Вопрос 1. Пайка металлов, её общая характеристика и физическая сущность

Пайка — это технологический процесс соединения металлических деталей посредством присадочного материала (металла или сплава), основанный на диффузионном взаимодействии материалов соединяемых деталей и присадочного материала. Присадочный материал называется припоем.

В процессе диффузионного взаимодействия (сцепления паяного шва с материалом соединяемых деталей) образуются химические соединения или твёрдые растворы.

По конструктивным особенностям паяные соединения подобны сварным и клеевым. Данные соединения нашли широкое применение в приборостроении. В машиностроении примерами применения паяных соединений могут служить радиаторы автомобилей и тракторов, тонкостенные трубопроводы и прочие конструкции.

В отличие от сварки пайка позволяет соединять как детали из однородных, так и из разнородных материалов. Примером этому может быть соединение стальной и алюминиевой детали. Кроме того, имеется возможность паять детали с тонкостенными элементами, где применение сварки недопустимо из-за опасности пережога и коробления.

Технология пайки состоит в следующем. Перед пайкой спаиваемые поверхности деталей обезжиривают и очищают от окислов. Для предохранения паяных поверхностей деталей от окислов, образующихся при пайке, используют флюсы (канифоль, бура, хлористый цинк).

После подготовки соединяемых деталей к пайке и последующей сборки их обычно подогревают до температуры плавления припоя и в зазоры между ними вводят расплавленный припой, который после охлаждения соединяет детали. Для получения качественного паяного соединения температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления металлов соединяемых деталей.

Так как пайка осуществляется при температуре значительно более низкой, чем при сварке плавлением, то паяные детали по сравнению со сварными менее подвержены короблению и создаются условия, благоприятствующие пайке тонкостенных деталей, отличающихся по толщине, а также получению конструкций сложной формы. Однако, по сравнению со сварными соединениями паяные менее прочны.

При изготовлении паяных соединений различают два вида припоев — легкоплавкие и тугоплавкие.

Легкоплавкие (мягкие) припои плавятся при температуре до 350ºC. К ним относятся свинцовые и оловянно-свинцовые сплавы.

Тугоплавкие (твёрдые) припои плавятся при температуре более 600ºC. К ним относятся медно-цинковые и серебряно-медные сплавы.

Паяные швы из мягких припоев малопрочные, поэтому мягкие припои применяют для соединения ненагруженных, малонагруженных, не подверженных действию ударных нагрузок и вибраций деталей. Из-за низкой температуры плавления мягкие припои не рекомендуется применять в соединениях, работающих при температуре более 100ºC. Мягкие припои нашли широкое распространение в приборостроении.

Твёрдые припои применяют для соединений, несущих нагрузки. При статических нагрузках применяют припои на медной основе, а для соединений, воспринимающих ударные нагрузки, — припои на серебряной основе.

Расчёт на прочность паяных соединений осуществляют по соответствующим формулам сопротивления материалов, как и для однотипных сварных и клеевых соединений. Допускаемое напряжение на срез можно принимать для швов из оловянно-свинцовых припоев [τ_с] = 20 ÷30 МПа; из медно-цинковых припоев [τ_с] = 175 ÷ 230 МПа.