А. Савельев – Лестницы. О домашнем инкубаторе. Окна - глаза дома ("Сделай сам" №4∙2006) (страница 17)

Пайка — один из наиболее древних технологических процессов соединения предметов между собой в единое целое. Во многих музеях можно видеть предметы, изготовленные несколько тысяч лет назад с явным наличием паяных швов. Несмотря на столь древнее происхождение процесса, пайка в наши дни не только не отходит на второй план по значимости, но и получает всё новые и новые способы применения в совершенно разных, порой неожиданных областях и сферах производства.

В общем виде процесс пайки, причем независимо от применяемого припоя — легкоплавкового или тугоплавкового, происходит следующим образом: хорошо зачищенные, обезжиренные и освобожденные от окислов металлические предметы, подлежащие пайке, соединяют с наиболее возможной плотностью между собой, прогревают каким-либо способом до температуры плавления припоя и наносят необходимую порцию последнего на спаиваемый шов. Под действием температуры нагретых деталей припой плавится и растекается по поверхности предметов, заполняя спаиваемый шов. Во время пайки вплоть до остывания должна обеспечиваться неподвижность предметов относительно друг друга.

Здесь стоит сделать отступление по поводу одной ошибки, которую часто делают неопытные паяльщики. Не зная основного обязательного к выполнению правила — прогревать место пайки до температуры плавления припоя, наносят припой на шов и расплавляют его, пытаясь «промазать» место пайки нагревательным прибором — паяльником при пайке оловянно-свинцовым припоем или паяльной лампой при пайке твердым припоем, не дожидаясь нормального прогрева соединяемых предметов. Паяный шов получается при этом неровный, «кочковатый», ну и, как следствие, совершенно непрочный. Припой сам «покажет», когда спаиваемые детали прогрелись до нужной температуры. Он начинает смачивать шов и растекаться «живой», подвижной струйкой, заполняя все щели и неровности спаиваемых предметов. Остывший шов получается гладким и блестящим, не требующим никакой дополнительной обработки. То есть основной смысл заключается в том, что припой должен плавиться не инструментом пайки, а нагретыми до необходимой температуры спаиваемыми предметами.

Возможен также случай, когда применяемый для пайки прибор не обладает достаточной мощностью и не в состоянии прогреть спаиваемые предметы. Любой применяемый для паяльных работ инструмент должен достаточно быстро прогревать место пайки. Нельзя пропаять шов банного тазика из оцинкованного железа электрическим паяльником мощностью 40 ватт. Даже 100-ваттный не даст достаточного количества тепла для хорошо пропаянного шва. Здесь нужен паяльник «топориком» с большим массивным жалом мощностью не менее 150 ватт.

Выше сказано, что спаиваемые поверхности должны быть зачищены и освобождены от окислов для хорошей смачиваемости припоем места пайки. Но всем известно, что при нагревании почти все металлы начинают покрываться пленками окислов. При этом, чем до большей температуры мы греем детали, тем интенсивнее кислород воздуха взаимодействует с поверхностью металлов. Это явление является основной помехой, «камнем преткновения» при любых видах паяльных работ. Поэтому для преодоления этой неприятности разработаны такие методы пайки, как ультразвуковая, вакуумная, абразивная, пайка в нейтральной газовой среде, пайка в активной газовой среде, флюсовая. Так они называются по методу зашиты от окисления, или по методу удаления окисной пленки. Мы будем рассматривать последний, флюсовой, так как прочие возможны только при наличии достаточно сложного специального оборудования.

Процессы пайки подразделяются также по приборам и приспособлениям, применяемым для получения необходимого количества тепла нужной температуры. Пайка может выполняться паяльниками газовыми, плазменными, бензиновыми горелками; в нагревательной печи; погружением в расплавленный припой; волной припоя; в кузнечном горне. Разработаны сравнительно новые методы — индукционная пайка, пайка электронным лучом, инфракрасным лучом, лазерным лучом и некоторые другие. Практический интерес для нас определяется доступностью процесса. Это пайка паяльниками, горелками и, возможно, пайка в муфельных печах и горнах при доступности последних.

Как было выше сказано, соединительными материалами служат припои, представляющие собой за некоторым малым исключением сплавы различных металлов. В настоящее время известно довольно большое количество припоев, отличающихся друг от друга химическим составом, температурой плавления и затвердевания, механической прочностью, способностью смачивать разные металлы.

По температуре плавления припои подразделяются на: особо легкоплавкие с температурой плавления меньше 145 °C, легкоплавкие — от 145 до 450 °C, среднеплавкие — от 450 до 1100 °C, высокоплавкие — от 1100 до 1850 °C, тугоплавкие — выше 1850 °C. Нас с вами, занимающимся техническим творчеством в своей домашней (или, может быть, гаражной, сарайной) мастерской, интересуют вторая и третья группы. Легкоплавкие припои применяются при пайке всем известными электрическими паяльниками, в массовом производстве — при пайке волной и некоторых других технологиях. Среднеплавкие — это как раз те припои, пайке которыми посвящается эта статья.

Припои классифицируются (и во многих случаях называются) по основному компоненту: серебряные, медные, оловянные, цинковые, золотые.

К среднеплавким относятся медные, медно-цинкопые, серебряные, золотые припои. Ниже приводится таблица с составными частями и свойствами твердых среднеплавких припоев. Таблица заимствована из книги «Советы заводскому технологу» (Попилова Л.Я).

В таблице приведены наиболее распространенные припои общего назначения. По маркировке припоя можно судить о его химическом составе. Так, все серебросодержащие припои обозначаются буквами ПСр, что означает «припой серебряный», следующая цифра — процентное содержание серебра. ПМЦ — припой медно-цинковый, цифра показывает процент содержания меди. Чистая медь обладает хорошей смачиваемостью, поэтому может служить хорошим припоем для пайки стальных деталей. Но температура ее плавления 1083 °C, что не всегда годится для пайки. Добавив 8 % фосфора, резко снизим температуру плавления до 705 °C, обозначение этого припоя — ПМФ8. Чистое серебро является очень хорошим припоем с отличной смачиваемостью и текучестью. При пайке серебро проникает во все микротрещины и поры, создавая прочный эластичный шов.

Приведенный в таблице набор припоев охватывает практически весь диапазон паяльных работ, потребность в которых может возникнуть в творческой деятельности мастера-любителя. Так, припои № 19, 21, 23, 26, 40, 41, 42 применяются для пайки деталей из меди и ее сплавов при требовании повышенной прочности шва. Припой № 33 предназначен для пайки изделий из нержавеющих сталей. Припоем № 20 паяют низколегированные стали, а также серебро, вольфрам, платину. Хромистую сталь можно паять припоями № 19, 23.

Рассмотренные припои хороши, но у всех есть один существенный недостаток: где их взять? Если припои ПОС (оловянно-свинцовые для пайки паяльником) продаются во многих магазинах хозтоваров или торгующих радиодеталями, но приобретение твердых припоев выливается иногда в трудноразрешимую задачу. Выход из проблемы заключается в приготовлении припоя с нужными параметрами самостоятельно. Конечно, не все припои можно сделать в потном соответствии с приведенной рецептурой. Такие компоненты, как фосфор (Р), кадмий (Cd), марганец (Mn) на дороге не валяются. Все эти вещества являются присадками, придающими те или иные свойства припоям: улучшение текучести, смачиваемости, понижение температуры плавления и некоторые другие. Для наших целей можно обойтись без них, тем более, что основные компоненты дефицитом не являются.

Медь — все обмоточные провода делаются из меди с весьма высокой степенью очистки. Освободите от эмали — и один компонент готов. Цинк — обратите внимание на цинковые стаканчики гальванических элементов, они изготовлены из химически чистого цинка. Серебро — возьмите из серванта столовую ложку из серебра 999 пробы, авось домашние не догадаются, куда это одна ложка пропала? В поисках пропажи примите самое активное участие, заглядывая с озабоченным видом под диваны и в мусорное ведро.

Из этого набора можно приготовить припои.

В этой таблице припой № 1 «выбивается» из общего ряда. Он не содержит в своем составе медь, вместо нее включено олово. Но всё равно этот припой относится к группе твердых среднеплавких.

Рассмотренные припои не исчерпывают весь очень многочисленный ассортимент. Во многих отраслях различных производств применяются свои специфичные припои, свойства которых удовлетворяют каким-то особым требованиям. В ювелирном деле, например, находит применение целый ряд припоев на основе серебра и золота при изготовлении изделий из серебра, золота, платины и некоторых других драгоценных металлов.

Небольшое количество припоя можно сплавить в домашних условиях под пламенем горелки в керамическом тигле (если такой имеется). При его отсутствии воспользуемся столовой ложкой из нержавейки. Просто в неподготовленной ложке плавить металл не совсем удобно Ложка — это теплорассеивающий радиатор. Ее надо хорошо раскалить, чтобы начался процесс плавки. Может не хватить мощности горелки. Да и манипулировать с раскаленной ложкой не совсем удобно. Поэтому ложку «отфутерусм», то есть выложим ее листовым асбестом. Вырезанный кусочек асбеста намочим водой и прижмем его к дну ложки. Края загнем по всему периметру и оставим до полного высыхания. Получится мини-тигель, вполне пригодный для мини-плавки металла.