Пайки металлов и сплавов .Припой, флюсы

↑ наверх

Индукционная  пайка (пайка токами высокой частоты)

При индукционной пайке детали нагреваются индуктируемыми в них  вихревыми токами. Индукторы (рис. 3) изготовляются из медных трубок, преимущественно  прямоугольного или квадратного  сечения в зависимости от конфигурации деталей, подлежащих пайке.

Рис. 3. Петлевые индукторы  для нагрева наружной (а) и внутренней (б) поверхности

При индукционной пайке быстрый  нагрев детали до температуры пайки  обеспечивается использованием энергии  высокой концентрации. Для предохранения  индуктора от перегрева и расплавления применяют водяное охлаждение.

Для защиты поверхности деталей  от окисления и окалины применяют  твердые флюсы. Для этой же цели индукционную пайку проводят в вакууме или в восстановительной, или нейтральной средах.

Индукционную пайку можно  производить твердыми припоями почти  всех типов, но медь и медноцинковые припои для пайки деталей из меди и ее сплавов не рекомендуются. Для флюсования применяют буру, ее смесь с борным ангидридом и т. д.

В качестве источников питания  при высокочастотной пайке применяют  ламповые генераторы, а также установки  с машинными генераторами повышенной частоты.

↑ наверх

Контактная пайка (пайка сопротивлением)

При этом способе пайки  электрический ток низкого напряжения (от 4 до 12 В), но сравнительно большой  силы (2000-3000 А) пропускают через электроды  и за короткое время нагревают  их до высокой температуры; детали нагреваются  как за счет теплопроводности от нагретых электродов, так и за счет тепла, выделяемого током при его  прохождении в самих деталях. Схемы установок для пайки с электроконтактным нагревом показаны на рис. 4.

Рис. 4. Схемы установок  для пайки с электроконтактным нагревом 

 

При косвенном нагреве (рис. 4, а) электрический ток течет по электроду 1 и нагревает его, а  детали 2 и 3 нагреваются от электрода  за счет теплопроводности.

При прямом нагреве (рис. 4, б) детали 2 и 3 непосредственно включены в электрическую цепь и по ним  протекает ток. Они нагреваются  за счет тепла, выделяемого проходящим по ним электрическим током, и  за счет теплопроводности от электрода 1. Расход электроэнергии при прямом нагреве, примерно, в два раза меньше, чем при косвенном нагреве.

При прохождении электрического тока паяемое соединение нагревается  до температуры плавления припоя, и расплавленный припой заполняет  шов.

Контактную пайку производят или на специальных установках, обеспечивающих питание током большой силы и  малого напряжения, или на обычных  машинах для контактной сварки.

Во всех установках ток  подводится к паяемым деталям  через электроды, которые изготовляют  из меди, графита (например, электрографита марки ЭГ2) и сплавов (ЭИ437; ХЗО; Х18Н25С; Х12М). При контактной пайке применяют твердые припои: медь, латуни, серебряные припои и т. д. В ряде случаев необходимо применять флюс (в основном буру или ее водный раствор).

↑ наверх

Пайка в печах

Для пайки используются электрические  печи и реже - пламенные печи. Нагрев деталей под пайку производят в обычной, восстановительной или обладающей защитными свойствами средах. Пайку твердыми припоями в печах с обычной средой (атмосферой) производят с применением флюсов. При пайке в печах с контролируемой средой подлежащие пайке детали (из чугуна, меди или медных сплавов) соединяют с возможно малым зазором, затем на шов накладывают твердый припой в виде проволоки, кусочков или специально штампованных фасонных колец. Собранные таким образом паяемые узлы помещают в печь, разогретую до температуры, несколько превышающей температуру плавления припоя; в камеру печи из специальной установки подают защитную (контролируемую) атмосферу (восстановительную или обладающую защитными свойствами).

Пайку в печах иногда заменяют пайкой в специальных герметических  контейнерах, продуваемых восстановительным  газом и устанавливаемых в  печь после загрузки в них деталей. Пайка в восстановительной среде  обеспечивает соединения высокой прочности, предохраняет соединяемые детали от окисления и обезуглероживания  и обеспечивает высокую производительность, так как допускает групповую  обработку деталей. При пайке  в восстановительной среде деталей  из конструкционных сталей применять  флюсы не следует, что значительно  упрощает технологию. В качестве восстановительной  среды применяют диссоциированный аммиак-азото-водородную смесь (2NН₃↔N₂ + 3Н₂).

Для предохранения деталей  от обезуглероживания иногда применяют  среду на основе окиси углерода. В качестве восстановительных и  слабовосстановительных сред применяют еще генераторный древесный угольный газ и продукты сгорания природного газа после удаления СО₂ и Н₂О. К защитным средам относятся нейтральные газы (аргон, гелий). Газовую восстановительную и защитную среды применяют для пайки сталей, чугуна, меди и ее сплавов с оловом и никелем, а также для пайки никеля и его сплавов.

В качестве припоев при  пайке в печах служат электролитическая  медь М1, М2, латунь Л62 (пайка черных металлов), легкоплавкие серебряные и медные припои (пайка меди и ее сплавов, нержавеющей стали, чугуна), специальные алюминиевые припои (пайка алюминия и его сплавов) и др.

↑ наверх

Ступенчатая пайка

Ступенчатой пайкой называют процесс, применяемый для соединения нескольких деталей в один узел припоями с различной температурой плавления. При этом способе сначала паяют  часть узла припоя с более высокой  температурой плавления, а затем  производят пайку припоем с более  низкой температурой плавления. Можно  применять также ступенчатую  пайку с тремя последовательными  процессами.

↑ наверх

Пайка соединений металлов с неметаллическими материалами

Пайкой можно получить соединения металлов со стеклом, кварцем, фарфором, керамикой, графитом, полупроводниками и другими неметаллическими материалами.

Ввиду различия в физико-химических свойствах металлов и неметаллических  материалов природа связи в паяных швах будет иной, чем в соединениях  между металлами. При пайке металлов основным условием образования прочного паяного соединения является удаление с поверхности соединяемых металлов и припоя слоя окислов. При пайке  же металлов с неметаллическими материалами, такими, как стекло, кварц и др., состоящими из окислов, образование  паяного соединения будет происходить  между металлом и окислами элементов. При пайке металлов с графитом и полупроводниками соединение создается  между еще более различными по природе материалами. Ввиду резкого  различия коэффициентов термического расширения и других свойств металлов и неметаллических материалов технологические  процессы пайки последних разработаны  в меньшей степени, чем для  металлов.

Соединение металлов с  неметаллами с применением металлических  связок производят серебряными припоями, содержащими значительное количество титана и циркония (25-50%), которые обладают способностью одновременно смачивать поверхность металлов и неметаллических материалов. Основные трудности при пайке кварца с металлами вызываются большим различием коэффициентов линейного расширения соединяемых пар. Соединение металлов с неметаллическими материалами в результате совместного смачивания их расплавленным припоем образуется также при пайке металлов с графитом. И в этом случае применяют припои, содержащие титан и цирконий, которые являются сильными карбидообразователямй и хорошо смачивают графит. Однако эти припои имеют низкую коррозийную стойкость в расплавах солей, в которых могут работать паяные соединения металла с графитом. Перспективным является припой, состоящий из 35% Аu, 35% Ni и 30% Мо, который пригоден для пайки молибдена с графитом и графита с графитом и дает соединения, устойчивые в среде расплавленных солей.

Соединение металлов с  неметаллами осуществляется также  путем применения переходных слоев  из стекла, глазури и эмали. В спаях  металла со стеклом, получаемых с  применением легкоплавких промежуточных  стекол, опасность образования трещин уменьшается, так как напряжения в контакте металл-стекло оказываются  значительно ниже, чем в спаях  без переходного стекла. Этот способ позволяет производить предварительное  покрытие металла стеклом при  строго определенных режимах, а последующее  соединение элементов изделия сводится к простому сплавлению стекла со стеклом. Применение предварительного покрытия металла более легкоплавким стеклом  рекомендуется также в тех  случаях, когда соединяемый металл не смачивается стеклом, с которым  он должен быть соединен.

Третья группа технологических  процессов соединения металлов с  неметаллами, когда на неметаллический  материал перед пайкой наносится  пленка металла, характерна для пайки  металлов со стеклом и керамикой  и наиболее распространена в приборостроении. В этом случае перед пайкой на поверхность  стекла или керамики путем вжигания (серебра или платины) металлизацией, восстановлением окислов или другими способами наносят слой металла. После этого пайка принципиально ничем не отличается от обычной, применяемой при соединении металлов.

На поверхность деталей  из керамики, специальных сортов стекла, слюды и кварца, применяемых в  электрорадиоприборах, обычно наносят металлический (серебряный) слой способом, вжигания.

↑ наверх

Способ вжигания

Способ вжигания основан на проникновении металлического серебра в поверхностные слои керамики, стекла, слюды и кварца. К такому слою серебра можно припаивать металл.

Сущность вжигания состоит в том, что серебро, содержащееся Б виде химических соединений (А'зСОд или Ag20) в составе пасты, при нагревании до определенной температуры восстанавливается в металлическое серебро и прочно сцепляется с поверхностными слоями керамики, стекла, слюды и кварца, чему способствует плавень (обычно В120з и РЬБЭ), добавляемый в пасту. Для придания пасте способности прилипания к поверхности различных материалов в нее добавляют связку (СНо).

↑ наверх

Обработка деталей  после пайки

После окончания пайки  и охлаждения паяного шва остатки  флюсов необходимо удалять.

Если при пайке мягкими  припоями используются бескислотные канифолевые флюсы, то остатки их не опасны в отношении коррозии и в доступных местах их удаляют механическим путем, обычно протиркой соединений хлопчатобумажным лоскутом, смоченным спиртом или другим растворителем.

Для удаления остатков флюсов, вызывающих коррозию паяного соединения, применяют промывку в горячей (обычно 50-80"" С) или холодной воде (в  проточной или в ваннах), в 5%-ном  растворе кальцинированной соды, бензине  и в 1-3%-ном растворе натриевого (или  калиевого) хромпика, а также протирку мягкой тряпкой или бязью, смоченной  спиртом, ацетоном и другими растворителями, и пескоструйную обработку.

↑ наверх 

 

Некоторые особенности  конструирования узлов с паяными  соединениями

Типовые паяные соединения показаны на рис. 5. Паяные швы отличаются от сварных швов по. конструктивной форме и образованию. В отличие от сварного шва (рис. 5, а) у лаяного соединения (рис. 5,6) на участке 2-3 гальтель  припоя имеет вогнутую форму с очень плавными переходами от припоя к поверхности основного металла.

Рис. 5. Типовые паяные соединения

Зазор по всей ширине нахлестки  на участке 1-2 полностью заполнен припоем. Основной металл не оплавляется, геометрические формы кромок и поверхностей соединяемых  деталей сохраняются. прочность паяного соединения почти не зависит от размеров галтелей припоя, но сильно изменяется при изменении размера участка 1-2, определяющего величину нахлестки, которая обеспечит прочность паяного шва, равную или превосходящую предел прочности основного металла. Кроме того, сварка идет при последовательном наложении сначала верхнего шва 2 - 5, а затем нижнего, а в процессе пайки образование обеих галтелей и заполнение припоем зазора по ширине нахлестки на участке 1 - 2 происходят почти мгновенно.

Рис. 6. Форма и элементы сварного (а) и паяного (б) швов при  соединении внахлестку 

 

Тип паяного соединения выбирают с учетом эксплуатационных требований, предъявляемых к узлу, и технологичности  узла в отношении пайки. Наиболее распространенным видом соединения является пайка внахлестку. В узлах, работающих при значительных нагрузках, где, кроме прочности шва, необходима герметичность, детали следует соединять  только внахлестку. Швы внахлестку обеспечивают прочное соединение, удобны при выполнении и не требуют проведения подгоночных операций, как это  имеет место при пайке встык  или в ус.

Стыковые соединения обычно применяют для деталей, которые  нерационально изготовлять из целого куска металла, а также в тех  случаях, когда нежелательно удваивать  толщину металла. Их можно применять  для малонагруженных узлов, где  не требуется герметичность. Механическая прочность припоя (особенно мягкого) обычно бывает ниже прочности соединяемого металла; для того чтобы обеспечить равнопрочность паяного изделия, прибегают к увеличению площади спая путем косого среза (в ус) или ступенчатого шва; часто с этой целью применяют комбинацию стыкового соединения с нахлесткой.