бессвинцовые припои имеют меньшую текучесть (смачиваемость), чем оловянно-свинцовые. Для улучшения текучести применяются флюсы со специальными составами. На данный момент ни один из бессвинцовых припоев не считается полной заменой оловянно-свинцового. Ведутся дальнейшие исследования по разработке нового типа бессвинцового припоя. Характеристики шва, выполненного бессвинцовым припоем, особенно после длительной эксплуатации, хуже, чем у припоев, содержащих свинец.

Пайка мягкими припоями

Часто в связи с отсутствием сведений о припоях работник предпочитает применять припои с высоким содержанием олова, хотя необходимость применения таких припоев не всегда обоснована. Правильность выбора припоя может быть гарантирована только при наличии подробных сведений о его свойствах.

Оловянно-свинцовые припои марок ПОС 18, ПОС 30, ПОС 40 имеют более высокое сопротивление срезу, чем чистые олово и свинец, и потому при их применении получается более прочный шов. При этом вязкость припоя ПОС 18 несколько лучше, чем у припоя ПОС 40, причем он незначительно отличается от последнего по прочности. Припой ПОС 50 вполне может быть заменен припоем ПОС 40 и ПОС 30. Информация о твердости припоя важна, так как более твердые припои лучше сопротивляются истиранию, чем мягкие. Все преимущества в этом отношении будут за припоем ПОССу 4 — 6. Остальные припои (ПОС 18, ПОС 30 и ПОС 40) имеют несколько меньшую твердость. Ударная вязкость (сопротивление удару) имеет наибольшее значение для чистого олова, но припой ПОС 40 и ПОС 30 немногим отличается в этом отношении от олова. Поэтому припой ПОС 40 может быть применен в особых случаях, где места спайки подвергаются сильной вибрации. Для обычных условий работы, где вибрация небольшая, применяют припой ПОС 18.

Температура плавления припоя имеет большое значение, ведь именно от нее зависит выбор метода пайки. Наиболее низкой температурой плавления обладает припой ПОС 62, содержащий 62 % олова. Этот припой применяют в случаях, когда при пайке нельзя перегревать детали, например, при соединении очень тонких проводов. Возможность применения в таких случаях тройных легкоплавких сплавов, в которых низкая точка плавления достигается добавкой третьего компонента (например, висмута), исключается, в связи с тем, что тройные сплавы не обладают такой высокой вязкостью, как двойные сплавы. В настоящее время припой ПОС 62 применяют редко, так как перегрев при пайке легко избегается при использовании припоя ПОС 40 очень тонкого сечения, например, в виде проволоки диаметром 1—2 мм. Под действием паяльника расплавление тонкой проволоки происходит быстро, вследствие чего уменьшается до минимума время воздействия высокой температуры. Практика показала, что по прочности спайки припой марки ПОССу 4—6 равноценен припою марки ПОС 30, это действительно для всех материалов, кроме оцинкованного железа и меди. При этом припой марки ПОС 40 в большинстве случаев обладает наибольшей прочностью и в этом отношении превосходит и высокооловянный припой марки ПОС 62, и чистое олово. Поэтому для получения шва максимальной прочности ни в коем случае не следует применять чистое олово.

Бессвинцовые мягкие припои наилучшим образом подходят для пайки и лужения меди и медных сплавов. Особенной популярностью бессвинцовые припои пользуются при монтаже медных трубопроводов и при пайке медных фитингов. При этом различают бессвинцовые припои с содержанием серебра и без содержания серебра. Серебро в припое повышает его текучесть и адгезию, а также улучшает пластичность конечного соединения. Пайка мягкими припоями допускается вплоть до 54-го диаметра трубы. Медные трубы большего диаметра паяются уже твёрдыми припоями. Пайка твёрдыми припоями.

Как уже отмечалось ранее, твёрдые припои являются тугоплавкими и обладают повышенной стойкостью к разрыву и истиранию. Твердые припои идеальны для пайки инженерных систем из меди, латуни, бронзы, стали, чугуна, никеля, а также алюминия. Использование твердых припоев особенно рекомендуется на трубах диаметром свыше 42 мм, а также на трубах под высоким давлением и/или подверженных длительной вибрации. По аналогии с мягкими припоями, твёрдые припои также могут иметь в своем составе серебро. Серебро влияет на текучесть, пластичность и адгезию припоя. Чем выше содержание серебра в припое, тем выше эти показатели. Так, для пайки меди с медными сплавами достаточно 15% серебра, а для пайки меди со сталью – необходимо не менее 35% серебра. Сталь со сталью (часто используемое соединение при напайке алмазных сегментов на коронки для сверления бетона) соединяют припоем, содержащим 49 % серебра.

Все твердые припои можно разделить на несколько основных групп: медно-фосфорные, серебряные, алюминиевые, кадмиевые и латунные. В связи с высокой токсичностью кадмия производство кадмиевых припоев в настоящее время прекращено. Кадмиевые припои обладали пониженной температурой плавления и не вызывали перегрева основного металла. Медно-фосфорные припои имеют в своем составе фосфор. Добавление фосфора значительно понижает температуру плавления медного сплава, позволяя экономить время и топливо для горелок. Медно-фосфорные припои предназначены для пайки соединений типа медь-медь, медь-латунь, медь-бронза. Серебряные припои содержат большое количество серебра, позволяющее паять разнородные материалы, такие как медь со сталью или чугуном, медные и никелевые сплавы. Содержание серебра в серебряных припоях может достигать 72%.

Алюминиевые припои предназначены для пайки изделий из алюминия и его сплавов. Наиболее надежными с точки зрения механической прочности и коррозионной стойкости являются припои на алюминиевой основе с кремнием. Алюминий с кремнием образует простой сплав, соответствующий содержанию 11,7% Si. Такой сплав имеет наиболее низкую температуру плавления (577°C). В качестве припоев применяются сплавы, содержащие от 4 до 13% Si и называемые обычно силуминами. Температура плавления этих припоев лежит в пределах от 577 до 630 °C. Латунные припои используются для сварки и пайки во многих отраслях промышленности. Их невысокая стоимость и отличные механические качества позволяют использовать этот припой для пайки никеля, меди, бронзы, стали и латуни. Выпускается латунный припой чаще всего в виде прутов толщиной от двух до шести миллиметров, возможен также выпуск в виде пасты или гранул. Температура плавления припоя составляет 800°C.

Припой какого производителя выбрать?

ROTHENBERGER (Ротенбергер, Германия) — компания ROTHENBERGER, основанная в 1949 году, одна из ведущих компаний в мире по производству профессионального строительного инструмента и оборудования для пайки и сварки, а также припоев и вспомогательных материалов. Четырнадцать заводов компании ROTHENBERGER расположены в Германии, Франции, Испании, США, Ирландии и Швеции. Представительства и сервисные центры компании ROTHENBERGER находятся по всему миру: в Европе, Северной Америке, на Ближнем Востоке, в Скандинавии, Южной Африке, Скандинавии, Австралии и России. На данный момент компания ROTHENBERGER экспортирует свои припои более чем в 60 стран. Припой ROTHENBERGER гарантирует высокое качество и надежность соединения. Наша фирма и ее многочисленные торговые дилеры по всей России предлагают широкий выбор припоев ROTHENBERGER.

BRAZETEC (Бразетек, Германия) — подразделение концерна Umicore. Компания BrazeTec (Бразетек) является ведущим производителем высококачественных материалов для пайки, припоя, паяльных паст и флюсов. Припой BrazeTec (БразеТек) используется для производства и ремонта холодильной техники и техники для кондиционирования, систем отопления и водоснабжения, в машиностроении, строительстве водопроводов, в производстве инструмента в различных отраслях промышленности, при изготовлении инструментальной оснастки. BrazeTec (БразеТек) производит и продает свои продукты, используя глобальную логистику организации и производственные мощности в Ханау (Германия), Виченце (Италия), Гленс Фоллс (США), Сан-Паулу (Бразилия) и Сучжоу (Китай). Компания основывается на своем многолетний опыте и на экспертных знаниях в сферах паечных процессов в различных отраслях промышленности. Компания имеет собственный научный центр. BrazeTeс предлагает клиентам индивидуальные решения для наиболее сложных задач, связанных с пайкой. Фирма ROTHENBERGER является торговым партнером в реализации продукции BrazeTec (Бразетек) на территории России и СНГ. Клиенты фирмы ROTHENBERGER c удовольствием используют все преимущества, предоставляемые корпорацией Umicore.

25.11.2019