16.6. Пайка металлов
Пайка является процессом, сходным со сваркой. Она основана на том, что металлы в расплавленном состоянии способны смачивать поверхности металлических изделий и прилипать к ним.
При пайке в зазор между нагретыми соединяемыми деталями вводится расплавленный присадочный металл, называемый припоем. Припой, смачивая поверхности деталей, соединяет их после охлаждения и затвердевания. В процессе пайки происходит взаимное растворение и диффузия припоя и основного металла, что обеспечивает высокую прочность и герметичность паяного соединения. Процесс смачивания характеризуется величиной сил адгезии, возникающих между поверхностью металла и жидким припоем. Адгезия обусловлена возникновением связи за счет различных межмолекулярных сил взаимодействия.
При пайке не происходит расплавления металла соединяемых деталей, благодаря чему значительно снижается потребление и окисление металла. Для обеспечения прочности соединения поверхности очищаются от пленок оксидов и загрязнений. Для защиты металла от окисления при пайке и улучшения смачиваемости используют флюсы.
Пайку классифицируют по различным признакам: по механизму образования соединения, по виду источников энергии, по методу удаления оксидных пленок и др.
Наряду с широко известными способами нагрева паяльником используется нагрев пламенем газовой горелки, токами высокой частоты, электронным и световым лучом, а также нагрев за счет экзотермической реакции специальных смесей, наносимых вместе с припоем или флюсом.
Пайка выполняется при температурах, превышающих на 50…100°С температуру плавления припоев. В зависимости от температуры плавления и прочности применяемых припоев различают низко- и высокотемпературную пайку.
При низкотемпературной пайке применяются припои с температурой плавления до 350…400°С. Образующиеся при этом соединения имеют сравнительно невысокие значения прочности, не превышающие 50…70 МПа. Для этих целей используют в основном так называемые мягкие припои на основе олова и свинца марок ПОС30, ПОС40 и др. Цифра в марках показывает содержание олова в процентах. Температура плавления этих припоев находится в пределах 180…300°С. Если к сплавам олово-свинец добавить висмут, кадмий, индий, то можно получить припои с температурой плавления 70…150°С.
Низкотемпературные мягкие припои поставляются в виде прутков, проволоки, ленты или трубок, заполненных канифолевым флюсом. Применяют мягкие припои для пайки пищевой посуды, медицинской аппаратуры, технических приборов, радиоаппаратуры и др.
Оловянные припои с добавлением серебра, сурьмы и меди обладают высокой коррозионной стойкостью и применяются для пайки медных электропроводов и электрических схем, работающих в условиях тропиков и морских туманов.
В качестве припоев для высокотемпературной пайки, называемых иногда твердыми припоями, наиболее часто применяются чистая медь, а также сплавы на основе меди, серебра, цинка, никеля. Медь обладает хорошей смачиваемостью и жидкотекучестью и применяется для пайки углеродистых и высоколегированных сталей, различных сплавов и тугоплавких металлов. Многие серебряные припои построены на основе сплавов серебро-медь. Их используют для пайки практически всех металлов и сплавов, в том числе полупроводниковых материалов и нержавеющих сталей. Паяные этими припоями соединения обладают высокой прочностью.
Качественная пайка может быть осуществлена лишь при условии тщательной подготовки соединяемых поверхностей. Подготовительные работы в значительной степени определяют надежность соединения. Соединяемые поверхности тщательно подгоняются друг к другу. С уменьшением зазора между деталями, а, следовательно, с уменьшением толщины слоя припоя сопротивление разрушению спаянного соединения увеличивается.
Для удаления с поверхности соединяемых деталей пленок оксидов и других примесей применяются различные флюсы, без которых пайка фактически невыполнима. При пайке меди и ее сплавов применяют малоактивные канифольные флюсы, не вызывающие коррозии паяных соединений. В некоторых случаях (для пайки стали) в качестве флюса применяют хлористый цинк. Его обычно получают растворением кусочков цинка в соляной кислоте. Для высокотемпературной пайки медными и медно-цинковыми припоями в качестве флюсов применяют буру, смесь буры с борной кислотой, фтористый кальций.
Нагрев при мягкой пайке может производиться паяльниками, газовыми горелками, плавлением припоя в ваннах. Паяльники, как правило, изготовляются из брусков качественной красной меди, обладающей высокой теплопроводностью. Грани рабочей части паяльника заостряются под углом 30…40°.
Чаще всего для нагрева металла пользуются электрическим паяльником (рис.76). Температура нагрева паяльника около 400°С. Перед работой сердечник паяльника опиливается и затем облуживается (покрывается слоем олова). С этой целью паяльник погружают в хлористый цинк, затем захватывают им припой и натирают рабочей частью о кусок нашатыря. При работе таким паяльником припой хорошо удерживается и растекается ровным слоем, что обусловливает получение качественного шва.
Вопросы для самопроверки
1. Назовите основные способы сварки металлов плавлением.2. Перечислите источники энергии, применяемые при различных способах сварки плавлением.
3. Опишите основные способы сварки металлов давлением.
4. Назовите основное оборудование для поста газовой сварки. Поясните принцип газокислородной резки металлов.
5. Назовите основные виды материалов, применяемых при пайке металлов.
Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008
