5. Пайка материалов

В современном производстве существуют различные системы процессов формирования изделий (литье, сварка, наплавка, пайка, механическая резка и т.д.). Особенно важное значение имеет формирование изделий из твердых тел путем их соединения, разъединения, сращивания, наращивания и разделения. Эти процессы могут быть осуществлены как без расплавления твердых тел, так и с их плавлением.

Значение пайки, как технологического процесса, получение неразъемного соединения в машиностроении и приборостроении общепризнанно. Ее применяют наряду со сваркой плавлением и давлением, что определяет возможности создания современной техники.

В настоящее время пайка завоевала прочное место в промышленности и в быту. Пайкой изготавливают не только отдельные детали, но и целые комплексные узлы. Но следует учесть, что качество, прочность и надежность паяного соединения во многом зависит от правильного выбора оборудования, грамотного его использования и соблюдения технологического процесса.

Пайка – процесс получения неразъемного соединения материалов с нагревом ниже температуры их расплавления путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцеплением их при кристаллизации шва.

Пайка похожа на сварку плавлением, но при сварке кромки деталей обязательно оплавляются, а при пайке плавится только припой и может происходить лишь взаимное растворение пяного материала и припоя.

Важнейшее преимущество пайки – формирование паяного шва при температурах ниже плавления паяного материала. Это позволяет сохранить свойства конструкционного материала, осуществлять процесс соединения деталей в изделии при общем нагреве. Все это позволяет:

- осуществлять групповую пайку;

- получать соединение в скрытых или малодоступных местах конструкции (изготовлять сложные конструкции за один прием);

- соединять не по контуру, а одновременно по всей поверхности;

- соединять разнородные металлические и неметаллические материалы и с большей разностенностью, чем при сварке плавлением;

- предотвращать развитие значительных термических деформаций и обеспечивать получение изделий без нарушения его формы и размеров, т.е. с высокой точностью.

Для осуществления процесса пайки и получения прочного, герметичного паяного соединения должны быть выполнены следующие основные требования:

1. Хорошая подгонка паяемых деталей с минимально необходимыми зазорами;

2. Высокая чистота паяемых поверхностей;

3. Правильный выбор припоя;

4. Достаточно быстрый и в тоже время равномерный и одновременный нагрев всех элементов.

Классификация способов пайки.

I. По получению припоя:

1. Готовым полностью расплавляемым припоем;

2. Композиционная;

3. Контактно-реактивная;

4. Реактивно-флюсовая;

5. Контактно-твердогазовая.

II. По заполению зазора припоем:

1. Капиллярная;

2. Некапиллярная.

III. По кристаллизации паяного шва:

1. Диффузионная;

2. Кристаллизация при охлаждении.

IV. По источнику нагрева:

1. Паяльником;

2. Нагретыми штампами;

3. Нагретым газом;

4. Погружением в расплавленную соль;

5. Погружением в расплавленный припой;

6. В печи;

7. Газопламенная;

8. Индукционная;

9. Дуговая;

10. Лазерная;

11. Плазменная;

12. Электросопротивлением;

13. Инфракрасными лучами;

14. Электромагнитная;

15. Конденсаторная.

V. По наличию давления на паяные детали:

1. Под давлением;

2. Без давления.

VI. По одновременности выполнения паяных соединений:

1. Ступенчатая;

2. Одновременная.

Современные процессы пайки подразделяются также по температуре плавления припоя на две группы:

1. Пайка низкотемпературными припоями (Т_пл<450⁰С);

2. Пайка высокотемпературными припоями (Т_пл>450⁰С).

Низкотемпературные припои используют в промышленности и в быту для пайки изделий, которые не подвергаются воздействию высоких температур и значительных механических нагрузок.

Высокотемпературные припои применяют тогда, когда требуется высокая прочность или работоспособность при повышенных температурах.

Для обеспечения эксплуатационных характеристик паяного изделия прежде всего необходимы высокое качество и надежность паяных соединений. При этом главную роль играет правильный выбор типа паяного соединения и совместимость его с технологическим процессом.

Следует учесть, что основной конструктивный признак, по которому классифицируют способы пайки – капиллярность или некапиллярность зазора между соединяемыми деталями. Затекание припоя в капиллярные зазоры происходит под действием капиллярного давления при смачивании им паяемого металла. При некапиллярной пайке заполнение зазора может происходить только под воздействием внешних сил (тяжести, электромагнитных, пониженного давления в зазоре).

Основные конструктивные типы паяных соединений при капиллярной пайке (рис. 6.1): стыковое, нахлесточное, косостыковое и соприкосающееся.

Рис. 6.1. Основные типы паяных соединений:

а) нахлесточное; б) стыковое; в) косостыковое; г) соприкасающееся.

При конструировании паяных соединений нельзя копировать элементы сварных конструкций. Паяные швы могут быть замкнутые и незамкнутые.

В трубчатых соединениях следует избегать пайки встык, рекомендуется пайка внахлестку, позволяющая увеличивать прочность соединения.

Соединения в угол и в тавр применяются крайне редко. Прочность их зависит от пластичности паяного шва, модуля упругости паяемого металла и формы поверхности шва. Как и в других соединениях, при пайке в тавр и в угол прочность возрастает с увеличением площади шва (рис. 6.2).

Соединение соприкасающихся деталей пайкой допускаются при конструировании изделий, швы которых работают на сжатие, или при небольших нагрузках (автомобильные радиаторы) (рис. 6.3).

Для пайки характерно большее разнообразие сочетаний соединяемых материалов, чем при сварке плавлением.

Рис. 6.2. Типы тавровых и угловых паяных соединений: