Пайка твердыми припоями, латунью

Здесь, мы рассматриваем процессы под углом их применения в домашней лаборатории и мастерской, оснащенной, как правило, не идеальным образом. Пайка относительно низкотемпературными припоями на основе олова и его сплавов применяется весьма широко. По крайней мере, азы процесса с простейшими навыками осваиваются быстро, инструмент и материалы просты и недороги. Между тем, применение припоев тугоплавких «твердых» расширяет сферу применения пайки. Для мастера-самоделкина это дополнительная степень свободы особенно полезная в приборостроении, работе с тонкой механикой и высокими температурами.


Теория.

Пайка твёрдыми припоями даёт более прочное, надёжное и относительно термостойкое соединение. Твёрдые припои для латуни и меди могут представлять собой более легкоплавкий вариант латуни. Тогда её пайка становится похожей на сварку. Таким способом, с помощью горелки можно наращивать изношенные медные или латунные детали. Как флюс применяется бура, но в неё выгодно добавлять процентов десять пентабората калия. Это слегка снижает температуру плавления флюса, делает его чуть более жидким и сильно уменьшает видимое свечение факела горелки, так как калий «выедает» натриевый дублет, а сам светит уже на границе с ИК излучением, где чувствительность глаза невелика.

Здесь нужно сказать о необходимости стеклянных очков при пайке, так как они защищают глаза работающего от возможных брызг металла и от перегрева, вызывающего «катаракту стеклодува». Также пламя даёт и ультрафиолет, который для глаз вреден.

«Твёрдый» спай может работать при повышенной температуре, но в этом случае его нужно паять не фосфорсодержащим, а серебряным припоем с цинком. Цинк даёт плотный и тугоплавкий окисел, который замедляет проникновение кислорода к металлу, который, кстати, хорошо проходит сквозь нагретое серебро. Сплавы меди, содержащие алюминий, паять труднее, так как обычные флюсы окись алюминия растворяют плохо. Возможна добавка в них флюсов для пайки алюминия, фторидов. Рецепты флюсов для трудно паяемых медных сплавов можно найти в литературе.

Отдельно упомянем припои, содержащие кадмий. Этот металл снижает температуру плавления оловянно-свинцовых, серебренных и медных припоев, но он ядовит, легко испаряется и при пайке возможно образование его окислов коричневого цвета. Дым от такой пайки крайне опасен для лёгких, поэтому таких припоев следует избегать, либо работать под надёжной вытяжкой.

Латуни и сами могут использоваться как твёрдый припой для чистой меди и сталей, сплавов железа и никеля. Обычно для пайки железа достаточно иметь сплав меди типа «золота алхимиков», состоящий из двух частей меди и одной части цинка. Его можно получить прямым сплавлением компонентов подходящей горелкой в выемке кирпича, добавляя к горячей меди цинк и буру, но при этом цинк часто вскипает и горит, поэтому, опять же, необходима вытяжка либо работать следует на открытом воздухе и обязательно в очках. Пары окиси цинка также вредны. Добавка в этот припой одного-двух процентов никеля (аноды радиоламп из него делали, он магнитный) делает цвет такой латуни слегка зеленоватым и повышает прочность спая.

Вредными в припое следует признать примеси свинца, висмута и других нерастворимых в твёрдой меди легкоплавких металлов, которые собираются на границах зёрен и делают металл хрупким при повышенной температуре (красноломкость). Поэтому медь для приготовления латунного припоя следует тщательно отбирать, лучше всего применять медную электротехническую проволоку без остатков мягких припоев. Это же касается и цинка. Также при пайке железа следует признать вредным примесь кремния, которая упрочняет сам припой, но охрупчивает границу его с железом за счёт образования силицида железа. В сплавленную жидкую латунь нужно погрузить железную проволоку толщиной миллиметра четыре и постепенно оттягивая жидкий металл и подогревая сам слиток, вытянуть палочку припоя.

В качестве припоя можно использовать и случайные куски латуни, ненужные латунные детали, стружку. Поскольку у нас нет заводской лаборатории для анализа их состава, то нужно проверить наличие кадмия по цвету осадка от дыма и проверить совместимость такого припоя с железом. Для этого спаивают два гвоздя, смотрят, как их смачивает припой, а после остывания слегка проковывают, чтобы проверить хрупкость самого спая и припоя. Если в припое содержится много фосфора, то он плохо растекается по железу и даёт крайне непрочное соединение. Однако, им можно паять чистый никель, который сам образует твёрдый раствор с фосфором, медно-никелевые сплавы и медь. Судьёй и контролёром тут тоже может служить молоток.

Небольшая примесь фосфора, видимо, в доли процента, делает медь более легкоплавкой и способной хорошо смачивать железо. Но вредного действия на стык железа с припоем ещё не оказывает. Однако, при нагреве готового спая медно-фосфорные припои быстро окисляются, даже быстрее, чем чистая медь. Поэтому наличие цинка важно для пайки тех же термопар, горелок паяльных ламп.

Термопары можно делать из нихромовой и константановой проволоки. Такие проволоки работают длительное время до шестисот градусов, если их спаять латунью. Будущий спай надо тщательно зачистить, обмотать тонким «плиточным» нихромом, обмазать большим количеством мокрой буры и после смачивания латунью, сильно прогреть, чтобы часть нихрома могла раствориться, легируя латунь никелем и хромом. Такой спай обгорает медленно.

В целом, нужно считать твёрдую пайку латунью или серебром крайне удобным методом соединения железных деталей. Этот метод позволяет резко упростить изготовление различных изделий, от ключа для замка, до деталей вакуумной установки или телескопа. Напаивать токарные резцы. Однако, температуры паяльной лампы для плавления латуни недостаточно и нужно применять либо электролизёр, либо пропан с кислородом. Для пайки железа латунью с бурой чистое водородно-кислородное пламя слишком окислительное и горячее. Гремучий газ нужно обогащать парами бензина, либо добавлять тот же пропан. Горелка должна иметь достаточную мощность для быстрого нагрева деталей, что резко уменьшает их окисление.

Флюсы для пайки

В различных книгах приведено большое количество рецептов паяльных флюсов. Однако для большинства работ достаточно всего несколько рецептов.

Расплавленные щёлочи типа едкого натра, калия, их сплавы пригодны для лужения железа, нержавейки и меди паяльником. Позволяют работать водородным и водородно-кислородным пламенем. Добавка в пламя углеводородов дезактивирует флюс, хотя листы можно нагревать с обратной стороны. При пайке радиаторов позволяет хорошо пролудить даже корродированные бачки, сильно загрязнённые органикой. Отмывать следует водой. Флюс сильно разрушает кожу рук. После отмывки можно паять лужённые поверхности с фосфорной кислотой. Пары и брызги вредны для глаз, кожи, лёгких, для рук. Сильной коррозии железа не вызывают.

Бура. Применяется для обычных паек железа латунью или серебряными припоями, для пайки меди и латуни медно-фосфорными припоями или серебром. Расплав вязкий, хромсодержащие стали и сплавы флюсует только после хорошей зачистки и быстрого нагрева. Добавка борфтористых и фтористых солей повышает активность, но при этом выделяются и более вредные для здоровья человека пары. Пайка твёрдосплавных пластин возможна при быстром нагреве. Особенно плохо флюсует хороший сплав Т15К6, для которого рекомендуют флюс Ф-100. Свойства буры несколько улучшаются добавкой десяти-двадцати процентов пентабората калия.

Бура не корродирует железо и её часто не удаляют после пайки. От влаги она постепенно вспучивается и превращается в противный белый порошок. Удалить буру со спая можно лёгкой проковкой молотком. Лучше действует пятипроцентный раствор серной или фосфорной кислоты. Чтобы он не растворял железо, в травильный раствор можно добавлять муку, «сухой спирт», формалин, хлебные корки, даже пиво! После стравливания буры и окислов, детали нужно промыть в воде щёткой и пассивировать в щелочном растворе бихромата, промыть в воде и высушить гигроскопичной бумагой или чистой х/б тряпкой. Для здоровья человека бура, как и борная кислота, вредны и опасны. Ими травят тараканов. С большими количествами растворов буры работать надо в перчатках. Нужно избегать их попадания в организм, хранить в отдельной таре и не с пищевыми продуктами.

Борфтористый калий KBF4. Относительно легкоплавкая и трудно растворимая в воде соль. Расплав чистого борфторида быстро растекается по меди и латуни, обеспечивает отличное растекание серебренных припоев. Его можно применять самостоятельно, либо добавлять в буру. При нагреве выделяет вредный для здоровья трехфотристый бор, поэтому работать нужно под тягой. Остатки флюса легко смываются водой.


Практическая работа.

Располагая в мастерской электролизером с микрогорелкой, попробуем экспериментальную пайку латунью. Латунь возьмем от старорежимного разбитого мощного «автомата». Пациенты – попавшие под руку гвозди 100 мм. (Фото 2).




Что понадобилось для работы.

Водородно-кислородная микрогорелка с электролизером, припой – случайная электротехническая латунная деталь, флюс – бура. Несгораемое основание, средства защиты, мелочи.


К делу.

Пациентов выпрямил молотком на стальной плите и зачистил наждачкой в патроне шуруповерта (Фото 3).



















В целом, опыт признан успешным. С дополнительным подогревом, например, горелкой на парах бензина, вполне можно паять и более крупные детали, заодно и делая пламя более восстановительным. Латунь следует подобрать и сформовать в более удобные прутики или полоски (проволока, нетонкая фольга).


Бондаренко Ю. Н., Babay Mazay, май, 2022 г.