Глава 4

СОЕДИНЕНИЕ ПАЙКОЙ И СКЛЕИВАНИЕМ

§ 4.1. Общие сведения, оценка и применение

Соединения пайкой и склеиванием применяли значительно раньше сварных. Известны примеры применения пайки

3. .5 тыс. лет назад.

І

Рис 4 1

'ШШЗш

По конструкции паяные и клеевые соединения подобны сварным (рис. 4.1). В отличие от сварки пайка и склеивание позволяют соединять детали не только из однородных, но и неоднородных материалов, например: сталь с алюминием; металлы со стеклом, графитом, фарфором; керамика с по­лупроводниками; пластмассы; дерево, резина и пр.

При пайке и склеивании кромки деталей не расплавляются, что позволяет более точно выдерживать их размеры , и форму, а также производить повторные ремонтные соединения. По прочности паяные и клееные соединения уступают сварным в тех случаях, когда материал деталей обладает достаточно хорошей свариваемостью. Исключение составляют соединения тонкостенных элементов типа оболочек, когда имеется опас­ность прожога деталей при сварке.

Применение пайки и склеивания в машиностроении воз­растает в связи с широким внедрением новых конструкционных материалов (например, пластмасс) и высокопрочных легирован­ных сталей, многие из которых плохо свариваются. Примерами применения пайки в машиностроении могут служить радиаторы автомобилей и тракторов, камеры сгорания жидкостных ре­активных двигателей, лопатки турбин, топливные и масляные трубопроводы и др. В самолетостроении наблюдается тенден­ция перехода от клепаной алюминиевой обшивки к обшивке из тонких стальных листов с сотовым промежуточным запол­нением. Эту обшивку изготовляют в виде панелей, паянных в термических печах (рис. 4.2).

Рис. 4.2

Пайка и склеивание являются одним из основных видов соединения в приборостроении, в том числе в радиоэлектро­нике, где они являются преимущественно связующими, а не силовыми соединениями.

Процессы пайки и склеивания сравнительно легко поддаются механизации и автоматизации. Во многих случаях применение пайки и склеивания приводит к значительному повышению производительности труда, снижению м^ссы и стоимости конструкций.

Эффективность применения паяных и клеевых соединений, их прочность и другие качественные характеристики в зна­чительной степени определяются качеством технологического процесса: правильным подбором типа припоя или клея,

температурным режимом, очисткой поверхностей стыка, их защитой от окисления и пр. Этим вопросам посвящены специальные курсы [21] и главы курса «Технология конструкцион­ных материалов».

§ 4.2. Соединение пайкой

Примеры конструкции изображены на рис. 4.1 и 4.2. Соединение образуется в результате химических связей матери­ала деталей и присадочного материала, называемого припоем. Температура плавления припоя (например, олова) ниже тем­пературы плавления материала деталей, поэтому в процессе пайки детали остаются твердыми. При пайке расплавленный припой растекается по нагретым поверхностям стыка деталей. Поверхности деталей обезжиривают, очищают от окислов и прочих посторонних частиц. Без этого нельзя обеспечить хорошую смачиваемость поверхностей припоем и заполнение зазора в стыке.

Размер зазора в стыке деталей в значительной мере определяет прочность соединения. Уменьшение зазора до некоторого предела увеличивает прочность. Это связано, во- первых, с тем, что при малых зазорах проявляется эффект капиллярного течения, способствующий заполнению зазора расплавленным припоем; во-вторых, диффузионный процесс и процесс растворения материалов деталей и припоя может распространяться на всю толщу паяного шва (диффузионный слой и слой раствора прочнее самого припоя). Чрезмерно малые зазоры препятствуют течению припоя. Размер оп­тимального зазора зависит от типа припоя и материала деталей. Для пайки стальных деталей тугоплавкими припоями (серебряными или медными) приближенно рекомендуют зазор 0,03...0,15 мм, при легкоплавких припоях (оловянных) — 0,05...0,2 мм.

Необходимость малых и равномерно распределенных за­зоров является одним из недостатков пайки, ограничивающим ее применение, в особенности для крупногабаритных конст­рукций. По сравнению со сваркой пайка требует более точной механической обработки и сборки деталей перед пайкой. Примеры сборки деталей перед пайкой показаны на рис.

д)

Т77УГ»А

Т&727/Ж

43

ж)

Припой \

;г^Ч

Рис. 4.3

3. а...ж. Для фиксации относительного положения деталей нередко используют специальные приспособления, большие плоские стыки прихватывают точечной сваркой (рис.

3. а) и т. п.

Нагрев припоя и деталей при пайке осуществляют паяль­ником, газовой горелкой, т. в. ч., в термических печах, погруже­нием в ванну с расплавленным припоем и пр. При пайке т. в. ч. или в термической печи припой укладывают в процессе сборки деталей в месте шва в виде проволочных контуров (рис. 4.3, б, е, ж), фольговых прокладок, лент, мелкой дроби (рис. 4.3, в) или паст в смеси с флюсом.

Для уменьшения вредного влияния окисления поверхностей деталей применяют специальные флюсы (на основе буры, хлористого цинка, канифоли); паяют в среде нейтральных газов (аргона) или в вакууме.

В качестве припоев применяют как чистые металлы, так и сплавы. Чаще других применяют сплЪвы на основе олова, меди, серебра. Примеры характеристик некоторых припоев приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Припой	Температура плавления, С	МПа	Относительное удлинение, %
Оловянно-свинцовый ПОССу 40-2.	230	45	48
Медно-цинковый ПМЦ54	860	350	20
Серебряно-медный ПСр45,	720	400	25

Расчет прочности паяных соединений аналогичен расчету сварных. Например, для стыковых соединений (рис. 4.4, а)

(4.1)

ст = ^/(86)<[а'],

д) для нахлесточных со-

⁷ единений (рис. 4.4, б)

т = /7(й/К|У], (4.2)

где [а'] и [т'] — до­пускаемые напряже­ния в паяном шве.

Аналогично мож­но записать расчет­ные напряжения для других конструкций соединений.

При соединении стальных деталей прочность материала деталей обычно больше прочности материала шва. В подобных случаях условие равнопрочности можно обеспечить только для нахлесточных соединений. Значение нахлестки по условию равнопрочности (рис. 4.4, б)

(4.3)

Рис 4 4

а)

/=[ст]5/[У],

где [а] — допускаемое напряжение для материала деталей.

Общих рекомендаций по допускаемым напряжениям для паяных соединений не выработано. Частный пример, харак­теризующий прочность соединений, паянных серебряным припо­ем ПСр45 [21], следующий:

Сталь

СтЗ

350...400

Сталь

30ХГСА

540. 400

Сталь 45

Сталь

Х18Н9Т

180...260

Медь

450...500

250

Материал деталей Прочность на срез, МПа