Практически во всех сферах электромонтажных работ, моделирования, робототехники, радиоэлектроники используются токоведущие провода, как соединительный элемент электрической цепи.
Среди огромного разнообразия методов соединений для получения качественного электрического контакта может выполняться пайка, клеммное обжатие, болтовое соединение, гильзовая обжимка. Но ни один контакт не может длительно сохранять электрические параметры без предварительного покрытия проводника слоем олова. Поэтому в данной статье мы рассмотрим, как лудить провода и для чего выполняется эта процедура.
Почему лужение проводов так важно
Лужение проводов предотвращает их окисление
Перед тем как залудить провод, требуется узнать, для чего эта процедура так необходима. Медь и алюминий при взаимодействии с кислородом окисляются, образуя на своей поверхности оксидную пленку, которая ухудшает проводимость и повышает сопротивляемость. Залуживание проводов позволяет этого избежать. Лудят провода свинцово-оловяными припоями, их преимущество заключается в длительном эксплуатационном сроке, безопасности и надежности.
Также лужение используют во время пайки, например, при подключении светодиодных лент к блоку питания. Если жилы осветительного прибора предварительно не облудить, с течением времени все проводки отвалятся.
Характеристики
Главной отличительной чертой между ними является способность к изгибам. По диаметру луженая медь с алюминием может существенно отличаться. Максимальное распространение получила проволока, у которой диаметр находится в пределах 0,02-9,42 мм.
Чтобы ее изготовить, используют обычную медную проволоку на катушке, подвергая ее гальваническому лужению. Материал пропускают через лудильную ванну, где находится расплавленное олово. Чтобы оно не вступало с кислородом воздуха в окисление, поверхность ванны закрывают веществами, не способными пропускать воздух. В частности, таким веществом может являться древесный уголь.
Облуживание провода с помощью паяльника
Лужение проводов паяльником
Для качественного выполнения работы важно уверенно владеть паяльником. Если закрепившиеся навыки отсутствуют, не удастся залудить и припаять провод.
Существуют разные модели паяльников, каждые обладают своими техническими характеристиками – мощность, габариты и т.д. Начинающему мастеру рекомендуется отдавать предпочтение паяльным станциям, где есть возможность регулировать температуру нагревания самостоятельно.
Целесообразно приобрести дорогостоящее устройство, поскольку процесс будет отнимать меньше времени, и работа будет выполняться в радость.
Мелкая пайка
В пайке печатных плат есть свои особенности. Как паять детали на печатные платы, в целом см. небольшой мастер-класс в рисунках. Лужение проводов отпадает, т.к. выводы радиокомпонент и чипов уже луженые.
В любительских условиях, во-первых, нет особого смысла лудить все токоведущие дорожки, если устройство работает на частотах до 40-50 МГц. В промышленном производстве платы лудят низкотемпературными способами, напр. напылением или гальваническим. Прогрев дорожек паяльником по всей длине ухудшит их сцепление с основой и увеличит вероятность отслоения. После монтажа компонент плату лучше покрыть лаком. Медь от этого сразу потемнеет, но на работоспособность устройства это никак не повлияет, если только речь не идет об СВЧ.
Пайка радиоэлектронных компонент на печатную плату
Затем, взгляните на нечто безобразное слева на след. рис. За такой брак и в недоброй памяти советском МЭПе (министерстве электронной промышленности) монтажников разжаловали в грузчики или подсобники. Дело даже не во внешнем виде или перерасходе дорогого припоя, а, во-первых, в том, что за время остывания этих блямб перегрелись и монтажные площадки, и детали. А большие тяжелые наплывы припоя – довольно инертные для уже ослабленных дорожек грузики. Радиолюбителям хорошо знаком эффект: спихнул нечаянно плату-«каракатицу» на пол – 1-2 или более дорожек отслоились. Не дожидаясь и первой перепайки.
Неправильно и правильно распаянные печатные платы
Паечные наплывы на печатных платах должны быть округлыми гладкими высотой не более 0,7 диаметра монтажной площадки, см. справа на рис. Кончики выводов должны немного выступать из наплывов. Кстати, плата полностью самодельная. Есть способ в домашних условиях сделать печатный монтаж таким же точным и четким, как фабричный, да еще и вывести там надписи, какие хочется. Белые пятнышки – блики от лака при фотосъемке.
Наплывы вогнутые и тем более сморщенные – тоже брак. Просто вогнутый наплыв значит, что припоя недостаточно, а морщинистый, кроме того, что в пайку проник воздух. Если собранное устройство не работает и есть подозрение на непропай, смотрите в первую очередь такие места.
ИМС и чипы
По сути интегральная микросхема (ИМС) и чип одно и тоже, но для ясности, как в общем и принято в технике, микросхемами-«микрухами» оставим ИМС в DIP-корпусах, до больших по степени интеграции включительно, с выводами через 2,5 мм, устанавливаемые в монтажные отверстия или паечные пистоны, если плата многослойная. Чипами пусть будут сверхбольшие ИМС-«миллионники», монтируемые на поверхность, с шагом выводов 1,25 мм и меньшим, а микрочипами – миниатюрные ИМС в таких же корпусах для телефонов, планшетов, ноутбуков. Процессоры и прочих «камни» с жесткими многорядными штыревыми выводами не трогаем: они не паяются, а устанавливаются в специальные панельки, которые запаиваются в плату однократно при ее сборке на предприятии.
Заземление паяльника
Современные КМОП (CMOS) ИМС по чувствительности к статическому электричеству такие же, как ТТЛ и ТТЛШ, держат без повреждения потенциал в 150 В в течение 100 мс. Амплитудное значение действующего напряжения сети 220 В – 310 В (220х1,414). Отсюда вывод: паяльник нужен низковольтный, на напряжение 12-42В, включенный через понижающий трансформатор на железе, не через импульсник или емкостный балласт! Тогда даже прямой пробой на жало не испортит дорогущие чипы.
Остаются еще случайные, и тем более опасные, выбросы сетевого напряжения: сварку рядом включили, бросок сети был, проводка заискрила и т.п. Самый надежный способ уберечься от них – не отводить «бродячие» потенциалы с жала паяльника, а не пускать из туда. Для этого еще на спецпредприятиях СССР применялась схема включения паяльников, показанная на рис.:
Схема заземления низковольтного электропаяльника
Точка соединения C1 C2 и сердечник трансформатора подключаются непосредственно к контуру защитного заземления, а к средней точке вторичной обмотки – экранная обмотка (незамкнутый виток медной фольги) и заземлители рабочих мест. К контуру эта точка подключается отдельным проводом. При достаточной мощности трансформатора к нему можно подключать сколько угодно паяльников, не заботясь о заземлении каждого в отдельности. В домашних условиях точки a и b соединяют с общей клеммой заземления отдельными проводами.
Микросхемы, пайка
Микросхемы в DIP-корпусах паяются как прочие радиоэлектронные компоненты. Паяльник – до 25 Вт. Припой – ПОС-61; флюс – ТАГС или спиртоканифоль. Смывать его остатки нужно ацетоном или его заменителями: спирт берет канифоль туго, и между ножками отмыть им полностью не удается ни кисточкой, ни ветошью.
Что до чипов и тем более микрочипов, то паять их вручную настоятельно не рекомендуется специалистам любого уровня: это лотерея в весьма проблематичным выигрышем и весьма вероятным проигрышем. Если уж у вас дело дойдет до таких тонкостей как ремонт телефонов и планшетов, то придется раскошелиться на паяльную станцию. Пользоваться ею не намного сложнее, чем ручным паяльником, см. видео ниже, а цены вполне приличных паяльных станций ныне доступны.
Необходимые инструменты
Флюс выбирают в зависимости от материала провода
Монтаж, модернизация, ремонт и обслуживание проводов – дело хлопотное, но не сложное. Чтобы сократить затраченное время, предварительно готовят все необходимые инструменты и расходный материал для работы. Список выглядит следующим образом:
- к числу расходных материалов относится припой и флюс;
- острый нож;
- станция для паяния или паяльник;
- технический или медицинский пинцет;
- обыкновенные плоскогубцы.
Можно использовать не хорошо заточенный нож, а специальные клещи, позволяющие удалить весь изоляционный слой несколькими движениями. Но стоимость их достаточно высока, поэтому многие используют нож или скальпель.
В каждом случае требуется определенный припой и флюсовый состав для кабелей, это нужно учитывать.
Как паять трубы
Медные трубы паяют высокотемпературным способом любым твердым припоем для меди с активированной флюс-пастой, не требующей удаления остатков. Далее возможны 3 варианта:
- В медных (латунных, бронзовых) соединительных муфтах – паяльных фитингах.
- С полной раздачей.
- С неполными раздачей и сжатием.
Пайка медных труб в фитингах надежнее прочих, но требует значительных дополнительных расходов на муфты. Единственный случай, когда она незаменима – устройство отвода; тогда используется фитинг-тройник. Обе паяемые поверхности заранее не лудят, но покрывают флюсом. Затем трубу вводят в фитинг, надежно фиксируют и пропаивают стык. Пайка считается законченной, когда припой перестанет уходить в зазор между трубой и муфтой (нужен 0,5-1 мм) и выступит снаружи небольшим валиком. Фиксатор снимают не ранее чем через 3-5 мин по затвердевании припоя, когда стык уже можно держать рукой, иначе припой не наберет прочность и стык когда-то да потечет.
Как паяют трубы с полной раздачей, показано слева на рис. Давление «раздатая» пайка держит такое же, как и фитинговая, но требует доп. специнструмента для разворачивания раструба и повышенного расхода припоя. Фиксация впаиваемой трубы не обязательна, ее можно вдвинуть в раструб с проворотом, пока не заклинит намертво, поэтому пайку с полной раздачей часто делают в неудобных для установки фиксатора местах.
Пайка медных труб
В домашней разводке из тонкостенных труб малого диаметра, где давление уже небольшое, а его потери несущественны, целесообразной может оказаться пайка с неполной раздачей одной трубы и сужением другой, поз. I справа на рис. Для подготовки труб достаточно круглой палки из твердого дерева с коническим острием в 10-12 градусов с одной стороны и усеченно-конической лункой в 15-20 градусов с другой, поз II. Концы труб обрабатывают, пока они без заклинивания не войдут друг в друга прим. на 10-12 мм. Лудят поверхности заранее, наносят на луженые еще флюса и соединяют до заклинивания. Затем греют до плавления припоя и подпирают зауженную трубу, пока ее не заклинит. Расход припоя выходит минимальным.
Важнейшее условие надежности такого стыка – сужение должно быть ориентировано по току воды, поз. III. Школьный закон Бернулли – обобщение для идеальной жидкости в широкой трубе, а у реальной жидкости в узкой трубе за счет ее (жидкости) вязкости максимум скачка давления смещается противоположно току, поз. IV. Возникает составляющая силы давления, прижимающая зауженную трубу к раздатой, и пайка получается очень надежной.
Порядок действий
Чтобы облудить провод, нужно действовать по следующему алгоритму:
- С помощью специального инструмента, ножа или скальпеля удалить изоляционный слой с проводов, которые потребуется соединить.
- После удаления изоляционного материала токопроводящие жилы зачистить до образования характерного блеска. Для этого можно использовать нож или наждачную бумагу. Если работа предстоит не с литой жилой, а многожильным проводом, каждый проводок распушается и зачищается по отдельности.
- В розетку включается паяльник и очищается от всех загрязнений, которые он любит собирать, особенно старого припоя и пыли. Во время очищения жилы паяльника рекомендуется использовать небольшую наждачную бумагу.
- Требуется разогреть кончик провода. Это можно сделать с помощью паяльника, газовой горелки или обычной зажигалки.
- Когда паяльник разогрелся до рабочей температуры, его жилой прикасаются к припою и канифоли. Рабочая поверхность обильно должна быть покрыта растопленным оловом.
- Следующий этап – горячим паяльником касаться медного проводника. Припой должен равномерно распределяться по жиле. Чтобы нанести припой, используются пассатижи и пинцеты.
- По окончании работ внимательно осматривается кабель или провод. Рабочая поверхность должна быть полностью и равномерно покрыта припоем. Пустые полости или скопления вещества должны отсутствовать. Если обнаружены недочеты в работе, к процедуре приступают повторно.
Если работа предстоит с совсем тонкими проводами, канифоль лучше не использовать, поскольку рассчитать точное количество вещества очень сложно. В качестве аналога подойдет паяльная кислота. Обработать кончик проводника можно обыкновенной кисточкой. После этого можно приступать к нанесению припоя. Этот способ нельзя назвать более надежным, но с такими видами проводков иначе нельзя.
Процесс подготовки медного жала
Процесс покрытия не вызывает трудностей. Расплавленный припой хорошо ложиться на горячую медь, но с одним условием — она должна быть чистой. Добиться этого можно только при низкой температуре. Окисление при повышении температуры ускоряется и адгезия пропадает. Холодный припой нельзя прилепить к жалу, поскольку он не плавится. Получается замкнутый круг.
Шлаки, остатки канифоли и пластика, окалину и прочий мусор можно удалить на холодном инструменте. Стержень перед этой операцией вытаскивают, чтобы не повредить нагреватель. Жало внутри нагревателя тоже окисляется, что ухудшает теплопередачу. Электричество из-за окалины преодолевает лишнее сопротивление и расходуется впустую.
Перед тем как залудить паяльник с медным жалом его нужно очистить от грязи. Делают это напильником или наждачкой. Материал следует заточить до чистого слоя, чтобы внешний вид был как новый. Проще это сделать наждачкой. Поверхность полируют до гладкого состояния — так окисление проходит медленнее.
Скорость окисления можно снизить, если оковать жало. Делают это молотком на наковальне. Аккуратными ударами укрепляют поверхность и придают форму медному прутку. Далее переходят к процессу лужения, пока оно не покрылось шлаками.
Способы лужения медного жала:
- Канифолью. Способ дымный, поэтому в жилом помещении провести его сложно и опасно для здоровья. Лучше воспользоваться балконом. Зачищенное основание погружают в баночку с канифолью и кладут туда немного припоя. Он моментально покроет жало и не даст ему окислиться. После процедуры кончик жала протирают толстым натуральным сукном, но аккуратно, чтобы не обжечь пальцы. Припой вотрётся в медь. Процедуру выполняют после длительного хранения паяльника.
- Способ натирания поверхности оловом. Чистое основание немного разогревают и макают в канифоль. Затем поверхность натирают оловом. Процедуру повторяют несколько раз. Защитный слой закрепляют натиранием о сукно. Результат можно получить без дыма в любом помещении.
Правильная подготовка позволит не нервничать на начальном этапе работы. Спустя время процесс нужно переделывать из-за того, что медь начинает окисляться.
Способы обработки проводов
Лужение с помощью деревянного бруска
Существует несколько способов лужения. Некоторые мастера отдают предпочтение методу, суть которого заключается в прижимании проводов паяльником к деревянной ровной поверхности.
При нагревании из дерева выделяются газы, которые исполняют роль флюса, способствуя удалению оксидов на металле.
Более качественно удалять оксидную пленку на поверхности токопроводящих жил удается при помощи аспирина. Во время работы таблетку подкладывают под провода. При нагревании из ацетилсалициловой кислоты выделяются газы, обволакивающие место соединения, вытесняя из них примеси, отрицательно сказывающиеся на качестве соединения. Этот простой и бюджетный в реализации способ обеспечивает качественное лужение.
Существует еще один способ подготовки многожильных кабелей и проводов, у которых медная основа покрыта эмалью. В качестве подложки предпочтительнее применять небольшой кусок ПВХ материала. При термическом воздействии поливинилхлорид начинает активно выделять хлороводород, который эффективно разрушает оксидный слой.
Отличительные параметры
Луженая медь имеет высокую пластичность, отлично поддается механической обработке. Именно этот материал применяется в электротехнике для изготовления токопроводящих жил медных кабелей, оплетки для продукции военного и гражданского предназначения.
Попробуем выяснить, чем отличается луженая и нелуженая медь. Первый вариант в большей степени защищен от внешних воздействий, так как проволока покрыта слоем олова. Этот металл предохраняет металлическую нить от любых проявлений коррозии, давая материалу повышенную прочность на разрыв. Луженая медь не ломается при перегибах.
Лужение посредством окунания
Если работать предстоит с проводами и кабелями большого диаметра, то подготовку целесообразно проводить иначе. Полного и равномерного распределения припоя в данном случае добиться непросто.
Существует специальное устройство – тигель, в который помещаются небольшие кусочки олова. Там они разогреваются, в результате получается, расплав металла. Конец провода предварительно погружают в канифоль или другие марки флюса, а далее в емкость тигля. Такой подход обеспечивает полное и равномерное распределение веществ на месте среза.
Использовать этот метод можно лишь с полностью лужеными проводами. Погружение уже имеет совершенно иные масштабы, и проводится в промышленных условиях. Реализуется процесс с помощью специальной катушки с намотанным проводом. Сначала всю медную поверхность вручную обрабатывают жесткими щетками, предварительно их щетину обрабатывают хлористым цинком в жидком виде. Растворенный флюс получают из смеси технической соляной кислоты и цинка.
Далее проволоку из мотка начинают медленно раскручивать и окунают в емкость, заполненную растворенным оловом. Равномерность покрытия обеспечивается вторичной обработкой кабеля или провода большого диаметра резиновыми щетками. В завершение кабель погружают в емкость с холодной водой и вновь обрабатывают щетками. После этого провода и кабели сматывают и упаковывают для дальнейшей реализации в строительных магазинах.
Особенности покрытий
Паяльники простого типа традиционно имеют медное жало. Материал до сих используется с момента изобретения инструмента из-за своих высоких теплопроводящих свойств. Но есть недостаток — способность к высокому износу. Медь выгорает или растворяется в припое. Недостаток требовалось устранить, и производители стали наносить дополнительное покрытие из никеля или серебра.
Никель обладает высокой прочностью и не изнашивается. Долгий срок службы — это преимущество никелевого покрытия. Недостаток — слабая адгезия. Такой наконечник плохо удерживает припой. Пайку можно выполнить только при подаче припоя непосредственно в зону работы. Рабочую область нагревают жалом, потом ложат небольшую часть припоя или паяльной пасты. Схватывание происходит от нагрева.
Серебро имеет хорошую адгезию, но слабо проводит тепло. К тому же материал дорогой. Со временем серебро изнашивается и обнажает медную основу. Это происходит из-за того, что покрытие из серебра растворяется в припое.
Особенности напыления усложняют работу и обслуживание. Поэтому радиолюбители, особенно старшего поколения, предпочитают медные паяльники. Но у медного жала есть недостаток — горячая медь мгновенно окисляется. Взаимодействие с воздухом происходит лишь на тонком слое, но этого достаточно для нулевой адгезии. Тепло тоже передаётся хуже. Выход из ситуации — наконечник всегда нужно покрывать тонким слоем припоя.
Олово нельзя наносить перед пайкой, поскольку под его слоем начинает выгорать медь. На месте выгорания появляются шлаки, из-за которых отсутствует адгезия. Мастер начинает отвлекаться от работы.
Абразивные материалы стачивают покрытие. Никель или керамика нанесены тонким слоем на жало — вот почему нельзя их стачивать. Дорогостоящий наконечник превратится в медный пруток.
