2.4.2 Паяння металів.

1. Загальні відомості про паяння.

2. Способи паяння.

3. Класифікація припоїв

4. Технологія паяння.

1 Паянням металів називають процес з'єднання матеріалів в твердому стані припоями, які при температурі паяння знаходяться в розплавленому стані, змочують паяні поверхні, заповнюють зазор між ними і в результаті кристалізації утворюють паяний шов.

Утворення паяного з'єднання відбувається в результаті виникнення хімічних зв'язків в контакті основний метал – припій.

На відміну від зварки при паянні плавиться не основний метал, а припій, що має температуру плавлення нижче за температуру плавлення основного металу. Міцність з'єднання забезпечується внаслідок змочування, взаємного розчинення і дифузії припою і основного металу в зоні шва.

Щоб припій добре змочував метал деталі, необхідна певна температура і середовище, що забезпечує утворення між ними хімічного з'єднання.

Для дифузійного процесу необхідно, щоб поверхні, що спаюються, були обчищені, особливо від плівок оксидів. Крім того, основний метал і рідкий припій повинен бути захищений від окислення, тому поверхні деталей, що сполучаються, піддаються очищенню, знежиренню. Для захисту від окислення застосовують флюси.

Паяти можна деталі з вуглецевої і легованої сталей всіх марок, твердих сплавів, ковких і сірих чавунів, кольорових металів і сплавів, а також виробу з благородних металів. За допомогою паяння можна сполучати різнорідні метали і сплави, наприклад сталь з твердим сплавом.

Паяння в порівнянні із зваркою має ряд переваг: простота виконання операцій, чистота спаю, збереження розмірів і форми частин, що спаюються (оскільки вона не оплавляє основного металу), добре з'єднання різнорідних металів і сплавів.

2 Способи паяння залежно від джерел нагріву, що використовуються, приведено на рисунку 2.20.

До способів нагріву, що широко використовуються для паяння відносяться: в печах електроопору, газополум'яних печах, нагрітим блоком (паяльником періодичного нагріву, електричним паяльником), в соляних ваннах (з розплавленими солями певного складу), в розплаві припою (зануренням). Достатньо часто застосовуються також нагрів в індукційних печах, струмами високої і промислової частоти, в контактних (зварювальних) машинах, в електролітичних ваннах, газовими пальниками, паяльними лампами.

Паяння

Індукційне Зануренням Пальниками

Пічне Опором Радіаційне Паяльне

Рисунок 2.20 – Способи паяння залежно від джерел нагріву

Паяння в печах проводитися нагрівом підготовлених деталей, тобто зібраних з накладеним на місце спаю припоєм. В печах для запобігання деталей від окислення і надання флюсуючої дії створюють спеціальну газову атмосферу.

Індукційне паяння полягає в тому, що підготовлені деталі, що підлягають паянню, вводять в магнітне поле індуктора, живленого струмом високої, підвищеної або промислової частоти. Енергія, необхідна для нагріву деталей і припою до температури паяння, виділяється за рахунок індукованого струму.

Паяння опором здійснюється за рахунок теплової енергії, що виділяється при проходженні струму через паяні деталі (в машинах для контактної зварки і інших пристроях).

Паяння зануренням проводитися нагрівом паяних деталей і припою у ваннах з розплавом солей. Нагрів в соляних ваннах може бути безпосереднім або непрямим. В останньому випадку паяні деталі поміщаються в герметичний контейнер із спеціальним газовим середовищем або вакуумом. При паянні нагрівом в розплавлених припоях здійснюється повне або часткове занурення підготовлених до паяння деталей.

Радіаційний нагрів паяних деталей здійснюється могутніми кварцовими лампами, розфокусованим електронним променем або могутнім лазером.

При паянні пальниками використовують газозварні пальники, плазмові пальники побічної дії, електричну дугу побічної дії, що горить між вугільними електродами, а також паяльні лампи. Застосовується також паяння паяльником (нагрітим блоком).

3 Паяння виконують із застосуванням припоїв. Існує така класифікація припоїв.

I За ступенем розплавлення.

1. Що розплавляються.

2. Що розплавляються частково

II За температурою розплавлення.

1. Особливолегкоплавкі (до 145^оС).

2. Легкоплавкі (145-450^оС).

3. Средньоплавкие (450-1100^оС).

4. Високоплавкі (1100-1850^оС)

5. Тугоплавкі (вище 1850^оС).

III За способом утворення

1. Готові до паяння.

2. Що утворюються при паянні.

IV За основним компонентом:

1 Галієві

2 Індієві

3 Вісмутові

4 Олов'яно-свинцеві.

5 Олов'яні.

6 Кадмієві.

7 Свинцеві

8 і ін.

Виготовляються припої литими, тягнутими, катаними, пресованими, подрібненими, штампованими, у вигляді стрічок, труб, листів, дроту, прутка, багатошаровими і т.п.

Припої позначаються буквами і цифрами. Наприклад, ПОС90 містить 80-90 % олово, а буквами: П – припій, ОС – олов'яно-свинцевий. Підвищені вимоги за вмістом домішок в марках припою позначаються додаванням букви П, наприклад ПОС61-П.

Надходження припою в зазори, змочуваність кромок паяних деталей і дифузія залежать як від фізичних властивостей припою, так і від чистоти кромок. У зв'язку з цим слід проводити ретельне очищення кромок, як попередню (механічним способом або тертям), так і в процесі паяння відновленням або ошлаковуванням оксидів.

З цією метою використовують флюси, які використовуються суміші легкоплавких солей або оксидів, що мають температуру плавлення нижче за температуру плавлення припою, а іноді і гази, поновлюючі оксиди, наприклад, водень, що містять пари бору і ін.

4. Технологічний процес паяння м'яким припоєм складається з підготовки поверхні виробу для паяння і власне паяння. В процесі підготовки поверхні виробу ретельно підганяються, потім очищаються механічним шляхом від бруду, жирів і оксидних плівок і покриваються флюсом.

Флюси оберігають обчищені поверхні від окислення при нагріванні і в процесі паяння, а також покращують змочування рідким припоєм основного металу. При паянні м'яким припоєм як флюс частіше за все застосовується хлористий цинк, суміш хлористого цинку з хлористим амонієм (нашатирем) або каніфоль. Іноді застосовують також пастоподібні флюси, що містять хлористий цинк, нашатир, каніфоль, тваринний жир або касторову олію, воду.

Для здійснення паяння паяльник нагрівають до 250-300^оС, робочим кінцем занурюють у флюс, залужують припоєм і розігрівають підготовлені до паяння вироби в місцях з'єднання. Одночасно на шов наносять припій, який розплавляють паяльником і вводять в зазор, де він, охолоджуючись, утворює шов.

При паянні твердим припоєм використовують флюси, до складу яких можуть входити: бура, борна кислота, хлористий цинк, фтористий калій і інші солі лужних металів. Наприклад, при паянні нержавіючої сталі, застосовують флюс, що складається з різних частин бури і борної кислоти, замішаної на водному розчині хлористого цинку.

Для паяння твердими припоями раніше підготовлені до паяння і оброблені флюсом частини виробу нагрівають разом з припоєм до температури плавлення припою. Якнайкраще паяння цим способом виходить у вакуумі або в середовищі захисного газу.

На практиці використовують автоматизовані і механізовані методи паяння, до яких можна віднести паяння з нагрівом струмами високої частоти, паяння електричною дугою, паяння із зануренням в розплавлений припой і ін.