5.5. Подготовительные работы перед фальцовкой тонколистового металла

Чтобы произвести качественную фальцовку, необходимо обла­дать определенными знаниями в области гибки заготовок из листового проката.

Известно, что изгиб сопровождается появле­нием нормальных и касательных напряжений, а пластическая деформация — упругой.

Определение первоначальных размеров сгибаемых заготовок сводится к вычислению (помимо прямых участков) длины в пре­делах закруглений:

где R – радиус гибки;

- толщина заготовки;

- угол гибки.

Обычно пользуются табл. 1, в которой приведены значения

0,01744 (R+ ). Найденную величину умножают на угол гибки и полученное произведение прибавляют к длинам сторон до начала загиба.

Минимальные радиусы гибки листового проката зависят от материала. Так, для листовой меди и латуни толщиной до 1,5 мм минимальный радиус равен толщине листа; для листовой стали толщиной 0,3 мм – 0,5 мм, а толщиной 0,5... 1,5 мм — в 1,2 раза больше толщины; для листового дюралюминия Д16М — в 3 раза больше толщины листа.

Между толщиной листа и шириной L фальца опытом также установлена зависимость. Например, для листовой стали толщи­ной 0,5 мм ширину фальца для одинарного лежачего шва следует делать 5 ... 8 мм, при толщине 1 мм—10 мм, т. е. ширина отгибае­мой кромки в 10—12 раз больше толщины листа. Пользуясь эти­ми данными, подсчитывают ширину фальцевого шва:

К этой величине можно добавить еще 2 мм на подсечку шва с обеих сторон.

5.6. Инструмент применяемый для фальцовки

Гибку кромок, осаживание и подсечку фальцевых швов выполняют киянками, кровельными ручниками массой 0,4... 0,6 кг. Подсекают, используя также и фальцмейсели — оправки. В некоторых мастерских встречаются фальцезакаточные и другие станки.

Размечают большое количество одинаковых фальцев очерткой — плоским шаблоном, прочерчивающим риску на определен­ном расстоянии от кромки листового проката. Параллельность изгибаемых кромок контролируют прочищалкой, а выравнивают фальцеправкой. Применяют их только при изготовлении двойных лежачих швов.

5.7 Паяние и лужение металлов

Среди способов получения неразъемных соединений металли­ческих деталей машин, аппаратов, приборов и других изделий широко используют паяние и сварку металлов. Эти процессы имеют общие физические основы. Несмотря на колоссальные успехи сварки, нельзя представить себе такие важные отрасли промышленности, как приборостроение, электроника, ракето­строение, без применения паяния.

Паянием называется соединение кромок металлических пат­рубков или свертываемых листов, проводов, металлических де­талей и их отломавшихся частей при помощи расплавляемых специальных сплавов — припоев.

При паянии образуется неразъемное соединение металличе­ских, остающихся в твердом состоянии, поверхностей и припоя, заполняющего в расплавленном состоянии зазор между ними, а затем затвердевающего при охлаждении и кристаллизации.

Паяние имеет следующие преимущества: соединяемые части нагреваются в процессе паяния незначительно, их материал не расплавляется, сохраняет свою структуру, химический состав и механические свойства; деформации ничтожны, герметичность соединения достаточно высока, и внутренние напряжения от па­яния практически не возникают. Паяние незаменимо при соеди­нении деталей, металл которых при высокой температуре, свой­ственной сварке, претерпевает структурные изменения, резко ухудшающие его свойства (например, ковкого чугуна, недораскисленной меди).

Однако хороший результат возможен только при выполнении требований, перечисленных ниже.

Расплавленный припой должен хорошо смачивать соединяе­мые неразмягчаемые поверхности металла, диффундировать в него и образовывать, застывая, твердые растворы с материалом деталей. Для этого перед нанесением припоя соединяемые по­верхности очищают от грязи, жиров, окислов и подгоняют. Этим, а также применением защитных флюсов обеспечивают достаточ­ный контакт жидкого припоя и твердых соединяемых металличе­ских поверхностей, сближение и сцепление максимально возмож­ного количества их атомов.

Место спая называют швом, конструкция которого зависит от типа паяных соединений. Наиболее распространено паяние внахлестку, взамок (при помощи фальцев) и встык (простой и с косым срезом кромок).

Процессы паяния классифицируют по видам припоя и спосо­бам нагрева. Паять можно мягкими и твердыми припоями.

Паяние мягкими припоями характерно низкой температурой процесса. Такой припой плавится при температуре, не превыша­ющей 300° С. Это определяет применяемый инструмент и техно­логический процесс паяния.

Мягкие припои состоят из сплава легкоплавких металлов: олова, свинца, сурьмы, висмута и некоторых других. Согласно ГОСТу 1499—70 оловянно-свинцовые припои бессурьмянистые изготовляют следующих марок: ПОС 90, ПОС 61, ПОС 50, ПОС 40, ПОС 10, ПОС 61М (обозначение марки расшифровы­вают так: припой оловянно-свинцовый бессурьмянистый с содер­жанием олова 90, 61% и т. д.). Температура начала плавления 183° С, конца — от 222 (для ПОС 90) до 290° С (для ПОС 10). Припоем с максимальным содержанием олова пропаивают швы медицинской аппаратуры и пищевой посуды. Наиболее употре­бительный припой ПОС 40. Предел прочности у него а₃ = 49... 68,6 Мн/м² (5 ... 7 кгс/мм²).

Широко используют и мягкий припой ПОС Су 4-6 (оловянно-свинцово-сурьмянистый (в котором около 4% олова и 6% сурьмы), а также висмутовые и кадмиевые припои. Небольшая добавка сурьмы улучшает механические свойства ПОС всех мерок.

Следует отметить низкую температуру плавления висмутовых и кадмиевых припоев. Распространенные висмутовые припои содержат: олова 9,6... 11,5%, свинца 34... 45,1%, висмута 45,3... 54,5%, плавятся при температуре 79... 95° С. Темпера­тура плавления кадмиевых припоев, содержащих дополнительно 10... 12% кадмия, составляет 60... 70° С. Применяют их когда недопустимы температуры выше 70... 100° С.

Припои поставляют в виде прутков, проволоки, ленты, чушек и порошка. В учебных мастерских часто используют третник — самодельный припой, состоящий из сплава ²/₃ свинца и ¹/₃ олова (по массе). Для изготовления третника используют чугунную сковородку или стальной ковш, в которых после нагрева на дре­весных углях под вытяжным зонтом или на открытом воздухе расплавляют олово и постепенно добавляют свинец. Во избежа­ние выгорания металла его поверхность посыпают толченым дре­весным (лучше березовым) углем слоем 10... 18 мм. После рас­плавления свинца сплав перемешивают и выливают в слегка наклоненный жестяной желоб, угольник или в канавку деревян­ной доски, и припой застывает в виде прутка.

Важную роль в паянии играют флюсы, которые должны улучшать смачивание металла припоем и затекание последнего в зазоры между соединяемыми поверхностями, способствовать приплавлению припоя к твердому металлу, удалять окислы и грязь.

При паянии мягкими припоями в качестве флюсов исполь­зуют: нашатырь (хлористый аммоний), водный раствор хлори­стого цинка (ГОСТ 7345—68), раствор нашатыря в воде с до­бавкой хлористого цинка, канифоль, реже соляную и фосфорную кислоты.

Соляную кислоту обычно употребляют разбавленной и трав­леной, получая хлористый цинк. Для этого соляную кислоту раз­бавляют водой (осторожно вливая соляную кислоту в равное ко­личество воды, но не наоборот), затем бросают в разбавленную кислоту небольшие кусочки, цинка до тех пор, пока не прекратит­ся выделение водорода и раствор не станет прозрачным. Полу­ченная травленая кислота хуже раствора по ГОСТу 7345—68, так как содержит некоторые вредные примеси, снижающие качество шва, но применять ее можно.

Приготовлять травленую соляную кислоту следует в вытяж­ном шкафу. Глаза должны быть защищены очками, руки — пер­чатками. Готовую жидкость, в которую добавляют (как антикор­розийное средство) несколько капель нашатырного спирта, гер­метически закупоривают в стеклянной посуде.

В качестве флюса используют, и паяльную пасту, приготов­ленную из хлористого цинка или хлористого аммония и крахма­ла. Для этого крахмал растворяют в воде и кипятят до получения клейстера. Охлажденный клейстер добавляют в водный раствор хлористого цинка и тщательно перемешивают до получения киселеобразной пасты. Такая паста позволяет снизить требования к тщательности механической очистки спаиваемых поверхностей.

Канифоль применяют для паяния главным образом медных проводов и мелких луженых деталей. Объясняется это тем, что канифоль хотя и не растворяет окислов, ранее образовавшихся на металле, но предохраняет его от окисления, а остатки канифо­ли в паяном шве не вызывают коррозии.

При паянии свинца (например, оболочки кабеля) в качестве флюса используют стеарин, иногда паяльный жир, состоящий из стеарина, канифоли и нашатыря.

Нагревают и расплавляют мягкие припои преимущественно паяльниками. Однако применяют и паяние путем погружения со­единяемых поверхностей изделий в расплавленный припой, и паяние газовым пламенем (например, от свечи), эжектируемым воздухом, вдуваемым паяльщиком через изогнутую трубку с утоненным концом, называемую февкой (последний способ осо­бенно удобен при соединении мелких деталей при помощи вис­мутовых и кадмиевых припоев, плавящихся при температуре 60...80°С).

Паяльники бывают периодически нагреваемые и с постоян­ным источником теплоты.

Периодически нагреваемые паяльники состоят из рабочей части , стержня и рукоятки.

Материалом рабочей части служит красная медь в виде брус­ка с клиновидным окончанием (жалом), имеющим угол заостре­ния 30 ... 40°. Противоположная тупая часть называется обушком. Масса рабочей части 0,2 ... 0,6 кг. Выбор красной меди обуслов­лен назначением паяльника: получить теплоту от нагревателя и отдать ее в местах соединения, взять и перенести припой к шву. В соответствии с этим рабочая часть должна обладать высокой теплоемкостью и значительной теплопроводностью. По величине коэффициента теплопроводности красная медь уступает только серебру, а по теплоемкости — алюминию, но коэффициент у последнего почти вдвое меньше.

Стержень паяльника обычно стальной, а рукоятка деревян­ная. По взаимному расположению стержня и рабочей части паяльники делятся на угловые (молотковые) и прямые (торцовые). Их можно нагревать в специальных горнах, на газо­вой плите, керогазе, жаровне, паяльной лампой, а малые паяль­ники — на электроплитке. Нагрев начинают с незаостренной части. Молотковым паяльником удобно паять в открытых мес­тах, торцовым — в углубленных.

Из паяльников с постоянным источником теплоты наиболее известны электрические. Применяют газовые, бензиновые и ульт­развуковые паяльники.

Электрические паяльники (электропаяльники) также делят на прямые и угловые. В них стержень из красной меди окружен нагревательным элементом, в кото­ром нихромовая проволока намотана на трубчатый изолятор. Электрические паяльники бытовые согласно ГОСТу 7219 — 69 изготовляют мощностью 35, 50, 65, 90 и 120 вт.

Ультразвуковой паяльник, явля­ющийся разновидностью электрического, получает сейчас рас­пространение, его можно изготовить в учебных мастерских. Рабо­чую часть этого паяльника прикрепляют к магнитострикционному излучателю ультразвуковых колебаний, состоящему из никелевых пластин и окруженному обмоткой, питающейся от генератора ультразвуковой (20 ... 30 кгц) частоты; спираль служит нагревателем рабочей части. Эффект магнитострикции (изменение размеров при намагничивании) вызывает ультразву­ковые колебания и в расплавляемом припое. Следствием этого является кавитация (нарушение сплошности расплавленного металла — пузырьки), разрушение пленки окислов и улучшение смачивания основного металла припоем.

По правилам техники безопасности напряжение питающего тока в учебных мастерских не должно превышать 36 в. Покупные паяльники, рассчитанные на 127... 220 в, следует переоборудо­вать. Работа электрическим паяльником производительнее и обеспечивает лучшее качество соединения, так как нагреваются спаиваемые места равномерно при постоянной температуре.

Паяние включает: а) выбор типа соединения; б) подготовку к паянию; в) выбор припоя и флюса; г) непосредственно паяние; д) обработку после паяния; е) контроль качества и испытание (при необходимости) соединения.

Выбор типа соединения определяется характером изделия. Так, мерные кружки и другие цилиндрические сосуды, воронки из тонкой жести имеют соединение взамок (с одинар­ным фальцевым швом), а иногда и шов внахлестку. В последнем случае края деталей накладывают друг на друга с напуском 2...5 мм. Когда нежелательно удваивать толщину металла паяно­го изделия, применяют стыковое соединение. Но из-за непроч­ности его используют редко (например, при соединении одно­жильных проводов, а также деталей под углом).

В подготовку изделия входит подгонка, очистка от гря­зи и жира соединяемых поверхностей и сборка для паяния.

Очищают напильниками, металлическими щетками, иногда шаберами, с последующей промывкой бензином или ацетоном. Шлифовальную шкурку применять нельзя, так как поверхность засаливается клеем Вместо промывки бензином можно обдуть воздухом. Необходимо учитывать, что припой лучше заполняет шероховатые поверхности, способствующие растеканию жидкого металла.

Выбор припоя и флюса обусловлены назначением соединяемых деталей и металлом, из которого они выполнены. Так, при паянии стальных, медных и латунных изделий допуска­ется использование всех перечисленных оловянно-свинцовых припоев с учетом их особенностей. В качестве флюса удобнее всего использовать хлористый цинк, а для проводов — канифоль. При паянии алюминия и его сплавов применяют смеси, состоя­щие из хлористого цинка, хлористого аммония и фтористого натрия.

Техника паяния. У паяльника перед нагревом необхо­димо напильником зачистить до блеска грани клина рабочей части. Клин обслуживают — покрывают тонким слоем припоя. Для этого паяльник нагревают до появления слабой сине-зеле­ной окраски (температура 300 ... 400° С). Контролируют нагрев прикосновением к нашатырю (последний должен зашипеть и дымить). Паяльник обтирают тряпочкой, смоченной в растворе хлористого цинка. Затем клин прижимают к прутку или ленте припоя до начала плавления и куском нашатыря растирают по граням клина тонким слоем захваченные капельки припоя (при отсутствии нашатыря можно использовать камень хлористого натрия — каменную поваренную соль, как это рекомендуется в детском паяльном наборе).

Собственно паяние начинается с нанесения кисточкой флюса на соединяемые поверхности. Потом к ним прикладывают нагре­тый облуженный паяльник. По мере нагрева соединяемых по­верхностей припой начинает стекать с паяльника, который сле­дует перемещать вдоль будущего шва. Если шов длинный, рядом с жалом паяльника можно помещать конец прутка припоя для непрерывного снабжения им мест паяния (делать надо акку­ратно, так как лишний припой сделает шов слишком толстым и непрочным).

Прекращают двигать паяльник сразу после заполнения шва ровным тонким слоем припоя.

После паяния шов промывают теплой водой.

Лужение. При лужении изделия из стали, меди и некоторых других металлов и сплавов покрывают тонкой пленкой олова или его сплавов со свинцом, сурьмой, кадмием.

Лудят при изготовлении белой жести (используемой в пище­вой промышленности), вулканизации оплетки медных проводов, перед заливкой вкладышей подшипников баббитом, для защиты изделий от коррозии, чтобы повысить качество паяния и для при­дания красивого внешнего вида.

Наиболее просто лудить, например, отвертки и другой инст­румент с целью предотвратить коррозию. Для этого стальной стержень отвертки механически очищают, смазывают травленой соляной кислотой и паяльником наносят припой, который расти­рают быстрым движением тряпочки, слегка смоченной в травле­ной соляной кислоте.

Лудить можно и горячим способом — погружением детали (изделия) в расплавленное олово, а также гальваностегическим способом — погружением детали в растворы, содержащие олово.