Канифоль представляет собой смолистое желтовато-коричневое вещество, получающееся в виде палочек и порошка при перегонке сосновой смолы. Канифоль темного цвета называется гарпиусом. Она иногда применяется как флюсующее вещество при паянии мягкими припоями. Канифоль при паянии используют в виде порошка и палочек, а также в жидком состоянии; в последнем случае ее растворяют в денатурированном спирте. Одно из ценных свойств канифоли заключается в том, что остатки ее на спаиваемых швах не вызывают коррозии.
Фосфорная кислота. Для паяния стальных изделий мягкими припоями применяют сгущенную фосфорную кислоту, смешанную с одной с одной-двумя частями спирта крепостью 80%. Чтобы приготовить фосфорную кислоту, наполняют фарфоровую чашку на одну треть азотной кислотой, а затем в нее опускают небольшими кусочками Фосфор. При растворении фосфора выделяются густые бурые ядовитые пары, поэтому фосфорную кислоту приготовляют в вытяжном шкафу или под вытяжным зонтом.
Фосфор добавляют до тех пор, пока не выпарится азотная кислота и не прекратится выделение паров. Если в процессе растворения фосфора в азотной кислоте начнется бурное выделение паров, немедленно на время прекращают нагревание и в фарфоровую чашку с раствором осторожно вливают небольшое количество холодной воды.
Азотную кислоту выпаривают до тех пор, пока не перестанут выделяться пары. После этого образовавшуюся жидкость продолжают нагревать до тех пор, пока она несколько не загустеет. Полученная таким образом густоватая масса и будет фосфорной кислотой. Перед употреблением фосфорную кислоту разбавляют дистиллированной водой. Эту кислоту хранят в герметически закупоренных стеклянных банках. При использовании фосфорной кислоты в качестве флюса спаиваемые поверхности паянных изделий получаются чистыми и блестящими
Приготовление фосфорной кислоты требует соблюдение предостороженности. Чистый фосфор нельзя брать голыми руками, так как можно получить сильные ожоги. Поэтому фосфор в азотную кислоту опускают паяльными щипцами. Необходимо помнить, что азотная кислота, попав на кожу может вызвать сильные ожоги. Чистый фосфор на воздухе легко загорается и может вызвать пожар, поэтому его все время хранят под водой.
Горючие материалы, применяемые в паянии
Горючие материалы разделяют на твердые (древесный уголь, кокс и др.), жидкие (керосин, бензин) и газовые (ацетилен, водород и др.). При паянии металлов применяют все три вида горючего, а также электроэнергию. Выбор того или иного вида горючего зависит не только от цели его применения, но также от условий работы. Горючие материалы характеризуются теплотворной способностью. Теплотворная способность твердого топлива определяется количеством тепла, выделяемого при сжигании 1 кг, например угля или керосина (ккал/кг), а газообразного – при сгорании 1м3 газа (ккал/м3).
Древесный уголь употребляется для нагревания паяльников и изделий при паянии мягкими и твердыми припоями. Он очень порист, горит равномерно, обладает теплотворной способностью около 6500 ккал/кг. Для паяния древесный уголь употребляется в виде небольших кусков. При ударе по куску сухого, хорошего качества угля получается чистый звук. Древесный уголь вполне пригоден как горючий материал для нагревания паяльника, но нагревать изделия на древесном угле избегают, та как на спаиваемые поверхности попадает зола, которая их загрязняет.
Керосин применяется в паяльных лампах для нагревания паяльников. Керосин, имеющий слегка желтоватый оттенок, при горении дает много копоти, вследствие чего затрудняет и усложняет процесс паяния.
Бензин применяется в паяльных лампах для нагревания паяльников. Он обладает высокой теплотворной способностью-1000 ккал/кг. Бензин огнеопасен, легко воспламеняется, поэтому его применение связано с соблюдением мер предосторожности.
Спирт применяется в паяльных лампах для нагревания паяльников в качестве растворителя. По сравнению с другими видами горючего спирт очень дорог, поэтому его заменяют более дешевыми горючими. Спирт обладает меньшей теплотворной способностью по сравнению с бензином и керосином (около 6400 ккал/кг),Но он менее огнеопасен и при горении не выделяет копоти.
Светильный газ используется для нагревания паяльников и изделий при паянии мягкими и твердыми припоями. Раньше светильный газ добывался из каменного угля. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев пользуются природным газом, поступающим в производство по готовым магистралям.
При вдыхании больших количеств светильный газ ядовит, а при неосторожном обращении с ним может образовать взрывчатую смесь.
Ацетилен представляет собой бесцветный газ, обладающий запахом чеснока. Ацетилен добывают из карбида кальция разложением последнего водой в специальном газогенераторе. Ацетилен в смеси с кислородом сгорает ярким пламенем, выделяя при этом значительное количество тепла. Температура горения ацетилена 3400ºС. Ацетилен, полученный из карбида кальция, обычно бывает загрязнен вредными для его свойств примесями сероводорода, фосфористого водорода, мышьяковистого водорода, поэтому его до использования очищают. При низком давлении и нормальной температуре чистый ацетилен представляет вполне устойчивое соединение.
Смесь ацетилена в воздухе делается взрывчатой при соотношениях от 3% ацетилена и 97% воздуха до 82% ацетилена и 18% воздуха. Чистый ацетилен при давлении свыше 1.5 ат делается также взрывчатым.
Кислород применяется вместе с ацетиленом для нагрева изделий при пайке твердыми припоями. Хранят кислород в стальных баллонах под давлением (до 150 ат).
Инструменты для паяния
Паяльники, периодически нагреваемые, применяются для паяния мягкими припоями. Эти паяльники подразделяются на прямые (торцовые) и угловые (молотковые), последние применяются наиболее широко.
Прямые паяльники используют обычно для паяния в труднодоступных местах. Паяльник представляет собой кусок красной меди, прикрепленный к железному стержню с деревянной ручкой на конце. Паяльники изготовляют из красной меди, потому, что она обладает значительной теплоемкостью, т.е. способностью накапливать в себе много тепла, и большой теплопроводимостью, т.е. способностью легко принимать и отдавать тепло. Вес паяльника колеблется от 0.4 до 1 кГ.
Паяльники изготавливают и подбирают так, чтобы их было удобно поднести к спаиваемому месту. Чем толще спаиваемые изделия, тем выше должна быть температура, необходимая для расплавления припоя и тем больше должен быть вес паяльника. Паяльник нагревают до температуры 250-600ºС. Выше 600ºС нагрев не рекомендуется, так как паяльник начнет разрушаться – медь от окисления и действия олово, находящегося на рабочем конце паяльника, становится хрупкой. Чтобы припой хорошо держался на паяльнике, рабочую часть последнего предварительно покрывают оловом, т.е. лудят.
Для нагрева паяльника пользуются паяльной лампой. Во время нагрева паяльника следят, чтобы его рабочая часть находилась в некоптящей части пламени и нагрев проводился до определенных температур. Нагрев паяльника начинают с незаостренной рабочей части после того как она нагреется, нагревают заостренную часть.
Электрические паяльники
Электрические паяльники (электропаяльники) применяют как прямые, так и угловые. Эти паяльники нагреваются электрическим током, поэтому их применяют всюду, где имеется электрический ток. Электропаяльник состоит из стальной трубки, нагревательного элемента, медного круглого стержня, двух накладных боковин, скрепленных вместе хомутиками, рукоятки, шнура, штепсельной вилки.
Нагревательный элемент электрического паяльника представляет собой нихромовую проволоку, намотанную на часть трубки, изолированную слюдой и асбестом.
При работе электрическим паяльником не образуются вредные газы, разъедающие полуду на медном стержне, и нагрев спаиваемых мест осуществляется равномерно при постоянной температуре, что повышает качество паяния.
Электрические паяльники нагреваются от 2.5 до 8 мин. Длина паяльников без проводов колеблется от 250 до 350 мм.
Электрические паяльники изготовляют мощностью 35. 50, 65, 90 и 120 вт. По правилам техники безопасности, во избежание несчастного случая. Не разрешается пользоваться на производстве электрическими паяльниками, питающимися от сети напряжением выше 36 в.
Газовые паяльники
В газовом паяльнике применена ацетилено-кислородная горелка, к которой прикреплен на стержне с помощью хомута обычный паяльник из красной меди. К ручке присоединены шланги для подачи ацетилена и кислорода. Подача в горелку ацетилено-кислородной смеси регулируется с помощью вентилей. Ацетилено0кислородную смесь на выходе из сопла горелки зажигают и образовавшимся при этом пламенем нагревают рабочую часть паяльника, температуру которой регулируют расходом газа.
В газовом паяльнике применена ацетилено-кислородная горелка, к которой прикреплен на стержне с помощью хомута обычный паяльник из красной меди. К ручке присоединены шланги для подачи ацетилена и кислорода. Подача в горелку ацетилено-кислородной смеси регулируется с помощью вентилей. Ацетилено0кислородную смесь на выходе из сопла горелки зажигают и образовавшимся при этом пламенем нагревают рабочую часть паяльника, температуру которой регулируют расходом газа.
Бензиновые паяльники
Бензиновые паяльники представляют собой соединение паяльника с бензиновой горелкой, пламя которой все время подогревает паяльник и не дает ему остывать. Ручка в таких паяльниках является одновременно резервуаром для бензина. Бензиновые паяльники приводятся в рабочее состояние в течение трех-четырех минут. Пламя развивается очень сильное, что дает возможность пользоваться такими паяльниками даже при сильном ветре. Резервуар наполняется бензином не полностью, оставляют небольшое свободное пространство, когда резервуар наполнен бензином, крепко завертывают вентиль на конце ручки. Категорически воспрещается наполнять резервуар бензином вблизи огня.
Расход бензина у обычных бензиновых паяльников составляет от 30 до 50 г/ч.
Ультразвуковые паяльники
В основе способа ультразвукового паяния металлов лежат механические колебания, которые в жидкости вызывают явление, известное под названием кавитации. Кавитация – это нарушение сплошной текучести жидкости. Это явление и используется при паянии металлов. Для паяния металлов применяют ультразвуковые паяльники разных конструкций.
Ультразвуковой паяльник с нагревателем имеет магнитострикционный излучатель ультразвуковых колебаний, собранный из никелевых пластин. На излучателе имеется обмотка, питающаяся от генератора ультразвуковой частоты. Излучатель прикреплен к головке паяльника. Рабочая часть паяльника получает тепло от нагревательного элемента мощностью около 100 вт через обмотку, питаемую переменным током напряжением 10 в, и ультразвуковые колебания частотой 20-30 кгц, возникающие в магнитострикторе при включенном генераторе.
Вследствие эффекта магнитострикции возникают ультразвуковые колебания в расплавленном припое и появляются каватационные пузырьки. Возникшая при этом каватация вызывает разрушение окисной пленки и металл на этом месте становится чистым и легко смачивается расплавленным припоем. Припой растекается по очищенной поверхности, сплавляется с верхним слоем основного металла и тем самым обеспечивает прочное их соединение.
Газопламенные горелки
Газопламенные горелки различных конструкций применяют для паяния изделий твердыми припоями.
В качестве горючего в них используют газообразное топливо. Для паяния применяют газопламенные горелки, работающие на смесях: природный газ с воздухом, природный газ с кислородом, ацетилен с кислородом, водород с кислородом. Газопламенные горелки, работающие на указанных смесях, дают широкий факел пламени, благодаря чему получается менее концентрированный нагрев.
Газовоздушная горелка, работающая на смеси природного газа с воздухом, состоит из двух труб, по одной на из которых подается воздух, а по другой – сжатый воздух. Трубы соединяются в патрубках смесительной камеры, заканчивающейся мундштуком. Трубы соединяются с газопроводом при помощи гибких резиновых шлангов. Каждая труба имеет пробковые краны, при помощи которых регулируют подачу воздуха и газа и тем самым изменяют величину факела пламени.
Ацетилено-кислородные горелки, как показывает их название, работают на смеси ацетилена с кислородом.
Керосиново-кислородные горелки, работающие на жидком горючем в смеси с кислородом, применяются для нагревании изделий при паянии твердыми припоями. Наиболее распространенной является керосиново-кислородная горелка ГКУ-55. При работе ею применяют сетчатые и однодырочные мундштуки.
Сетчатые мундштуки обеспечивают равномерный и интенсивный нагрев изделий.
Паяльные лампы
Паяльные лампы широко применяются при паянии, ими нагревают изделия перед паянием, а также расплавляют припой.
Шаберы
Шаберы применяют для очистки поверхности изделий от окислов, припоев и т.п.
Плоские поверхности обрабатывают плоским шабером, снимая им слой металла при движении вперед.
Вогнутые поверхности обрабатывают изогнутым шабером, перемещая лезвие вбок слева направо.
Напильники
Напильники применяют для зачистки спаиваемых мест до и после паяния.
Струбцины
Струбцины применяют для наружного соединения изделий при продолжительной паянии.
Пассатижи
Пассатижи применяют для зажима и поддержки мелких деталей при паянии.
Паяльные клещи
Паяльные клещи применяют для зажима и поддержки изделий при паянии.
Щетки
Все посторонние вещества с поверхности изделий перед паянием и остатки припоя после паяния удаляют при помощи металлических щеток. С успехом используют также обычные металлические щетки, применяемые для очистки напильников. Очень часто применяют круглые металлические щетки, которые закрепляют на шпинделе шлифовальной ручной машинки. Для этой цели применяют также угловую пневматическую щетку реверсивную УПЩР-1 и дисковую абразивную щетку.
Кисти волосяные
Кисти волосяные применяют для смазывания флюсом швов спаиваемых изделий. Кисти оберегают от загрязнений, часто промывают, чтобы не ухудшать качество паяния.
Оборудование для изготовления и хранения припоев и флюсов
Тигли для припоев. Мягкие и твердые припои изготовляют в специальных сосудах, называемы тиглями. Для изготовления и расплавления припоев применяют графитовые тигли. Тигли изготовляют также из серого чугуна, поскольку он почти не растворяется в припоях. Но чугунные тигли применяют реже, чем графитовые.
На рисунке 223а изображен графитовый тигель 1, снабженный двухсторонней рукояткой 2 для его съема с нагревательного устройства после приготовления припоя.
Формы для припоев. Чтобы изготовить припой в виде палочек определенных размеров, его после расплавления в тиглях заливают в специальные формы. Формы для заливки припоев обычно изготовляют из чугунных плит, на поверхностях которых для этой цели прорезают желобки полуцилиндрической формы, располагаемые параллельно друг другу, на нижнем конце закрытые, а на верхнем – соединенные общим поперечным каналом (рисунок 223б). Такие плиты перед использованием складываются вместе и сжимают струбцинами, а их желобки смазывают слегка маслом. Затем заливают расплавленный припой, которому дают остыть, освобождают форму от струбцин, разъединяют плиты формы и выбирают из них припои в виде палочек.
В таких формах могут быть приготовлены мягкие и твердые припои. Обычно припои в таких формах изготавливаются в виде прутков диаметром от 3 до 8 мм и длиной от 150 до 250 мм. Существенный недостаток таких форм состоит в том, что в них очень часто бывает трудно получить прутки припоев определенного сечения по всей длине: из-за этого при паянии приходится расходовать лишнее количество припоя, а также создаются трудности в получении ровных швов.
Для изготовления прутков припоя применяют специальные прокатные цилиндрические ролики (вальцы) с ручьями (рисунок 223в).Такие ролики закрепляют на шпиндели зигмашины. Изготовленные по такому способу прутки припоев имеют вполне определенные размеры и форму, благодаря чему они при паянии плавятся равномернее и паяльный шов получается ровным.
Ступки для измельчения флюсов. Для изготовления флюсов применяют металлические и фарфоровые ступки (рисунок 223г) разных форм и размеров. Ступки всегда содержат в чистоте, во избежание попадания посторонних веществ в флюс при его измельчении.
Сосуды для флюсов. Для изготовления и хранения флюсов применяют различного рода сосуды. Для хранения паяльной жидкости, толченой канифоли и приготовления кашицы из буры можно использовать обычную кастрюлю с крышкой или противень с крышкой. Эти сосуды, будучи закрытыми крышками, предохраняют флюсы от загрязнения посторонними веществами.
Такие кастрюли и противни с крышками могут быть изготовлены из низкоуглеродистой стали.
Флюсы хранят в стеклянных сосудах с притертыми пробками, чтобы не допускать проникновения в них влаги из воздуха, от чего они портятся.
Посуда для кислоты. Все применяемые при паянии кислоты хранят в стеклянной посуде. Те вещества, которые портятся от влаги воздуха, хранят в стеклянных банках с притертыми пробками. Во время паяния кислоты наливают в стеклянную или фарфоровую посуду.
Паяные соединения
Прочность паяного изделия зависит от площади соединения и взаимной подгонки соединяемых деталей. Поэтому поверхности спаиваемых деталей перед паянием соответствующим образом обрабатывают, подгоняют друг к другу и тщательно очищают от загрязнений. Жидкий припой лучше всего пристает к чистым, не окисленным и не загрязненным маслами или другими веществами поверхностям деталей. Наиболее пригодна для паяния шероховатая (взрыхленная) поверхность деталей, т.е. такая, какая получается после обработки деталей на металлорежущих станках путем точения, фрезерования и т.п. При паянии заполнение зазоров расплавленным припоем происходит под действием капиллярных сил, величина которых зависит от шероховатости и чистоты спаиваемых деталей.