4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Методы пайки мягкими и твердыми припоями

Методы пайки мягкими и твердыми припоями

§ 40. Пайка

Пайка металлов известна с глубокой древности. Различными приемами пайки хорошо владели ювелиры античной Греции и Древнего Рима. Тонко и искусно спаянные художественные произведения из золота, серебра и бронзы встречаются в культуре скифов и Древней Руси.

Пайка — неразъемное соединение металлических деталей с помощью расплавленного сплава, называемого припоем. Для того чтобы осуществить пайку, необходимы следующие условия:

  1. Жидкий расплавленный припой должен смачивать поверхность твердого металла, т. е. силы сцепления внутри капли припоя должны быть меньше сил сцепления, возникающих между припоем и спаиваемой деталью.
  2. Спаиваемый металл и припой должны плотно соприкасаться друг с другом, т. е. между ними не должно быть оксидной пленки или каких-либо других загрязнений. Поэтому перед пайкой спаиваемые места необходимо хорошо зачищать шабером, напильником и шкуркой, чтобы удалить с поверхности грязь, жир, краску и т. п. Но кроме механических загрязнений, удаляемых зачисткой, на поверхности металла всегда есть оксидная пленка, которая образуется на металле от соприкосновения с кислородом воздуха. Хотя эту пленку можно удалить механическим путем, в процессе пайки она вновь образуется и тем быстрее, чем выше температура. Для удаления оксидной пленки, образующейся во время пайки, применяются специальные вещества — флюсы (см. ниже).
  3. Припой и спаиваемый металл должны образовать между собой сплав, т. е. обладать способностью диффундировать (проникать) друг в друга.

Образование такого сплава происходит непосредственно во время пайки, когда жидкий припой заполняет щель между спаиваемыми частями металла.

Жидкий припой проникает в глубь основного металла, впитывается в него, заполняя мельчайшие поры, при этом он растворяет металл и сам растворяется в нем (взаимная диффузия).

Известно, что металлы, имеющие высокую температуру плавления, могут растворяться в жидком металле с гораздо более низкой температурой плавления. Например, медь, плавящаяся при 1083°С растворяется в расплавленном олове, температура плавления которого 232°С; точно так же железо, имеющее температуру плавления 1535°С, растворяется в цинке, температура плавления которого 419°С; сурьма 630°С — в свинце 327°С; углерод 3000°С — в железе 1535°С; никель 1455°С — в меди 1083°С и т. п.

Современные методы пайки весьма разнообразны и позволяют соединять почти все металлы и сплавы. Однако пайка из-за трудоемкости применяется главным образом в художественных изделиях интерьерного характера, выполняемых в небольших сериях,- декоративных предметах, бытовых и ювелирных изделиях. В последнее время пайка все больше и больше заменяется сваркой.

Различают два основных вида пайки:

  1. пайку мягкими припоями с температурой плавления до 400°С;
  2. пайку твердыми припоями — температура их плавления свыше 550°С.

Пайка мягкими припоями имеет следующие преимущества: незначительный нагрев соединяемых деталей, сохранение размеров и формы деталей, простота способа, высокая плотность шва и др. Недостатки — невысокая прочность и термостойкость в пределах 100°С.

В процессе пайки мягкими припоями производят следующие по порядку операции:

  1. Перед пайкой детали подгоняют друг к другу и места пайки тщательно очищают напильником или шкуркой.
  2. Очищенные поверхности покрывают флюсом и облуживают.
  3. Рабочий (заостренный) конец паяльника тщательно очищают, а если необходимо, запиливают драчевым напильником. Паяльник нагревают и его рабочий конец облуживают, для чего его предварительно погружают или натирают нашатырем (хлористым аммонием).
  4. Паяльником расплавляют припой и переносят его на соединяемые поверхности деталей.
  5. Паяльником медленно водят вдоль шва, пока он не прогреется, и припой равномерно заполняет его.
  6. После застывания припоя шов тщательно промывают и высушивают и, если необходимо, зачищают шкуркой, а наплывы припоя удаляют шабером или напильником.

Паяльник обычно нагревают до 400-450°С. Перегрев паяльника до 600°С и выше недопустим, так как медь, из которой сделан паяльник, начнет энергично окисляться и не будет брать и держать припой. Кроме того, медь при перегреве поглощает олово, оставшееся на паяльнике, отчего его рабочий заостренный конец становится хрупким и зазубренным.

Спайку предметов мягкими припоями производят на деревянной подкладке, так как металлическое основание поглощает значительную часть тепла, охлаждает детали и затрудняет работу.

Пайка твердыми припоями, у которых температура плавления выше 550°С, дает прочные, герметичные соединения. Твердые припои в основном состоят из меди, серебра, цинка и др. и применяются для пайки черных, цветных и драгоценных металлов.

Пайку твердыми припоями производят в следующем порядке:

  1. Спаиваемые поверхности припиливают и подгоняют. Плотность подгонки во многом обеспечивает успех пайки.
  2. Спаиваемые детали соединяют и закрепляют между собой посредством струбцин и других зажимных инструментов, а также связывая проволокой из мягкой стали.
  3. Спаиваемые поверхности покрывают флюсом (бурой) и медленно прогревают пламенем горелки или паяльной лампы.
  4. На нагретый шов раскладывают припой, и нагревание продолжается до тех пор, пока припой не расплавится и не зальет зазор в соединении.
  5. После охлаждения производят зачистку шва и промывку для удаления остатков флюса.

В процессе пайки необходимо внимательно следить за растеканием припоя. Он начинает плавиться, как только расплавится и сделается жидкой бура (флюс). Если припой собирается к одной стороне, значит это место нагрето сильнее и следует подогревать другую сторону, тогда припой пойдет по всему шву. Если же подогрев не дает результатов, необходимо добавить флюс и припой. Из твердых припоев наибольшее распространение имеют латунные припои (составы их показаны в табл. 36).


Таблица 36

Для пайки изделий из меди, латуни и бронзы, а также изделий из серебра применяются следующие серебряные припои (в %), содержащие цинк:

Кроме этих припоев, выпускаемых промышленностью, можно рекомендовать следующие составы припоя, которые легко приготовить; они дают хорошие результаты и могут быть рекомендованы для ювелирных работ:

Ювелирные припои для золотых изделий по содержанию золота должны соответствовать пробе изделия; для серебряных припоев это не обязательно. В табл. 37 приведены некоторые из ювелирных припоев, применяемых в ювелирной промышленности.


Таблица 37

Флюсы. Их можно разделить на две группы:

  1. флюсы, растворяющие оксидные пленки металлов, восстанавливающие окиси металлов до металлов (а иногда растворяющие и сам металл). К ним относятся: соляная кислота, хлористый цинк, борная кислота и бура;
  2. флюсы, которые не производят никакого химического действия, а служат лишь для образования защитного покрытия ранее очищенного металла; ими пользуются при пайке оловянно-свинцовым припоем. К ним относятся канифоль, воск, смола и др. В ювелирной промышленности они не применяются.

Соляная кислота применяется для пайки цинка и железных цинковых изделий. После употребления соляной кислоты изделие надо тщательно промывать — лучше в горячей воде, так как оставшаяся на изделии соляная кислота ускоряет коррозию.

Хлористый цинк плавится при 263°С; приготовляется травлением цинка в соляной кислоте; применяется при пайке мягкими припоями латуни, меди, железа; после пайки изделие необходимо промывать, так как остатки хлористого цинка образуют очаги коррозии. Это наиболее распространенный флюс для оловянно-свинцовых припоев. Выпускается в основном в порошке; он легко растворим в воде в отношении 1:4.

Хлористый цинк — аммоний состоит из смеси хлористого цинка (75%) и нашатыря (25%). Такая смесь плавится при 175°С, т. е. ниже температуры плавления оловянно-свинцовых припоев; он применяется при пайке оловянно-свинцовыми припоями в водном растворе (на 1 ч. порошка 3-4 ч воды).

Бура — универсальный флюс при твердой пайке латуни, меди, бронзы, железа и т. п. Перед употреблением буру лучше прогреть на железном листе, чтобы выпарить из нее кристаллизационную воду (которую она поглощает из воздуха). Температура плавления буры 741 °С. После пайки изделие надо положить в отбел (15%-ный раствор серной кислоты), чтобы удалить соли буры (твердую прозрачную корку, которая образуется при соединении расплавленной буры с окислами металлов), или прокипятить в горячем отбеле — тогда корка отстает быстрее.

Стеклянный порошок применяется вместо буры при твердой пайке; его приготовляют так: нагревают стекло и затем быстро бросают в холодную воду — такое стекло легко растолочь в порошок.

Жидкое стекло (флюс для твердой пайки) — приготовляется сплавлением соды с чистым белым порошком стекла. Полученный сплав стекла и соды растворяют в воде и в жидком виде используют как флюс. Жидкое стекло нельзя хранить в стеклянных сосудах с притертыми пробками — их потом невозможно открыть.

Плавиковая кислота (фтористоводородная) — применяется при пайке чугуна медью и латунью. Подробно составы припоев и способы пайки скани см. § 33.

Флюсом для ювелирной пайки служат бура и борная кислота. Для серебряных изделий применяют насыщенный водный раствор буры, а для золотых лучше применять раствор буры — 10 г и 10 г борной кислоты на 100 г воды.

После пайки золотые изделия 750, 583 и 500-й проб отбеливают в 5-10%-ном растворе соляной кислоты (при температуре 40-60°С) или в 10-15%-ном растворе серной кислоты (при температуре 60-70°С). Эти же растворы применяются и для платиновых изделий.

Золотые изделия 375-й пробы отбеливают в 5-10%-ном растворе серной кислоты (температура около 50 °С). Этот же отбел применяют для серебряных изделий. Кроме того, для отбеливания серебра применяют 1-2%-ный раствор соляной кислоты при температуре 30-40° С.

Изделия из мельхиора и нейзильбера травят в 10-12%-ном растворе серной кислоты с добавлением хромпика (5 г хромпика на 1 л раствора). Медные, латунные и бронзовые изделия отбеливают в растворах серной кислоты.

Ювелирные золотые изделия после пайки дополнительно обрабатываются 50%-ным раствором серной кислоты при температуре 80°С; при этом с поверхности удаляется медь и частично серебро и поверхностный слой изделия обогащается золотом и приобретает желаемый цвет.

Изделия с эмалью можно отбеливать только в очень слабых серных, но лучше в соляных отбелах.

Методы пайки мягкими и твердыми припоями

§ 91. Пайка мягкими припоями

Пайка мягкими припоями делится на кислотную и бескислотную. При кислотной пайке в качестве флюса употребляют хлористый цинк или техническую соляную кислоту, при бескислотной пайке — флюсы, не содержащие кислот: канифоль, терпентин, стеарин, паяльную пасту и др. Бескислотной пайкой получают чистый шов; после кислотной пайки не исключена возможность появления коррозии.

Пайка мягкими припоями включает подготовку изделий к пайке, подготовку паяльника, расплавление припоя, охлаждение и очистку шва.

Подготовка изделий к пайке. Прочное паяное соединение может быть получено только в том случае, если место пайки предварительно очищено от грязи, жиров, продуктов коррозии и окисных пленок, которые сильно мешают растеканию припоя и его проникновению в шов. Поверхность изделий перед пайкой зачищают, обезжиривают, травят, промывают, сушат и собирают.

Читать еще:  Приспособление для пайки полиэтиленовой пленки

Механическую очистку поверхности изделий от окислов, ржавчины и окалины выполняют наждачной бумагой, напильниками, металлическими щетками, шлифовальными кругами, стальной или чугунной дробью.

Химическое обезжиривание в щелочных ваннах является наиболее простым и эффективным способом; заключается оно в обработке изделий в тонко размолотой венской извести, разведенной водой до кашицеобразного состояния, которую кистью наносят на изделие, тщательно протирают и смывают водой.

Обезжиривание в органических растворителях применяют для удаления толстого слоя масла с изделий со сложными поверхностями, с внутренними полостями и глубокими отверстиями. Для этого применяют ацетон, бензол, скипидар, бензин, метиловый, этиловый спирт и др.

Химическое травление применяют в тех случаях, когда имеющиеся на поверхности изделия пленки окислов и других соединений обезжириванием не удаляются и препятствуют образованию прочного соединения припоя с паяемым металлом. Травление осуществляют погружением изделий в растворы серной, соляной, фосфорной и других кислот.

Очистка с помощью ультразвука резко сокращает процесс очистки деталей от жировых загрязнений. Этот способ применяют в случаях, когда другие способы не обеспечивают нужную чистоту поверхности. В ультразвуковых ваннах в качестве очищающей среды используют органические растворители, щелочные растворы, горячую воду, мыльный раствор и др.

Подготовка паяльника заключается прежде всего в заправке его под углом 30 — 40° и очищении от следов окалины. Затем обушок паяльника нагревают, следя, чтобы его рабочая часть находилась в не коптящей зоне пламени и нагрев осуществлялся до определенных температур: до 250 — 300°С при пайке мелких деталей и до температуры 340 — 400°С при пайке крупных. Следят, чтобы паяльник не перегрелся. Перегрев паяльника выше 500°С повышает окалино-образование и затрудняет лужение наконечника. Если паяльник недостаточно нагрет, то припой на спаиваемых поверхностях быстро остывает и превращается в кашеобразную массу. Такая пайка очень непрочна.

Признаком перегрева является появление зеленоватого пламени и быстрое сгорание канифоли с выделением дыма вместо ее плавления. О нормальном нагреве паяльника судят по легкому покраснению обушка. При перегреве паяльник снимают с огня, дают ему немного остыть, зажимают в тисках и опиливают плоским напильником рабочий конец дочиста с обеих сторон и снимают с ребер заусенцы (рис. 359, а). Во время длительной пайки периодически очищают рабочую часть паяльника от окалины стальной щеткой и напильником.

Нагретый паяльник (рис. 359, б) быстро снимают с огня, очищают от окалины погруженным в хлористый цинк (рис. 359, в), затем набирают с прутка 1-2 капли припоя (рис. 359, г) и двигают паяльником по куску нашатыря (рис. 359, л), пока конец паяльника не покроется ровным слоем припоя. Затем протравливают места пайки (рис. 359, е).


Рис. 359. Техника паяния мягкими припоями: а — заправка паяльника, б — нагрев обушка, в — очистка от окалины хлористым цинком, г — захват припоя, д — обпуживание на кусковом нашатыре, е — протравливание места паяния, ж — нанесение припоя

Паяльник накладывают на место спая (рис. 359, ж), немного придерживая его на одном месте для прогрева детали, затем медленно и равномерно перемещают по месту спая. При этом расплавленный припой стекает с паяльника и заполняет зазоры шва (0,05-0,15 мм).

Для предохранения соседних со швом участков детали от нагрева их покрывают мокрыми тряпками или погружают в воду. После охлаждения паяный шов очищают, промывают, протирают сухой ветошью.

Нагретый паяльник нельзя класть на стол или верстак: он быстро отдаст тепло и загрязнится. Паяльник кладут на подставку (рис. 360). Рабочее место паяльщика показано на рис. 360, а, б.

При массовом изготовлении деталей пайку осуществляют погружением в ванну с расплавленным припоем.

Прием пайки встык показан на рис. 361, а, внахлестку — на рис. 361, б, тонкой пластины с толстой внахлестку — на рис. 361, в, внутренних швов труб — на рис. 361, г и толстых проводов — на рис. 361, д.

Особенности пайки сосудов для хранения горючих жидкостей. Пайка сосудов (бочек, бидонов) для горючих жидкостей или газов во избежание взрыва требует особых мер предосторожности.


Рис. 360. Паяльник на подставке (о), рабочее место паяльщика (б)

Прежде всего сосуды тщательно промывают. Перед пайкой их доверху наполняют водой и выдерживают некоторое время, чтобы пары остатков горючего вытеснились полностью. Слив воду, приступают к пайке.

Перед пайкой можно также бак пропарить или промыть горячей водой до исчезновения запаха горючего(лучше промыть 6%-ным раствором каустической соды). Не промытый сосуд к рабочему месту подносить нельзя, так как при работающей паяльной лампе малейшая неосторожность может повлечь за собой взрыв сосуда.

Когда пайка закончена и изделие полностью охладилось, со шва снимают излишек припоя, изделие промывают и высушивают в сушилке сухими опилками или сжатым воздухом.

Пайку труб выполняют в следующем порядке: очищают напильником или шабером место пайки, наносят кисточкой флюс на место спая, прикладывают нагретый и облуженный паяльник и пруток припоя к месту спая, расплавляют припой, равномерно и медленно непрерывно перемещают паяльник по линии шва, давая припою заполнить шов. После окончания пайки и полного остывания трубы удаляют флюс, промывают трубу в теплой воде.

Особенности пайки некоторых металлов и сплавов

Низно-углеродистые стали хорошо подвергаются пайке как мягкими, так и твердыми припоями. В качестве мягких припоев применяют оловянно-свинцовистые припои, а в качестве флюса — хлористый цинк или канифоль.


Рис. 361. Приемы пайки: а — стыкового шва, б — нахпесточного шва, в — тонкой пластины с толстой нахлесточным швом, г — трубы, д — толстых проводов

Высоко-углеродистые и инструментальные стали можно паять медно-цинковыми и серебряными припоями.

Пайку чугунных деталей выполняют латунями и серебряными припоями. Перед пайкой детали очищают от окислов, масла и обрабатываемую поверхность зачищают механическим способом. Затем в месте спая кислородно-ацетиленовым пламенем с избытком кислорода выжигают свободный графит, детали прогревают и очищают от окислов и покрывают бурой. Нагревание можно производить паяльной лампой, не допуская нагрева детали выше 900°С.

После окончания пайки чугунные детали отжигают: нагревают до температуры

700 -750° С, выдерживают при этой температуре в течение 20 — 25 мин, затем охлаждают на воздухе. Доброкачественный шов получается в том случае, когда поверхности спаиваемых деталей до пайки покрывают медью.

Пайка нержавеющих сталей сопряжена с некоторыми трудностями, так как вследствие химического воздействия кислорода на легирующие элементы при нагреве происходит окисление поверхности стали. В целях удаления окислов и дальнейшего предупреждения их образования применяют различные флюсы (например, буру). Нержавеющие стали паяют припоем ПСр45.

Медь и ее сплавы хорошо появляются всеми способами.

Пайка алюминия является весьма трудной операцией. Это связано с тем, что алюминий очень быстро окисляется на воздухе, покрываясь очень тонкой пленкой окиси, которая трудно поддается пайке.

Окисную пленку удаляют в процессе пайки механическим, химическим или ультразвуковым способом. Перед пайкой поверхность изделия обезжиривают в бензине или горячем 10%-ном растворе каустической соды и протравливают в растворе кислоты или зачищают. При механическом способе удаления окислов место шва нагревают до температуры плавления припоя, наносят расплавленный припой (цинк, олово или их сплавы) и шабером, щеткой под слоем припоя разрушают окисную пленку. Припой смачивает поверхность алюминия и образует после охлаждения шов.

Лучшие результаты пайки алюминия дает применение ультразвуковых паяльников, которые создают в расплавленном припое колебания ультразвуковой частоты (от 20 кГц до 1 ГГц), частички припоя увлекаются, ударяют о поверхность алюминия и разрушают окисную пленку. Для ультразвуковой пайки применяют припой на цинковой или оловянной основе с добавлением цинка, кадмия и алюминия.

При химическом способе окисная пленка разрушается активными флюсами. В качестве флюса применяют смесь из 10% фтористого натрия, 8% хлористого цинка, 32% хлористого лития и 50% хлористого калия. Место пайки и пруток припоя подогревают до температуры 300 — 400° С. Припой погружают в порошкообразный флюс, а место пайки дополнительно подогревают до температуры, несколько большей температуры плавления припоя. Проводя припоем с нажимом и быстро по подогреваемому шву, флюсом удаляют окисную пленку. Припой плавится и заполняет шов. Для удаления остатков флюса изделие после пайки промывают.

Пайка твердыми припоями

И все же, несмотря на то, что низкотемпературная и высокотемпературная пайки представляют собой явления одной сущности, их технология, используемые материалы и оборудование, характеристики получаемого соединения существенно различаются. Что, собственно, и явилось основанием для разделения этих способов. За граничную температуру, разделяющую их, приняты 450°C.

Отличия высокотемпературной пайки от низкотемпературной

Важным отличием высокотемпературной пайки от низкотемпературной является повышенная термоустойчивость соединения. Поскольку температура плавления твердых припоев значительно выше температуры плавления мягких, соединение, выполненное высокотемпературной пайкой, способно работать при более высоких температурах, сохраняя все свои свойства. Во многих случаях при выборе способа пайки, эта особенность является определяющей.

Но есть и то, в чем пайка твердыми припоями уступает пайке мягкими припоями. Относительно высокая температура может вызывать структурные изменения в некоторых металлах. Такое, в частности, наблюдается в чугуне, в котором при пайке могут возникать закалочные структуры, приводящие к повышенной хрупкости металла в зоне шва.

Высокая температура плавления твердых припоев предъявляет свои требования к источникам нагрева. Они должны обеспечивать расплавление припоев, температура плавления которых достигает иногда 1000°C. Это исключает использование при высокотемпературной пайке удобных паяльников, являющихся основным инструментом при пайке мягкими припоями.

Резюмируя вышесказанное, можно подвести итог сравнения высокотемпературной и низкотемпературной паек. К достоинствам первой относится высокая прочность и термоустойчивость соединения, к недостаткам — сложность технологического процесса, обусловленная необходимостью прогрева паяемых деталей до относительно высоких температур.

Применение пайки твердыми припоями

Пайка твердыми припоями является основным способом при изготовлении металлорежущего инструмента с твердосплавными пластинами. Припаивание последних обеспечивает достаточную прочность соединения и не оказывает отрицательного воздействия на твердость и геометрию режущих пластин.

Изготовление всевозможных сосудов из цветных металлов и нержавеющих сталей, соединение стальных и медных трубопроводов, работающих под высоким давлением или повышенной температуре в различных системах — холодильных, теплообменных и пр. — также не может обойтись без пайки твердыми припоями.

Читать еще:  Ручная пайка печатных плат

Широко используется высокотемпературная пайка при ремонте автомобилей — радиаторов, трубопроводных систем двигателя и трансмиссии, кузовов, различных деталей — везде, где нельзя или нежелательно применять сварку.

Целесообразно использование высокотемпературной пайки для соединения между собой тонкостенных деталей, работающих при значительных нагрузках и упругих деформациях.

Для ремонта медных и латунных бытовых изделий, подвергающихся в процессе эксплуатации высоким температурам, высокотемпературная пайка является способом ремонта не имеющим альтернативы. Таких, например, как старинный самовар, растапливаемый дровами. В этом случае мягкие припои не могут применяться из-за неспособности выдерживать высокую температуру нагрева.

Источники нагрева при высокотемпературной пайке

Основными источниками нагрева при высокотемпературной пайке являются газовые горелки различных типов, индукторы и печи. Применяется также нагрев электросопротивлением. В быту чаще всего твердыми припоями паяют с помощью горелок.

Припои

Иногда используют в качестве припоя и технически чистую медь. Однако гораздо чаще используют пайку медными припоями, представляющими собой соединения меди с другими металлами — цинком, серебром, кремнием, оловом и пр. Каждый из этих элементов вносит свою лепту в технологические свойства припоев. Почти все они снижают температуру плавления (у чистой меди она составляет 1083°C).

При высокотемпературной пайке используются медно-цинковые, медно-фосфорные, серебряные припои и латуни.

Медно-цинковые припои. Существует большое количество медно-цинковых припоев (ПМЦ-35, ПМЦ-39, ПМЦ-50, ПМЦ-54, ПМЦ-57 и пр.). Цифры указывают процентное содержание меди. Их используют для пайки бронзы, меди, стали. Недостатком чисто медно-цинковых материалов является плохая работа в условиях ударных, вибрационных и изгибающих нагрузок. Чтобы убрать или снизить этот недостаток используют легирование их другими металлами (например, латуни можно рассматривать как легированные медно-цинковые припои). Легированные медно-цинковые припои используются, в частности, при пайке твердосплавных резцов.

Медно-фосфорные припои. Медно-фосфорные припои (ПМФ-7, ПМФ-9, ПМФОЦр-6-4-0,03) представляют собой сплав меди с фосфором. Следующая за буквами цифра указывает на процентное содержание фосфора. Припой ПМФОЦр-6-4-0.03, кроме меди и фосфора, содержит олово и цирконий.

Медно-фосфорные припои относятся к среднеплавким (700-850°C), обладают высокой текучестью и хорошей коррозионной устойчивостью к агрессивным средам. Используются для пайки меди и ее сплавов (бронзы, латуни, мельхиора). Можно их использовать и в качестве заменителя серебряных припоев при ремонте ювелирных изделий.

Пайка сталей и чугуна медными припоями, содержащими фосфор, не применяется из-за повышенной хрупкости соединения и его неспособности переносить ударные, вибрационные и изгибающие нагрузки. Это вызвано образованием по границе шва пленки фосфитов.

Отличительную особенность медно-фосфорных припоев является то, что они являются самофлюсующимися. При пайке ими медных изделий, применение флюса не обязательно.

Латуни. Широкое распространение в качестве припоев получили латуни, которые являются сплавом меди с цинком. Латуни Л62 и ЛОК-62-06-04 дают прочные паяные соединения. ЛОК-62-06-04 отличается от Л62 наличием олова и кремния, обеспечивающих более высокие технологические свойства припоя. Олово увеличивает жидкотекучесть и снижает температуру плавления, а соединения кремния предохраняют цинк от окисления и испарения. Латуни применяются при пайке меди, стали, чугуна.

Серебряные припои. Серебро является отличным материалом для пайки. Серебряным припоям, которые представляют собой в основном сплав серебра с медью и цинком, принадлежит первое место по растеканию, смачиваемости, прочности и антикоррозионности. Не будь они такими дорогими, можно было бы отказаться от всех остальных припоев, используя только серебряные. Благо они обладают универсальностью и способны паять практически любой металл.

Припои на основе серебра обозначаются буквами ПСр (ПСр-15, ПСр-25, ПСр-45, ПСр-65, ПСр-70). Марки ПСр-15 и ПСр-25 используются для пайки не очень ответственных деталей. Если требуется получить особо качественное соединение, используют припой ПСр-45, имеющий 45% серебра, 30% меди и 25% цинка. ПСр-45 обладает отличными качествами — вязкостью, ковкостью, жидкотекучестью, устойчивостью против коррозии, способностью выдерживать вибрацию и удары. Припой ПСр-65 не уступает ПСр-45, но слишком дорог.

Серебряными припоями можно паять практически любой металл — медь и ее сплавы, серебро, стали и пр. Однако в силу их дороговизны пайку серебряными припоями применяют только там, где это экономически целесообразно, в частности, для соединения нержавеющих сталей, относящихся к разряду труднопаяемых и требующих припоев, обладающих хорошей смачиваемостью и позволяющих избежать коррозии, которая может возникнуть в спае.

Флюсы

Пайка меди и ее сплавов может производиться с помощью чистой буры, которая является универсальным флюсом для высокотемпературной пайки.

Используются различные формы выпуска флюсов — жидкости, порошок, кусочки (кристаллы буры, например). Чтобы облегчить их дозирование (избыток флюса так же нежелателен, как и недостаток), используют объединение их с припоем. Делается это разными способами — добавлением в виде порошка в сыпучие формы припоев, обмазкой прутков припоя или помещением внутрь трубочки из припоя, совместным прессованием таблетированных форм.

Технология высокотемпературной пайки

Пайка выполняется в такой последовательности. Механическим путем зачищаются стыковые части деталей. Операция необходима для удаления стойкой окисной пленки, которая покрывает нержавеющие стали.

Детали зажимаются в тисках в требуемом положении.

Зона пайки промазывается флюсом.

Зажигается горелка, и устанавливается необходимый режим горения. Пламя должно быть восстановительным, с небольшой нехваткой кислорода (но не до копоти и желтого огня). Пересыщенное кислородом пламя окисляет поверхность металла.

Производится разогрев паяемой зоны до начала изменения цвета детали (при прикосновении, флюс на прутке должен начать плавиться). Прогревать нужно все соединение, перемещая пламя в разные стороны.

Осуществляется офлюсовывание стыка флюсом с прутка — трением последнего по стыку. Если используется неофлюсованный пруток, после прогрева кончика, его нужно окунуть во флюс, чтобы тот покрыл его.

Нагрев зоны пайки доводится до вишневого цвета. Обычно пайка твердыми припоями производится в интервале цветов от темно-вишневого до светло-вишневого.

Расплавляется припой. При достаточном количестве флюса он легко растекается по зоне пайки, затягивается в стык.

После окончания операции производится зачистка спая.

Пайка мягкими и твердыми припоями

Пайкой называется технологический процесс получения неразъемных соединений, выполняемый с применением припоя — проволоки из сплава, имеющего температуру плавления более низкую, чем температура плавления основного металла. В результате взаимодействия расплавленного при определенной температуре припоя с кромками основного металла и последующего остывания образуется спай. Кромки основного металла соединяются (спаиваются) вследствие эффекта смачивания их поверхностей, взаимного растворения и диффузии (проникновения) припоя и основного металла в зоне шва (спая). В связи с развитием современных ресурсосберегающих технологий процесс пайки находит широкое применение при изготовлении продукции машиностроения, приборостроения,

электротехнической и электронной промышленности. По сравнению с другими методами получения неразъемных соединений (в том числе и по сравнению со сваркой) пайка имеет ряд преимуществ: простота

выполнения операции, сохранение размеров и формы соединяемых деталей, сохранение неизменного химического состава и физико­механических свойств паяемых материалов. Кроме того, при пайке отпадает необходимость в последующей механической и термической

обработке, легче получаются соединения в труднодоступных местах и есть возможности для механизации и автоматизации процесса пайки. Процесс получения паяного соединения газопламенной горелкой состоит из нескольких стадий. Подготовка деталей перед пайкой аналогична подготовке под сварку. Перед предварительным нагревом для защиты металла от окисления на детали наносят флюс. При пайке применяют горелку, как правило, малой мощности. Состав пламени, присадочную проволоку и флюсы подбирают в зависимости от паяемого металла. Восстановительным пламенем производят пайку меди, бронз, латуни и различных сталей. Нейтральным пламенем паяют, как правило, сплавы цветных металлов специального назначения. Пламенем горелки осуществляют общий или местный нагрев до температуры пайки. Обычно температура пайки превышает температуру плавления припоя на 30—50 °С. Затем расплавляют припой, который смачивает соединяемые поверхности и заполняет зазор соединения. Исходя из условий образования соединения, припои должны удовлетворять следующим основным требованиям: иметь температуру плавления ниже температуры плавления паяемых материалов; хорошо смачивать поверхность соединяемых материалов, хорошо растекаться по ним и заполнять капиллярные зазоры; не вызывать в последующем химическую эрозию, не подвергаться старению; не изменять свои физико-механические свойства в процессе эксплуатации изделия. Припои классифицируют по следующим основным признакам: температуре плавления —

особолегкоплавкие до 145 °С, легкоплавкие до 450 °С, среднеплавкие до 1100 °С, высокоплавкие до 1850 °С, тугоплавкие свыше 1850 °С; способу образования — готовые, образующиеся в процессе пайки; химическому составу (основному компоненту) — оловянные, медные, никелевые, марганцевые, железные, титановые, серебряные, золотые и т. д.; способности к флюсованию — флюсуемые и самофлюсующиеся; виду полуфабриката — листовые, ленточные, проволочные, порошковые и др. Выбор марки припоя и метода нанесения определяется конструкцией и требованиями, предъявляемыми к соединению. В настоящее время разработано большое количество всевозможных припоев и флюсов. Различают два основных вида пайки: мягкими и твердыми припоями. Мягкие припои имеют невысокую механическую прочность и их плавление осуществляется при температуре до 400 °С. Прочность твердых припоев значительно выше, а температура плавления — свыше 550 °С. Пайку мягкими припоями применяют главным образом для получения плотного соединения деталей, не подверженных значительным нагрузкам. Широко известны припои оловянно-свинцовые (ПОС). Химический состав, температура плавления и примерное назначение некоторых мягких припоев приведены в табл. 82.

Химический состав, температура плавления и примерное назначение некоторых мягких припоев

Пайка твердыми и мягкими припоями

Основным инструментом при пайке мягкими припоями служит электрический паяльник. Детали перед пайкой тщательно очищают и обезжиривают каким-нибудь растворителем (уайт-спирит, бензин Б-70, ацетон), но не целиком, а лишь в местах, подвергаемых спайке.

Очищенные места смазывают флюсом и залуживают (покрывают оловом). Затем детали прикладывают друг к другу надлежащим образом, фиксируют или стягивают зажимами в этом положении и прогревают шов паяльником. Прогрев шва считается достаточным в том случае, когда припой, расплавившись, частично вытекает из зазора. После этого детали охлаждают на воздухе, и пайку можно считать законченной.

Тип шва выбирают перед пайкой мягкими припоями в зависимости от назначения конструкции. Там, где необходимо обеспечить прочность соединения, детали паяют швом внахлестку ( рис. 37, А ). Если же соединению, кроме прочности, хотят придать хороший внешний вид, применяют шов встык с накладкой (рис. 37, Б ).

При изготовлении различных емкостей, бачков, заглушек и т. п. следует применять определенные типы паяных швов ( рис. 37, В ).

Читать еще:  Технология пайки нержавеющей стали

Пайка твердыми припоями (тугоплавкими) небольших деталей ведется с помощью фефки ( см. рис. 14, В ), в особенности если пайке подвергаем проволоку, ювелирные изделия и т. д. Во всех других случаях обычным инструментом служат горелки.

Швы, которые применяют в этом случае, такие же, как и в предыдущем параграфе ( рис. 37, А, Б, В ). Кроме того, твердыми припоями можно паять детали встык без накладки. Но сам процесс пайки происходит немного иначе.

Перед пайкой следует точно подогнать детали друг к другу: зазор в районе будущего шва не должен превышать 0,1 мм. Эту подгонку завершаем очисткой и обезжириванием деталей в зоне пайки. Затем детали прочно закрепляем вместе в том виде, как это требуется, используя проволочные бандажи, струбцины, прихваты и пр. Скрепленные детали подогреваем; такой подогрев облегчает в целом пайку. Берем припой в виде проволоки или полоски, по длине равный длине шва, нагреваем слегка и опускаем во флюс.

Проволочка обволакивается флюсом. Получившийся «бутерброд» флюса и припоя переносим в зону шва и укладываем ровно над зазором. От разогретых деталей флюс плавится и затекает во все щели шва. Не дожидаясь, пока закончится растекание флюса, начинаем греть шов горелкой до тех пор, покуда не начнется плавление припоя. Расплавленный припой равномерно затекает в шов, и как только он заполнит весь зазор, нагрев детали прекращаем. Даем возможность спаянным деталям остыть на воздухе до 250—300°С, после чего опускаем их (ни в коем случае не голыми руками!) в холодную воду. Вода сама по себе очистит паяный шов от окалины и остатков флюса, а нам останется лишь протереть детали насухо.

Длинные швы паяем точно так же, но не сразу, а по участкам. При этом надо следить за тем, чтобы участки слегка находили друг на друга, иначе говоря, чтобы не оставалось пропусков. Шов должен быть непрерывным, тогда он обеспечит конструкции и прочность, и герметичность.

Рис. 37. А — паяный шов внахлестку; Б — шов встык с накладкой; В — паяные соединения бачков и заглушек.

Соединения металлических деталей пайкой

Пайка — это процесс получения неразъемного соединения металлических материалов и деталей из них расплавленным припоем. Припой — это металл или сплав, температура плавления которого гораздо меньше, чем у соединяемых изделий. В зависимости от температуры плавления различают следующие типы припоев: мягкие (легкоплавкие) — температура плавления не более 450 °С; твердые (среднеплавкие) — 450-600 °С; высокотемпературные (высокоплавкие) -свыше 600 «С. Для домашних работ, как правило, пользуются мягкими оловянно-свинцовымиприпоями марки ПОС. Маркировка их означает следующее: цифра в марке припоя — содержание олова в процентах; так, в припое ПОС 90-90% олова, в ПОС 40-40%, и т.д.; следующие за обозначением марки (т. е. за буквами «ПОС») буквы означают добавку элемента, формирующего специальные свойства припоя: ПОССу4-6 — припой с добавкой сурьмы, ПОСК50 — кадмия, ПОСВЗЗ — висмута.

Чтобы предохранить соединяемые поверхности (предварительно хорошо очищенные) от окисления, используют паяльный флюс — вещество, очищающее поверхности и припой от оксидов и загрязнений и предотвращающее образование оксидов, а также увеличивающее растекаемость расплавленного припоя. Каждый флюс эффективен только в определенном интервале температур, за пределами которого он сгорает. Припой выбирают в зависимости от свойств соединяемых металлов, припоя, требований прочности спаянного соединения и некоторых других условий.

Мастера-любители обычно используют бескислотные флюсы — канифоль и флюсы на ее основе с добавлением спирта, скипидара, глицерина и других неактивных веществ, — и флюсы активные (бескислотные), изготовляемые на основе хлористого цинка, канифоли и других веществ. Следует иметь в виду, что после пайки остатки флюса и продукты его разложения необходимо сразу же удалять, поскольку они содействуют коррозии.

Паяльный инструмент. К нему относятся паяльник ( 68), паяльная лампа ( 69), паяльная горелка ( 70).

Паяльник применяется для прогревания места спайки и расплавления припоя. Рабочая часть паяльника —медный наконечник, нагреваемый от внешних источников. При пайке мелких деталей, например, деталей радиосхем, используют наконечники в форме отвертки массой 0,1 -0,2 кг; для пайки более габаритных изделий (скажем, листов металлической кровли) — тяжелые наконечники в виде молотка массой 0,5— 10 кг.

Нагрев паяльников осуществляется разными способами — как в пламени горелки, так и с помощью электрического тока (электропаяльники). Последние (бытового назначения) выпускаются различной мощности — от 25 до 100 Вт в зависимости от цели применения. Подогрев может происходить обычным теплом (за несколько минут) или с форсированной скоростью. В последнем случае электропаяльники называются паяльными пистолетами; они употребляются для мелких паяльных работ (пайки электропроводов, например).

Перед началом паяния наконечник паяльника нужно залудить, т.е. очистить с помощью напильника либо шлифовальной шкурки, нагреть, окунуть во флюс, приложить к припою и держать, пока тот не начнет плавиться. Это надо повторить несколько раз — до тех пор, пока рабочая поверхность наконечника не покроется ровным слоем припоя.

Паяльная лампа представляет собой легкую переносную горелку ( 69) с направленным пламенем, работающую на спирте, бензине или керосине. Ее функции — нагревание наконечника паяльника при пайке с твердым или мягким припоем, расплавление припоя, а также нагревание металлов при гибке, правке и т.д., удаление остатков старых лаков, красок, масел с деревянных оснований, металлических деталей, штукатурки.

Паяльная горелка тоже представляет собой легкую переносную горелку с направленным (открытым или закрытым) пламенем. Работает она на жидком газе — пропане или бутане, который поступает из баллона или из зарядных устройств.

Паяльная горелка предназначена для пайки твердым припоем (и, конечно, мягким), разогрева металличес-ких деталей при их правке и сгибании, оплавления старой краски. При работе с паяльной горелкой необходимо использовать огнеупорную подкладку — плитки из искусственного камня, шамота, кирпича и т.д.

Техника и технология паяния. Сообразно используемому типу припоя различают два вида пайки: мягкую, или пайку мягким припоем, и твердую, или пайку твердым припоем. Выбор того или иного вида определяется величиной нагрузок, которым будут подвергаться спаянные заготовки.

Сильно нагружаемые поверхности соединяют твердой пайкой. Припой при этом получается более густым, чем при мягкой пайке. Его надо брать побольше, чтобы он мог проникнуть во все щели. По окончании твердой пайки шов зачищают напильником.

Поскольку твердая пайка требует нагрева до 450 °С и выше, то ее можно производить только с помощью достаточно мощной паяльной горелки. Мягкую же пайку выполняют паяльником и пламенем при температуре 180— 400 °С. Там, где возможно, соединение надо выполнять с напуском или перекрытием, что увеличивает площадь контакта заготовок друг с другом. Между соединяемыми деталями следует оставлять зазор шириной 0,1 —0,5 мм.

Прежде всего надо выбрать тип паяльного соединения ( 71). В домашних условиях чаще всего детали при пайке соединяют методом пайки по стыку, скажем, при соединении оцинкованных стальных труб.

Очистка поверхностей. Места будущего соединения должны быть полностью очищены от всех инородных образований — грязи, смазки, ржавчины и т.п. Процедуру очистки проводят механическим либо химическим способом. В первом случае используют наждачную бумагу, шабер или шлифование; во втором — тетрахлористый углерод. В готовом к пайке виде поверхности должны быть зачищенными до блеска, гладкими, без царапин и вмятин.

Лужение. Прежде чем приступить к пайке, очищенные места соединения необходимо тщательно пролу-дить, т. е. покрыть тонким слоем припоя, так как на луженую поверхность припой ложится лучше. На места будущей пайки сначала надо нанести тонкий слой флюса или паяльной пасты. Паяльник должен быть хорошо залужен. Нагрев его, им набирают припой, переносят на место пайки и распределяют ровным слоем. При соединении больших поверхностей такая процедура повторяется несколько раз либо используется иной способ: на место соединения равномерно кладут некоторое количество кусочков припоя и расплавляют их; при этом паяльник время от времени надо окунать во флюс или в паяльную пасту. Оцинкованные места лудить не нужно.

Пайка. Соединяемые детали устанавливаются в удобное для пайки положение и фиксируются с помощью тисков, струбцин или иных приспособлений. Затем место пайки равномерно прогревают паяльником до требуемой рабочей температуры. Важно при этом контролировать степень нагрева паяльника и соединяемых поверхностей: если эти поверхности были прогреты слабо, то соединение будет ненадежным; если же паяльник перегрет, он плохо удерживает припой.

Когда рабочая температура достигнута, сначала плавят флюс, а затем припой. Как только весь флюс расплавится, предварительно нагретый припой переносят на зазор. При соприкосновении с деталью, нагретой до нужной температуры, припой плавится и проникает в зазор. После этого паяльник используется только для поддержания рабочей температуры.

Как только припой остынет, можно снять зажимы. Саму деталь охлаждают на воздухе либо в холодной воде.

Мягкая пайка пламенем целесообразна в тех случаях, когда нужно соединить заготовки сравнительно большой толщины: пламя прогревает их быстрее, чем паяльник. Мягкой пайкой можно соединять большинство металлов и их сплавов, исключая легкие металлы и сплавы (например, алюминий). Для соединения многих металлов требуются только свои припои.

Поскольку мягкая пайка производится при заметно более низких температурах, то и требования к зачистке контактных поверхностей существенно выше.

Твердая пайка пламенем. Этим методом можно соединять все металлы, включая бронзу и серый чугун, а также и разнородные металлы, скажем, сталь с латунью.

Отличие этого метода пайки от мягкой состоит лишь в том, что процесс идет при гораздо больших температурах. Для твердой плавки пламенем применяют обычные кислотно-ацетиловые горелки, а для получения небольших, тонкостенных соединений — газовые паяльные лампы.

Например, при образовании Т-образного соединения вертикально стоящую заготовку фиксируют проволокой, горизонтальная же может быть не закреплена; проволока должна быть удалена от места пайки. Затем газовой горелкой (либо паяльной лампой) прогревают заготовки от краев к месту контакта, что исключает вероятность коробления и взаимного смещения деталей. Наконец, припой в форме прутка и проволоки осторожно подводят к месту пайки и дозированно, экономно расплавляют его.

В заключение рассказа о пайке приведем виды соединений металлов, которые могут быть получены тем или иным видом пайки

К содержанию книги: Ремонт квартиры

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×