16 Пайка металлов и сплавов

16.1 Сущность и схема процесса

Пайка – это соединение металлических заготовок без расплавления с помощью присадочного сплава (припоя), имеющего температуру плавления ниже основного металла. Расплавляясь, припой заполняет зазор между заготовками, при охлаждении он кристаллизуется и обеспечивает прочную связь между ними.

Качество паяного соединения определяется чистотой поверхностей соединяемых заготовок, поэтому их предварительно очищают, обезжиривают и удаляют оксиды. При пайке обеспечивается межатомная связь между припоем и основным металлом.

По технологическому признаку пайку разделяют на капиллярную, диффузионную, контактно-реактивную, реактивно-флюсовую и пайку-сварку. Чаще всего применят первую и последнюю разновидности пайки.

На рис. 16.1 показаны сборка перед пайкой (а), паяное соединение (б), растекший и закристаллизовавшийся припой 1.

Два типа паяных соединений – внахлестку и стыковое – являются основными, остальные представляют комбинации основных.

Стыковое соединение применяется при изготовлении не ответственных паяных соединений, внахлестку – в случаях более жестких требований по несущей способности и герметичности.

К паяным соединениям также могут быть предъявлены требования по коррозионной стойкости, электропроводности и т. п.

16.2. Способы пайки

В основу классификации способов пайки положены используемые источники нагрева.

Хорошее качество паяных изделий и высокую производительность труда обеспечивает пайка в печах. Припой помещают в шов собираемого изделия, на место пайки наносят флюс, после чего собранное изделие помещают в печь. Расплавляясь, припой заполняет зазоры, процесс длится несколько часов.

Значительно быстрее протекает процесс индукционной пайки, при котором с помощью индуктора разогревают место пайки. В этом случае также нужен флюс или защитная атмосфера.

Нагрев паяемых деталей можно провести, используя контактную сварочную машину.

Можно провести пайку погружением деталей в расплавленные соли или припой. В последнем случае паяют, как правило, детали сложной формы из сталей, медных и алюминиевых сплавов.

Радиационный нагрев при пайке обеспечивается применением кварцевых ламп, электронного или лазерного луча.

При экзофлюсовой пайке нержавеющих сталей на место пайки тонким слоем наносят флюс и припой. После предварительного соединения элементов на противоположные стороны их в виде пасты или брикетов укладывают экзотермическую смесь, поджигаемую в дальнейшем в специальной печи. Происходит разогрев металла, расплавление припоя, пайка.

Паяемые элементы и припои можно разогревать также с помощью газосварочных или газопламенных горелок.

Наконец, пайка может проводиться с помощью паяльников.

К твердым припоям относят сплавы на основе меди, серебра, алюминия, магния или никеля. Этими припоями паяют медь, латунь, бронзы, стали, чугуны и другие сплавы. Твердые припои обеспечивают прочность швов до 700 МПа. При пайке твердыми припоями поверхности подгоняются друг к другу, очищаются механическим путем от грязи, жиров и оксидных пленок. Очищенные поверхности покрываются флюсами. Флюсы предохраняют их от окисления при нагреве и при пайке, а также улучшают смачиваемость жидким припоем металла. Затем предварительно собранное изделие нагревают вместе с припоем до температуры плавления последнего.

Мягкие припои обеспечивают меньшую прочность швов – до 100 МПа. Сплавы на основе олова, свинца, кадмия, висмута или цинка представляют собой мягкие припои. Мягкие припои легко обрабатываются напильниками.

Там, где допускается прочность шва ниже, чем у сварного, следует применять пайку. Она позволяет при малых затратах восстанавливать и изготовлять новые изделия, исправлять дефекты литья, соединять разнородные материалы.