Практикум по пайке

В.И. Гирш, Р.С. Михеев

Практикум по пайке

Методические указания  
к выполнению лабораторных работ

УДК 621.79
ББК 34.5
          Г51

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/47/book1730.html

Факультет «Машиностроительные технологии»
Кафедра «Технологии сварки и диагностики»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

Гирш, В. И.
Практикум по пайке. Методические указания к выполнению 
лабораторных работ / В. И. Гирш, Р. С. Михеев. — Москва : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. — 45, [3] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4780-0

Изложены сведения, необходимые для выполнения лабораторных 
работ, поясняющих особенности технологического процесса пайки, изучаемого 
в рамках дисциплины «Пайка и специальные методы сварки». 
Описание каждой лабораторной работы включает в себя теоретическую, 
методическую и контрольную части.
Для студентов старших курсов кафедры «Технологии сварки и диагностики» 
МГТУ им. Н.Э. Баумана.

УДК 621.79
ББК 34.5

 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

 
© Оформление. Издательство 

ISBN 978-5-7038-4780-0 
     МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

Г51

Введение

Целью настоящего практикума по пайке является формирование 
у студентов исследовательских умений наблюдать, сравнивать, 
анализировать и оформлять полученные результаты в комплексе 
с приобретением навыков самостоятельной работы с лабораторным, 
технологическим, измерительным оборудованием и приборами. 
В состав настоящего издания входят шесть лабораторных 
работ, каждая из которых имеет определенное назначение.

1. Лабораторная работа № 1 «Определение растекаемости жид-

кого припоя по поверхности металла» предназначена для знакомства 
с влиянием технологических параметров процесса пайки (составов 
припоя и флюса, качества подготовки поверхности металла) 
на растекаемость жидкого припоя.

2. Лабораторная работа № 2 «Физическое моделирование за-

полнения зазора при пайке» формирует представления о физической 
сущности процесса распространения жидкости в зазоре при 
комнатной температуре и отсутствии физико-химического взаимодействия.


3. Лабораторная работа № 3 «Капиллярные явления при пайке» 

позволяет выявить зависимость высоты поднятия припоя от зазора 
при различных способах подготовки соединяемых поверхностей.

4. Лабораторная работа № 4 «Влияние значения зазора на прочность 
паяного соединения» предназначена для определения прочности 
паяного соединения от значения зазора при пайке низко- 
углеродистой стали свинцово-оловянистыми припоями.

5. Лабораторная работа № 5 «Влияние нахлестки на прочность 

паяного соединения» позволяет проанализировать зависимость 
между прочностью паяного соединения и размером нахлестки.

6. Лабораторная работа № 6 «Взаимодействие припоя и металла 

основы» знакомит с техникой пайки в печи под флюсом, электрическим 
паяльником и газовой горелкой, а также с главными физико-
химическими процессами взаимодействия расплавленного припоя 
и металла основы, проходящими во время пайки, на примерах 
пайки различных конструкционных металлов и сплавов.

Лабораторная работа № 1

Определение растекаемости жидкого припоя 
по поверхности металла

Цель и задачи работы

Цель — наблюдение растекания жидкого припоя с последующей 

оценкой влияния технологических параметров процесса пайки (состав 
припоя и флюса, качество подготовки поверхности металла).

В результате проведенной лабораторной работы студенты по-

лучат представление о технологических параметрах процесса пайки 
и их влиянии на растекаемость жидкого припоя, что позволит 
им находить рациональные решения при разработке технологии 
пайки реальных изделий.
Продолжительность работы: 5 ч.

Теоретическая часть

Необходимым условием успешного ведения процесса пайки 
является удовлетворительная растекаемость жидкого припоя 
по поверхности металла. Основным параметром, определяющим 
растекаемость, является смачивание металла жидким припоем, характеризуемое 
равновесным краевым углом смачивания θ.

Анализ поведения капли жидкости на поверхности твердого 

тела позволяет сделать вывод, что очертание капли зависит от соотношения 
поверхностных натяжений на границе раздела фаз: 
твердое тело — газ (флюс), твердое тело — жидкость (припой), газ 
(флюс) — жидкость (припой). Связь между межфазными натяжениями 
и краевым углом смачивания выражает уравнение Юнга:

 
σт-г – σт-ж = σж-г cos θ, 
 (1.1)

где σт-г, σт-ж, σж-г — межфазные натяжения на границах твердое тело –  
газ, твердое тело – жидкость и жидкость – газ (рис. 1.1). Жидкость 

смачивает твердую поверхность, 
когда cos θ > 0, т. е. когда σт-г > σт-ж.

Система, состоящая из жидко-

сти в контакте с твердым телом, 
может находиться в термодинамическом 
равновесии или в течение 
какого-то времени быть неравновесной. 
Термодинамическое равновесие 
контактирующих жидкой 
и твердой фаз означает, что химические 
потенциалы каждой составляющей 
равны, как и температура и давление в каждой из них. Когда 
фазы находятся при данной температуре и давлении в контакте, 
граница раздела между ними обладает определенной межфазной 
энергией. Для такой системы можно определить равновесный краевой 
угол по уравнению (1.1) в виде

 
cos θ = (σт-г – σт-ж)/σж-г.  
 (1.2)

Изменяя технологические параметры пайки (состав припоя 
(жидкости), металла (твердого тела), флюса (газа), состояние поверхности 
металла и температуру нагрева) можно влиять на значения 
поверхностных натяжений и тем самым на ход процесса растекания.

Аналитическая количественная оценка смачиваемости и, как 
следствие, растекаемости для какой-либо пары материалов оказывается 
практически невозможной, так как определение поверхностного 
натяжения представляет значительные экспериментальные 
трудности. Поэтому в настоящей работе предложено провести 
оценку смачиваемости и растекаемости припоя опытным путем, 
расплавляя на поверхности металлической пластины навески 
припоя определенной формы и массы, и последующих измерений 
площади растекшейся капли и краевого угла смачивания.

Сопоставляя результаты различных опытов, можно сделать 

выводы о технологических свойствах припоев в опробованных 
конкретных условиях, включающих определенные марки флюсов, 
температуры нагрева, время выдержки при постоянной температуре 
нагрева и т. д. Кроме того, полученные результаты позволят 
подбирать технологические параметры процесса пайки, обеспечивающие 
наилучшие смачиваемость и растекаемость жидкого припоя 
по поверхности металла.

Рис. 1.1. Схема краевого угла 
смачивания θ твердого тела 
жидкостью

Оборудование и материалы

1. Камерная лабораторная электропечь сопротивления с тем-

пературой нагрева до 1273 К.

2. Планиметр или калька с миллиметровой сеткой.
3. Установка для полировки шлифов.
4. Инструмент:
пинцет;
плоскогубцы;
шлифовальная шкурка с размером абразива 0,63 мкм;
ножницы для металла;
маркеры (чертилки);
металлическая линейка;
набор для клеймения;
молоток;
пипетка.
5. Образцы в виде пластин размером 40×40 мм толщиной  

1,0…1,5 мм из низкоуглеродистой стали (19 шт.), из меди (3 шт.).

6. Припои группы Sn – Pb различных составов с содержанием 

олова 0…100 % (мас.).

7. Флюсы:
канифольный (в виде 40%-ного спиртового раствора);
водный раствор хлористого цинка концентрацией 5…50 % (мас.).
8. Травители и обезжиривающие растворы для обработки стали 

и меди, составы которых приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Состав травителей и режим обработки сталей

Номер 
состава
Назначение 
состава
Состав раствора, г/л

Режим обработки

Температура, 
К

Время 
обработки, 
мин

1
Моющий 
(для стали)

Тринатрийфосфат — 

50…70;  
углекислый на-

трий — 30;  

едкий натрий — 

10 г/л;  

жидкое стекло — 3…5

348…353
20…30

Номер 
состава
Назначение 
состава
Состав раствора, г/л

Режим обработки

Температура, 
К

Время 
обработки, 
мин

2
Моющий 
(для меди)

Едкий натрий — 

10…20; углекислый 
натрий — 25…30; 

жидкое стекло — 3…5

333…343
3…5

3
Травильный 
(для стали)

Соляная кислота —  
80…100; присадка 

КС — 0,5…1,0

293…313
10…15

4
Травильный 
(для меди) 
Азотная кислота 

(уд. вес. 1,4) 20 см3; 
серная кислота 

(уд. вес. 1,4) 80 см3; 
хромовый ангидрид 

60 г; вода 200 г

293
До 
полного 
удаления 
окисла

Порядок выполнения работы

1. Провести подготовку поверхностей заготовок и маркировку 

образцов в соответствии с табл. 1.2. Перед окончательной обработкой 
поверхности металла один край пластины отогнуть плоскогубцами 
под углом 90° к поверхности заготовки для удобства установки 
образцов в печь.

2. Из припоев соответствующих составов вырезать необходи-

мое количество одинаковых по размерам навесок. Толщина припоев 
во всех случаях должна быть одинаковой. Навески припоя 
уложить в центр каждой из подготовленных пластин и с помощью 
пипетки нанести на них флюс, количество которого во всех случаях 
следует также брать одинаковым.

3. Поочередно поместить пластины в камерную лабораторную 

электропечь сопротивления, обеспечив температуру в зоне расположения 
образцов 40…50 К выше температуры плавления припоя 
(точки ликвидуса), и выдержать в течение 60 с.

Для экспериментов по выявлению влияния температуры 

на растекаемость ее значения брать из табл. 1.2.

Последовательность загрузки образцов в печь выбрать такой, 

чтобы свести к минимуму затраты времени для настройки печи 

Окончание табл. 1.1

Таблица 1.2
Форма записи результатов лабораторной работы

Номер 
образца

Материал 
образца 
(пластины)

Подготовка поверхности


Состав 
припоя,  

% (мас.) 

Состав 
флюса,  

% (мас.) 

Температура 
нагрева, 
К

Время 
выдержки 

в печи, мин

Площадь 
растекания, 
см2

Краевой 
угол смачивания, 
град

1
Ст.3сп
Зачистка шлифовальной 

шкуркой

100 % Sn
50%-ный 
раствор 
ZnCl2  
в воде

2
То же
То же
80 % Sn, 

20 % Pb

То же

3
»
»
60 % Sn, 

40 % Pb

»

4
»
»
40 % Sn,

60 % Pb

»

5
»
»
30 % Sn, 

70 % Pb

»

6
»
»
100 % Pb
»

7
»
»
30 % Sn, 

70 % Pb

40%-ный 
раствор 
канифоли 
в спирте

»
»
»
40%-ный 
раствор 
ZnCl2  
в воде

9
»
»
»
25%-ный 
раствор 
ZnCl2  
в воде

10
»
»
»
15%-ный 
раствор 
ZnCl2  
в воде

11
»
»
»
5%-ный 
раствор 
ZnCl2  
в воде

12
Медь
»
»
50%-ный 
раствор 
ZnCl2  
в воде

13
»
»
»
40%-ный 
раствор 
канифоли 
в спирте

Номер 
образца

Материал 
образца 
(пластины)

Подготовка поверхности


Состав 
припоя,  

% (мас.) 

Состав 
флюса,  

% (мас.) 

Температура 
нагрева, 
К

Время 
выдержки 

в печи, мин

Площадь 
растекания, 
см2

Краевой 
угол смачивания, 
град

14
Ст.3сп
Травление в 

составе № 3 

(см.табл. 1.1)

»
50%-ный 
раствор 
ZnCl2  
в воде

15
Медь
Травление в 

составе № 4 

(см. табл. 1.1)

30 % Sn, 

70 % Pb

То же

16
Ст.3сп
Обезжиривание 

в составе № 1 

(см. табл. 1.1) 

или ацетоне без 
обработки шлифовальной 

шкуркой

То же
»

17
То же
Зачистка шлифовальной 


шкуркой обез-

жириванием 

в составе № 1 

(см. табл. 1.1) 

или ацетоне

То же
Без флюса

Окончание табл. 1.2