Пайка металлов

Пайкой называется процесс соединения металлов в твердом состоянии посредством расплавленного присадочного металла (припоя), имеющего температуру плавления меньше температуры плавления паяемого металла.

При пайке основной металл не расплавляется и, следовательно, химический состав его не изменяется. По прочности соединения, полученные пайкой, уступают сварным.

Паять можно углеродистые и легированные стали всех марок, твердые сплавы, цветные металлы, серые и ковкие чугуны. При пайке металлы соединяются в результате растекания жидкого припоя по нагретым и соприкасающимся поверхностям и затвердевания его после охлаждения. Прочность сцепления припоя с соединяемыми поверхностями зависит от диффузионных процессов, протекающих между припоем и основным металлом, т. е. от взаимного их растворения с образованием промежуточного сплава.

На протекание диффузионных процессов влияет качество подготовки поверхностей и наличие на них окислов или загрязнений, а также температура пайки.

Припой должен хорошо растворять основной металл, обладать смачивающей способностью и быть дешевым и недифицитным. Припой представляет собой сплавы цветных металлов сложного состава.Чаще всего применяются сплавы эвтектического состава, которые обладают пониженной температурой плавления. По составу припои делятся на медные, медноцинковые, серебряные, медно-фосфористые, медно-никелевые и специальные припои для алюминиевых сплавов. Различают твердые и мягкие припои. Твердые припои имеют температуру плавления выше 500ºС и предет прочности от 6 до 50 кГ/м², а мягкие — соответственно ниже 400°С и 7 кГ/мм². Припои изготавливаются в виде прутков, проволок, листов, полос, спиралей, колец, дисков, зерен и т. д.

При пайке применяются флюсы. Они служат для растворения и удаления окислов и загрязнений с поверхности металла, защиты его от окисления, улучшения смачиваемости и растекания припоев. Флюсы выпускаются в виде порошков, паст или в жидком состоянии. При пайке применяются три формы соединения (рис. 232); нахлесточное 1, стыковое 2 и в ус 3.

Рис. 232. Типы паяных соединений.

Величина зазора между соединяемыми кромками должна быть небольшой для того, чтобы улучшить затекание припоя под действием капиллярных сил и увеличить прочность соединения. Для серебряных припоев рекомендуется зазор от 0,05 — 0,08 мм, а для меди — не более 0,012 мм. Для хорошего смачивания поверхности производится механическая очистка и обезжиривание горячей щелочью, трихлорэтиленом, четыреххлористым углеродом. Поверхность изделия, не подвергающаяся покрытию припоями, перед пайкой покрывается пастой из мела, глины, графита или их смесей, или смачивается хромовой кислотой во избежание прилипания припоя к изделию.

Твердые припои делятся на тугоплавкие с температурой плавления 875 — 1100°Сu легкоплавкие с температурой плавления ниже 875°С.

Пайка газовым пламенем осуществляется нагреванием кромок изделия до плавления припоя и флюса и применяется в основном для соединения деталей тугоплавкими припоями. Для нагрева паяемых деталей применяются сварочные или специальные горелки и паяльные лампы. В качестве горючих газов используются ацетилен, природные газы, водород, пары керосина и т. п. При пайке газовым пламенем припой можно заранее расположить у паяемого места или вводить в процессе пайки вручную. Применяются серебряные, медноцинковые, фосфористомедные и бронзовые припои. Предварительно на место пайки наносится флюс в виде жидкой пасты, разведенной водой или спиртом; конец прутка также покрывается флюсом.

Нагрев при пайке твердыми припоями может производиться в специальных печах с электрическим обогревом. Существует три способа пайки в печах: с применением твердых флюсов, в вакууме, в газовой среде. В первом случае собранное изделие с припоем, заложенным заранее в шов и нанесенным на место пайки флюсом, помещается в печь, где нагревается до температуры пайки. Во втором случае собранное изделие нагревается в вакуумной камере, благодаря чему не окисляется. В третьем случае используются активные или инертные газы: водород, диссоциированный аммиак и др.

Она производится в ваннах с расплавленными солями. Соляная смесь обычно состоит из 55% КСl и 45% NaCl. Температура ванны 700 — 800°С. На поверхность, подлежащую пайке, предварительно очищенную от грязи и жира, наносится флюс, между кромками или около места соединения размещается припой, затем детали скрепляются и погружаются в ванну. Соляная ванна предохраняет место пайки от окисления. Этот способ пайки используется для изготовления деталей из стали, твердых сплавов, меди, медных и алюминиевых сплавов. При этом способе пайки детали, нагретые до темперауры 550ºС, погружаются в ванну с расплавленным припоем, покрытым флюсом. Неспаиваемые поверхности предохраняют от контакта с припоем специальной обмазкой из графита с добавками небольшого количества извести.

Пайка токами высокой частоты или индукционная пайка производится с нагревом паяемого участка изделия в катушке-индукторе. Через индуктор пропускается ток высокой частоты, в результате место пайки нагревается до необходимой температуры.

Пайка мягкими припоями с температурой плавления ниже 400°С и пределом прочности 5 — 7 кГ/мм² применяется почти для всех металлов. Мягкие припои состоят в основном из олова.