2. Методы пайки

2.1. Характерные особенности и сущность процесса пайки

Пайкой называется процесс соединения металлических деталей в конструктивный узел путём нагрева и введения в зазор между ними расплавленного металла (припоя), имеющего более низкую температуру плавления, чем соединяемые металлы.

В зависимости от температуры плавления и прочности применяемых припоев пайка разделяется на мягкую и твёрдую.

При мягкой пайке используют сравнительно легкоплавкие припои с температурой плавления не выше 300 С, которые обеспечивают получение паянных швов с пределами прочности (3…10) кг/мм².

При твёрдой пайке применяются припои с температурами плавления выше (300…400) С; прочность паяных соединений в этом случае достигает (30…50) кг/мм².

Общими для процессов пайки чёрных и цветных металлов является обязательное выполнение следующих условий, которые предопределяют возможность пайки и её качество:

1. Очистка поверхности детали от пыли, жира, краски и выбора флюса, обеспечивающего активное растворение окисной плёнки на поверхности основного металла и припоя. Окисная плёнка является главным препятствием пайке, а её свойства, толщина и скорость образования неодинаковы для различных металлов.

2. Выбор состава припоя способного смачивать и растворять твердый металл паяемых деталей с образованием оптимального внутреннего строения паяного шва.

3. Обеспечение между соединяемыми поверхностями гарантийных зазоров, величина которых не противоречит известным законам течения жидкостей по капиллярам и способствует повсеместному затеканию припоев.

4. Равномерный нагрев детали до температуры на (50…100) С , превышающей точку начала затвердевания соответствующего припоя.

При невыполнение хотя бы одного из перечисленных условий пайка металлов становится затруднительной.

Процесс пайки заключается в следующем: по достижении соответствующей температуры припой расплавляется и, соприкасаясь с нагретым, но свободным от окисной плёнки основным металлом, смачивает и растекается по его поверхности. Возможность смачивания определяется в основном поверхностным натяжением жидкого припоя.

Решающее значение для получения оптимального строения паяльного шва имеют процессы растворения и взаимной диффузии металлов. Наиболее желательным для придания шву прочности и устойчивости против коррозии является образование твёрдого раствора в паяном шве.

К припоям предъявляются определённые требования, необходимо чтобы они:

— образовывали швы, электропроводность которых не должна значительно отличаться от электропроводности основного металла деталей;

— были максимально близкими к соединяемыми ими металлами по коэффициенту теплового расширения;

— имели максимальную способность смачивать и растворять твёрдый металл;

— обеспечивали взаимную диффузию и образовывали в паянном шве структуру твёрдого раствора.

Перед пайкой поверхность деталей и припоя необходимо очистить от пыли, жира, краски и окисной плёнки. При пайке окисная плёнка не позволяет расплавленному припою войти в контакт с чистым металлом деталей: припой не смачивает и не растекается по поверхности основного металла.

Удаление продуктов коррозии и оксидных плёнок механическим способом производят с помощью режущего инструмента (напильника, шлифовального круга, шабера), а также наждачной бумаги, проволочной сетки. Для повышения производительности при обработке протяженных или сложно-профилированных изделий применяют гидроабразивную очистку с помощью струи жидкости или вращающихся щеток из синтетического материала с добавлением в моющий состав абразивных частиц. Образование шероховатой поверхности после механической обработки способствует увеличению растекания припоя, так как риски на поверхности являются мельчайшими капиллярами.

Для очистки поверхностей деталей и припоя от оксидных плёнок и для предохранения очищенных поверхностей от повторного окисления наиболее широко применяют химические реагенты, получившие название паяльных флюсов.

По характеру действия на окисную плёнку флюсы разделяют на две группы. К первой относятся флюсы, которые активно воздействуют на плёнки и, растворяя их, создают условия для беспрепятственного контакта жидкого припоя с основным металлом. Например, хлористый цинк, хлористый аммоний, борная кислота, бура, тетрафторборат калия, флюсы ЛТИ, 34А, Ф380А, Ф59А и др.

Флюсы второй группы во время нагрева и пайки почти не взаимодействуют с окисными плёнками металлов, а служат лишь для защиты от повторного окисления поверхности металлов, ранее очищенной от окисной плёнки. К флюсам этой группы относятся канифоль, её растворы в спирте, парафин и др.

По влиянию на коррозийную стойкость паяных соединений остатки флюсов разделяются на коррозионные и не коррозионные.

Помимо флюсов, для предотвращения окисления металла, и удаления с его поверхности окисных плёнок нагреваемый металл изолируют от окисляющей среды и создают условия для восстановления ранее образовавшихся окисных плёнок. Восстановительной средой может быть водород или диссоциированный аммиак, легко восстанавливающие металлы из окисных плёнок. Толстые слои оксидных пленок удаляют травлением в растворах кислот или щелочей. Состав раствора определяется видом металла, толщиной оксидной плёнки и требуемой скоростью травления. Электрохимическое травление ускоряет процесс растворения оксидных пленок и проводится при плотности тока (2—5) А/дм². После травления детали тщательно промывают в нейтрализующих растворах.

Все перечисленные способы удаления окисных плёнок должны обеспечивать свободный доступ жидкому припою для смачивания поверхности основного металла в процессе его нагревания и пайки.