Пайка

Пайка

Припой имеет температуру плавления более низкую, чем температура соединяемых металлов, и заполняет зазор между соединяемыми поверхностями за счет действия капиллярных сил. При охлаждении припой кристаллизуется и образует прочную связь между заготовками. В процессе пайки наряду с нагревом необходимо удаление окисных пленок с поверхности паяемых металлов.

Образование соединения без расплавления кромок обеспечивает возможность распая, т. е. разъединения паяемых заготовок без нарушения исходных размеров и формы элементов конструкции.

Качество паяного шва во многом зависит от прочности связи припоя с металлом основы. В результате смачивания твердой металлической поверхности между припоем и основным металлом возникает межатомная связь. Эта связь может образоваться при растворении металла основы в расплавленом припое с образованием жидкого раствора, распадающегося при последующей кристаллизации; за счет диффузии составляющих припой элементов в основной твердый металл с образованием твердого раствора; за счет реактивной диффузии между припоем и основным металлом с образованием на границе интерметаллических соединений; за счет бездиффузионной связи в результате межатомного взоимодействия.

Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов: А) Предварительная подготовка паяемых соединений; Б) Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей; В) Удаление окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса; Г) Введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя; Д) Взаимодействие между паяемыми деталями и припоем; Е) Кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми деталями; Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы. В качестве припоя используются чистые металлы (они плавятся при строго фиксированной температуре) и их сплавы (они плавятся в определенном интервале температур). Разница между температурами начала плавления и полного расплавления называется интервалом кристаллизации. При осуществлении процесса пайки необходимо выполнение температурного условия: t 1 > t 2 > t 3 > t 4 где t 1 – температура начала плавления материала детали t 2 – температура нагрева детали при пайке; t 3 – температура плавления припоя; t 4 – рабочая температура паянного соединения; По особенностям процесса и технологии пайку можно разделить на капиллярную, диффузионную, контактно-реактивную, реактивно-флюсовую и пайку-сварку.

Капиллярная пайка.

Припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. На рис.1 показана схема образования шва.

Соединение образуется за счет растворения основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора.

Капиллярную пайку используют в тех случаях, когда применяют соединение внахлестку.

Однако капиллярное явление присуще всем видам пайки. Диффузионная пайка.

Соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов, причем возможно образование в шве твердого раствора или тугоплавких интерметаллов. Для диффузионной пайки необходима продолжительная выдержка при температуре образования паяного шва и после завершения процесса при температуре ниже солидуса припоя.

Контактно-реактивная пайка. При пайке между соединяемыми металлами или соединяемыми металлами и прослойкой другого металла в результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при кристаллизации образует паяное соединение. На рис.2 показана схема контактно-реактивной пайки. Реактивно-флюсовая пайка.

Припой образуется за счет реакции вытеснения между основным металлом и флюсом.

Например, при пайке алюминия с флюсом 3 ZnCl 2 + 2 Al = 2 AlCl 3 + Zn восстановленный цинк является припоем. Пайка-сварка.

Паяное соединение образуется так же, как при сварке плавлением, но в качестве присадочного металла применяют припой.

Наибольшее применение получила капиллярная пайка и пайка-сварка.

Диффузионная пайка и контактно -реактивная более трудоемки, но обеспечивают высокое качество соединения и применяются, когда в процессе пайки необходимо обеспечить минимальные зазоры.

Качество паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и т. д.) зависит от правильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, величины зазоров, типа соединения. 2. Материалы для пайки.

Припой. Припои для пайки, заполняющие зазор в расплавленном состоянии между соединяемыми заготовками, должны отвечать следующим требованиям: 1) температура их плавления должна быть ниже температуры плавления паяемых материалов; 2) они должны хорошо смачивать паяемый материал и легко растекаться по его поверхности; 3) должны быть достаточно прочными и герметичными; 4) коэффициенты термического расширения припоя и паяемого материала не должны резко различаться; 5) иметь высокую электропроводность при паянии радиоэлектронных и токопроводящих изделий.

Припои классифицируют по следующим признакам: А) Химическому составу; Б) Температуре плавления; В) Технологическим свойствам; По химическому составу припои делятся на свинцово-оловянные, серебряные, медно-фосфорные, цинковые, титановые и др. Все припои по температуре плавления подразделяют на низкотемпературные ( t пл о С), или мягкие припои, и высокотемпературные ( t пл >500 о С), или твердые припои.

Припои изготовляют в виде прутков, проволок, листов, полос, спиралей, колец, дисков, зерен и т. д., укладываемых в место соединения. К низкотемпературным, или мягким припоям относятся оловянно-свинцовые, на основе висмута, индия, кадмия, цинка, олова, свинца. К высокотемпературным или твердым припоям относятся медные, медно-свинцовые, медно-никелевые, с благородными металлами (серебром, золотом, платиной). По техническим свойствам делятся на самофлюсующиеся (частично удаляют окислы с поверхности металла) и композиционные (состоят из тугоплавких и легкоплавких порошков, позволяющих производить пайку с большими зазорами между деталями). Изделия из алюминия и его сплавов паяют с припоями на алюминевой основе с кремнием, медью, оловом и другими металлами.

Магний и его сплавы паяют с припоями на основе магния с добавками алюминия, меди, марганца и цинка.

Изделия из коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов, работающих при высоких температурах(>500 о С), паяют с припоями на основе железа, марганца, никеля, кобальта, титана, циркония, гафния, ниобия и палладия.

Паяльные флюсы. Эти флюсы применяют для очистки поверхности паяемого металла, а также для снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания и смачиваемости жидкого припоя. Флюс (кроме реактивно-флюсовой пайки) не должен химически взаимодействовать с припоем.

Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюс в расплавленном и газообразном состояниях должен способствовать смачиванию поверхности основного металла расплавленным припоем. Флюсы могут быть твердые, пастообразные, жидкие и газообразные. Флюсы классифицируют по признакам: - Температурному интервалу пайки на низкотемпературные ( t 0 C ) и высокотемпературные ( t >450 0 C ); - Природе растворителя на водные и неводные; - Природе активатора на канифольные, галогенидные, фтороборатные, анилиновые, кислотные и т.д.; - По агрегатному состоянию на твердые, жидкие и пастообразные Наиболее распространенными паяльными флюсами являются бура ( Na 2 B 4 O 7 ) и борная кислота ( H 3 BO 3 ), хлористый цинк ( ZnCl 2 ), фтористый калий ( KF ) и другие галоидные соли щелочных металлов. 3. Способы пайки.

Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева.

Наиболее распространены в промышленности пайка в печах, индукционная, сопротивлением, погружением, радиационная, горелками, экзофлюсовая, паяльниками, электронагревательными металлами и блоками. Пайка в печах.

Нагревают соединяемые заготовки в специальных печах: электросопротивления, с индукционным нагревом, газопламенных и газовых.

Припой заранее закладывают в шов собранного изделия, на место пайки наносят флюс и затем помещают в печь, где это изделие нагревают до температуры пайки.

Припой расплавляется и заполняет зазоры между соединяемыми заготовками.

Процесс пайки продолжается несколько часов. Этот способ обеспечивает равномерный нагрев соединяемых деталей без заметной их деформации.

Крупные детали паяют в камерных печах с неподвижным подом; большую партию мелких деталей – в печах с сетчатым конвейером или роликовым подом. Пайка в печах позволяет механизировать паяльные работы и обеспечивает стабильное качество изделий и высокую производительность труда.

Индукционная пайка.

Паяемый участок нагревают в катушке-индукторе. Через индуктор пропускают т. в. ч., в результате чего место пайки нагревается до необходимой температуры. Для предохранения от окисления изделие нагревают в вакууме или в защитной среде с применением флюсов.

Индуктор выполнен в виде петли или спирали из красной меди. Формы и размеры индуктора зависят от конструкции паяемого изделия.

Различают две разновидности пайки с индукционным нагревом: стационарную и с относительным перемещением индуктора или детали. Пайка сопротивлением.

Соединяемые заготовки нагревают теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через паяемые детали и токопроводящие элементы.

Соединяемые детали являются частью электрической цепи.

Нагрев сопротивлением можно осуществлять на контактных сварочных машинах. С нагревом в контактных сварочных машинах паяют при изготовлении тонкостенных изделий из листового материала или при соединении тонкостенных элементов с толстостенными. Пайка погружением. Эту пайку выполняют в ваннах с расплавленными солями или припоями.

Соляная смесь обычно состоит из 55% KCl и 45% HCl . Температура ванны 700-800 о С. На паяемую поверхность, предварительно очищенную от грязи и жира, наносят флюс, между кромками или около места соединения размещают припой, затем детали скрепляют и погружают в ванну.

Соляная ванна предохраняет место пайки от окисления. Перед погружением в ванну с расплавленным припоем, покрытые флюсом детали нагревают до 550 о С. Поверхности, не подлежащие пайке, предохраняют от контакта с припоем специальной обмазкой из графита с добавками небольшого количества извести. Пайку погружением в расплавленный припой используют для стальных, медных и алюминиевых твердых сплавов, деталей сложных геометрических форм. На этот процесс расходуется большое количество припоев.

Разновидностью пайки погружением является пайка бегущей волной припоя, когда расплавленный припой подается насосом и образует волну над уровнем расплава.

Паяемая деталь перемещается в горизонтальном направлении. В момент касания ванны проходит пайка.

Бегущей волной паяют в радиоэлектронной промышленности при производстве печатного радиомонтажа. Пайка с радиационным нагревом. Пайку выполняют за слет излучения кварцевых ламп, расфокусированного электронного луча или мощного светового потока от квантового генератора (лазера). Конструкцию, подлежащую пайке, помещают в специальный контейнер, в котором создают вакуум. После вакуумирования контейнер заполняют аргоном и помещают в приспособление, с двух его сторон устанавливают для обогрева кварцевые лампы. После окончания нагрева кварцевые лампы отводят, а приспособление вместе с деталями охлаждают. При применении лазерного нагрева сосредоточенная в узком пучке тепловая энергия обеспечивает испарение и распыление окисной пленки с поверхности основного металла и припоя, что позволяет получать спаи в атмосфере воздуха без применения искусственных газовых сред. При радиационном способе пайки лучистая энергия превращается в тепловую непосредственно в материале припоя и паяемых деталей. Этот способ пайки непродолжителен.

Экзофлюсовая пайка. В основном этим способом паяют коррозионно-стойкие стали. На очищенное место соединения наносят тонкий порошкообразный слой флюса.

Соединяемые поверхности совмещают, на противоположные стороны заготовок укладывают экзотермическую смесь. Смесь состоит из разных компонентов, которые укладывают в форме пасты или брикетов толщиной в несколько миллиметров.

Собранную конструкцию устанавливают в приспособлении и помещают в специальную печь, в которой происходит зажигание экзотермической смеси при 500 o C . В результате экзотермических реакций смеси температура на поверхности металла повышается и происходит расплавление припоя. Этим методом паяют соединения внахлестку и готовые блоки конструкций небольших размеров.

Газопламенная пайка.

Паяемые заготовки нагревают и расплавляют припой газосварочными и плазменными горелками.

Газовые горелки обладают наибольшей универсальностью. В качестве горючих газов используют ацетилен, природные газы, водород, пары керосина и т.п. При использовании газового пламени припой можно заранее помещать у места пайки или вводить в процессе пайки вручную. На место пайки предварительно наносят флюс в виде жидкой пасты, разведенной водой или спиртом; конец прутка или припоя также покрывают флюсом.

Нагревают также паяльными лампами, которые по существу являются газовыми горелками, работающими на жидком топливе.

Паяльные лампы используют для работы в полевых условиях или в ремонтных мастерских.

Плазменной горелкой, обеспечивающей более высокую температуру нагрева, паяют тугоплавкие металлы – вольфрам, тантал, молибден, ниобий и т.п. Пайка паяльниками.

Основной металл нагревают и припой расплавляют за счет теплоты, аккумулированной в массе металла паяльника, который перед пайкой или в процессе ее подогревают. Для низкотемпературной пайки применяют паяльники с периодическим нагревом, с непрерывным нагревом, ультразвуковые и абразивные.

Рабочую часть паяльника выполняют из красной меди.

Паяльник с периодическим нагревом в процессе работы периодически подогревают от постороннего источника теплоты.

Паяльники с постоянным нагревом делают электрическими.

Нагревательный элемент состоит из нихромовой проволоки, намотанной на слой асбеста, слюды или на керамическую втулку, устанавливаемую на медный стержень паяльника.

Паяльники с периодическим и непрерывным нагревом чаще используют для флюсовой пайки черных и цветных металлов мягкими припоями с температурой плавления ниже 300-350 о С. Ультразвуковые паяльники применяют для бесфлюсовой низкотемпературной пайки на воздухе и для пайки алюминия легкоплавкими припоями.

Окисные пленки разрушаются за счет колебаний ультразвуковой частоты.

Абразивные паяльники.

Такими паяльниками можно паять алюминиевые сплавы без флюса.

Окисная пленка удаляется в результате трения паяльника об обрабатываемую поверхность.

Абразивный паяльник в отличие от электропаяльника имеет рабочий стержень, изготовленный прессованием из порошка припоя и измельченного асбеста. 4. Типы паяных соединений.

Основными типами паяных соединений являются стыковые и внахлестку.

Остальные разновидности соединений являются комбинациями перечисленных.

Например, плоские элементы могут быть соединены внахлестку (рис. 3,а), ступенчатым (рис. 3,б), гребенчатым (рис. 3,в), косостыковым (рис 3,г), стыковым (рис.3,д) и тавровым (рис. 3,е) соединениями. Стыковое соединение применяют в тех случаях, когда изделие работает не в жестких условиях и от него не требуется герметичности; соединение внахлестку – во всех остальных случаях, причем чем больше площадь перекрытия паяемых заготовок, тем выше будет прочность паяного шва.

Криволинейные поверхности соединяют между собой и с плоскими поверхностями в сотовых конструкциях, в панелях с гофрированными проставками и т.п. Эти соединения используют в самолетостроении и для изготовления теплообменников. К паянным соединениям в зависимости от назначения изделия, кроме общих требований, могут быть предъявлены и специальные по герметичности, электропроводности, коррозионной стойкости и т.п.

Сборные части изделий перед пайкой должны быть прочно сое6динены между собой для предотвращения перекосов и относительных смещений.

Способы соединения подбирают экспериментальным путем в зависимости от конструкции изделия. 5 . Подготовка деталей к пайке. 1. Механическая обработка (подгонка деталей друг к другу и создание шероховатости с помощью шкурки) 2. Обезжиривание поверхностей, подготавливаемых для пайки (едким натром (5-10 г/л), углекислым натрием (15-30г/л), тирнатрийфосфатом (30-60 г/л), эмульгатор ОП-7 (0,5 г/л)). Детали в растворе выдерживают при температуре 50-60 0 С в течение 15-20 минут. После обработки щелочью детали последовательно промывают горячей и холодной водой, а затем сушат.

оценка для нотариуса в Белгороде
оценка коттеджей в Курске
оценка стоимости коммерческой недвижимости в Твери