Какие припои применяются при пайке меди и медных сплавов
Перейти к содержимому

Какие припои применяются при пайке меди и медных сплавов

  • автор:

Припой для пайки меди

Пайка давно зарекомендовала себя в качестве простого, надежного и эффективного способа соединения деталей. Пайке подвергается большинство металлов, но каждый имеет свои требования к материалу и процессу. В данной статье речь пойдет про работу с медью.

Сразу стоит отметить, что медь является одним из самых неприхотливых к пайке металлов. Она не подвержена моментальному появлению оксидной пленки, как это происходит с алюминием. Благодаря этому паять медные изделия можно самыми разными способами и припоями.

Припои для низкотемпературной пайки

Для соединения медных жил, водопроводных труб низкого давления и других элементов рационально использовать категорию мягких припоев. Их температура плавления не превышает 300 градусов, а предел прочности на разрыв в отдельных марках достигает 100 МПа. Такие показатели упрощают работу в процессе пайки и обеспечивают достаточную надежность и долговечность соединения при большой площади контакта изделий.

Основными компонентами мягких припоев обязательно являются олово и свинец. Припои с разным соотношением этих металлов образуют целую категорию марок ПОС. Количество олова в составе при этом варьируется в диапазоне от 15 % до 90 %. Соотношение напрямую влияет на показатели прочности, температуры плавления и токопроводимости.

В сфере радиоэлектроники и электрики распространены припои ПОС-40, ПОС-61, ПОС-64. Для пайки сантехнических и бытовых медных изделий применяются марки без использования свинца, который негативно сказывается на здоровье человека. Также существуют припои марки ПОС с различными примесями в виде сурьмы, кадмия, цинка, меди, серебра. Они позволяют менять характеристики и свойства марки под конкретные задачи.

Припои для высокотемпературной пайки

Когда прочности мягких припоев становится недостаточно, используют твердые припои. Их прочность может достигать уже 500 МПа на разрыв, но за такие показатели приходится платить высокой температурой плавления.

Основной массой таких припоев являются медные сплавы с добавлением фосфора и цинка. Очень распространен медно-фосфорный припой с 6%-м содержанием фосфора, который не требует использования флюса. В цинковых сплавах медь занимает меньший процент от массы: часто используемые — ПМЦ-36 и ПМЦ-54. Температура плавления таких припоев варьируется в диапазоне 800—1000 градусов и требует использования высокотемпературных горелок в процессе монтажа.

Серебряные припои также относятся к классу высокотемпературных. Наличие серебра в составе значительно снижает температуру плавления — до 600—700 градусов. Распространенные марки серебряных припоев — ПСр-15 и ПСр-45. Числовое значение указывает на количество серебра, остальную массу занимают цинк и медь.

Подводя итог, стоит отметить, что для решения мелких бытовых задач зачастую будет достаточно характеристик ПОС-61 или ПОС-40. Они отлично справляются с пайкой проводов, микросхем, небольших медных деталей. Но, если речь идет о крупных проектах электромонтажной и сантехнической сферы, важно учитывать все характеристики материалов, механические нагрузки, цели эксплуатации и строго следовать установленным инструкциям.

Пайка медно-фосфористыми припоями

Для пайки меди и латуней широкое распространение получили медно-фосфористые припои. Основой этих припоев служит сплав меди с фосфором, определяющий их специфические свойства, так же в их состав вводят серебро, олово и др., например ПСрФ-15-5 и МФОЦ-7-3-2. Они используются для пайки трубок холодильных агрегатов, токоведущих жил в электротехнике. В пользу пайки медно-фосфористыми припоями говорит:

  • их сравнительная дешевизна и доступность (по сравнению с безфосфорными серебросодержащими припоями, основанными на сплаве медь-серебро-цинк и медь-серебро-цинк-кадмий, например ПСр-45 и ПСр-40 соответственно)
  • достаточно низкая температура пайки (позволяющая паять латунь)
  • эффект самофлюсования, основанный на том, что входящий в состав припоя фосфор, окисляясь на воздухе при пайке, образует флюсующее вещество, позволяющее паять медь.

В то же время, пайка медно-фосфористыми припоями имеет ряд особенностей. Как правило, при пайке меди этим припоем используют воздушно-газовую горелку (пайка газовым пламенем), нагрев ведут восстановительной частью пламени. После прогрева в место пайки вводят пруток припоя, оплавляясь, пруток смачивает поверхность меди в местах соприкосновения. Растекаемость припоя становится заметной и увеличивается при увеличении нагрева, но при этом припой «вскипает» становится пористым из-за испарения фосфора. Поэтому пайку желательно вести на грани плавления припоя.

Для уменьшения температуры пайки, которое позволит избежать «вскипания» припоя, можно использовать флюсы ПВ209Х или ПВ284Х. Флюс существенно увеличит растекаемость припоя и уменьшит пористость паяного соединения, а значит, улучшит качество пайки. Расход флюса для пайки медно-фосфористыми припоями, существенно меньше, чем при пайке припоями на основе сплавов серебра.

Внимание! Пайка сталей припоями с содержанием фосфора даёт соединения с нулевой ударной прочностью. Это происходит из-за образования на поверхности стали хрупких соединений железа с фосфором.

Технология пайки меди и ее сплавов

Технически чистая медь обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью и достаточно высокой коррозионной стойкостью. Она устойчива против атмосферной коррозии вследствие образования на ее поверхности тонкой защитной пленки, состоящей из CuS04-3Cu (ОН)2. Медь — относительно прочный (σв = 21 кгс/см2 и пластичный металл (б = 45 ÷ 50%).

С уменьшением содержания в меди газовых примесей пластичность ее возрастает до 62%. При повышенных температурах прочность меди уменьшается, а пластичность возрастает. Ценным свойством меди является ее способность сохранять высокую пластичность вплоть до температуры жидкого гелия 4,2 К (-269°С).

Для повышения прочности и придания меди особых свойств (жаропрочности и коррозионной стойкости и др.) ее легируют различными добавками. Сплавы на основе меди обладают высокими механическими и другими ценными качествами.

Поэтому во многих отраслях техники для изделий, работающих в условиях повышенных и криогенных температур, в качестве основного металла широко применяются медь и ее сплавы, обладающие необходимым комплексом свойств. Пайка этих материалов может производиться всеми известными способами.

Наиболее широкое распространение в промышленности получила пайка паяльником, газовыми горелками, погружением в расплавленный припой и в печах.

Пайка низкотемпературными припоями нашла большое применение благодаря простоте и общедоступности этого способа. Ограничения в ее применении вызваны лишь тем, что паяльником можно осуществлять пайку только тонкостенных деталей при температуре 350° С.

Массивные детали вследствие большой теплопроводности, превышающей в 6 раз теплопроводность железа, паяют газовыми горелками.

Для трубчатых медных теплообменников применяется пайка погружением в расплавы солей и припоев. При пайке погружением в расплавы солей используют, как правило, соляные ванны-печи. Соли обычно служат источником тепла и оказывают флюсующее действие, поэтому дополнительного флюсования при пайке не требуется.

При пайке погружением в ванну с припоем предварительно офлюсованные детали нагревают в расплаве припоя, который при температуре пайки заполняет соединительные зазоры. Зеркало припоя защищают активированным углем или инертным газом.

Недостатком пайки в соляных ваннах является невозможность в ряде случаев удаления остатков солей или флюса.

Широкое распространение в промышленности находит пайка в печах, поскольку при этом обеспечивается равномерный нагрев соединяемых деталей без деформации даже при больших габаритах изделий.

При пайке изделий из меди оловянно-свинцовыми и другими легкоплавкими припоями используют обычно канифолыно-спиртовые флюсы, водные растворы хлористого цинка или хлористого аммония.

Пайка серебряными припоями успешно идет при применении флюсов на основе соединений бора и фтористых соединений калия. Эти флюсы хорошо очищают поверхность меди от окисной пленки и способствуют растеканию припоя.

Недостатком флюсовой пайки меди является трудность получения герметичных соединений. Кроме того, остатки флюса являются очагами коррозии. Поэтому пайку чаще всего осуществляют в восстановительных или нейтральных газовых средах.

Пайку меди в азоте можно осуществлять при температуре 750-800°С.

К недостаткам этого метода можно отнести сложность оборудования по очистке азота, а также отсутствие возможности осуществлять пайку при температуре ниже

Имеются сведения о применении пайки меди в среде аргона припоем ЛС 59-1 с дополнительным флюсованием мест пайки водным раствором буры.

Пайку в вакууме успешно применяют для соединений многих металлов, в том числе и меди. Этот вид пайки достаточно экономичен, совершенно безопасен и производится в вакуумных печах или контейнерах, загруженных в обычные печи. Паяные швы, полученные при применении нагрева в вакууме, отличаются чистотой, прочностью металла шва и высокой коррозионной стойкостью.

К недостаткам способа пайки в вакууме следует отнести сложность применяемого оборудования.

Соединение меди при низкотемпературной пайке производится стандартными оловянно-свинцовыми припоями ПОССу 30-0,5; ПОС 40; ПОССу 40-0,5, ПОС 61 и свинцово-серебряными припоями ПСр 1,5; ПСр 2,5; ПСр 3 с использованием флюсов на основе хлористого цинка или канифольно-спиртовых.

Соединения, паянные оловянно-свинцовыми припоями, теплостойки до температур 100-120°С.

При снижении температуры до -196÷-253°С предел прочности этих соединений увеличивается в 1,5-2,5 раза, достигая 4,5-7,5 кгс/мм 2 ; при этом пластичность резко снижается.

Хрупкость оловянно-свинцовых припоев и паянных ими соединений при низких температурах объясняется аллотропическим превращением олова и образованием в шве хрупких интерметаллидов, которые при низких температурах являются очагами развития трещин.

Для оловянно-свинцовых сплавов, содержащих менее 15% олова, падение ударной вязкости не происходит. Это обусловлено тем, что свинец, являясь основой сплава, с понижением температуры увеличивает ударную вязкость, давая во всех случаях вязкий излом.

Высокая пластичность свинца делает его нечувствительным к надрезу. Поэтому вполне закономерны стремления применять для пайки изделий криогенной техники припои на основе свинца с содержанием олова менее 15%.

Однако практика их применения показала, что они нетехнологичны, плохо смачивают основной металл и не затекают в соединительные зазоры.

Например, применение припоя, на основе свинца, легированного серебром (припой ПСр 3), позволяет получать теплостойкие и хладостойкие соединения из меди.

Введение в этот припой 5% Sn (ПСр 2,5) улучшило его технологические свойства, однако при комнатной температуре соединения, паянные припоями ПСр 3 и ПСр 2,5, обладают низкой прочностью. Предел прочности при срезе равен 1,2-1,8 гкс/мм 2 .

Легирование свинца оловом до 16% и кадмием до 5% делает припой ПСр 1,5 более технологичным, однако он становится малопластичным даже при температуре 20° С.

Применение кадмиевых припоев требует специального навыка, так как технологичность их значительно ниже, чем у оловяно-свинцовых. Соединения меди кадмиевыми припоями ПСр 5 КЦН, ПСр 8 КЦН теплостойки до температуры 350° С, но малопрочны (σв = 2,9 кгс/мм 2 ) из-за образования в шве хрупких интерметаллидов и нехладостойки.

Припои на основе цинка редко применяют для пайки меди ввиду интенсивного растворения ее в расплаве припоя. При этом предел прочности на срез не превышает 1,5 кгс/мм 2 .

Цинковые припои, легированные медью и серебром, также плохо растекаются по меди. Легирование этих припоев оловом и кадмием (ПЦА8М, ПЦКд, СрСУ 25-5-5) хотя и несколько улучшает их растекаемость, но швы становятся хрупкими.

Для пайки меди находят также применение припои на основе медно-фосфористой эвтектики с добавлением серебра. Швы, паянные этими припоями, достаточно прочны (σв = 25 -7- 30 кгс/мм 2 ), теплостойки до температуры 800° С, но непластичны. В условиях низких температур прочность соединений меди, паянных этими припоями, увеличивается, но пластичность резко падает.

Широкое применение для пайки медных конструкций находят припои ПСр 45, ПСр 40, ПСр 25, ПСр 12.

Пайку этими припоями осуществляют нагревом ацетилено-кислородным пламенем или в печах с использованием коррозионно-активных флюсов № 209, 284. После пайки конструкций остатки флюса необходимо удалять промывкой в горячей воде. Пайку теплообменной аппаратуры осуществляют с применением припоя ПСр 72 или ПСр 71 в вакууме.

При пайке деталей из медных сплавов, конструкция которых позволяет производить пайку под давлением, в качестве припоя можно использовать серебряное покрытие (10-25 мкм) или тонкую серебряную фольгу.

При нагреве выше 779° С медь взаимодействует с серебром с образованием в шве сплава типа припоя ПСр 72. Пайка этим (контактно-реактивным) методом осуществляется без применения флюса в вакууме или в инертной среде.

Припои на медной основе тугоплавки и вызывают растворение (эрозию) основного металла, поэтому для пайки меди их применяют реже, чем серебряные. Диффузионная пайка меди может быть выполнена галлием, индием, оловом, свинцом, припоями ПОССу 40-2, ПОС 61 путем поджатая деталей в вакууме или аргоне при температурах 650-800°С и длительных выдержках.

Припой в месте пайки можно наносить напылением в вакууме, гальваническим способом или в виде тонкой фольги.

Капиллярную пайку меди низкотемпературными припоями можно производить при зазорах 0,05-0,5мм и температурах 650-900°С в вакууме или аргоне. При этом соединения меди, паянные индием, галлием, оловом, припоями ПОС 61 и ПОС 40, хрупкие и малопрочные, предел прочности на срез не превышает 4-7 кгс/мм 2 .

При пайке меди свинцом соединения хотя и малопрочны, но пластичны. При применении припоя системы Pb — Ag — Sn — Ni (ПСр 7,5) можно обеспечить предел прочности при растяжении 14 кгс/мм 2 с достаточно высокой пластичностью, угол изгиба образца, паянного встык, 130°.

Припой для медных труб

Медные трубы — качественный и надежный расходный материал, который необходим для установки системы кондиционирования. Компания «Константа» обеспечивает клиентам поставку первоклассного расходного материала от лучших мировых производителей: на нашем сайте Вы можете приобрести отличный материал по самым привлекательным ценам! Мы предлагает медные трубы с превосходными техническими характеристиками, а также припой для медных труб, используемого при пайке.

Припой для пайки медных труб

Есть два типа припоя для медных труб — твердый и мягкий. Твердый вариант представляет собой профилированный стержень и для его применения необходима высокая температура плавления, до 900 градусов. Твердый припой гарантирует максимально прочное соединение труб, он обладает высокой устойчивостью к перепадам температур и давлению. Основное достоинство твердого припоя — равный коэффициент температурного расширения, благодаря чему достигается прочная и надежная спайка.

Мягкий припой имеет форму проволоки, диаметр которой бывает 2 и 3 миллиметра. Этот тип используется при спайке низкой температурой плавления в домашних условиях. Современные производители изготавливают мягкие припои из пластичного свинца, олова или сплава обоих этих металлов. Также мягкий припой может иметь флюс или нет.

Припои без флюса нуждаются в дополнительном использовании пасты:

  • высокотемпературной — выше 450 градусов;
  • низкотемпературной — ниже 450 градусов;

Медные трубы для кондиционеров от компании ELUMA

ELUMA — бразильский производитель высококачественных медных труб. исходные материалы от этой компании отличаются не только высокой прочностью, к их преимуществам также относятся: отличная эластичность, высокая устойчивость к коррозии в некислой среде, способность выдерживать наиболее низкие температуры, до -70 градусов. для Производства медных труб ELUMA использует экологические чистые материалы, степень очистки которых достигает 99.9%!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *