Легкоплавкие припои ПОСВ, ПОСК и ПОЦ
Легкоплавкими называют припои с температурой плавления не выше 450 °C — граница, определённая ГОСТ 19248-90 для низкотемпературной пайки. Именно ограничение по температуре делает их незаменимыми там, где нагрев выше 150–300 °C недопустим: это пайка термочувствительных компонентов радиоэлектроники, соединение алюминиевых проводов и деталей, монтаж пьезоэлементов и конденсаторов, а также изготовление термочувствительных элементов для автоматики и противопожарной защиты.
В отличие от оловянно-свинцовых припоев серии ПОС (системы Sn–Pb с температурой пайки 220–290 °C), специализированные легкоплавкие припои содержат в составе висмут, кадмий или цинк — элементы, резко снижающие точку ликвидуса либо обеспечивающие смачиваемость труднопаяемых оснований, прежде всего алюминия.
Классификация и принцип маркировки
Легкоплавкие припои делятся на несколько систем в зависимости от основных легирующих элементов:
- Висмутсодержащие (ПОСВ) — система Sn–Pb–Bi. Висмут резко снижает температуру плавления: уже при содержании ~34% Bi ликвидус опускается ниже 130 °C.
- Кадмиесодержащие для алюминия (АВИА) — система Sn–Zn–Cd. Кадмий обеспечивает смачиваемость оксидированной поверхности алюминия.
- Оловянно-цинковые (ПОЦ, П250А) — система Sn–Zn. Применяются для пайки и лужения алюминия без кадмия.
В марке отражён состав: «ПОСВ» — припой оловянно-свинцовый с висмутом, «ПОЦ» — оловянно-цинковый, цифра после буквенного обозначения — процентное содержание олова (в ПОСВ — висмута; в АВИА — нет прямого указания на компонент). П250А — обозначение по технической температуре пайки (~250 °C).
Висмутовые припои серии ПОСВ
Висмут (Bi) при введении в оловянно-свинцовую систему резко понижает температуру ликвидуса: сплавы системы Sn–Pb–Bi образуют эвтектики с крайне низкими точками плавления. Именно это свойство определяет область применения ПОСВ — пайка без риска термического повреждения чувствительных компонентов.
Припой ПОСВ-33 — характеристики и применение
ПОСВ-33 — трёхкомпонентный сплав с примерно равным содержанием олова, свинца и висмута: Sn ~33%, Pb ~33%, Bi ~34%. Температура ликвидуса — около 130 °C, что ниже температуры кипения воды. Плотность — 9,5 г/см³.
Именно минимальная рабочая температура (~130 °C) определяет типичные применения ПОСВ-33:
- пайка медных деталей и медных сплавов, не допускающих нагрева выше 150 °C;
- лужение и соединение выводов конденсаторов, пьезоэлементов, полупроводниковых корпусов, чувствительных к тепловому удару;
- монтаж элементов с фиксированной температурой срабатывания — размыкателей, плавких вставок, тепловых датчиков в противопожарной автоматике (спринклерные системы, термоблоки).
Ограничения: ПОСВ-33 не предназначен для пайки алюминия — висмут не обеспечивает смачиваемость оксидной плёнки Al₂O₃. Механическая прочность шва значительно ниже, чем у оловянно-свинцовых или оловянно-цинковых припоев: висмут снижает пластичность, шов хрупкий при изгибе и ударных нагрузках. Поэтому ПОСВ-33 используют исключительно там, где главное требование — температурная стойкость, а не механическая нагрузка на шов.
Подробнее о марке: Припой ПОСВ-33.
Кадмиесодержащие припои для алюминия — АВИА-1 и АВИА-2
Пайка алюминия затруднена из-за прочной оксидной плёнки Al₂O₃, которая препятствует смачиванию припоем. Кадмий в составе припоя улучшает адгезию к алюминиевой поверхности, что и определяет назначение марок АВИА.
АВИА-1 — легкоплавкий кадмиесодержащий припой с температурой плавления около 200 °C. Применяется для пайки токоведущих деталей из алюминия и его сплавов, в том числе тонкостенных. Паяльник — основной инструмент для работы.
АВИА-2 — аналогичная система с температурой плавления около 250 °C. Применяется для пайки алюминия и алюминиевых сплавов в тех случаях, когда требуется более высокая температура пайки или более прочный шов.
Важно: оба припоя содержат кадмий, который является высокотоксичным веществом. При пайке с нагревом выделяются пары и аэрозоли кадмия. Работа с АВИА-1 и АВИА-2 требует принудительной вентиляции рабочего места или вытяжного зонда непосредственно у места пайки, применения средств индивидуальной защиты органов дыхания. Нагрев паяльника рекомендуется удерживать минимально необходимым — не выше рабочей температуры.
Подробнее: Припой АВИА-1 и АВИА-2.
Оловянно-цинковые припои — П250А и серия ПОЦ
Оловянно-цинковые припои — основная группа для пайки алюминия без применения кадмия. Цинк обеспечивает смачиваемость алюминиевой поверхности, хотя в меньшей степени, чем кадмий, — поэтому для Sn–Zn припоев особенно важно правильно подобрать флюс и подготовить поверхность.
Припой П250А
П250А — специализированный оловянно-цинковый припой с добавкой меди: Sn 80%, Zn 20%, Cu 0,15%. Температура плавления — 200–250 °C, рекомендованная температура пайки — около 300 °C. Плотность — 7 030 кг/м³, временное сопротивление разрыву — 44,1 МПа.
Основное применение П250А — лужение концов алюминиевых проводов и пайка погружением алюминиевых жил с алюминиевыми или медными наконечниками. Метод пайки погружением в расплав при 300 °C обеспечивает равномерное облуживание при минимальном тепловом воздействии на изоляцию.
Серия ПОЦ — ПОЦ-12, ПОЦ-40, ПОЦ-50, ПОЦ-55, ПОЦ-60
ПОЦ — припои оловянно-цинковые, цифра в марке указывает процентное содержание олова (Sn). Остаток — цинк. Серия охватывает широкий диапазон составов и применяется для пайки алюминия и его сплавов, медных сплавов, никеля, а также в производстве медицинского оборудования и обмоток с повышенными требованиями к электропроводности шва.
| Марка | Sn, % | Zn, % | T солидус, °C | T ликвидус, °C | Плотность, г/см³ | Основное применение |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ПОЦ-10 | ~90 | 9–11 | 199 | 210 | 7,3 | Алюминий и сплавы с Al-покрытием |
| ПОЦ-12 | ~12 Zn, Sn — ост. | ~88 | — | — | — | Полупроводниковая техника, медь, латунь, посеребрённые детали |
| ПОЦ-40 | 40 | 60 | — | — | — | Алюминий и сплавы, латунь, бронза, никель |
| ПОЦ-50 | 50 | 50 | — | — | — | Алюминий и сплавы; высокое сопротивление разрыву и срезу |
| ПОЦ-55 | 55 | 45 | — | — | — | Алюминий и сплавы |
| ПОЦ-60 | 59–61 | 39–41 | 300 | 320 | 7,6 | Алюминий, пайка обмоток, медицинское оборудование, гальваника |
Особенность ПОЦ-60: плотность 7,6 г/см³ значительно ниже, чем у свинецсодержащих припоев (8,5–9,3 г/см³). Низкое удельное электрическое сопротивление (0,120 Ом·мм²/м) и высокая пластичность делают его оптимальным для пайки обмоток, где требуется хорошая электропроводность шва и жидкотекучесть расплава.
Важное замечание по системе Sn–Zn: при значительном содержании цинка (40–60% Zn) оловянно-цинковые припои склонны к окислению в расплавленном состоянии. Плёнка оксида цинка ухудшает растекаемость. Поэтому для ПОЦ-50, ПОЦ-55, ПОЦ-60 флюс не просто желателен — он обязателен.
Сводная таблица легкоплавких припоев
| Марка | Система | T пл., °C | Основа применения | Ограничения |
|---|---|---|---|---|
| ПОСВ-33 | Sn–Pb–Bi | до 130 | Медь, медные сплавы; термочувствительные компоненты; элементы автоматики | Не для алюминия; шов хрупкий |
| АВИА-1 | Sn–Zn–Cd | ~200 | Алюминий и сплавы; токоведущие тонкостенные детали | Кадмий — высокотоксичен; вентиляция обязательна |
| АВИА-2 | Sn–Zn–Cd | ~250 | Алюминий и сплавы | Кадмий — высокотоксичен; вентиляция обязательна |
| П250А | Sn–Zn–Cu | 200–250 | Лужение и пайка погружением алюминиевых проводов | Требуется флюс |
| ПОЦ-50 | Sn–Zn | — | Алюминий и сплавы | Флюс обязателен |
| ПОЦ-55 | Sn–Zn | — | Алюминий и сплавы | Флюс обязателен |
| ПОЦ-60 | Sn–Zn | 300 / 320 | Алюминий, обмотки, медицинская техника | Флюс обязателен; T пайки ~380 °C |
Принципы выбора припоя по задаче
Паяемый материал. Для меди, медных сплавов, посеребрённых деталей, конденсаторов и элементов автоматики с фиксированной температурой срабатывания — висмутовые ПОСВ (ПОСВ-33 и ПОСВ-50). Для алюминия — П250А или серия ПОЦ, если избегание кадмия принципиально; АВИА-1/АВИА-2 при более жёстких требованиях к качеству пайки с алюминием и при наличии условий для работы с кадмиесодержащими материалами.
Температурный режим. Если паяемый компонент не выдерживает нагрева выше 150 °C — только ПОСВ-33 (ликвидус 130 °C). При допустимом нагреве до 250–300 °C — П250А, АВИА-1/2, ПОЦ-50/55. Если температура не является критическим фактором, а важна прочность шва — ПОЦ-60.
Требования по прочности и электропроводности. При необходимости высокой электропроводности шва (пайка обмоток) — ПОЦ-60 (ρ = 0,120 Ом·мм²/м). Для конструктивных соединений с нагрузкой — П250А (σв 44,1 МПа). ПОСВ-33 — только для незагруженных электрических контактов и термоэлементов.
Ограничения по вредным веществам. Пайка кадмиесодержащими припоями (АВИА-1, АВИА-2) требует специально оборудованного рабочего места с вентиляцией. Если производство не располагает такими условиями — выбирают кадмийсвободный вариант: П250А или ПОЦ-серию.
Флюсы для пайки легкоплавкими припоями
Для висмутовых припоев (ПОСВ-серия) при пайке медных деталей применяют нейтральные флюсы на основе канифоли или слабоактивные флюсы типа ФКСп, ФКТ. Активные хлоридные флюсы не рекомендуются: после пайки сложно удалить остатки, которые вызывают коррозию шва.
Для оловянно-цинковых припоев (ПОЦ-серия, П250А) и кадмиесодержащих (АВИА-1/2) при пайке алюминия требуются специальные активные флюсы, растворяющие оксидную плёнку Al₂O₃. Применяют флюсы на основе хлоридов и фторидов, например флюс 34А (для припоев 34А и аналогичных систем) или флюс ПВ-200. После пайки остатки флюса необходимо тщательно удалять, так как хлориды вызывают электрохимическую коррозию алюминия.
Меры безопасности при работе с кадмиесодержащими припоями
Кадмий и его соединения — вещества первого класса опасности. При нагреве припоев АВИА-1 и АВИА-2 выше температуры пайки образуются пары и аэрозоли оксида кадмия. Предельно допустимая концентрация (ПДК) кадмия в воздухе рабочей зоны — 0,05 мг/м³ (ГОСТ 12.1.005). Обязательные меры: местная вытяжная вентиляция непосредственно у зоны пайки, респираторы с фильтрацией металлических аэрозолей (класс защиты не ниже FFP3), контроль температуры паяльника — перегрев увеличивает испарение кадмия. Паяемые изделия с остатками кадмиевого припоя утилизируют как отходы первого класса опасности.
Форма поставки и сортамент
Легкоплавкие припои поставляются в следующих формах:
- Прутки — диаметр 3–8 мм, длина 200–500 мм; основная форма для ручной пайки паяльником и газовой горелкой.
- Проволока — диаметр 0,5–3 мм на катушках; для монтажных работ и автоматизированной пайки.
- Чушки (слитки) — для пайки погружением, лужения в ванне.
- Порошок и паста — для дозированного нанесения, трафаретной печати и пайки поверхностного монтажа.
- Фольга и лента — для закладных элементов и прецизионной пайки.
Поставка оловянно-цинковых и висмутовых припоев осуществляется по ГОСТ 21930-76 (чушки) и ГОСТ 21931-76 (изделия — прутки, проволока, фольга, трубки). На конкретные марки (АВИА-1/2, П250А) распространяются отраслевые нормативные документы. Для уточнения доступных форм и минимальной партии — обратитесь к менеджеру.
