Пайка  проводов

Пайка основана на явлении диффузии, т. е. на взаимном проникновении частиц расплавленного припоя и ос­новного металла друг в друга, что и обеспечивает после затвердения припоя механическую прочность и высокую электропроводность соединения.

Так как поверхность металла на воздухе обычно покрывается слоем окисла, то ее перед пайкой требуется зачистить. Но зачищенная поверхность вновь может быстро окислиться. Во избежание этого на обработанные места наносят химические вещества — флюсы. Флюсы, кроме того, повышают текучесть расплавленного припоя, благодаря чему пайка получается прочнее. При радиотехнических монтажных работах применяются обычно без кислотные флюсы, например канифоль.

Припои и флюсы

Припои разделяются на легкоплавкие и тугоплавкие.

Тугоплавкие припои. К тугоплавким относятся при­пои с температурой плавления свыше 500°С, создающие высокую механическую прочность соединения (сопротив­ление разрыву до 50 кг/мм²). Недостатком их является именно то, что они требуют высокой температуры нагре­ва и хотя прочность такой пайки получается весьма вы­сокой, интенсивный нагрев может привести к нежела­тельным последствиям: можно, например, «отпустить» стальную деталь.

Легкоплавкие припои. К этой категории относятся припои с температурой плавления до 400° С, имеющие сравнительно невысокую механическую прочность (со­противление разрыву до 7 кг/мм²). При радиотехниче­ских монтажных работах применяются главным образом легкоплавкие припои. В состав их входят олово и свинец в различных пропорциях.

Существуют также сплавы, в состав которых кроме олова и свинца входят висмут и кадмий. Эти сплавы наи­более легкоплавкие: у некоторых из них температура плавления менее 100° С. Механическая прочность соеди­нения у таких сплавов весьма невелика. Раньше их применяли для пайки кристаллов в кристаллических де­текторах. В настоящее время легкоплавкие кадмий-висмутовые сплавы находят применение при ремонте печатного монтажа. Используются они также для пайки транзисторов, так как по техническим условиям их реко­мендуется паять припоем с температурой плавления, не превышающей 150° С.

Для пайки транзисторов можно применять так называемый сплав Вуда с температурой плавления 75° С, в состав которого входят: олово — 13%, свинец — 27%, висмут — 50%, кадмий — 10%. Сплав Вуда можно при­готовить по указанному рецепту самому или купить в аптеке. Пайка ведется слабо нагретым паяльником. В качестве флюса используется канифоль.

При пайке монтажных проводов радиоаппаратуры удобно пользоваться оловянно-свинцовыми припоями, отлитыми в виде тонких прутков диаметром 2 — 2,5 мм.

Такие прутки можно изготовить самому, выливая расплавленный припой в сосуд, в дне которого заранее проделано отверстие. Сосуд при этом следует держать над листом жести или металлической плитой. После остывания прутки следует разрезать на куски необходи­мой длины.

Флюсы, используемые при пайке. Во время пайки температура соединяемых деталей значительно повышается и скорость окисления металлических поверхностей возрастает. Вследствие этого припой хуже смачивает со­единяемые детали. Поэтому необходимо использовать различные флюсы, которые не только надежно защища­ют поверхность металла и припоя от окисления, но так­же улучшают условия смачивания металлической по­верхности расплавленным припоем. Действие флюса за­висит от его состава: обычно флюсы или растворяют окисные пленки на поверхности металла (а иногда и сам металл), или предохраняют металл от окисления при нагреве. При монтаже радиоаппаратуры, как правило, применяют флюсы, предохраняющие металл от окисле­ния (образования окисной пленки). К ним относится, в частности, канифоль, получившая преимущественное распространение при монтажных работах.

Следует заметить, что независимо от того, какой флюс используется, готовую пайку нужно обязательно протирать тряпочкой, смоченной в спирте-ректификате или ацетоне, а также прочищать жесткой щеточкой или кисточкой, смоченной растворителем, для удаления остатков флюса и грязи.

Прочную пайку с ровной поверхностью застывшего припоя можно получить, применив жидкий канифольный флюс, составленный из 20 г измельченной в порошок чи­стой канифоли, растворенной в 35 — 40 г чистого спирта, бензина или скипидара. Практически установлено, что при указанной пропорции составных частей флюс при пайке не дает вспышки паров растворителя. Этот флюс нужно хранить в пузырьке с притертой пробкой. Для жидкого флюса не рекомендуется применять канифоль, предназначенную для натирания скрипичного смычка, так как пайка может быть загрязнена посторонними примесями.

В некоторых исключительных случаях вместо кани­фоли можно пользоваться ее заменителями. Так, кани­фольный лак, имеющийся в продаже в хозяйственных магазинах, можно применять как жидкий флюс взамен раствора канифоли в спирте. Этот же лак можно ис­пользовать и для антикоррозийного покрытия металлов.

В качестве флюса при пайке электрических цепей можно в случае крайней необходимости пользоваться также «живицей» — смолой сосны или ели — доступным материалом, особенно любителям, живущим в сельской местности. Такой флюс можно приготовить самому. Наб­ранную в лесу с деревьев смолу нужно растопить в же­стяной банке на слабом огне (на сильном огне смола может воспламениться). Расплавленную массу разлить в спичечные коробки. Застывшая смола используется в качестве флюса так же, как канифоль.

Если под рукой канифоли или другого флюса нет, то в самом крайнем случае канифоль можно заменить таб­леткой аспирина, имеющейся в любой домашней аптеч­ке. Недостаток этого флюса — неприятный запах дыма, выделяющийся при плавлении аспирина.

Ускорить процесс пайки и повысить в ряде случаев качество соединений можно, применив вместо канифоли глицериновую пасту. С помощью пасты можно паять де­тали из самых разнообразных металлов и сплавов да­же без предварительной зачистки или лужения, что осо­бенно удобно при пайке в труднодоступных местах. Гли­цериновую пасту легко изготовить самому. Состав ее следующий: 48% веретенного масла, 12% пчелиного воска, 15% светлой канифоли, 15% глицерина, 10% на­сыщенного водного раствора хлористого цинка.

Изготовляя глицериновую пасту, ее нужно все время подогревать. Сначала расплавляют канифоль, затем до­бавляют веретенное масло, воск, глицерин и в послед­нюю очередь хлористый цинк.

Пасту можно изготовить и по более простому рецеп­ту. Кусочки канифоли размельчают в порошок и, под­ливая глицерин, растирают до густоты сметаны. Паста удобна тем, что она хорошо сохраняется длительное время. Хранить ее можно в любой посуде с крышкой. На место пайки пасту наносят с помощью кусочка про­волоки.

Существует еще один рецепт флюса, пригодного для пайки без предварительного залуживания. Этот флюс можно использовать для пайки большинства встречаю­щихся в практике радиолюбителя металлов и сплавов: меди, латуни, бронзы, различных сталей, в том числе и нержавеющей, цинка, белой жести, нихрома, константана, манганина, никеля и т. д. Весьма прочное соедине­ние получается при пайке никеля и проводов из сплавов высокого сопротивления, которые при использовании обычных флюсов паять нельзя.

Флюс составляется из 73 мл спирта (ректификат или сырец), 20 г канифоли, 5 г солянокислого анилина, 2 г триэтаноламина. Триэтаноламин можно .заменить двад­цатью каплями раствора аммиака (нашатырного спир­та). Канифоль растворяют в 50 мл спирта, а в остатке спирта (23 мл) растворяют солянокислый анилин. Оба раствора смешивают и добавляют Триэтаноламин.

Флюс в виде пасты, представляющей собой сплав ка­нифоли с одноосновными жирными кислотами, может быть составлен по следующему рецепту: стеариновая кислота — 30 г, пальмитиновая кислота — 25 г, олеино­вая кислота — 45 г, канифоль — 100г.

Сплавление указанных четырех компонентов следует производить в стеклянной колбе (водяной бане) при температуре 100°, причем содержимое колбы необходимо хорошо перемешивать. Этот процесс можно- производить также в любой чистой посуде и на открытом огне, но в этом случае необходимо строго придерживаться указан­ного температурного режима. После охлаждения флюс превращается в густую мазь. Густота флюса зависит от количества канифоли. На места пайки флюс наносится палочкой в очень малом количестве.

Высокая активность флюса, составленного по этому рецепту, дает возможность производить пайку без пред­варительного залуживания. С помощью флюса можно паять лицендрат, выводы остеклованных проволочных резисторов и провода в эмалевой изоляции даже без особо тщательной зачистки.

Если нет олеиновой жирной кислоты, то флюс можно изготовить из 60% хозяйственного мыла. В горячий мыльный клей тонкой струйкой добавляется любая сильная кислота, например, соляная, серная, азотная. Наливать нужно с некоторым избытком, чтобы прореа­гировало все мыло.

Полученный жир надо переложить в чистую посуду и нагревать в горячей воде в течение 20 мин, а затем его следует охладить до комнатной температуры (посуду при этом нельзя трогать с места до полного остывания массы, так как кода вновь может проникнуть в жирные кислоты) и слить накопившуюся снизу воду. Получен­ную массу следует в дальнейшем только сплавить с ка­нифолью.

Электропаяльник

Паяльник — один из основных инструментов радио­любителя. По своей конструкции паяльники могут быть различными. В последние годы все большее распростра­нение получают импульсные паяльники «пистолетного» типа с внешним съемным нагревательным элементом. Съемный нагревательный элемент обычно изготавлива­ют из неизолированного медного провода диаметром около 1 мм. Такой элемент выдерживает 30 — 40 паек, после чего его приходится заменять новым. Если же для этой цели использовать посеребренный медный провод (серебро должно быть нанесено гальваническим спосо­бом), то нагревательный элемент будет служить доль­ше. Но наибольшее распространение у радиолюбителей получили паяльники с медным жалом — прямым или изогнутым. Нагревательным элементом в них обычно служит проволока из специального сплава, например нихрома, намотанная на медный стержень (жало). Для изоляции намотки от стержня между ними прокладыва­ется слои слюды.

Подготовка паяльника к работе. Новый или только что отремонтированный паяльник должен быть соответ­ствующим образом подготовлен к работе. Прежде всего рабочей части жала паяльника должна быть придана заостренная форма (30°), что часто делают с помощью напильника. Однако обработку жала лучше делать ков­кой, так как наклеп уменьшает интенсивность растворе­ния меди и затрудняет образование раковин, сокращаю­щих срок службы паяльника.

Затем приступают к залуживанию. Для этого, слегка нагрев паяльник, покрывают слоем канифоли рабочую часть жала для предохранения медной поверхности от окисления. Перегрев паяльника перед покрытием его ка­нифолью недопустим. Если же паяльник по какой-ни­будь причине все же оказался перегретым и зачищенная часть жала покрылась темно-синим налетом окиси меди, то его следует остудить и вновь зачистить. Как только жало нагреется до температуры плавления припоя, рабо­чая поверхность его должна быть целиком покрыта припоем.

Ремонт паяльника. Наиболее часто встречающиеся повреждения в паяльнике — перегорание обмотки и пробой на корпус. Перегорание обмотки вообще лишает возможности пользоваться паяльником, пробой же со­здает опасность поражения током, особенно при работе с заземленной аппаратурой или в сыром помещении. Пробитый на корпус паяльник опасен и в другом смыс­ле — пользуясь им, можно повредить радиоаппарат, в котором производится пайка. Любое из этих повреж­дений — перегорание обмотки и пробой на корпус должно быть немедленно устранено, для чего обычно приходится разбирать паяльник и перематывать его об­мотку.

В некоторых крайних случаях неисправный нагревательный элемент паяльника можно временно заменить остеклованным проволочным резистором, величину сопротивления которого следует подбирать в зависимости от напряжения сети и мощности паяльника (в пределах 300 — 800 Ом). Остеклованный резистор надевается на медный стержень исправляемого паяльника, после чего паяльник можно сразу включать в сеть. Конечно, пользоваться постоянно таким паяльником не следует — при первой возможности его нужно заменить.

Вообще же при перемотке паяльника возникает ряд трудностей. Тонкие пластинки слюды при попытке обер­нуть ими медный стержень паяльника обычно ломаются и крошатся. Чтобы избежать этого, слюду рекомен­дуется два-три раза нагреть в пламени докрасна, а за­тем охладить на воздухе. Слюда после этого станет мяг­кой и будет легче гнуться, плотнее прилегая к стержню паяльника.

Если пластинка слюды раскрошилась, а достаточно большой целой пластинки в запасе нет, то для изоляции можно использовать мелкие куски от старых электрона­гревательных приборов. Эти куски укладывают слоем соответствующей толщины на лист тонкой бумаги или кальки и при необходимости слюду к бумаге можно слег­ка приклеить силикатным клеем. Затем слюду вместе с бумагой укладывают на стержень и бумажную ленту за­крепляют на стержне клеем. Далее производят намотку и сборку паяльника обычным способом. При включении паяльника в сеть бумага сгорит и намотка несколько ослабнет. Поэтому при перемотке следует применять возможно более тонкую бумагу и достаточно туго на­тягивать провод.

Нагревательную обмотку паяльника можно изолировать от медного стержня и жидким стеклом (силикат­ный или конторский клей). Медный стержень следует для этого покрыть жидким стеклом и хорошо высушить при температуре 50 — 60°, но еще лучшие результаты по­лучаются, если стержень покрыт «тестом», составленным из жидкого стекла, талька, мела (зубного порошка) или асбестовой крошки. Тесто должно быть густоты смета­ны; им обмазывают стержень паяльника и высушивают. Намотку провода производят поверх этого слоя.

Силикатный клей можно наносить на стержень па­яльника и другим, несколько отличающимся от приве­денного, способом. Слой силикатного клея прокаливают на не коптящем пламени до получения огнеупорной пе­ны, излишки которой снимают. Для повышения надеж­ности изоляции слоя эту операцию следует повторить несколько раз. Затем обычным способом производят намотку, поверх которой снова наносят слой клея и опять прокаливают его таким же образом на не коптящем пла­мени (прокаливать клей, включив обмотку в электро­сеть, нельзя, так как клей в сыром состоянии обладает проводимостью),. После прокалывания нагревательный элемент обматывают асбестовым шнуром и закрывают кожух.

Для изоляции обмотки в ряде случаев можно приме­нять огнеупорную глину, смешанную с измельченным асбестом. Эту смесь надо наносить на поверхность мед­ного стержня паяльника тонким ровным слоем и затем хорошо просушивать. Поверх слоя глины наматывают проволоку, которую сверху также прикрывают тонким слоем глины. Обмотка паяльника под слоем глины мень­ше окисляется и поэтому служит гораздо дольше, чем открытая. Как только просохнет верхний слой глины, паяльник можно собрать, включить в сеть и сразу же приступить к пайке.

Вместо слюды и асбеста, которым намотка обычно покрывается сверху, можно, в крайнем случае, также при­менить обычную глину. Стержень паяльника обмазывают слоем глины толщиной 1 — 2 мм, посл.е чего глину сушат. Затем на глине наматывают первый слой намотки и сверху покрывают ее глиной, снова сушат и продолжают намотку. Поверх последнего слоя намотки еще раз наносят слой глины, заполняя ею остающееся свободное пространство между нагревательным элементом и кожухом паяльника.

Обмотку паяльника чаще всего наматывают виток к витку или с некоторым принудительным шагом.

При перемотке перегоревшего электропаяльника на­гревающий провод можно иногда свивать в спираль. Для этого с помощью дрели на вязальную спицу или на кусок гладкого жесткого провода диаметром 1 — 1,5 мм и длиной около 300 мм наматывают спираль из нихромового провода диаметром 0,2 м. При напряжении сети 127 В длина спирали должна быть около 250 мм.

После намотки спираль нужно немного растянуть так, чтобы между ее витками получились одинаковые просветы шириной 0,3 — 0,5 мм. Если просветы будут не­одинаковыми, то некоторые участки спирали будут пе­регреваться и она быстрее перегорит.

Обернув слюдой медную трубку, в которую вставляется стержень паяльника, наматывают на нее спираль, сложенную вместе с асбестовым шнуром (намотка с принудительным шагом). Снаружи спираль изолируют ас­бестом.

Для низковольтных паяльников (на 6 — 12 В), под­ключаемых к сети через понижающий трансформатор, вместо тонкой проволоки из специальных сплавов (ни­хром, никелин и т. п.) допустимо использовать стальную проволоку. Для этой цели можно, например, применить жилу от стального (буксирного) троса, подвергнув ее предварительному отжигу. После отжига проволока становится мягкой и легко наматывается на паяльник. Длину обмотки подбирают по свечению проволоки, которое должно быть темно-вишневого цвета.

Вся обмотка низковольтного паяльника обычно укладывается в один слой. Такой паяльник прост в изготовлении и долговечен. Преимуществом его является также большая безопасность при пользовании, так как благодаря трансформатору даже при пробое изоляции в па­яльнике напряжение сети не попадает на корпус паяль­ника.

Как включить паяльник в сеть повышенного напря­жения. Паяльники, как правило, рассчитаны на одно определенное напряжение сети, что представляет собой известное неудобство. Подключение электропаяльника, рассчитанного на 127 В, в сеть 220 В через электролампу или обычный резистор не всегда удобно и при дли­тельной работе неэкономично. Лучше всего его подсоединять в сеть через бумажный конденсатор емкостью 4 — 5 мкФ, рассчитанный на рабочее напряжение 400 В.

Для паяльника мощностью 40 — 50 Вт этой емкости вполне достаточно.

Рис. 20. Приспособление к паяльнику для пайки мелких деталей

Как паять мелкие детали. В случае если нужно паять мелкие детали или детали, боящиеся перегрева, а нет паяльника малой мощности, то пайку можно осуществлять более мощным паяльником, надев на его жало свернутую в спираль медную проволоку так, как показано на рис. 20. Конец этой проволоки должен быть заточен по такой же форме, как и жало обычного паяльника.

Пайка алюминия

Пайку деталей из алюминиевых сплавов (дюралюми­ния) можно предпринимать лишь в тех случаях, когда эти детали не испытывают больших механических нагрузок, так как место пайки имеет невысокую прочность.

Как известно, трудность пайки алюминия заключа­ется в том, что на поверхности его очень быстро образу­ется прочная пленка окисла. В различных известных способах пайки эта пленка удаляется по-разному хими­ческим или механическим путем.

Химическое удаление пленки может быть, например, произведено следующим способом: место на панели, к которому предполагается подпаять провод, зачищают и на него аккуратно наносят две-три капли насыщенного раствора медного купороса. Далее к панели подключа­ют отрицательный полюс источника постоянного тока, а к положительному полюсу подсоединяют кусок медной проволоки, конец которой опускают в каплю так, чтобы проволока не касалась панели. На панели через некото­рое время осядет слой красной меди, к которому (после сушки) припаивают обычным способом нужный провод.

В качестве источника тока может быть применена батарейка от карманного фонаря или аккумулятор.

В большинстве же известных простых способов пай­ки дюралюминия окисная пленка удаляется механиче­ским путем. Для этого предварительно зачищенное место пайки заливают расплавленной канифолью и густо посыпают железными опилками, собранными при опиливании мелким напильником какого-либо гвоздя, винта и т. п. Затем горячим залуженным паяльником, по­тирая с усилием, хорошо зачищают место пайки, залитое канифолью и посыпанное железными опилками. Же­лезный порошок очистит место пайки от пленки, и при этом произойдет залуживание, после чего опилки мож­но удалить. Далее пайка ведется обычным путем.

Паять дюралюминий можно также паяльником со стальным жалом, нанося припой на дюралюминий. Спа­иваемые поверхности следует предварительно зачистить и покрыть флюсом, предохраняющим металл от окисления. При этом в качестве флюса нужно использовать стеарин.

Очень удобны в последнем случае паяльники со съемными жалами. К комплекту съемных медных жал  разной формы следует добавить и стальное — специ­ально для пайки дюралюминия.

Соединение проводов из сплавов высокого сопротивления и медных проводов

Проволока из сплавов, обладающих большим удельным сопротивлением, очень трудно поддается пайке. Кроме того, проволочные резисторы во время работы в большинстве случаев сильно нагреваются, что не позволяет применять обычную пайку. Значительно лучшие результаты дает сварка, в особенности, если приходится соединять между собой концы тонкой проволоки.

Преимущество сварки состоит в том, что для ее выполнения никаких припоев не требуется. Контакт при этом получается очень надежный, так как температура нагрева свариваемых металлов значительно выше, чем, например, у оловянно-свинцовых припоев. Поэтому в эксплуатации даже при сильном нагреве сваренного контакта соединение проводов не нарушается.

Простой способ сварки проводов высокого сопротивления. Для соединения проводов из сплавов высокого сопротивления (нихром, константан, манганин и т. п.) можно использовать упрощенный способ сварки без применения какого-либо специального инструмента.

Провода в месте их соединения следует зачистить, скрутить и пропустить через них ток такой силы, чтобы место сварки накалилось докрасна. На это место пинцетом кладется кусочек ляписа, который при нагревании расплавляется, в результате чего в месте соединения возникает прочный контакт.

Соединение тонких медных проводов. Чтобы сварить две тонкие медные проволочки, концы их зачищают на 20 мм, складывают вместе и аккуратно скручивают. За­тем место соединения проводов нагревают спичкой до тех пор, пока не появится шарик расплавленного металла, дающий надежный контакт.

Заметим попутно, что в пламени спички можно соединять тонкие медные провода и способом пайки, но без использования паяльника. Для этого зачищенные до блеска и скрученные между собой два провода следует смазать составом, в который входят порошок канифоли (1 часть) и оловянная пыль (2 части), смешанные с эфиром (1 часть). Эфир в случае необходимости можно заменить спиртом. Смесь следует хранить в сосуде с притертой пробкой. Место соединения проводов, подготовленное этим способом, нагревается в пламени спички, в результате чего происходит их прочная пайка.

Пайка нихрома. Хотя и считается, что нихром не поддается пайке, соединение нихрома с нихромом, медью и ее сплавами, а также изделиями из стали можно в отдельных случаях производить пайкой, используя флюс следующего состава: вазелина — 100 г, хлористого цинка в порошке — 7, глицерина — 5г. Для обезжиривания места соединения используется 10%-ный спиртовой раствор двухлористой меди — 100 мл.

Флюс приготовляют в фарфоровой ступке, в которую сначала помещают вазелин, а затем добавляют в последовательности, указанной в рецепте, остальные компоненты, хорошо перемешивая их до получения однород­ной массы.

Поверхности спаиваемых деталей перед пайкой тщательно зачищают шлифовальной шкуркой, а затем протирают ваткой, смоченной 10%-ным спиртовым раствором двухлористой меди. После этого поверхности смазывают флюсом, облуживают и только тогда спаивают вместе. Для пайки желательно применять припой ПОС-40 или ПОС-60.

Простейший способ соединения нагревательной обмотки. Перегоревший провод обмотки реостата или нагревательного прибора (нихром, никелин, константан) можно соединить следующим способом: концы провода (в месте обрыва) вытянуть на длину J,5 — 2 см и зачистить до блеска шкуркой. Затем из листовой стали или алюминия вырезать небольшую пластинку, из которой сделать муфту, надеваемую на провода в месте их соединения. Провода должны быть скреплены предварительно обычной скруткой. В заключение муфту плотно сжимают плоскогубцами.

       <<  Далее >>