Оловянно-свинцовый припой

Что такое оловянно-свинцовый припой

Оловянно-свинцовые припои — это группа низкотемпературных сплавов на основе олова и свинца, предназначенных для капиллярной пайки и лужения металлических поверхностей. Их принципиальное отличие от основного металла — более низкая температура плавления, что позволяет соединять детали без их деградации.

Бинарная система Sn-Pb имеет эвтектическую точку при содержании около 61,9% олова и температуре 183°С. Сплав эвтектического состава переходит из твёрдого в жидкое состояние при единственной фиксированной температуре — без интервала кристаллизации. Все остальные составы системы имеют два характерных температурных показателя:

• Солидус — температура начала плавления (появление первой жидкой фазы при нагреве). У всех сплавов системы Sn-Pb, кроме чистых металлов, солидус соответствует эвтектике: 183°С.
• Ликвидус — температура полного перехода в жидкое состояние. Зависит от состава и у разных марок варьируется от 190°С до 280°С и выше.

В интервале между солидусом и ликвидусом сплав находится в двухфазном состоянии (пастообразная зона): твёрдая и жидкая фазы сосуществуют. Рабочая температура пайки всегда назначается выше ликвидуса — как правило, на 30–50°С — для обеспечения нормального смачивания и затекания припоя в зазор.

Нормативная база: ГОСТ 21930-76 и ГОСТ 21931-76

Производство оловянно-свинцовых припоев в России и странах СНГ регламентируется двумя взаимосвязанными межгосударственными стандартами:

• ГОСТ 21930-76 «Припои оловянно-свинцовые в чушках. Технические условия» — устанавливает химический состав, требования к маркировке, транспортированию и хранению чушек. Является основным документом для химического состава всех марок.
• ГОСТ 21931-76 «Припои оловянно-свинцовые в изделиях. Технические условия» — распространяется на изделия из припоев (прутки, проволока, лента, трубки с флюсом, порошок). Химический состав — по ГОСТ 21930-76.

Оба стандарта действуют с 01.01.1978 и заменили ГОСТ 1499-70. Срок действия снят — стандарты применяются бессрочно. Изменения № 1–4 внесены в 1982, 1987, 1990 и 1995 годах.

Расшифровка маркировки

Система обозначений оловянно-свинцовых припоев строга и однозначна:

• ПОС — Припой Оловянно-Свинцовый. Цифра после «ПОС» указывает процентное содержание олова (Sn). Например, ПОС 61 содержит 59–61% Sn.
• ПОССу — бессурьмянистая основа с добавкой сурьмы (Sb). Первое число — % Sn, второе через дефис — % Sb. Пример: ПОССу 30-2 — 29–31% Sn, 1,5–2,0% Sb, остальное Pb.
• ПОСу — оловянно-сурьмяный (без свинца). Пример: ПОСу 95-5 — около 95% Sn, 4–5% Sb.
• ПОСК — Припой Оловянно-Свинцово-Кадмиевый. Первое число — % Sn, второе — % Cd. Пример: ПОСК 50-18 — 49–51% Sn, 17–19% Cd, остальное Pb.
• ПОС 61М — марка ПОС 61 с добавкой меди (Cu 1,2–2,0%).

Классификация оловянно-свинцовых припоев по содержанию сурьмы

По ГОСТ 21930-76 все марки делятся на три группы в зависимости от содержания сурьмы:

Бессурьмянистые припои ПОС

Марки: ПОС 90, ПОС 63, ПОС 61, ПОС 61М, ПОС 40, ПОС 30, ПОС 10, ПОСК 50-18, ПОСК 2-18. Сурьма в этих марках либо полностью отсутствует, либо присутствует как нормируемая примесь в следовых количествах (до 0,005–0,5% в зависимости от марки). Применяются там, где недопустима сурьма: пайка деталей из оцинкованного железа, цинка, цинковых покрытий (сурьма вызывает хрупкость шва при контакте с цинком), а также изделий пищевого и медицинского назначения.

Малосурьмянистые припои ПОССу (до 0,5% Sb)

Марки: ПОССу 61-0,5, ПОССу 50-0,5, ПОССу 40-0,5, ПОССу 35-0,5, ПОССу 30-0,5, ПОССу 25-0,5, ПОССу 18-0,5. Содержание Sb — от 0,05 до 0,5%. По ГОСТ 21930-76 рекомендованы для пайки цинковых и оцинкованных деталей — малое количество сурьмы не вызывает критической хрупкости в зоне шва. Применяются при пайке жести, обмоток электрических машин, кабельных оболочек, листового цинка.

Сурьмянистые припои ПОССу (1,5–6% Sb)

Марки: ПОССу 40-2, ПОССу 35-2, ПОССу 30-2, ПОССу 25-2, ПОССу 18-2, ПОССу 15-2, ПОССу 10-2, ПОССу 8-3, ПОССу 5-1, ПОССу 4-6, ПОССу 4-4. Сурьма повышает твёрдость по Бринеллю, предел прочности на растяжение и сопротивление ползучести по сравнению с бессурьмянистыми аналогами схожего состава. Однако запрещены для пайки цинковых и оцинкованных поверхностей.

Состав, температуры плавления и области применения основных марок

Таблица охватывает наиболее востребованные в промышленности марки по ГОСТ 21930-76. Температура солидуса 183°С — единая для всех марок системы Sn-Pb (эвтектическая точка). Рабочая температура пайки назначается на 30–50°С выше ликвидуса.

Бессурьмянистые припои ПОС

Марка	Sn, %	Pb, %	Солидус, °С	Ликвидус, °С	Плотность, г/см³	Основное применение
ПОС 90	89–91	остальное	183	220	—	Лужение и пайка внутренних швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры
ПОС 63	62,5–63,5	остальное	183	190	8,5	Пайка печатных плат, электрои радиоаппаратуры, микросхем; узкий интервал кристаллизации
ПОС 61	59–61	остальное	183	190	8,5	Лужение и пайка радиоаппаратуры, точных приборов с высокогерметичными швами, где недопустим перегрев
ПОС 61М	59–61	остальное	183	—	—	Пайка тонких медных проводников (толщиной менее 0,2 мм), фольги, печатных проводников в электро- и радиопромышленности; Cu 1,2–2,0%
ПОС 40	39–41	остальное	183	238	9,3	Лужение и пайка электроаппаратуры, деталей из оцинкованного железа с герметичными швами
ПОС 30	29–31	остальное	183	238	—	Лужение и пайка листового цинка, радиаторов; создание герметичных внутренних швов
ПОС 10	9–10	остальное	183	высокий	—	Лужение и пайка контактных поверхностей электрических аппаратов, приборов, реле; заливка контрольных пробок
ПОСК 50-18	49–51	остальное	<183	<183	—	Пайка деталей, чувствительных к перегреву; металлизированная керамика; Cd 17–19%

Примечание. Для ПОС 63 и ПОС 61 интервал кристаллизации минимален (183–190°С) ввиду близости к эвтектическому составу. ПОСК 50-18 содержит кадмий (Cd), что снижает ликвидус ниже 183°С.

Малосурьмянистые припои ПОССу (до 0,5% Sb)

Марка	Sn, %	Sb, %	Pb, %	Основное применение
ПОССу 61-0,5	59–61	0,05–0,5	остальное	Пайка электроаппаратуры, элементов печатных плат, обмоток электромашин, оцинкованных радиодеталей при жёстких требованиях к температуре
ПОССу 50-0,5	49–51	0,05–0,5	остальное	Лужение и пайка авиационных радиаторов; пайка пищевой посуды с последующим лужением
ПОССу 40-0,5	39–41	0,05–0,5	остальное	Лужение жести, обмоток электромашин; пайка монтажных элементов, кабельных изделий, оцинкованных деталей холодильных агрегатов
ПОССу 35-0,5	34–36	0,05–0,5	остальное	Лужение и пайка свинцовых кабельных оболочек электротехнических изделий
ПОССу 30-0,5	29–31	0,05–0,5	остальное	Лужение и пайка листового цинка, углеродистых и нержавеющих сталей
ПОССу 18-0,5	17–18	0,05–0,5	остальное	Лужение и пайка трубок теплообменников, электрических ламп

Сурьмянистые припои ПОССу (1,5–6% Sb)

Марка	Sn, %	Sb, %	Pb, %	Основное применение
ПОССу 40-2	39–41	1,5–2,0	остальное	Лужение и пайка в холодильном аппаратостроении; пайка медных и латунных деталей
ПОССу 30-2	29–31	1,5–2,0	остальное	Лужение и пайка в холодильном аппаратостроении и электроламповом производстве
ПОССу 25-2	24–26	1,5–2,0	остальное	Лужение и пайка холодильных систем, электроламп
ПОССу 18-2	17–18	1,5–2,0	остальное	Пайка в автомобилестроении (кузовные работы, узлы)
ПОССу 15-2	14–15	1,5–2,0	остальное	Пайка в автомобилестроении
ПОССу 10-2	9–10	1,5–2,0	остальное	Пайка в автомобилестроении
ПОССу 8-3	7–8	2,0–3,0	остальное	Лужение и пайка в электроламповом производстве
ПОССу 5-1	4–5	0,5–1,0	остальное	Лужение трубчатых радиаторов; пайка деталей, работающих при повышенных температурах
ПОССу 4-6	3–4	5,0–6,0	89–92	Пайка белой жести; лужение и пайка деталей с закатанными и клёпаными швами из латуни и меди; кузовные работы в автомобилестроении
ПОССу 4-4	3–4	3,0–4,0	остальное	Лужение и пайка в автомобилестроении

Примечание. Для сурьмянистых ПОССу запрещено применение при пайке цинковых и оцинкованных поверхностей — сурьма вызывает охрупчивание соединения в зоне шва.

Роль сурьмы в оловянно-свинцовых припоях

Сурьма в составе ПОССу выполняет функцию упрочняющей добавки. Механизм упрочнения связан с образованием интерметаллидов SnSb и Sn₃Sb₂ в оловянной матрице, которые препятствуют движению дислокаций. Практический эффект:

• Повышение предела прочности на растяжение на 5–15% по сравнению с бессурьмянистым аналогом близкого состава.
• Увеличение твёрдости по Бринеллю и сопротивления ползучести — важно для соединений, испытывающих длительные статические нагрузки.
• Снижение пластичности и удлинения при разрыве — паяный шов становится более жёстким.

Ограничение: сурьма не смешивается с цинком и при контакте с цинковым или оцинкованным металлом образует хрупкую интерметаллидную фазу Zn-Sb в зоне соединения. По этой причине сурьмянистые ПОССу не допускаются для пайки оцинкованных, цинкованых и кадмированных поверхностей. Малосурьмянистые (до 0,5% Sb) — допустимы согласно ГОСТ.

Физико-механические свойства наиболее применяемых марок

Марка	Плотность, г/см³	УЭС, Ом·мм²/м	σв, кгс/мм²	Удлинение, %
ПОС 61 / ПОС 63	8,5	0,139	4,3	46
ПОС 40	9,3	0,159	3,9	—
ПОС 10	—	0,200	3,2	—

Данные приведены по ГОСТ 21931-76 для справочного применения. σв — временное сопротивление разрыву.

Выбор марки: практические ориентиры для технолога

При выборе марки оловянно-свинцового припоя необходимо учитывать совокупность факторов: тип паяемого металла, требования к температурному режиму, механической прочности шва и допустимый состав флюса. Ниже — ключевые ориентиры.

По паяемому основному металлу

• Оцинкованные детали и листовой цинк: только бессурьмянистые ПОС или малосурьмянистые ПОССу (до 0,5% Sb). Сурьмянистые марки запрещены.
• Медь, латунь, бронза: любые марки ПОС и ПОССу в зависимости от требований к шву.
• Свинец, свинцовые оболочки кабелей: ПОССу 4-6, ПОС 30, ПОС 18, ПОССу 30-0,5.
• Нержавеющие стали: ПОССу 30-0,5 с активным флюсом; требуется предварительная подготовка поверхности.
• Пищевая посуда и медизделия: ПОС 90 — единственная марка, допущенная для внутренних швов пищевой посуды.

По требованию к температурному режиму

• Минимальный нагрев, чувствительные компоненты: ПОС 61, ПОС 63, ПОСК 50-18. Ликвидус 190°С и ниже.
• Стандартный монтаж: ПОС 40, ПОС 30. Ликвидус 238°С.
• Детали, работающие при повышенных температурах: ПОССу 5-1, ПОС 10.

По условиям пайки

• Ручная пайка паяльником: ПОС 61, ПОС 40 в проволоке или прутке; при необходимости — трубчатая проволока с флюсом-наполнителем (канифоль по ГОСТ 19113).
• Пайка волной в автоматических линиях: ПОС 63, ПОССу 4-6, ПОС 40; чушки или прутки для загрузки в ванну.
• Горячее лужение с погружением: ПОС 40, ПОС 30, ПОССу 30-2, ПОССу 18-2 — в ваннах с расплавом.
• Кабельное производство: ПОССу 4-6, ПОССу 35-0,5 для оболочек; ПОС 30, ПОС 40 для медных жил.

Подробнее о флюсах для каждой из перечисленных технологических схем — в разделе Флюсы паяльные и сварочные.

Примеси в составе оловянно-свинцовых припоев

ГОСТ 21930-76 нормирует предельно допустимое содержание примесей в каждой марке. В числе контролируемых примесей: медь (Cu), мышьяк (As), висмут (Bi), никель (Ni), сера (S), цинк (Zn), алюминий (Al), железо (Fe). Железо, сера, никель, цинк и алюминий обеспечиваются технологией изготовления и отдельно не контролируются аналитическими методами.

Критичные примеси с точки зрения технологии пайки:

• Цинк даже в количестве сотых долей процента резко ухудшает смачиваемость и вызывает образование взвешенных частиц (шлак) в расплаве. Предельная норма по цинку в большинстве марок — не более 0,002%.
• Висмут снижает поверхностное натяжение расплава и может способствовать охрупчиванию шва при высоких концентрациях.
• Мышьяк в бессурьмянистых марках ПОС 61, ПОС 40, ПОС 30 по требованию потребителя нормируется не более 0,01% (стандартная норма жёстче — до 0,05%).

Формы поставки оловянно-свинцовых припоев

По ГОСТ 21931-76 оловянно-свинцовые припои поставляются в следующих изделиях:

• Прутки — круглые, квадратные, трёхгранные. Стандартная длина 400±20 мм, разброс в пачке не более 10 мм. Пачки массой до 15 кг.
• Проволока — круглого сечения, диаметр от 2 до 7 мм. Поставляется в бухтах или на катушках.
• Лента — плоский профиль с нормированными размерами по толщине и ширине.
• Трубчатая проволока с флюсом-наполнителем — внутри трубки канифоль по ГОСТ 19113 или другой согласованный флюс. Используется при ручной пайке: флюс подаётся автоматически в зону контакта.
• Порошок — гранулометрический состав нормируется по таблице ГОСТ 21931-76. Порошок поставляется в банках по ГОСТ 6128, масса упаковки до 30 кг. Применяется в пастах и для абразивной пайки.

По ГОСТ 21930-76 дополнительно поставляются чушки массой 20–35 кг — для загрузки в ванны лужения и пайки, а также в качестве исходного материала для переплавки.

Олово как основной компонент оловянно-свинцовых припоев, его чистота и форма поставки — в разделе Олово.

Охрана труда и промышленная безопасность при работе с припоями ПОС

Работа с оловянно-свинцовыми припоями сопряжена с рисками, связанными прежде всего со свинцом (Pb). По ГОСТ 12.1.007 свинец относится к веществам 1-го класса опасности (чрезвычайно опасные). Пути поступления в организм: ингаляционный (пары, аэрозоли, пыль при работе с расплавом и порошком), а также через кожу и пищеварительный тракт при нарушении правил гигиены.

Обязательные требования при работе с расплавленными ПОС и ПОССу:

• Применение средств защиты органов дыхания — респираторы в соответствии с ГОСТ 12.4.028.
• Защита лица — наголовные щитки по ГОСТ 12.4.023 для защиты от брызг расплава.
• Работа только в сухой спецодежде. Влага на инструменте или в зоне расплава вызывает выброс металла.
• Организация местной вытяжной вентиляции над ваннами лужения и пайки.
• Прохождение предварительного и периодических медицинских осмотров работниками, контактирующими с припоями.
• Запрет приёма пищи и курения на рабочем месте; обязательное мытьё рук перед едой.

При работе с ПОС 61М, ПОСу 95-5 и отдельными марками ПОССу дополнительно контролируется содержание сурьмы в воздухе рабочей зоны: ПДК сурьмы — 0,5 мг/м³ (2-й класс опасности).

ПОСК 50-18 дополнительно содержит кадмий (Cd) — вещество 1-го класса опасности. При нагреве выделяет токсичный оксид кадмия (CdO). Работа с ПОСК требует усиленных мер вентиляции и СИЗ.

Условия поставки

Припои поставляются партиями. Каждая партия сопровождается документом о качестве, в котором указаны: марка, номер партии, химический состав по результатам анализа, масса. Смешивание продукции из разных партий не допускается. Хранение — в закрытых помещениях; при соблюдении условий потребительские свойства не изменяются в течение всего гарантийного срока.

Для заказа оловянно-свинцовых припоев ПОС и ПОССу укажите: марку по ГОСТ 21930-76, форму выпуска (чушка / прутки / проволока / трубка с флюсом / порошок), профиль и размер, необходимый объём. Возможна поставка в нестандартных размерах по согласованию сторон.