Пайка представляет собой процесс соединения деталей из металлов, находящихся в твёрдом состоянии, посредством расплавленного припоя и имеющего температуру плавления, меньшую температуры плавления основного металла. Пайка схожа с сваркой плавлением, отличием пайки является отсутствие расплавления основного металла, который имеется при сварке плавлением. В процессе пайки главное значение имеют взаимное растворение и диффузия основного металла и припоя.

Поверхности присоединяемых частей должны быть тщательно очищены и обезжирены. Очистку соединяемых поверхностей производят при помощи напильников или шаберов, а их обезжиривание - растворителями: бензин, ацетон и уайт-спирит. Перед пайкой поверхности следует у соединяемых частей удалить соляной кислотой оксидную плёнку.

В процессе пайки положение соединяемых частей относительно друг друга следует закрепить. Для этого используют струбцины.

В некоторых случаях в процессе пайки может наблюдаться явление, когда припой превращается в шарик, вместо того чтобы растекаться по всему месту пайки и заполнять стык между соединяемыми частями изделия. Это обусловливается различными причинами, чаще всего силами поверхностного натяжения. Иногда причиной недостаточного смачивания является большое различие между структурами припоя и основного металла, а также наличие оксидных пленок и загрязнения на поверхности припоя или соединяемых пайкой частей изделия. Поверхность металлических деталей всегда имеет микронеровности, которые образованы следами предшествующей обработки. Припой в расплавленном состоянии должен заполнять все эти полости. Для предупреждения образования оксидной пленки в процессе нагрева применяют специальные вещества - флюсы, которые также обеспечивают повышение смачиваемости припоем поверхностей соединяемых частей изделия и лучшее заполнение шва расплавленным припоем.

Для выполнения этих задач флюсы должны отвечать следующим параметрам:

В зависимости от назначения выполняемого соединения существуют два типа припоев: мягкие (t плавления 80…300℃) и твердые (t плавления 700…1000℃) на основе медно-цинковых и серебряных сплавов.

Паяние мягкими припоями

Мягкие припои представляют собой сплав легкоплавких металлов на основе олова и свинца, их изготавливают в виде прутков, проволоки или трубки, заполненной флюсом, масса которого составляет 5% массы припоя. Оловянно-свинцовые припои обозначают буквами ПОС (припой оловянно-свинцовый) и цифрами, показывающими содержание олова в припое в процентах. Процентное содержание олова в припое определяет область его применения.

Прежде чем приступить к паянию необходимо тщательно подготовить поверхности соединяемых частей заготовки, это достигается очисткой поверхности от грязи и коррозии шабером, надфилем или напильником. При паянии заготовок из листовой стали место припаивания протравливают 20% раствором соляной кислоты. Некоторые варианты паяных швов показаны на рис. 1. При помощи кисточки на место спая наносят тонкий слой жидкого флюса. При использовании твердого флюса поверхность паяния предварительно прогревают паяльником. Флюсы, применяемые при паянии мягкими припоями, обладают способностью очищать место спая от оксидов, предотвращают образование оксидов в процессе пайки и снижают поверхностное натяжение припоя, обеспечивая его лучшую текучесть и более эффективное заполнение пустот между соединяемыми пайкой частями заготовки. В качестве флюсов при пайке мягкими припоями используют: хлорид цинка, нашатырный спирт, канифоль, стеарин, паяльную пасту, раствор соляной кислоты. Состав флюса выбирается в зависимости от материала соединяемых частей заготовки.

Пересекающиеся детали могут быть запаяны в тавр или в угол. При этом поверхность спая располагается под углом к осевой линии деталей или параллельно одной из них и перпендикулярно к другой.

Соприкасающиеся детали паяют вдоль линии касания или в точке соприкосновения. Поверхность спая во всех рассматриваемых типах соединений может быть плоской или криволинейной.

Косостыковое соединение применяют главным образом в тех случаях, когда требуется увеличить прочность шва при стыке; оно более прочно, чем стыковое, из-за большой поверхности шва, но технологически сложнее.

В изделиях, подвергающихся в процессе изготовления после пайки изгибу и штамповке или работающих при больших статических нагрузках, а также в условиях ударных нагрузок или сильной вибрации, стыковые паяные швы, не применяют, а паяют внахлестку.

Соединяемые части заготовки должны располагаться таким образом, чтобы шов находился сверху. Как только место, к которому прикасается паяльник, прогревается и припой начинает плавиться и растекаться, паяльник без отрыва от шва перемещают, давая возможность припою заполнить зазор в шве между соединяемыми частями заготовки. Припой следует наносить тонким равномерным слоем без припусков. После окончания пайки выступающие над швом приливы удаляют напильником, а поверхность зачищают наждачной шкуркой.

В зависимости от требований, предъявляемых к соединяемым паянием мягкими припоями частям заготовки, паяные швы разделяются на три группы:

Инструменты для паяния мягкими припоями. Главным инструментом для выполнения паяных швов является паяльник. В зависимости от способа нагрева рабочей части паяльника различают паяльники периодического нагрева, паяльники постоянного нагрева с использованием газовых или бензиновых нагревательных устройств и электрические паяльники, у которых рабочая часть нагревается электрическим током.

Паяльники периодического нагрева бывают двух типов: прямые и угловые. Разогрев паяльника осуществляется при помощи паяльной лампы или в кузнечном горне. Перед нагревом нос паяльника зачищается, а после нагрева очищается от оксидов, на него наносится флюс.

Паяльники непрерывного нагрева (газовые или бензиновые) обеспечивают постоянный нагрев рабочей части паяльника соответственно газовой или бензиновой горелкой.

Электрические паяльники (рис. 3) получили наиболее широкое распространение благодаря высокой надежности и простоте действия. Они выпускаются двух типов: прямые и угловые.

Электропечи

Печи сопротивления - это наиболее распространенный вид нагревательного оборудования, применяемого в пайке изделий. Печи сопротивления разделяют по следующим основным признакам:

В электропечах периодического действия паяемое изделие через загрузочное окно помещают в рабочее пространство, в котором деталь неподвижна в течение нагрева и выдержки при температуре пайки.

В электропечах непрерывного действия паяемые изделия с помощью транспортирующего устройства передвигаются от загрузочного окна к разгрузочному, нагреваясь до заданной температуры. Печи непрерывного действия имеют большую производительность и их сравнительно просто компоновать в поточные и автоматические линии. Печи имеют несколько тепловых зон с автоматическим регулированием температуры, что позволяет с достаточной точностью выдерживать различные режимы нагрева детали. Печи непрерывного действия рассчитаны на работу в окислительной и контролируемых атмосферах. В последнем случае камеры нагрева и охлаждения выполнены герметичными, для чего они снабжены загрузочными и разгрузочными шлюзовыми камерами.

По типу транспортирующего устройства электропечи непрерывного действия подразделяют на конвейерные и карусельные.

Конвейерные печи применяют для пайки мелких и средних изделий массового производства. По плоскости перемещения изделий печи бывают горизонтальные и вертикальные. Вертикальные печи занимают меньшую площадь, но они не нашли широкого применения вследствие сложности обслуживания.

Преимущество карусельных печей заключается в возможности использования их при высоких температурах. В карусельных печах можно нагревать изделия сложной конфигурации без поддонов, что не всегда возможно в конвейерных печах. Недостатки карусельных печей заключаются в трудности механизации и неудобстве использования их в поточных линиях из-за того, что загрузочные окна расположены рядом.

Электронагревательные ванны

Для нагрева изделий под пайку путем теплопередачи от нагретых жидкостей: масла, расплавленных солей и щелочей применяют электронагревательные ванны. В паяльном производстве наибольшее распространение получили соляные ванны цилиндрической или прямоугольной формы с внешним или внутренним обогревом. Внутренний обогрев осуществляется электродными или трубчатыми электронагревателями (ТЭН). Электронагревательные ванны обладают следующими преимуществами перед печами сопротивления:

К недостаткам нагрева в электронагревательных ваннах следует отнести:

Ванны с внутренним обогревом по сравнению с ваннами с внешним обогревом меньше по габаритам, имеют меньшие тепло потери и меньший удельный расход электроэнергии. Кроме того, для селитровых ванн внутренний обогрев более безопасен, так как при этом менее вероятен перегрев дна ванны из-за загрязнения нижних слоев селитры. Недостаток такого обогрева состоит в малом сроке службы нагревательных элементов вследствие эрозии трубчатого кожуха нагревателя при высоких температурах.

Пайка погружением

Длительность процесса пайки в жидких расплавленных солях или припоях кратковременная. Этот способ эффективен, так как он предполагает одновременную быструю пайку большого числа изделий и легко может быть механизирован. Число деталей, погружаемых одновременно в ванну, ограничено объемом ванны и снижением температуры жидкой среды, происходящим в результате нагрева погружаемых деталей. Значительное преимущество пайки в соляных и флюсовых ваннах - возможность совмещения этого процесса с нагревом под закалку.

Этот способ пайки отличается высокой производительностью, а при достаточно большом отношении массы жидкой ванны к массе паяемого изделия позволяет поддерживать температуру расплава с точностью до 1℃, обеспечивая минимальные тепловые деформации паяемых деталей, высокую точность паяного изделия.

Низкотемпературная пайка в ваннах с расплавленным припоем

Распространены два способа пайки погружением в ванны с расплавленным припоем: погружением в покоящийся жидкий припой и погружением в подвижный жидкий припой. При пайке погружением изделие должно находиться в ванне до полного прогрева его до температуры пайки и затекания припоя в промежутки и щели. При опускании в ванну плоских изделий в горизонтальном положении под ними могут образоваться пары флюса, что приводит к появлению несмоченных мест в соединении, поэтому их погружают под углом к зеркалу ванны.

После удаления паяного изделия из ванны не стекший с него припой удаляют химическим или механическим путем. При необходимости предотвращения смачивания отдельных мест поверхности детали предварительно покрывают лаковыми, меловыми покрытиями или бумажными масками. Такие защитные покрытия перед пайкой просушивают, а после удаляют струей воздуха, щетками, уксусной или соляной кислотой.

Существенный недостаток этого способа пайки - сравнительно быстрое загрязнение жидкого припоя компонентами паяемого металла. Загрязнение припоя цинком, алюминием, кадмием ухудшает качество паяных изделий, и попадание этих металлов в ванну недопустимо.

Индукционные нагревательные установки

При индукционном нагреве нагрев паяемых деталей происходит в результате выделения энергии высокочастотного электромагнитного поля. В результате быстрого нагрева поверхность паяемой детали окисляется меньше, чем при нагреве в пламени горелок или электропечах с обычной атмосферой. Быстрый нагрев предотвращает также интенсивный рост зерна и рекристаллизацию паяемого металла.

При индукционном нагреве металл, помещаемый в магнитное поле контура, по которому протекает переменный электрический ток, нагревается индуцированными вихревыми токами Фуко.

По частоте питающего тока различают установки промышленной частоты, питающиеся от сети 50 Гц или через специальные понижающие трансформаторы

По принципу действия установки могут быть методические и садочные. В методических установках изделие нагревается по мере его продвижения через индуктор. В садочных установках все участки изделия, помещенного в индуктор, нагреваются до заданной температуры одновременно. Электрические параметры этих установок в процессе нагрева изделия могут меняться в зависимости от изменения физических характеристик изделия при повышении их температуры.

Правила выполнения работ при пайке мягкими припоями электрическим паяльником

При пайке мягкими припоями электрическим паяльником необходимо соблюдать следующие правила:

Проверку качества паяния следует осуществлять:

Паяние твердыми припоями

Паяние твердыми припоями обеспечивает более прочное соединение спаиваемых частей заготовки. Высокая пластичность и ковкость припоя, глубоко проникающего в основной металл, позволяет выдерживать значительные механические напряжения в спаиваемых местах при последующей обработке полученных заготовок как методами резания, так и методами пластического деформирования.

Подготовка места спая к паянию

Из-за того, что припой и материал заготовки имеют значительно меньшую разность температур плавления, этот способ паяния требует выполнения подготовительных операций в большем объеме, чем при паянии мягкими припоями.

Очистка поверхности. Нужно обеспечить абсолютную чистоту того места, где будет производиться паяние. Негативное влияние на процесс пайки оказывают не только оксидные пленки, но и жировые и масляные загрязнения на поверхности заготовки, поэтому они должны быть удалены.

Пригонка. Все соединяемые паянием части заготовки должны быть отожжены, иначе может возникнуть перекос соединяемых паянием частей заготовки. Все спаиваемые пустотелые детали должны иметь отверстия для выхода воздуха, так как при нагреве может произойти вспучивание или разрыв поверхности соединяемых частей изделия. При паянии твердым припоем должен быть выдержан определенный зазор между соединяемыми частями заготовки для его заполнения расплавленным припоем.

Фиксация заготовок. При паянии твердыми припоями процесс нагрева требует большого промежутка времени заготовки следует надежно крепить во взаимном расположении друг к другу. Такое крепление целесообразно осуществлять приспособлениями, оснащенными фиксирующими устройствами и слабоотводящими теплоту от соединяемых заготовок в процессе нагрева. К материалам, наиболее часто используемым в таких устройствах при паянии твердыми припоями, относятся уголь и асбест. Одним из методов фиксации соединяемых заготовок является обвязывание проволокой. Для обвязывания заготовок пользуются стальной отожженной проволокой диаметром 0,2…0,5 мм. При использовании обвязочной проволоки следует учитывать следующие ее недостатки:

Часто приваривают обмоточную проволоку к поверхности соединяемых заготовок.

Нанесение флюса и припоя. При пайке твердыми припоями флюсы выполняют ту же функцию, что и при пайке мягкими припоями. Выбор флюса зависит от материала соединяемых заготовок. К твердым припоям относятся медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр). В обозначении марок припоев цифры показывают процентное содержание меди или серебра.

Инструменты для нагрева места спая. Нагрев заготовок при паянии твердыми припоями осуществляется газовыми и бензиновыми горелками, в муфельных печах, соляных ваннах. Для создания газового и бензинового пламени используют - горелки.

Основные правила паяния твердыми припоями. При паянии твердыми припоями необходимо соблюсти следующие правила:

Правила безопасности труда при паянии. При паянии необходимо выполнять следующие правила безопасности:

Специальные методы паяния. Наиболее производительной является низкотемпературная пайка погружением в расплавленный припой. Паяние таким способом выполняется на специальных установках, на которых смонтированы ванны с флюсом и расплавленным мягким припоем. Детали предварительно очищают и обезжиривают, потом погружают в ванну с флюсом, а затем с расплавленным припоем, после чего вынимают и охлаждают на воздухе до комнатной температуры. Заданную температуру припоя контролируют и поддерживают при помощи специального устройства с термопарой, помещенного в ванну.

Кроме описанного метода паяния для улучшения качества паяных соединений применяют пайку в защитных газах, вакууме и активной газовой среде. Основная особенность этих методов паяния состоит в том, что они выполняются без применения флюсов.

Лужение - процесс покрытия поверхностей деталей тонким слоем расплавленного оловянно-свинцового сплава. Лужение осуществляется для защиты деталей от коррозии и окисления, подготовки поверхностей заготовок и инструмента к паянию мягкими припоями. Перед лужением поверхность заготовки тщательно очищается и обезжиривается.

Перед лужением поверхность заготовки покрывается флюсом (хлорид цинка), раствор которого наносится на заготовку при помощи кисти. Обрабатываемую поверхность можно покрывать оловом или припоем - погружением. Очищенную и протравленную заготовку погружают на несколько минут в ванну с флюсом, а затем в ванну с расплавленным припоем, в которой заготовку выдерживают в течение 3…4 мин, после чего извлекают из ванны, встряхивают и проверяют визуально на равномерность распределения покрытия и на отсутствие вздутий.

Паяные соединения обозначают по ГОСТ 2.313 - 82 условным знаком, который наносят на линию-выноску сплошной основной линией. На чертежах паяные соединения изображают, как показано на рис. 4.

Преимущества и недостатки пайки

К технологическим преимуществам пайки относятся:

При соединении многих металлических материалов не допускается их перегрев выше определенной температуры во избежание потери ими структуры и свойств. Такой перегрев всегда можно исключить при пайке, выбирая соответствующие припои и способы.

К недостаткам пайки обычно относят низкую прочность паяного соединения, необходимость тщательной подгонки соединяемых поверхностей, использование в припоях дорогих и дефицитных металлов. Более низкая, чем у основного металла, коррозионная стойкость.

Понравилась статья? Хотел вам порекомендовать заглянуть на наш YouTube канал. Вы также можете на нашем сайте заказать 3D и чертежи разной направленности и тематики. Ваше задание можете выслать сюда.