Виды флюсов



Флюс для дуговой сварки

Сварочный флюс – гранулированный порошок с размером зерен 0,2–4 мм, предназначенный для подачи в зону горения дуги при сварке. Под действием высокой температуры флюс расплавляется, при этом

  • создает газовую и шлаковую защиту сварочной ванны;
  • обеспечивает стабильность горения дуги и переноса электродного металла в сварочную ванну;
  • обеспечивает требуемые свойства сварного соединения;
  • выводит вредные примеси в шлаковую корку.

Фото. Сварочный флюс ESAB OK Flux 10.71

Сварочные флюсы классифицируются по технологии производства, химическому составу, назначению и др. характеристикам.

По способу производства сварочные флюсы делятся на плавленые и керамические (неплавленые). Рудоминеральные компоненты плавленых флюсов расплавляются в печи, а затем гранулируются, подвергаются прокалке и фракционированию. Керамические флюсы представляют собой сухие смеси компонентов, получаемые в результате смешивания минералов и ферросплавов с жидким стеклом с дальнейшей сушкой, прокалкой и фракционированием. Наиболее распространенными являются плавленые флюсы.

В зависимости от химического состава флюсы бывают оксидные, солеоксидные и солевые.

Оксидные флюсы состоят из оксидов металлов и могут содержать до 10% фторидных соединений. Они предназначены для сварки низколегированных и фтористых сталей. Оскидные флюсы по содержанию SiO2 подразделяются на бескремнистые (содержание SiO2 меньше 5%), низкокремнистые (6–35% SiO2), высококремнистые (содержание SiO2 больше 35%), а по содержанию марганца – на безмарганцевые (содержание марганца меньше 1%), низкомарганцевые (меньше 10% марганца), среднемарганцевые (10–30% марганца) и высокомарганцевые (более 30% марганца).

Солеоксидные (смешанные) флюсы по сравнению с оксидными содержат меньше оксидов и большее количество солей. Количество SiO2 в них снижено до 15–30%, MnO до 1–9%, а содержание CaF2 увеличено до 12–30%. Солеоксидные флюсы используются для сварки легированных сталей.

Солевые флюсы не содержат оксидов и состоят из фторидов и хлоридов CaF2, NaF, BaCl2 и др. Они применяются для сварки активных металлов, а также для электрошлакового переплава.

Флюсы могут предназначаться для сварки высоколегированных сталей, углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и сплавов и т. п.

По строению зерен (частиц) сварочный флюс может быть стекловидным, пемзовидным или цементированным.

Химическая активность флюса – одна из его важных характеристик, определяемая по суммарной окислительной способности. Показателем активности флюса служит относительная величина Аф со значением от 0 до 1. В зависимости от химической активности флюсы подразделяются на четыре вида:

  • высокоактивные (Аф > 0,6);
  • активные (Аф от 0,3 до 0,6);
  • малоактивные (Аф от 0,1 до 0,3);
  • пассивные (Аф

Виды припоя и флюса

В процессе радиоконструирования и ремонта электроники очень важен элемент аккуратной и качественной пайки изделий и радиодеталей. От этого фактора сильно зависит долговечность изделия и его время наработки на отказ. Решающим моментом качественной пайки является выбор подходящего припоя и флюса, способных оптимальным способом произвести соединение металлических и металлизированных частей с тем условием, чтобы на место пайки внешние факторы оказывали наименьшее влияние, как например: деформация, большие токи, токи высокой частоты, внешние окислители, температура и т.д. В то же время пайка элементов не должна быть излишне перегружена припоем, так как в данном случае могут быть образованы кольцевые трещины, элементы «холодной пайки» (когда визуально припой на месте, но контактирующая область металлов отсутствует), а так же замыкания соседних дорожек или контактов. Чрезмерное применение припоя может не только вывести аппаратуру из строя, но и усугубить процесс настройки и наладки изделия. В этой связи особое внимание необходимо уделить довольно важному аспекту в радиоэлектронике как выбор припоя и флюса, о чем пойдет ниже речь в этой статье.

Из определения известно, что процесс пайки представляет собой соединение двух металлизированных или металлических твердых поверхностей с помощью припоя, температура плавления которого значительно ниже величины разрушения (плавления) соединяемых изделий. Основной функцией припоя является хорошая диффузия с контактируемой металлической поверхностью или, выражаясь простым языком, расплавление припоя на металле (лужение). Кроме того, припой должен иметь оптимальную температурную вязкость, позволяющую ровным слоем распределиться ему по поверхности металлов. Данный фактор качественного лужения возможен только при отсутствии жировых отложений и окислов на спаиваемых поверхностях, удалением которых занимаются флюсы. Флюсы также могут служить катализаторами диффузии припоя для возможности его проникновения в верхний микронный слой металлов в предполагаемом месте пайки. За счет низкой вязкости и ее уменьшения в зависимости от повышения температуры плавление флюсов происходит при гораздо меньших температурных показателях, чем припой.

Припои и их разновидности

Припой состоит большей частью из олова с добавлением различных материалов. В структуру припоя могут входить следующие компоненты:

Олово (Sn) – представляет собой мягкий металл с температурой плавления + 231,9 С градусов. Олово растворяется в соляной и серной кислоте. Большая часть органических кислот на него не действуют. При воздействии комнатных температур олово не подвергается окислению, однако при ее снижении ниже +18 С и особенно ниже -50 С происходит разрушение кристаллической решетки металла, в результате чего олово приобретает серый оттенок.

Свинец (Pb) – очень популярный металл в изготовлении припоя за счет легкоплавкости. В чистом виде металл очень мягкий, легко обрабатываемый. У свинца окисляется только верхняя часть, контактируемая с воздухом. Металл легко растворяется в щелочи и кислотах, содержащих азот и органику.

Кадмий (Cd) – применяется для изготовления легкоплавких припоев в малых дозах совместно с оловом, висмутом или свинцом. В чистом виде – токсичен, температура его плавления + 321 С. Зачастую кадмий применяется в антикоррозийных целях.

Висмут (Bi) – один из самых легкоплавких металлов при использовании его в составе припоя с температурой плавления + 271 С. Висмут хорошо растворим в азотной кислоте, а так же в подогретом растворе серной кислоты.

Сурьма (Sb) – тугоплавкий металл с температурой плавления + 630,5 С. Не подвержен воздействию воздуха. Не окисляется. В припое дает эффект глянца. Металл токсичен.

Цинк (Zn) – хрупкий металл синевато-серого цвета с температурой плавления + 419 С. Быстро окисляется на воздухе. Используется в припоях аппаратуры, работающей во влажных условиях, за счет того, что покрывает под воздействием влаги пленкой окиси, защищающей места пайки. Цинк легко растворим в кислотах. Цинк вместе с медью применяется для твердых припоев, а так же кислотных флюсов.

Медь (Cu) – металл с самой высокой температурой плавления в изготовлении припоя + 1083 С. Не поддается воздействию воздуха, однако верхним слоем окисляется при попадании влаги. Медь применяется в тугоплавких припоях.

Припои разделяют на легкоплавкие и тугоплавкие.

Легкоплавкие припои нашли широкое применение при конструировании радиоаппаратуры и пайке радиоэлектронных компонентов, а так же при лужении дорожек радиомонтажных плат. Температура плавления легкоплавких припоев не выше + 450 С. В основу таких припоев обычно входит олово, свинец, кадмий, висмут или цинк. В радиоэлектронике большое применение получили припои с температурой плавления до + 145 С градусов. В процессе лужения обезжиренных и очищенных плат применяется сплав Розе или сплав Вуда. Температура плавления этих сплавов 70 – 95 градусов, поэтому они равномерно залуживают плату, опущенную в кипящую воду. В отечественной промышленности список легкоплавких материалов большей частью составляют припои оловянно-свинцовые или ПОС. В случае добавления в припой кадмия или висмута к окончанию добавляются буквы К или В. Цифра в окончании маркировки соответствует процентному содержанию олова в припое по отношению к свинцу (большей частью) и сурьме (в мелких количествах). Чем меньше цифра, тем припой более тугоплавкий но и более прочный. Буква Ф означает, что в состав припоя включен флюс. В последнее время из-за европейских экологических стандартов в фирменной аппаратуре применяется в основном бессвинцовый припой с относительно высокой для радиокомпонентов температурой плавления + 220 градусов. Ниже приведен список распространенных отечественных припоев:

ПОС-18 – состоит из олова (17 – 18%), сурьмы (2 – 2,5%) и свинца (79 – 81%). Применяется при низких требованиях прочности пайки, в основном для лужения металлов. Температура плавления +183 +270 градусов (начало плавления / растекаемость).

ПОС-30 – состоит из олова (29 – 30 %), сурьмы (1,5 – 2%), свинца (68 – 70%). Лужения и пайка меди, стали и их сплавов. Температура плавления +183 +250 градусов.

ПОС-50 – олово 49 – 50%, сурьма 0,8%, свинец 49 – 50%. Применяется для качественного спаивания различных металлов, в том числе и в радиоэлектронике. Плавление +183 +230 градуса.

ПОС-90 – олово 89 – 90%, сурьма 0,15%, свинец 10 – 11%. Высокопрочный припой с температурой плавки +18 + 222 градуса, применяемый в лужении деталей с последующим золочением и серебрением. Не применяется в установках с повышенной рабочей температурой.

Припои ПОС-40 и ПОС-60 в радиоэлектронике наиболее популярны. Для спаивания латуни или пластин для экранирования стоит применять ПОС-30. При поверхностном лужении дорожек на платах лучше всего использовать припои с содержанием кадмия или висмута ПОСК-50 или ПОСВ-33. Припои с флюсами и без их содержания для монтажа радиодеталей выпускаются в виде проволоки с толщиной 1 мм для пайки SMD элементов до 3 мм. для радиокомпонентов в обыкновенном корпусе. Для пайки металлов из стали или пайки крупных площадей, припои идут без флюса в трубках диаметром 5 мм. В импортной промышленности так же выпускают свинцово-оловянные шарики диаметром от 0,2 до 0,8 мм., предназначенные для пайки BGA чипов.

Тугоплавкие припои большей частью используются в промышленной пайке твердых металлов. Их температура плавления от + 450 до + 800 С. В состав таких припоев входят медь, серебро, никель или магний. Отличительной особенностью этих припоев является их прочность. Из-за высокой температуры плавления тугоплавкие припои в бытовых условиях для радиомонтажных работ не используются. Большей частью они используются для спаивания латуни, стали, меди, бронзы, чугуна и других металлов с высокой температурой плавления. Припои марки ПМЦ (припой медно-цинковый) применяется для спаивания латуни с содержанием меди (ПМЦ-42), бронзы и меди (ПМЦ-52). Данный припой выпускается в виде слитков определенных форм.

ПМЦ-42 – состоит из меди (40 – 45%), цинка (52 – 57%). Также в его состав входят сурьма, свинец, олово и железо. Его температура плавления + 830 градусов.

ПМЦ-53 – медь 49 – 53%, цинк 44 – 49%. Температура плавления +870 градусов.

В производстве припоев особое место занимают, пожалуй, самые дорогие тугоплавкие припои, основу которых составляет медь с добавлением серебра. Маркируются они как ПСР. Припои с серебром обладают высокой прочностью. Место пайки гибко и легко обрабатываемо. Температура таких припоев от +720 до +830 градусов. Высокотемпературные припои ПСР-10 и 12 используют для спаивания сплавов латуни и меди, ПСР-25 и 45 необходимы для работы с медью, бронзой и латунью. ПСР-70 – припой с максимальным содержанием серебра применяют в пайке высокочастотных элементов: волноводов, защитных контуров и т.д.

Существуют припои, применяемые для пайки алюминия на основе олова, цинка и кадмия. Главная проблема пайки алюминия заключается в его быстром окислении на воздухе, поэтому алюминий паяют в масле с использованием ультразвуковых паяльников.

Флюсы

От правильно выбранного флюса довольно сильно зависит качество пайки, ровность шва и его аккуратность. Флюс при нагреве должен образовывать тонкую растекающуюся пленку на поверхности припоя, которая усиливает сцепление припоя с металлом. Чем меньше температура плавления флюса, тем качество пайки лучше. Так же температура его плавления должна быть ниже температурных режимов плавки припоя. Промышленность сегодня изготовляет флюсы двух типов.

— Химически активные флюсы, в состав которых входит, как правило, кислотосодержащие реагенты (ортофосфорная и соляная кислоты, хлористый цинк, хлористый аммоний). Данные флюсы прекрасно справляются с жирными налетами и окислами, однако, недостаточная промывка места пайки со временем приводит к «выеданию» металла и его коррозии, где остался кислотосодержащий флюс. На практике кислотосодержащие флюсы стараются в быту использовать как можно реже, особенно в радиоэлектронике, поскольку они ведут к разрушению текстолита, к тому же, при попадании на кожу человека такие флюсы вызывают ожоги, а их пары при вдыхании человеком особо токсичны. К наиболее популярным активным флюсам относится паяльная кислота, ортофосфорная кислота, хлористый цинк, бура, нашатырь, представляющий собой хлористый аммоний.

— Химически пассивные флюсы помогают удалить жировые отложения, а так же в меньшей степени удаляют окислы. Примером может быть канифоль, стеарин, воск. Сами по себе это органические вещества, не вызывающие коррозии, которые служат не только важной сост авляющей при пайке радиокомпонентов, но и выполняют защитную функцию от окисления. Новомодной тенденцией стало использование флюсов ЛТИ, для пайки легкоплавкими припоями. С их помощью можно осуществлять пайку оцинкованных контактов, свинец, очищенное железо, нержавеющую сталь и т.д. В их состав входит спирт, канифоль, малая доза кислоты, триэтаноламин. Для подобной пайки применяют ЛТИ флюс совместно с паяльной пастой. Единственный их минус заключается том, что под действием температуры в месте спайки остаются темные пятна. Пары флюса вредны для человека. Исключение только составляет флюс ЛТИ-120, который не содержит нежелательных компонентов: солянокислотного анилина и метафенилениамина.

Наименования флюсов и их применение

Канифоль сосновая – самый простой, дешевый и доступный вид флюса с низким током утечки. Относится к классу химически пассивных флюсов. На рынке она доступна в свободной продаже из-за популярности. Применяется практически широком спектре радиомотажных работ. Умеренно растворяется в спирте с добавлением глицерина, благодаря чему стали популярны среди радиолюбителей спирто-канифольные флюсы.

Ортофосфорная и паяльная кислота – опасные химически активные флюсы. Применяется при паке сильно окисленных металлов, низколегированных сталей, никеля, а так же их сплавов. После пайки обязательным условием является очистка места спаивания 5% раствором соды, чтобы погасить кислотную активность и выедание металла. Паяльная кислота особо эффективна при температуре 270 – 330 градусов.

Паяльная кислота ПЭТ – оптимальная температура процесса пайки с ее применением 150 – 320 градусов. Применяется при спаивании углеродистых сталей, латуни, меди, никеля.

Паяльный жир – существует в двух видах: активный и нейтральный. Применяется для окисленных деталей, состоящих из черного или цветного металла. Активный паяльный жир в радиоконструировании не применяется. Нейтральный паяльный жир не содержит активных компонентов, поэтомуможет использоваться для пайки радиодеталей.

БУРА – необходима при высокотемпературной пайке высокоулеродитсых металлов: чугуна, меди, стали и т.д.

ТАГС – флюс на глицериновой основе для радиомонтажа. Из-за остаточного сопротивления нуждается в отмывке спиртом.

Флюсы ЗИЛ – хорошо подходят спаивания стали, латуни, меди легкоплавкими припоями на основе висмута.

Ф-38Н ПЭТ – сильно химически активный флюс. Применяется для пайки быстро окисляемых на воздухе металлов при температуре выше 300 градусов. Им паяют нихром, манганин, бронзу. Обязательное применение при его использовании средств индивидуальной защиты. Промывка щелочью так же обязательна

Активные флюсы ФИМ — пайка окисленного серебра, платины. Требует отмывки водном раствором с содержанием соды. В составе флюса фосфорная кислота.

ФКДТ и ФКТ ПЭТ – популярный неактивный флюс широкого применения для лужения проводов и медных контактов в РЭА.

ФТС – бесканифольный пассивный флюс без дыма. Предназначен для пайки радиодеталей.

Паяльная паста «Тиноль» — специальный химический флюс для пайки SMD радиодеталей термофеном паяльной станции.

Флюс-гель ТТ – флюс с индикатором химической активности красноватого оттенка для широкого спектра пайки. При воздействии температурой обесцвечивается, указывая на отсутствие активных компонентов. Не требует отмывки.

СТ-61 – паяльная паста пассивная. А – температура плавления +200 градусов, В – для компьютерных и мобильных радио запчастей, С – канифоль.

Импортные флюсы

IF 8001 Interflux – один из лучших флюсов для бессвинцовой пайки SMD компонентов, в том числе и работы с BGA чипами. Довольно дорогой. Не требует смывания.

IF 8300 BGA Interflux (30cc) – для пайки корпусов BGA. Представляет собой гель. Без вредного галогена.

IF 9007 Interflux BGA – паяльная безотмывочная паста для пайки свинцовым припоем. После работы оставляет едва заметный слой флюса с высоким удельным сопротивлением.

FMKANC32-005 – крем слабоактивированный безотмывочный. Показывает хорошие результаты при пайке BGA чипов и работе с инфракрасными паяльными станциями.

Классификация импортных флюсов

Нередко в маркировке импортных флюсов можно встретить маркировочные символы. Рассмотрим ниже их обозначение.

«R» — канифоль, которая идет либо в чистом виде, либо в виде раствора (спирто-канифоль). Химически пассивный флюс, поэтому перед применением требует ручной зачистки поверхности спаиваемых компонентов от окислов. После окончания работ требует отмывки спиртом или ацетоном.

«RMA» — флюс на основе канифоли с небольшим добавлением активаторов (органических кислот и их соединениями). При термической обработке кислотосодержащие активаторы испаряются. Для их применения необходима вытяжка. Оптимальная пайка достигается с использованием горячего воздуха.

«RA» — активированная канифоль. По заверению производителей из-за низкой активности кислот не оказывает коррозийных процессов на место пайки, поэтому не требует отмывки. Мы бы все таки рекомендовали после работы с ним использовать слабый раствор щелочи или спирт для отмывки, если речь не идет о BGA пайке!

«SRA» — кислотные флюсы активного действия для пайки нержавеющей стали, никеля. В электронике практически не используются из-за разрушающего действия кислот. После пайки таким флюсом изделие нуждается в тщательной отмывке спиртом или ацетоном.

Так же нередко к импортным флюсам к названию добавляют надпись «no clean», которая означает, что данный флюс не требует смывки. Такие флюсы нередко применяют при пайке радиокомпонентов, где очистка после пайки деталей затруднена физически. Например, при пайке BGA микросхем.

Сварка под флюсом

Тот, кто знаком со сварочными процессами, знает, как негативно влияет воздух на качество сварного шва. Вот почему самым качественным соединением считается процесс, который проводится в среде защитных материалов. Обычно для этого используются инертные газы или флюсы. Сварка под слоем флюса сегодня используется не так часто, особенно в бытовых условиях. Но в промышленности этот вид сваривания металлов применяется гораздо чаще. Тем более, качество шва при этой технологии гарантированно имеет высокие качественные характеристики. Поэтому когда разговор заходит о сварке под флюсом, необходимо понимать, что данный процесс является полуавтоматическим или автоматическим. В некоторых промышленных производствах устанавливается роботизированная сварка с применением флюсов.

Что такое сварка под защитными флюсами

По сути, это все тот же сварочный процесс с применением неплавящихся электродов и присадочной проволоки. Только вместо газа, который покрывает собою зону сварки, используется флюс – порошкообразный материал, засыпаемый поверх стыка двух металлических заготовок.

При высокой температуре сварки флюс расплавляется и выделяет все тот же защитный газ. При этом поверх зоны сваривания образуется прочная пленка, защищающая ее от негативного воздействия окружающего воздуха. Сгоревший порошок превращается в шлак, который легко снимается со сваренного шва. Остатки флюса можно собрать и использовать в другом месте.

Но самое главное, что все позиции, связанные с соединением стыкуемых деталей, точно такие же, как и в случае использования других сварочных технологий. А именно:

  • правильный подбор режима сварки, который зависит от структуры соединяемых металлов;
  • правильный выбор электрода;
  • присадочной проволоки, которая по своим свойствам должна соответствовать свойствам основных металлов;
  • грамотное формирование кромок;
  • зачистка торцов деталей, их обезжиривание.

Но есть и одна отличительная особенность – правильный выбор флюса.

Виды флюсов

Как уже было сказано выше, флюс для сварки – это порошок с размерами гранул 0,2-4 мм. Его классификация зависит от многих показателей. Но есть основные характеристики, которые разделяют его на группы и классы.

По способу производства сварочные флюсы делятся на:

  • плавленые: их компоненты сначала плавятся, затем гранулируются, прокаливаются и разделяются на фракции;
  • неплавленые или керамические: это сухие ингредиенты, которые смешиваются с жидким стеклом, сушатся, гранулируются, прокаливаются и разделяются на фракции.

Производители и специалисты отмечают плавленый вариант, как лучший из двух представленных.

Разделение по химическому составу.

  • Оксидные флюсы. В основе порошка содержатся оксиды металлов до 90% и остальное – это фторидные соединения. В этой группе есть подгруппы, которые определяют процентное содержание того или иного оксида. К примеру, оксид кремния. Если его содержится во флюсе до 1%, то такой порошок называется бескремнистый, если его содержание составляет 6-35% — низкокремнистый и больше 35% — высококремнистый. Оксидные флюсы предназначены для сварки низкоуглеродных и фтористых стальных заготовок.
  • Солевые. В них нет оксидов металлов, основу составляют соли: фториды и хлориды. Такой порошок используется для сваривания активных металлов, к примеру, титан.
  • Смешанные флюсы (солеоксидные). В них есть и оксиды и соли. Применяют их для соединения легированных сплавов.

Еще одна характеристика – активность флюсов. По сути, это скорость окисления порошка при его нагреве. Измеряется данный показатель от нуля до единицы и делит флюсы на четыре категории:

  1. Меньше 0,1 – это пассивные материалы.
  2. От 0,1 до 0,3 – малоактивные.
  3. От 0,3 до 0,6 – активные.
  4. Выше 0,6 – высокоактивные.

И последнее. Это деление по строению гранул. Здесь три позиции: стекловидные, пемзовидные и цементированные. Необходимо отметить, что сварка под стекловидным флюсом дает более широкий сварной шов, чем под пемзовидным. Если используется порошок с мелкими частицами, то шов под ним образуется глубокий и неширокий с высокими прочностными качествами.

Полезные советы

  • Большое значение в технологии сварки под флюсом играет переход металлов (марганца и кремния) в металл сварочного шва. Марганец переходит быстрее, если концентрация его оксида ( MnO ) больше, чем оксида кремния (SiO2). Чем меньше активность флюса, тем быстрее происходит переход.
  • Поры в швах образуются, если флюс не был хорошо просушен, если он не соответствует свойствам металла свариваемых заготовок и металлу присадочной проволоки, если между деталями оказался слишком большой зазор, если флюсовый слой оказался недостаточным, если его качества низкие.
  • Негативно на сварочный шов влияет водород. Поэтому его с помощью флюсов связывают в нерастворимые соединения. Это лучше делает порошок с большим содержанием кремния и с пемзовидной формой гранул.
  • Чтобы в сварном шве не образовывались трещины, необходимы флюсы с высоким содержанием и кремния, и марганца.

Сегодня все чаще в промышленности используется сдвоенная или двухэлектродная сварка, в которой электроды располагаются на расстояние меньше 20 мм друг от друга и питаются от одного источника электрической энергии. При этом они варят в одной зоне, формируя единую сварочную ванну. Располагаться электроды могут как в продольном положении, так и в поперечном.

Применяют и двухдуговую сварку, в которой расходники питаются от двух разных источников, при этом ток может быть на двух стержнях переменным или постоянным. А может быть и разным. Расположение же электродов может быть перпендикулярным плоскости сваривания или под наклоном. Варьируя углом наклона, можно увеличить глубину проварки или уменьшить. Соответственно будет изменяться и ширина шва.

Дуговая сварка под флюсом может проводиться и при повышении расстояния между расходниками. В этом случаи сварка будет проводиться параллельно в двух ваннах. Но первый электрод будет выполнять функции нагревателя зоны сварки, второй будет ее проваривать. При такой технологии соединения металлических заготовок электроды устанавливаются перпендикулярно плоскости сваривания. Данный способ отличается тем, что в процессе сварки двумя электродами не образуются закалочные участки как в самом сварочном шве, так и в прилегающих к нему зонах на основных деталях.

Режимы сварки под флюсом

Необходимо отметить тот факт, что механизированная сварка под флюсом отличается от ручной тем, что появляется возможность использовать сварочный ток высокой плотности. Он варьируется в диапазоне 25-100 А/мм². Соответственно и сила тока будет использоваться большая. Это отражается на глубокой проварке шва, возможности сваривать толстостенные заготовки без формирования кромок, увеличивать скорость самого процесса.

К примеру, при сваривании деталей толщиною 20-40 мм при однодуговой ручной сварке скорость процесса составляет не более 70 м/час. Используя двухдуговую сварку, можно увеличить данный показатель до 300 м/час. Конечно, силу тока подбирают в основном от диаметра используемого электрода. В таблице указана их зависимость между собой.

Автоматическая сварка под слоем флюса: плюсы и минусы

Российский инженер Николай Гаврилович Славянов в 1888 году впервые в мире применил метод дуговой сварки с помощью металлического электрода под слоем флюса.

Металлический электрод плавился в процессе работы, поэтому Славянов назвал свой метод «электрическая отливка металлов».

В 1927 году советский учёный Дмитрий Антонович Дульчевский усовершенствовал метод, который в дальнейшем получил название автоматическая дуговая сварка под слоем флюса.

Автоматическая сварка под флюсом

Суть процесса состоит в следующем. Между свариваемым изделием и концом сварочной проволоки горит электрическая дуга. Сварочная проволока плавится. По мере расплавления к месту сварки подаются новые порции сварочной проволоки. Проволока поступает в зону сварки либо с помощью специального механизма, и в этом случае мы имеем дело с автоматической сваркой. Либо вручную, и в этом случае сварка будет полуавтоматическая.

Сама электрическая дуга закрыта слоем флюса и горит внутри газового облака, которое образуется в результате плавления этого флюса. Как следствие нет поражающего фактора для глаз, как во время обычной сварки.

Свариваемый металл и флюс под воздействие дуги плавятся. При этом расплавленный флюс образует защитную жидкую плёнку, которая препятствует соприкосновению свариваемого металла с кислородом окружающего воздуха. Внутри расплавленного флюса плавится не только свариваемый металл, но и сварочная проволока.

Все эти расплавленные металлы смешиваются в так называемой сварочной ванне (небольшом пространстве образующемся на месте свариваемых деталей, непосредственно под электродом). По мере перемещения электрической дуги дальше, металл в сварочной ванне постепенно охлаждается и становится твёрдым. Так, образуется сварочный шов.

Расплавленный флюс называется шлаком. Этот шлак по мере застывания образует на поверхности сварочного шва шлаковую корку, которая легко удаляется с помощью металлической щётки.

Преимущества сварки с помощью закрытой дуги

Есть несколько плюсов:

  • Величина тока. При открытой дуге величина тока не может превышать 600 ампер. В случае превышения этого показателя металл начинает очень сильно разбрызгиваться и получение качественного сварного шва становится невозможным. В случае закрытой дуги величина тока может быть увеличена до 4000 ампер. Что, в свою очередь, приводит к резкому повышению качества сварного шва и значительному увеличению скорости всего процесса в целом.
  • Мощность дуги. Закрытая дуга имеет более высокую мощность. Как следствие, свариваемый металл расплавляется на большую глубину в процессе сварки. Это, в свою очередь, позволяет не делать разделку кромок под сварку (один из этапов предварительной подготовки). Открытая дуга относительно маломощна и без предварительной разделки кромок хороший сварочный шов получить невозможно.
  • Производительность. Под этим термином понимают метраж шва, за час работы дуги. Применение флюса повышает производительность сварочного процесса в 10 раз, по сравнению с традиционной сваркой.
  • Газовый пузырь. Формирование из расплавленного флюса защитного газового пузыря приводит к целому ряду положительных результатов. Значительно сокращаются потери расплавленного металла в результате разбрызгивания и угара. Что, в свою очередь, приводит к более экономному расходованию электродной проволоки. При этом сокращаются общие расходы электроэнергии.

Виды флюсов

Флюсы выполняют целый ряд очень важных функций в процессе сварки:

  • Изолирование сварочной ванны от кислорода атмосферы.
  • Стабилизация дугового разряда.
  • Химическое реагирование с расплавленными металлами.
  • Легирование (улучшение свойств) сварного шва.
  • Формирование сварочного шва.

Для сварки низколегированных, легированных и высоколегированных сталей, а также для цветных металлов и сплавов применяют разные виды флюсов. В зависимости от состава различают высококремнистые флюсы, марганцевые, низкокремнистые и безмарганцевые. Особую группу составляют так называемые бескислородные флюсы.

По степени легированности металла различают флюсы нейтральные — они практически не легируют металл шва. Слаболегирующие или плавленные. Легирующие или керамические. По способу изготовления флюсы, в свою очередь, делятся на плавленные, керамические и механические смеси.

В зависимости от химического строения различают:

  • Солевые. Содержат в своём составе преимущественно фториды и хлориды металлов. Применяются для сварки цветных металлов.
  • Оксидные. В составе превалируют оксиды металлов с небольшим содержанием фторидов. Используются для сварки низколегированных сталей.
  • Смешанные. Представляют собою смесь оксидных и солевых флюсов. Применяются для сварки высоколегированных сталей.

Электродная проволока

Очень влияет на качество сварного шва. Она устанавливает его механические параметры. Электродную проволоку изготавливают из трёх видов стали: из легированной, низкоуглеродистой, высоколегированной. Диаметры проволоки варьируются в зависимости от предназначения, от 0.2 до 15 мм. Обычно такая проволока поставляется в стандартизированных 80 метровых бухтах или в кассетах.

Следует отметить, что в процессе долгого хранения на складе проволока может покрываться слоем ржавчины. Поэтому перед использованием необходимо обработать места, покрытые ржавчиной, керосином или специальной жидкостью для удаления окислов металла.

Режимы автоматической сварки

При выборе режима учитывают сразу несколько факторов. К этим факторам относится толщина сварочных кромок, размеры будущего шва и его геометрическая форма, глубина плавления метала в зоне сварки.

В зависимости от свариваемой толщины выбирают соответствующий диаметр электродной проволоки. Диаметр электрода определяет величину силы тока. В результате определяется скорость подачи электрода в область сварки и соответственно скорость самой сварки.

Для сварки под флюсом применяется проволока непрерывного сечения. Диаметр от 1 до 7 мм. Сила тока может быть в пределах 150−2500 ампер. Напряжение дуги составляет 20−55 Вт.

  • Сила тока и напряжение электрической дуги. Увеличение силы тока автоматически приводит к возрастанию тепловой мощности и повышению давления сварочной дуги. Это приводит к увеличению глубины проплавления, но при этом практически не влияет на ширину сварочного шва.
  • Увеличение напряжения дуги, в свою очередь, приводит к повышению степени подвижности дуги и увеличению доли тепловой энергии, расходуемой на расплавление сварочного флюса. При этом увеличивается ширина сварного шва, а его глубина не меняется.
  • Диаметр электродной проволоки и скорость сварки. Если величину тока не менять, а диаметр проволоки при этом увеличивать, то это приведёт к увеличению подвижности сварочной дуги. Как следствие ширина сварочного шва увеличится, а глубина расплавления металла уменьшится. При увеличении скорости сварки уменьшается глубина расплавления металлов и ширина сварочного шва. Это происходит вследствие того, что при более высокой скорости металл проплавляется в меньших объёмах, чем при низкой скорости сварочного процесса
  • Сварочный ток и его полярность. Вид сварочного тока и его полярность очень сильно влияют на размеры и форму сварочного шва, в силу того, что количество тепла, возникающее на аноде и катоде сварочной дуги, сильно изменяется. При постоянном токе прямой полярности глубина расплавления уменьшается на 45−55%. Поэтому, если необходимо получить шов небольшой ширины, но с глубоким проплавлением металла, то для этого необходимо применять постоянный сварочный ток обратной полярности.
  • Вынос электродной проволоки. При увеличении выноса электрода повышается скорость её прогрева и скорость плавления. В результате за счёт электродного металла увеличивается объём сварочной ванны, что, в свою очередь, препятствует расплавлению свариваемого металла. Следствием этого процесса является уменьшение глубины проплавления металла.
  • Угол наклона электрода. Расположение электрода углом вперёд приводит к тому, что расплавленный металл начинает подтекать в зону сварки. Как следствие, глубина расплавления уменьшается, а ширина шва, наоборот, увеличивается. Расположение электрода углом назад приводит к тому, что расплавленный металл вытесняется из зоны сварки в результате воздействия электрической дуги. Это приводит к тому, что глубина расплавления увеличивается, а ширина шва уменьшается.

Недостатки метода

Одним из главных недостатком этого метода является высокая текучесть расплавленного флюса и металла в сварочной ванне. В результате сваривать этим методом можно только поверхности, находящиеся либо в строго горизонтальном положении, либо отклоняющиеся от горизонта на 10−15 градусов.

Флюсы для пайки: что это такое и зачем они нужны

Пайка на сегодняшний день широко используется в разных промышленных сферах, ее применяют, чтобы получить неразъемное соединение между твердыми материалами. Однако, чтобы работа была выполнена качественно, нужно иметь необходимый набор инструментов и оборудования, а также расходные материалы.

В числе таких материалов – флюс. И сегодня мы расскажем о том, что это такое и что этот предмет представляет собой.

Что такое флюс и его ключевые особенности

Итак, флюс – это такой сплав металлов, имеющий легкоплавкую структуру, который применяют для спаивания двух разных материалов. Этот сплав можно сделать и своими руками, если вы знаете особенности соединения двух разных материалов при термической их обработке.

Соединение двух материалов при помощи флюса выходит при условии, если на уровне шва будет выдержана та или иная температура. В зависимости от того, какой материал берется, температура варьируется в пределах от 50 до 500 градусов. Температура плавки припоя обязано быть намного выше температуры плавки материала, который вы обрабатываете.

Такая вещь, как флюс для пайки имеет несколько разновидностей, его нужно выбирать в зависимости от таких факторов:

  • металл;
  • температура пайки.
  • температура самого флюса;
  • параметров поверхности работы;
  • прочности материала;
  • его устойчивости к коррозии.

Есть две группы флюсов:

  • твердые, которые имеют высокий температурный порог;
  • мягкие, такие флюс имеют небольшую температуру плавки.

Тугоплавкий припой имеет температуру плавки 500 и более градусов, он создает достаточно прочный тип соединения. Но его недостаток состоит в том, что иногда высокая температура может вызвать перегрев ключевой детали конструкции и выведение ее из строя.

А температура плавки легкоплавких припоев составляет от 50 до 400 градусов. В этот вид флюсов входят такие компоненты:

Такие флюсы в основном применяются для пайки предметов радиотехники при их установке.

Также есть и сверхлегкоплавкие припои, которые используют для пайки и соединения транзисторов. Температура плавки этих флюсов может достигать 150 градусов максимум.

Чтобы запаять тонкие поверхности, следует применять мягкие флюсы, а для пайки проводов с большим диаметром нужно брать твердый припой, имеющий высокий температурный порог.

Требуемые характеристики флюса такие:

  • способность нормально проводить тепло и ток;
  • прочность конструкции;
  • способность к растяжке;
  • устойчивость к коррозии;
  • различия температурных показателей при плавке припоя и основных материалов.

В виде припоя используются такие материалы, как:

  • прутья;
  • ленты;
  • проволочные катушки;
  • трубочки с колофонием;
  • прочие флюс.

Наиболее распространенная форма – это прут из олова, диаметр сечения которого составляет 1-5 метров.

Есть также и многоканальные виды флюсов, которые имеют несколько источников поступления припоя для создания более прочных соединений. Они могут продаваться в мотках или колбах, иметь спиралевидную форму и содержаться в бобинах. Для одноразового применения лучше всего брать небольшой кусок проволоки размером со спичку.

Для пайки электросхем необходимо применять трубочные флюсы, которые содержат колофоний. Это такая смола, которая играет роль припоя. Этот присадочный материал отлично способен соединять такие виды металлов, как:

  • медь;
  • серебро;
  • латунь.

Особенности легкоплавких флюсов для пайки

Флюсы для пайки мягкого типа способны плавиться при температуре до 400 градусов. С их помощью шов становится прочным, мягким и эластичным.

Легкоплавкие флюсы подразделяются на такие категории:

  • с минимальным количеством олова;
  • свинцово-оловянные;
  • специальные;
  • сверхлегкоплавкие.

Оптимальным вариантом припоя является олово, но в чистом виде оно практически не используется, поскольку этот материал слишком дорог сам по себе. Чаще всего применяют припои из олова со свинцом, которые дают прочные соединения.

Маркировка такого флюса содержит в себе процент содержащегося в нем олова. Также такие припои содержат сурьму в незначительном количестве и могут использоваться для неответственных видов соединений, которые не подвержены нагрузке или вибрации.

Флюс без свинца с низким содержанием олова используют для пайки контактов на небольших электрических схемах при температуре до 300 градусов.

При температуре от 60 до 145 градусов сверхлегкоплавкие флюсы способны переходить в жидкое состояние и применяться для ручной пайки деликатных деталей. Соединение при этом не слишком прочное.

А специальные припои нужны тогда, когда нужно получить совместимость характеристик с основным типом материала. Для этого берутся составы, которые не поддаются пайке, в том числе:

Так, для пайки алюминиевых деталей нужно сделать припой, который почти целиком состоит из олова, а для лучше диффузии в него нужно добавить в незначительном количестве цинк, буру и кадмий.

Описание тугоплавких флюсов для пайки

Припой твердого типа используется с целью соединения швов, которые подвергаются разным нагрузкам, ударам, вибрациям и температурным перепадам. Эти флюсы способны плавиться при температуре от 400 градусов.

Припои твердого типа разделяются на такие категории:

  • медно-цинковые сплавы;
  • фосфорно-медные сплавы;
  • флюс из серебра;
  • чистая медь.

Стоит отметить, что сплавы из меди с цинком применяются не слишком часто, поскольку прочность шва не слишком высока, а стоимость их при этом неоправданно высокая.

Такой припой можно заменить на латунь, или же бронзово-цинковый сплав.

Сплав на основе меди с фосфором можно использовать при пайке деталей из меди, бронзы и латуни, которые не сильно подвергаются нагрузкам, также его применяют вместо более дорогостоящего серебряного припоя.

Твердые флюсы нельзя применять при пайке чугуна и низкоуглеродистой стали, поскольку при нагревании железа с медью или фосфором образовываются хрупкие элементы, которые затем разрушают шов.

Оптимальным вариантом припоя для железа является серебро, но очень дорогое. Однако с его помощью материалы соединяются достаточно прочно. Серебряный припой используется для пайки проводов, сложных плат на основе серебра.

Классификация альтернативных видов припоя

Также есть и другие альтернативные виды припоя:

  • флюс с повышенными антикоррозийными характеристиками на основе кислот, фосфора и растворителя. После пайки нет необходимости применять дополнительные средства для очистки;
  • флюсы жидкого типа на основе вазелина, золота, салициловой кислоты и этилового спирта. Они применяются для пайки электрических проводов или радиаторов, а швы при этом выходят аккуратными и чистыми;
  • канифоль, соединенная с воздухом. Этот флюс нейтрален и используется для электроприборов высокой точности, таких как реле, выключатели, схемы мобильников. Канифоль нужно использовать на предварительно залуженных и очищенных металлах, а чтобы качественно очистить алмазные контакты, можно взять лазер;
  • бур, смешанный с канифолью. Эта смесь используется для пайки водопроводных труб из меди, она высокоактивна и не нуждается в зачистке материалов. Бура способна плавиться при температуре около 70 градусов и при этом не выделяет вредных веществ;
  • самодельный активированный флюс, применяемый для пайки соединений, которые часто подвержены ударам и другим нагрузкам. Чтобы его приготовить, нужно смешать анилин канифоль, ангидрид, диатиламин и салициловую кислоту;
  • флюс на основе канифоли со спиртом. Относится к активным, но при этом во время высоких температурных показателей удаляется не только оксид, но и сам металл. Кроме того, после пайки нужно тщательно почистить плату.

Нельзя оставлять остатки флюса, они не только имеют непривлекательный вид, но и вредны. В электрических схемах они могут вызвать короткое замыкание, если не очистить поверхность вовремя.

Чтобы осуществить пайку трубочками с колофонием, нужно сделать следующее:

  • очистить соединяемые поверхности от окисления и грязи тщательно;
  • деталь в месте шва нужно нагревать до значения, которое превышает температуру плавки флюса;
  • производим пайку.

Такой метод не стоит практиковать для больших поверхностей с хорошей теплопроводностью, поскольку чтобы нагреть металл в достаточной мере, мощности паяльника будет мало.

Как собрать флюс для пайки своими руками

С целью пайки радиотехнических проводов можно применять припои в виде тонких прутьев, имеющих диаметр 2 мм, которые легко делаются своими руками.

Чтобы их сделать, потребуется сосуд, на дне которого делается отверстие, а затем в него нужно будет вылить оловянно-свинцовый припой в расплавленном виде. Сосуд при этом должен располагаться над жестяным листом или же над металлической плитой. После того как прутья застынут, их можно будет разрезать на куски требуемой длины.

Такую смесь можно еще разлить в формы:

  • жестяные желобы;
  • дюралюминиевые ёмкости;
  • гипсовые.

Это все осуществляется следующим способом:

  • отвесьте на весах нужное количество свинца и олова;
  • расплавьте металл в металлическом тигле над газовой горелкой, перемешивая его при этом с помощью стального стержня;
  • снимите тонкую пленку с расплавленной поверхности при помощи стальной пластинки;
  • разлейте сплав по формам.

Независимо от того, какой вид флюса вы используете, протрите готовую пайку тряпочкой, предварительно смоченной в ацетоне или же ректификате. Шов очищается жесткой щеткой, которую нужно перед этим окунуть в растворитель.

На рынке можно приобрести жидкие и гелеобразные безотмывочные флюсы, которые обладают такими преимуществами:

  • отсутствие компонентов, провоцирующих окисление и коррозию;
  • флюс такого типа не проводит ток;
  • не нужна очистка после пайки.

Жидкий флюс такого вида нужно наносить при помощи ватной палочки или кисточки. Также можно сделать приспособления для его нанесения самостоятельно на основе обычного шприца и силиконового шланга, который и будет наполняться жидким флюсом.

Пайка – один из лучших методов соединения металлов. Она обеспечивает высокий уровень прочности, герметичности, сам процесс прост и не занимает много времени по сравнению со сваркой.

Однако пайка вреда тем, что во время нее выделяются вредные газы, поэтому нужно не забывать о защитных перчатках, очках и фартука на основе плотной ткани.

Кроме того, риск отравления можно значительно снизить за счет применения смесей от хороших производителей.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о