Специальные методы сварки и пайка. Основные способы и виды пайки

Сварка и пайка на сегодняшний день являются наиболее популярными и действенными способами соединения металлов, их сплавов. Люди, которые знают основы пайки и умеют производить монтаж каких-либо металлических изделий путем пайки, как правило, знают основы сварки, как альтернативного варианта воздействия на материал, а также его сплав. Несмотря на это сварка все же отличается от пайки. В связи с этим каждый способ достоин тщательного рассмотрения.

Сварка металлов: способы и виды

Общие сведения

Сварка представляет собой процесс получения (монтаж) неразъемного соединения путем установления межатомных связей между соединяемыми поверхностями металлов, их сплавов при общем или местном воздействии (нагреве), пластическом деформировании.

Сегодня существует достаточно много видов сварки (порядка ста). Известные виды классифицируются по физическим, технологическим, а также техническим свойствам и признакам. В зависимости от формы применяемой энергии по физическим признакам можно выделить три класса.

Термическая;
Механическая;
Термомеханическая.

Стоит отметить, что термический класс деталей представляет собой все виды соединения металлов и сплавов с применением тепловой энергии (плазменная, дуговая, газовая).

Механический класс представляет собой все виды сварки металлов, а также их сплавов, которые осуществляются посредством механической энергии (трением, холодная, ультразвуковая, а также сварка взрывом).

Термомеханический класс подразумевает под собой виды сварки металлов и сплавов, во время применения которых используется давление, а также тепловая энергия (диффузионная, а также контактная).

Классификация видов сварки производится по определенным техническим признакам:

По непрерывности процесса (прерывистая, непрерывная);
По способу защиты детали в области работы (в вакууме, в воздухе, под флюсом, в газе, в пене, с использование комбинированной защиты);
По степени механизации (механизированная, ручная, автоматическая, автоматизированная);
По характеру защиты детали в области действия дуги на поверхность твердых материалов (в контролируемой атмосфере, со струйной защитой);
По типу защитного газа (в инертных или активных газах).

Стоит обратить внимание на то, что технологические признаки сварки устанавливаются для каждого вида в отдельности. В связи с этим требуется ознакомление с наиболее популярными видами обработки, а также соответствующим оборудованием.

Дуговая сварка

Соединение металлов с применением электрической дуги позволяет добиться соединения путем плавления. Нагрев свариваемых кромок деталей производится посредством теплоты электрической дуги.

На сегодняшний день используются четыре основных вида дуговой сварки металлов:

Ручная работа может производиться двумя способами: плавящимся и неплавящимся электродом. В первом случае во время работы применяются электроды, способные плавиться под воздействием электрической энергии. Подобный метод наиболее часто применяется при ручной работе. Таким образом, происходит возбуждение электрической дуги, после чего в результате этого происходит расплавление электрода и последующее расплавление кромки материала. В результате подобного воздействия электричества возникает ванна расплавленного материала. После охлаждения ванночка превращается в шов. Во втором случае с неплавящимся электродом происходит следующее: соединяемые кромки соприкасаются, после чего между электродом (графитовым или угольным) и изделием происходит возбуждение дуги; кромки изделия, а также присадочный материал нагревают до температуры плавления, в результате чего выполняется ванночка расплавленного материала (сплав). После затвердения материал (сплав) образует сварной шов. Подобный способ может воздействовать на любой цветной металл, а также его сплав.
Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом может выполняться посредством механизации основных движений, которые выполняет сварщик во время ручной обработки металлов или при воздействии на его сплав.
В защитном газе производится с помощью неплавящегося (вольфрамового) электрода, либо посредством применения плавящегося электрода. Сварной шов образуется в первом случае за счет расплавленных кромок. Таким образом, в случае необходимости в зону дуги подается присадочный материал. Второй случай предполагает подачу в область дуги электродной проволоки, которая в дальнейшем расплавляется, тем самым принимая участие в образовании шва деталей (также может воздействовать на сплав). Защита шва от образования на ней оксидной пленки достигается не без участия струи защитного газа, вытесняющего из рабочей области воздух.
Электрошлаковая обработка металлов, а также их сплавов достигается при помощи плавления кромок соединяемого материала, а также электрода посредством тепла от электрического тока во время прохождения через шлак. Помимо всего шлак способствует защите материала от воздуха, а, соответственно, от последующего окисления.

Пайка и все, что нужно о ней знать

Пайка используется в качестве способа создания надежного соединения металлов и сплавов еще с давних времен. Металлические изделия, полученные в результате обработки, носились еще в Вавилоне, Риме, Древнем Египте, а также Греции. Безусловно, с тех пор и до нашего времени дошли лишь немногие технологические правила применения, но и данные правила сегодня далеко не всем известны. Таким образом, способы пайки следует знать каждому, кто желает или уже знает основы пайки.

Что такое пайка?

Пайка – процедура соединения материалов путем введения между паяемыми деталями припоя. Припой, выполняющий роль связующего материала, заполняет зазор между материалами, тем самым осуществляя монтаж деталей, после чего при застывании образует единый целый сплав, являющийся неразъемным соединением. Процедура позволяет воздействовать на какой-либо материал и его сплав.

Во время процедуры тиноль воздействует на металл и его сплав, производя нагрев до нужной температуры, которая выше температуры плавления основного материала. Так, припой приобретает жидкую консистенцию, после чего происходит смачивание поверхности паяемых деталей, тем самым позволяя заполнять собой зазоры между соединяемыми деталями. Далее следует растворение основного материала в тиноле, взаимная диффузия. При застывании выходит надежный монтаж двух деталей.

Чем отличается пайка то варки?

Монтаж деталей путем применения пайки по виду похож на сварочный монтаж, но суть процедуры в корне отличается от сварки. Рассмотрим отличия подробнее.

Отличия:

Основной материал во время работы не расплавляется до определенной температуры, как это происходит во .
Отсутствующее расплавление металла основы деталей позволяет соединять детали достаточно мелких размеров.
В первом случае разъединение, а также соединение деталей (монтаж/демонтаж) может производиться без ущерба для целостности материала (сплав или металл не страдает).
Процедура может воздействовать на разные металлы, сплав каждого из них, и даже на неметаллы во всяком сочетании.
Пайка уступает сварочному процессу по прочности соединений. Таким образом, монтаж деталей путем пайки, поддающихся значительным механическим нагрузкам, не всегда предпочтителен.

Виды соединения

Рассмотрим виды пайки, которые нужно знать, поскольку лужение и пайка, а также другие процессы могут производиться по-разному в зависимости от выбранного вида соединения деталей.

Виды:

Низкотемпературная . Преимущества: возможность обработки миниатюрных деталей, экономичность, простота использования.
Высокотемпературная . Преимущества: доступен монтаж деталей, подвергающихся сильным механическим нагрузкам.
Композиционная процедура воздействует на металл и сплав изделия, имеющего неравномерные или некапиллярные зазоры. Применяются композиционные припои.
Готовым припоем – наиболее популярный способ.
Реакционно-флюсовая пайка.

Вышеупомянутые методы работы сегодня уверенно применяются во многих отраслях, занимают свои ниши. В связи с этим говорить о предпочтении одного способа нецелесообразно.

Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. Наиболее распространены в промышленности пайка радиационным нагревом, экзофлюсовая, паяльниками, газопламенная, погружением, электродуговая, индукционная, электросопротивлением, пайка в печах.

Пайка радиационным нагревом. Пайку выполняют за счет 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 сторон которого 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°С. 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.

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 иногда 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°С. Ультразвуковые паяльники применяют для бесфлюсовой низкотемпературной пайки на воздухе и для пайки алюминия легкоплавкими припоями. Оксидные пленки разрушаются за счет колебаний ультразвуковой частоты. Абразивными паяльниками можно паять алюминиевые сплавы без флюса. Оксидная пленка удаляется в результате трения паяльника о металл.

Важное значение имеет сборка узлов под пайку. Сборка должна обеспечивать фиксацию взаимного положения деталей с требуемым зазором и поступление припоя в зазор. В тех случаях, когда припой заранее закладывают в соединение в виде фольги и затем нагревают узел (например, в вакуумной печи), необходимо обеспечить сжатие деталей при температуре пайки с определенным усилием. Если это усилие будет недостаточным, то получится слишком толстый шов с неудовлетворительной прочностью. Чрезмерное сжатие может повредить паяемый узел.

Для сжатия деталей при пайке применяют специальные приспособления. Необходимое усилие сжатия обеспечивается механическими зажимами или разницей между температурным расширением материала изделия и материала приспособления. Последний способ нередко является единственным, когда печная пайка осуществляется при высоких температурах.

Газопламенная пайка. При пайке нагрев осуществляется
пламенем газовой горелки. В качестве горючего газа используют смеси различных газообразных или жидких углеводородов (ацетилен, метан, пары керосина и т. д.) и водород, которые при сгорании в смеси с кислородом дают высокотемпературное пламя. При пайке крупных деталей горючие газы и жидкости применяются в смеси с кислородом, при пайке мелких деталей – в смеси с воздухом. Пайку можно выполнять как горелками специального типа, дающими широкий факел, так и нормальными, сварочными паяльными лампами.

Пайка погружением в расплавленный припой. Расплавленный припой в ванне покрывается слоем флюса. Подготовленная к пайке деталь погружается в расплавленный припой (металлическую ванну), который также является источником тепла. Для металлических ванн обычно используют медно-цинковые и серебряные припои.

Пайка погружением в расплавленную соль. Состав ванны выбирают в зависимости от температуры пайки, которая должна соответствовать рекомендуемой температуре ванны 700–800°С при работе на смеси определенного состава. Ванна состоит из хлористых натрия, калия, бария и др. Этот метод не требует применения флюсов и защитной атмосферы, так как состав ванны подбирают таким, что он вполне обеспечивает растворение оксидов, очищает паяемые поверхности и защищает их от окисления при нагреве, т. е. является флюсом.

Детали подготавливают к пайке, на шов в нужных местах укладывают припой, после чего опускают в ванну с расплавленными слоями, являющимися флюсом и источником тепла, где припой расплавляется и заполняет шов.

Электродуговая пайка. При дуговой пайке нагрев осуществляется дугой прямого действия, горящей между деталями и электродом, или дугой косвенного действия, горящей между двумя угольными электродами. При использовании дуги прямого действия обычно применяют угольный электрод (угольная дуга), реже – металлический электрод (металлическая дуга), которым служит сам стержень припоя. Угольную дугу направляют на конец стержня припоя, касающегося основного металла, так, чтобы не расплавлять кромок детали. Металлическую дугу применяют при токах, достаточных для расплавления припоя и очень незначительно оплавляющих кромки основного металла. Для пайки дугой прямого действия пригодны высокотемпературные припои, не содержащие цинка. При помощи угольной дуги косвенного действия можно выполнять процесс пайки высокотемпературными припоями всех типов. Для нагрева этим способом применяют специальную угольную горелку. Ток к электродам подается
от машины для дуговой сварки.

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

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

Пайка электросопротивлением. При этом способе пайки электрический ток низкого напряжения (4–12 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.

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.

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 высокотемпературными припоями производят с применением флюсов. При пайке в печах с контролируемой средой подлежащие пайке детали из чугуна, меди или медных сплавов собирают в узлы.

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

Обработка после пайки включает в себя удаление остатков флюса. Флюсы, частично оставшиеся после пайки на изделии, портят его внешний вид, изменяют электрическую проводимость, а некоторые вызывают коррозию. Поэтому остатки их после пайки должны быть тщательно удалены. Остатки канифоли и спиртоканифольных флюсов обычно коррозии не вызывают, но если по условиям эксплуатации изделий требуется их удалить, то изделие промывают спиртом, спиртобензиновой смесью, ацетоном. Агрессивные кислотные флюсы, содержащие соляную кислоту или ее соли, тщательно отмывают
последовательно горячей и холодной водой с помощью волосяных щеток.

Типовые паяные соединения показаны на рис. 2.1. Паяные швы отличаются от сварных по конструктивной форме и способу образования.

Тип паяного соединения выбирают с учетом эксплуатационных требований, предъявляемых к узлу, и технологичности узла в отношении пайки. Наиболее распространенным видом соединения является пайка внахлестку.

Рис. 2.1. Типовые паяные соединения

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 низкотемпературного) 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.

Пайкой можно изготавливать сложные по конфигурации узлы и целые конструкции, состоящие из нескольких деталей, за один производственный цикл (нагрев), что позволяет рассматривать пайку (в отличие от сварки) как групповой метод соединения материалов и превращает ее в высокопроизводительный технологический процесс, легко поддающийся механизации и автоматизации.

При пайке возможны следующие дефекты: смещение паяемых элементов; раковины в швах; пористость в паяном шве; флюсовые и шлаковые включения; трещины; непропай; деформации местные и общие.

Подскажите, каким методом лучше сваривать оцинкованные детали?

Миг-пайка элемента автомобиля

Для соединения оцинкованных поверхностей в последнее время рекомендуют вместо полуавтоматической сварки в среде аргона МIG-пайку. При сварке разрушенное цинковое покрытие образует с расплавленным металлом шлак, поры, раковины. Это означает пониженное качество и отсутствие цинкового покрытия в зоне сварки. Приходится отправлять детали на повторную гальваническую операцию с целью восстановления антикоррозионного покрытия, что не всегда возможно в узле.

Проблемы при сварке оцинкованного металла

Появление метода МIG-пайки позволило избежать подобных проблем. Метод МIG -пайки отличается от метода МIG-сварки только лишь видом используемой проволоки и режимом процесса.

Для МIG –пайки используется медная проволока CuSi3. Температура ее солидуса небольшая, что позволяет избежать плавления основного металла. Цинковое покрытие не испаряется, а попадая в ванну, образует на поверхности близкое к латуни химическое соединение, которое защищает сварочный шов от коррозии.

Режим сварки оцинкованных сталей

Пайка производится в защитной среде инертного газа, а результат достигается через подбор оптимального режима основного и импульсного тока, при этом переход присадки в шов происходит без короткого замыкания. В режиме импульсного тока его колебания от минимальной до пиковой величины составляют 0,25 до 25 Герц. На изделие выделяется в несколько раз меньше теплоты, а распространение термического влияния в объеме твердого тела резко ограничивается. Капля отрывается от присадочной проволоки по импульсу – как следствие весь процесс практически освобожден от разбрызгивания.
Кроме сталей с оцинковкой, процесс применяется для углеродистых, низколегированных и коррозионостойких сталей. Сваркой-пайкой доступно выполнение вертикальных швов в любом направлении (от потолка к полу и наоборот — никаких проблем) и потолочных. Скорость – до 1000 мм/мин.
С помощью МIG –пайки соединяют очень тонкие стальные листы с минимальными деформациями. Применяется метод МiG –пайки в автосервисе, в судостроении, в системах вентиляции и кондиционирования.
Еще вариант – данным способом прекрасно соединяются рамы велосипедов.

Cварка оцинковки TIG

При ТИГ-сварке, если дуга «как можно короче» шов получается выпуклой формы, что сказывается на усталостной прочности изделия, высокотемпературная пайка приводит к возникновению поводок, а MIG-пайка компенсирует недостатки и первого, и второго, обеспечивая вогнутый шов и делая возможным малое вложение теплоты в материал, при этом прочность соединения остается близкой к сварочной.

проволока медная мм купить

Технологический процесс пайки включает комплекс выполняемых операций, основными из которых являются следующие.

Подготовка поверхности под пайку. Качество подготовки поверхности под пайку во многом определяет уровень и стабильность свойств паяного соединения. Существуют следующие основные способы очистки поверхности: 1) термический (горелками, отжигом в восстановительной атмосфере, в вакууме); 2) механический (обработка режущим инструментом или абразивом, гидропескоструйная или дробеструйная галтовка); 3) химический (обезжиривание, химическое травление, электрохимическое травление, травление с ультразвуковой обработкой, комбинированное с обезжириванием и травлением).

Подготовка детали под пайку включает в себя также нанесение специальных технологических покрытий гальваническим или химическим способом, горячим лужением (погружением в расплавленный припой), с помощью ультразвука, плакированием, термовакуумным напылением. Часто сборка включает в себя нанесение припоя, укладку его в виде дозированных заготовок из проволоки или фольги. При размещении припоя необходимо учитывать условия пайки: расположение изделия в печи или другом нагревательном устройстве, режимы нагрева и охлаждения.

Нанесение флюса. Иногда при сборке деталей под пайку требуется нанести флюс. Порошкообразный флюс разводят дистиллированной водой до состояния негустой пасты и наносят шпателем или стеклянной палочкой, после чего детали подсушивают в термостате при 70–80°С в течение 30–60 мин. При газопламенной пайке флюс подают на прутке разогретого припоя, при пайке паяльником – рабочей частью паяльника или вместе с припоем, в случае применения оловянно-свинцового припоя – в виде трубок, наполненных канифолью.

Пайка (нагрев места соединения или общий нагрев собранных деталей) выполняется при температуре, превышающей температуру плавления припоя, как правило, на 50–100°С. В зависимости от температуры плавления применяемых припоев пайка подразделяется на высокотемпературную и низкотемпературную.

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, алюминиевых и 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.

3. Способы пайки

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°С. 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. При пайке нагрев осуществляется пламенем газовой горелки. В качестве горючего газа используют смеси различных газообразных или жидких углеводородов (ацетилен, метан, пары керосина и т. д.) и водород, которые при сгорании в смеси с кислородом дают высокотемпературное пламя. При пайке крупных деталей горючие газы и жидкости применяются в смеси с кислородом, при пайке мелких деталей – в смеси с воздухом. Пайку можно выполнять как горелками специального типа, дающими широкий факел, так и нормальными, сварочными паяльными лампами.

Пайка погружением в расплавленный припой. Расплавленный припой в ванне покрывается слоем флюса. Подготовленная к пайке деталь погружается в расплавленный припой (металлическую ванну), который также является источником тепла. Для металлических ванн обычно используют медно-цинковые и серебряные припои.

Пайка погружением в расплавленную соль. Состав ванны выбирают в зависимости от температуры пайки, которая должна соответствовать рекомендуемой температуре ванны 700–800°С при работе на смеси определенного состава. Ванна состоит из хлористых натрия, калия, бария и др. Этот метод не требует применения флюсов и защитной атмосферы, так как состав ванны подбирают таким, что он вполне обеспечивает растворение оксидов, очищает паяемые поверхности и защищает их от окисления при нагреве, т. е. является флюсом.

Электродуговая пайка. При дуговой пайке нагрев осуществляется дугой прямого действия, горящей между деталями и электродом, или дугой косвенного действия, горящей между двумя угольными электродами. При использовании дуги прямого действия обычно применяют угольный электрод (угольная дуга), реже – металлический электрод (металлическая дуга), которым служит сам стержень припоя. Угольную дугу направляют на конец стержня припоя, касающегося основного металла, так, чтобы не расплавлять кромок детали. Металлическую дугу применяют при токах, достаточных для расплавления припоя и очень незначительно оплавляющих кромки основного металла. Для пайки дугой прямого действия пригодны высокотемпературные припои, не содержащие цинка. При помощи угольной дуги косвенного действия можно выполнять процесс пайки высокотемпературными припоями всех типов. Для нагрева этим способом применяют специальную угольную горелку. Ток к электродам подается от машины для дуговой сварки.

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

Пайка электросопротивлением. При этом способе пайки электрический ток низкого напряжения (4–12 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.

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 высокотемпературными припоями производят с применением флюсов. При пайке в печах с контролируемой средой подлежащие пайке детали из чугуна, меди или медных сплавов собирают в узлы.

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

Обработка после пайки включает в себя удаление остатков флюса. Флюсы, частично оставшиеся после пайки на изделии, портят его внешний вид, изменяют электрическую проводимость, а некоторые вызывают коррозию. Поэтому остатки их после пайки должны быть тщательно удалены. Остатки канифоли и спиртоканифольных флюсов обычно коррозии не вызывают, но если по условиям эксплуатации изделий требуется их удалить, то изделие промывают спиртом, спиртобензиновой смесью, ацетоном. Агрессивные кислотные флюсы, содержащие соляную кислоту или ее соли, тщательно отмывают последовательно горячей и холодной водой с помощью волосяных щеток.

Рис. 2.1. Типовые паяные соединения

В узлах, работающих при значительных нагрузках, где, кроме прочности шва, необходима герметичность, детали следует соединять только внахлестку. Швы внахлестку обеспечивают прочное соединение, удобны привыполнении 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 низкотемпературного) 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.

Пайка - один из наиболее известных методов соединения металлов. Однако применявшиеся до последнего времени способы пайки вследствие низкой производительности, недостаточной надежности соединения, сложности технологического процесса и других недостатков использовали относительно редко.

В последнее время появились новые методы пайки, использующие различные виды электрического нагрева: т. в. ч., электронный луч, нагрев в термических печах, пайка с применением ультразвука и др. Эти методы нагрева в сочетании с такими защитными средами, как вакуум, инертные и восстановительные газы (водород, СО. и др.), специальные припои, не требующие флюсов, позволили значительно улучшить качество паяных изделий и повысить производительность процесса пайки.

Новые методы пайки дают возможность использовать деталь в изделиях без последующей механической обработки.

С помощью новых методов пайки можно соединять тугоплавкие металлы и металлы, обладающие особыми свойствами.

Из таких металлов могут быть изготовлены в условиях вакуума тонкостенные конструкции, подвергающиеся воздействию высоких температур. Пайка в современном состоянии удовлетворяет всем требованиям производства с точки зрения экономики, так как использование паяных соединений способствует уменьшению трудоемкости и снижению стоимости изделия.

Пайка стала одним из важнейших технологических процессов соединения металлов во многих отраслях металлообрабатывающей промышленности. Паяные соединения надежно работают в ответственных изделиях в авиационной, радиотехнической, автомобильной, приборной и других отраслях промышленности.

Пайкой называется процесс получения неразъемного соединения материалов с нагревом ниже температуры их автономного расплавления путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления их при кристаллизации шва.

Пайку металлов следует проводить при определенной температуре и в средах, обеспечивающих хорошее смачивание припоем металла и взаимную диффузию жидкого припоя и металла соединяемого изделия. При этом должны быть созданы условия для возникновения капиллярных явлений. Последние обеспечивают проникновение жидкого припоя в зазоры между соединяемыми изделиями. Припой проникает в зазоры между соединяемыми деталями, при охлаждении кристаллизуется и образует прочную связь. Нагревать изделие и расплавлять припой можно дугой, теплотой, выделяющейся в электрическом контакте, в печах сопротивления, индукционным методом, электронным лучом, газовым пламенем, погружением в соляные ванны или жидкие припои и т. п.

Пайка имеет ряд преимуществ по сравнению со сваркой . Во многих случаях при пайке расходуется меньшее количество теплоты. Пайка не вызывает существенных изменений химического состава и механических свойств основного металла. Как правило, остаточные деформации в паяных соединениях значительно меньше, чем в сварных. Поэтому возможно соблюдение точных размеров паяных конструкций без дополнительной обработки. Пайкой соединяются углеродистые и легированные стали, чугун, цветные металлы и сплавы, благородные металлы и т. д., а также разнородные материалы. Процесс пайки легко механизируется и автоматизируется.

Большинство способов пайки осуществляют с применением различных припоев и лишь в тех случаях, когда в процессе пайки между металлами могут образоваться легкоплавкие эвтектики, пайка возможна без специального припоя.

К припоям предъявляют ряд требований общего характера. Припой должен хорошо растекаться по поверхности основного металла, смачивать и растворять его, легко заполнять зазоры между деталями, обеспечивать необходимую прочность соединения и т. п.

Припои применяют в виде лент, паст, прутьев. Особенно распространены припои в виде проволочных контуров и прокладок из фольги, штампуемых в соответствии с поверхностью соединяемых частей.

Широкое применение в качестве припоев получили высокотемпературные припои - сплавы на основе серебра, алюминия, меди и др., обладающие, как правило, температурой плавления выше 450-500° С (723-773 К). Медно-цинковые припои ПМЦ 36, ПМЦ 48, ПМЦ 54 имеют предел прочности σ в = 21 35 кгс/мм 2 (206,0 - 343,2 МН/м 2), относительное удлинение до 26%, рекомендуются для пайки изделий из меди, томпака, латуни, бронзы. Серебряные припои имеют температуру плавления 740-830° С (413-1103 К). Согласно ГОСТ 8190-56 марки припоев разделяют в зависимости от содержания в сплавах серебра, которое изменяется в пределах от 10 (ПСр 10) до 72% (ПСр 72). В них также содержатся цинк, медь и в небольшом количестве свинец. Эти припои применяют для пайки тонких деталей, соединения медных проводов и в случаях, когда место спая не должно резко уменьшать электропроводность стыковых соединений.

Низкотемпературные припои имеют температуру плавления ниже 450-400° С (723-673 К). Они обладают небольшой прочностью. Их применяют для пайки почти всех металлов и сплавов в разных их сочетаниях. В большинстве случаев низкотемпературные припои содержат значительный процент олова.

Низкотемпературные оловянно-свинцовые припои (ГОСТ 1499-70) имеют верхнюю критическую точку плавления 209-327° С (482-600 К). Олово имеет точку плавления 232° С (505 К). Его предел прочности при растяжении 1,9 кгс/мм 2 (18,6 МН/м 2), относительное удлинение 49%, НВ 6,2 кгс/мм 2 (60,8 МН/м 2). Оловянно-свинцовые припои ПОС-90, ПОС-61, ПОС-40 и др. применяют при пайке медных аппаратов, авиационных радиаторов, изделий из латуни и железа, медных проводов и т. д.

Образование качественного паяного соединения в значительной степени зависит от возможности наиболее полного удаления с поверхности металла окисных, адсорбированных газовых и жидких пленок. В практике пайки для удаления поверхностных пленок применяют различного рода флюсы, восстановительную атмосферу или вакуум. В последнее время для этой цели успешно используют механическое разрушение пленок с помощью ультразвуковых упругих колебаний.

Флюсы при пайке имеют несколько назначений. Они защищают основной металл и припой от окисления, растворяют или восстанавливают образовавшиеся окислы, улучшают смачивание поверхностей, способствуют растеканию припоев. Флюсы можно применять в твердом, жидком и газообразном виде (в виде порошков, паст, растворов газов). Роль флюса выполняют некоторые специальные газовые атмосферы и вакуум, которые также могут способствовать восстановлению окислов и улучшению условий смачивания. Флюсующее действие оказывают в некоторых случаях отдельные составляющие, входящие в состав припоев. Например, фосфористые припои не требуют флюсов при пайке медных сплавов.

Пайку можно вести при общем или местном нагреве конструкции. При общем нагреве изделие помещают в печь или погружают в соляную или металлическую ванну. В этих условиях изделие прогревается равномерно. Такой процесс целесообразен для пайки изделий относительно небольших размеров. При местном нагреве подогревают лишь часть конструкции в зоне спая.

Пайка при помощи паяльника. Наиболее известный и широко используемый метод пайки низкотемпературными припоями - пайка паяльниками. В усовершенствованных конструкциях паяльников обеспечивается механизированная подача припоя и его дозировка.

Пайка газовым пламенем. Газовым пламенем паяют вручную и механизированным способом. Источником нагрева служит пламя обычных горелок с применением в качестве горючего относительно невысококалорийного газа, например пропана. Газовое пламя лишь частично предохраняет место спая от окисления, поэтому рекомендуется применение флюсов и паст.

В некоторых случаях флюсы подаются в газообразном состоянии непосредственно в пламя. При газовой пайке возможно применение высокотемпературных и легкоплавких припоев.

Для крупных деталей иногда применяют процесс пайки, называемый «сварка бронзой». В этом случае припоем служат латунные стержни, изделие нагревают кислородно-ацетиленовой горелкой. Сначала ею подогревают кромки, насыпают флюс, облуживают их тонким слоем припоя, а затем заполняют припоем весь объем разделки. Сварку бронзой используют при ремонте чугунных и стальных деталей.