Пайка металлов

Пайка медных авторадиаторов

Пайка меди и её сплавов широко используется во многих отраслях техники, в том числе автомобилестроении. Теплообменники к автомобилям, например радиаторы водяные и масляные, отопители, кондиционеры, охладители наддувочного воздуха и т.п., как правило, без пайки не производятся.

Благодаря своим уникальным свойствам медь остаётся наиболее подходящим материалом для конструкций теплообменников.

Наиболее широко используется низкотемпературная пайка меди оловянно-свинцовыми припоями.

По технологии одну из деталей теплообменника, например охлаждающую трубку, покрывают припоем слоем 15–30 мкм. После сборки конструкцию нагревают до температуры, превышающей на 20–50 °С температуру плавления используемого припоя. В результате припой затекает в зазоры между паяемыми поверхностями, образует паяное соединение, которое после кристаллизации шва обеспечивает как механическую прочность изделия, так и передачу тепла для его рассеивания.

Традиционно для низкотемпературной пайки меди применяют флюсы на основе хлорида цинка (ZnCl2). Наиболее известен 40%-ный водный раствор ZnCl2. Этот флюс хорошо удаляет различные оксидные соединения с поверхности паяемых металлов иприпоев, защищает места пайки от повторного окисления, не взаимодействует с самими металлами основы и припоя. Расплавленный при температурах выше 315 °С хлорид цинка способствует хорошему проникновению припоя взазорыимаксимальному растеканиюегопоповерхности.

Однако при всех достоинствах хороший флюс – коррозионноопасный флюс. Он требует тщательной промывки изделия после пайки, при наличии же остатков флюса после промывки возникают коррозионные повреждения изделия.

Использование водяного пара как защитной среды решило проблему конкурентоспособности пайки в активной газовой среде (АГС): насыщенный водяной пар нагревается до температур пайки, добавляется немного хлоридов (до 0,1 % по объёму), и можно

151

паять медь и её сплавы низкотемпературными припоями. В табл. 3 приведены сравнительные характеристики использования флюса и активной газовой среды при активации паяемой поверхности. Данный способ пайки реализуется на оборудовании, включающем в себя нагревательный блок и сборочную установку.

Таблица 3

Показатели использования флюса и АГС при активации паяемой поверхности

Нагревательный блок сосредоточен в минимальном объёме, что позволило повысить его КПД.

Сборочная установка также имеет минимальные габариты вследствие совмещения операции флюсования и пайки. Металлоёмкость установок незначительна, поэтому нагрев до рабочей температурыпроисходитнамного быстреечему аналогов дляфлюсовойпайки.

Изделия на таких установках невозможно «перегреть», так как нагрев производится конвективно и в защитной среде. По этой же причине долговечность нагревательных элементов повышена. На рис. 48, 49 представлены некоторые модели установок для бесфлюсовой пайки, а в табл. 4, 5 приведены их краткие характеристики.

152

Таблица 4

Базовая модель установки для серийного производства радиаторов МоАЗ и БелАЗ

Установка пайки УПСР-200 колпакового типа предназначена для пайки секций радиаторов тепловозов. Отличительный элемент конструкции– подвижный колпак, закрывающий зону пайки дляболее эффективнойзащитыизделийотвоздухаиэкономиитеплоносителя.

Пайка драгоценных металлов

Ювелирные припои содержат, кроме металла (основы), значительное количество меди, цинка, кадмия, олова. В зависимости от их содержания припои подразделяют на мягкие (легкоплавкие) и твердые (средне- и тугоплавкие). Ювелирные припои на основе золота, содержащие также медь и серебро, отличаются высокой коррозионной стойкостью. Для понижения температуры плавления в состав припоев вводят цинк и кадмий. Цвет припоев для золота определяется главным образом соотношением меди и серебра в их составе: большее количество меди по сравнению с серебром придает припою розовый цвет, избыток серебра – зеленоватый, равное содержание

154

меди и серебра – розовато-желтый. Прибавка цинка придает зеленый цвет, прибавка кадмия цвет припоя не изменяет. Состав и цвет ювелирных припоев приведены в табл. 6.

Таблица 6

Состав и цвет ювелирных припоев на основе золота 583-й пробы

Для пайки золотых ювелирных изделий в настоящее время применяются нестандартные золотые припои, содержащие кадмий. Они имеют следующий состав (мас. %):

Золота– 48,0, серебра– 30,0, меди– 10,0, кадмия– 12,0 для пайки изделий750-йпробы;

золота – 58,3, серебра – 11,5, меди – 18,6, кадмия – 11,6 для пайки изделий 583-й пробы.

Для пайки изделий из меди, латуни и бронзы, а также изделий из серебраприменяютсяследующиесеребряныеприпои(составвмас. %):

ПСр-40 – серебра 40 – меди 60; ПСр-50 – серебра 50 – меди 50;

ПСр-70 – серебра 70 – меди 26 – цинка 4.

Кроме этих припоев, выпускаемых промышленностью, можно рекомендовать следующие составы припоя, которые легко приготовить; они дают хорошие результаты и могут быть рекомендованы для ювелирных работ.

Для пайки серебра 875-й и 950-й пробы – 4 г, латуни – 1 г – крепкий припой.

155

ГЛАВА 14. КОНТРОЛЬ ПАЯНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Контроль качества продукции является важнейшей операцией и должен проводиться на стадии проектирования изделия. С целью унификации паяных сборочных единиц, установления норм и требований к паяным изделиям разработан стандарт ГОСТ 19249-73 «Соединения паяные. Основные типы и параметры» . Стандарт определяет конструктивные параметры паяного соединения, его условные обозначения, содержит классификацию основных типов соединений. В приложении к стандарту даны величины сборочных зазоров. Стандарт является основанием для унификации конструкторской и технологической документации еще на стадии создания паяного изделия. С этой стадии начинается и контроль качества пайки. В производстве высокий уровень качества продукции должен обеспечиваться начиная от заготовки и кончая контролем готовых изделий. При этом переход к массовому производству продукции не должен вести к снижению качества. Еще на стадии разработки изделия ОТК должен принимать участие в создании изделия. Технологическая документация на пайку, согласованная с заказчиком, должна отражать критерии неразрушающих и разрушающих методов контроля.

14.1. Дефекты паяных соединений

Качество паяных изделий определяется их прочностью, степенью работоспособности, надежностью, коррозионной стойкостью, способностью выполнять специальные функции (теплопроводность, электропроводность, коммутационные характеристики и т.п.). Обеспечение этих характеристик достигается оптимальными решениями в процессе производства паяного изделия.

Дефекты, возникающие при изготовлении паяных изделий, можно разделить на дефекты заготовки и сборки, дефекты паяных соединений и паяных изделий.

157

К наиболее типичным дефектам паяных соединений относятся поры, раковины, шлаковые и флюсовые включения, непропаи, трещины.

Эти дефекты классифицируют на две группы: связанные с заполнением расплавом припоя зазора между соединенными пайкой деталями и возникающие в процессе охлаждения изделия с температуры пайки.

Дефекты первой группы связаны главным образом с особенностями заполнения капиллярных зазоров в процессе пайки.

Дефекты второй группы обусловлены уменьшением растворимости газов в металлах при переходе их из жидкого состояния

втвердое и усадочными явлениями. К ним также относится пористость кристаллизационного и диффузионного происхождения.

Кроме пор, к дефектам сплошности относятся трещины, которые могут возникать в металле шва, в зоне спаев или в паяемом металле. Большую группу дефектов составляют шлаковые и флюсовые включения.

Причиной образования непропаев, которые берут начало у границы раздела с паяемым металлом, может явиться неправильное конструирование паяного соединения (наличие «глухих», не имеющих выхода полостей), блокирование жидким припоем газа при наличии неравномерного нагрева или неравномерного зазора, местное отсутствие смачивания жидким припоем поверхности паяемого металла. Причиной появления блокированных остатков газа в швах может быть неравномерность движения фронта жидкости при затекании припоя в зазор. Фронт дробится на участки ускоренного и замедленного продвижения,

врезультате чего могут отсекаться малые объемы газа. Таким же образом может происходить захват флюса и шлаков в шве.

Впроцессе охлаждения соединения из-за уменьшения растворимости газов происходит их выделение и образование рассеянной газовой пористости. Опыт высокотемпературной пайки алюминиевых сплавов с предварительной дегазацией припоев и флюсов показывает, что пористость металла шва при этом резко уменьшается.

158

Другой весьма распространенной причиной образования рассеянной пористости является возникновение так называемой усадочной пористости. Это явление характерно для случая затвердевания сплава с широким интервалом кристаллизации. При малых зазорах усадочные междендритные пустоты, как правило, тянутся в виде цепочки в центральной части шва. При больших зазорах усадочные поры располагаются в шве более равномерно в междендритных пространствах.

Причиной образования пор в паяных швах может быть эффект сфероидизации. В этом случае пористость в зоне шва возникает

врезультате нескомпенсированной диффузии атомов припоя и паяемого металла. Такого рода пористость возникает в системах припой – паяемый металл, у которых имеется заметное различие в коэффициентах диффузии.

Трещины в паяных швах могут возникать под действием напряжений и деформаций металла изделия в процессе охлаждения. Принято различать холодные и горячие трещины.

Холодные трещины образуются при температурах до 200 °С. Горячими называются трещины, образующиеся при температуре выше 200 °С. Эти трещины обычно имеют кристаллизационное или полигонизационное происхождение. Если в процессе кристаллизации скорость охлаждения высока и возникающие напряжения велики, а деформационная способность металла шва мала, то появляются кристаллизационные трещины. Полигонизационные трещины возникают уже при температурах ниже температуры солидуса после затвердевания сплава по так называемым полигонизационным границам, образующимся при выстраивании дислокации

вметалле в ряды и образовании сетки дислокаций под действием внутренних напряжений. Холодные трещины возникают чаще всего

взоне спаев, особенно в случае образования прослойки хрупких интерметаллидов.

Трещины в паяемом металле могут появиться и в результате воздействия жидких припоев, вызывающих адсорбционное понижение прочности.

159

Неметаллические включения типа флюсовых или шлаковых возникают при недостаточно тщательной подготовке поверхности изделия к пайке или при нарушении ее режима. При слишком длительном нагреве под пайку флюс реагирует с паяемым металлом с образованием твердых остатков, которые плохо вытесняются из зазора припоем. Шлаковые включения могут образоваться также изза взаимодействия припоев и флюсов с кислородом воздуха или пламенем горелки.

Правильное конструирование паяного соединения (отсутствие замкнутых полостей, равномерность зазора), точность сборки под пайку, дозированное количество припоя и флюсующих сред, равномерность нагрева – условия бездефектности паяного соединения.

Наиболее часто встречающиеся дефекты паяных соединений, причины их возникновения и меры предотвращения приведены в таблице прил. 5.

Методы контроля паяных изделий, браковочные признаки и нормы определяются назначением изделия и обусловлены техническими требованияминаихпроизводство.

14.2. Способы контроля качества паяных изделий

Для оценки качества паяных изделий применяется контроль без разрушения и с разрушением. Применение разрушающих методов контроля паяного изделия оговаривается техническими условиями на изделие.

Технический осмотр изделия невооруженным глазом или с применением лупы в сочетании с измерениями позволяет проверить качество поверхности, заполнение зазоров припоем, полноту галтелей, наличие трещин и других наружных дефектов. В соответствии с требованиями технических условий паяные изделия подвергают другим методам неразрушающего контроля.

Радиационный контроль. Область применения методов радиационной дефектоскопии определяется ГОСТ 20426-75.

Радиографический контроль применяют для определения внутренних дефектов в ответственных паяных изделиях, трещин

160