Мета роботи: вивчити застосовувані джерела нагрівання матеріалів при паянні, принципіальну будову пристроїв та обладнання і особливості застосування паяння нагрітим інструментом, зануренням у ванну припою, газовим полум'ям, в печах, на установках для дифузійного зварювання і паяння у вакуумі та дуговим розрядом з порожнім катодом, струмами високої частоти.
1.1. Загальні відомості
Паянням називають технологічний процес з'єднування матеріалів у твердому стані за допомогою припоїв, які розплавляються, змочують з'єднувані поверхні, затікають в зазори між ними та після кристалізації утворюють спаяне з'єднання.
Припоєм, називають метал або сплав для паяння та лудіння, який вводиться між з'єднуваними поверхнями і має більш низьку температуру плавлення, ніж основний метал.
Лудінням називають процес утворення на поверхні заготовки шару припою шляхом змочування розплавленим припоєм поверхні та подальшої його кристалізації.
Процеси паяння класифікують за багатьма ознаками. На рисунку 1.1 наведено класифікацію способів паяння за стандартом СРСР, випущеним у 1979 р. Він передбачає сім ознак: видалення оксидної плівки, отримання припою, заповнення припоєм зазору, кристалізація припою, наявність стиснення деталей, одночасність виконання паяння та джерела нагрівання деталей при паянні. Класифікація, терміни та визначення процесів передбаченні також стандартами Україні: ДСТУ 2222-93 і ДСТУ 3761.4-98 . Оскільки в навчальному посібнику використовуються ДСТУ, то їх терміни та визначення наведено на рисунку 1.2. В основному такі ж способи паяння за джерелом тепла виділяються в німецькому стандарті D1N8505, частина 3, але вони конкретизовані стосовно м'якого паяння (Welchloten, WL), тобто низькотемпературного паяння, твердого паяння (Hartloten, HL) і високотемпературного паяння (Hochtemperaturloten, HTL), які відносяться до температур вище 1000 °С. Крім цього, принципово однакові способи паяння об'єднані в групи. Наприклад, способи паяння паяльником, нагрітими блоками, роликами відносяться до групи способів паяння нагрітим інструментом, способи паяння у ванні припою шляхом занурення, протягування, хвилею припою тощо об'єднані в групи паяння рідким припоєм. Окремо виділені групи способів паяння електричним струмом, променем, газом тощо.
1.2. Паяння нагрітим інструментом
Паяння нагрітим інструментом виконують низькотемпературними припоями. В якості розігрітого інструменту використовують паяльники періодичної або безперервної дії, нагріті блоки (штампи) або нагрівальні мати.
Паяльник - інструмент для нагрівання основного металу в місці з'єднання до температури паяння та припою до повного розплавлення і нанесення його на деталь. За допомогою паяльника та флюсів також очищають поверхню від оксидів під час паяння.
Найпростішим є паяльник молоткового типу періодичної дії. Його робочий кінець має форму молотка і може нагріватись від будь-якого постійного джерела тепла (полум'я, піч тощо).
Найбільш широке застосування знайшли електричні паяльники. Електропаяльник - це зазвичай стержень із міді або бронзи, один кінець якого має форму, зручну для нанесення припою в зазор і розігрівання основного металу, а другий - закріплений в стальній оболонці з нагрівачем. Стержень і нагрівач з'єднані з ручкою із теплоізоляційного матеріалу. Конструкцію електропаяльника показано на рисунку 1.3.
Рисунок 1.3. Конструкція електропаяльника зі змінним наконечником:
1 - наконечник; 2 - корпус; 3 - керамічний ізолятор; 4 - нагрівач; 5 - ручка
Паяльник нагрівається періодично або постійно від нагрівача, що живиться електричним струмом. Перенесення теплоти від паяльника до деталей через шар розплавленого припою проходить досить швидко.
Кількість теплоти, необхідної для розігрівання з'єднуваних деталей, зростає зі збільшенням їх маси. Тому для паяння таких деталей використовують більш масивні паяльники. Оскільки маса паяльників для ручного паяння обмежена (0,25... 1 кг, інколи до 2 кг), то при паянні масивних деталей їх можна попередньо підігрівати від інших джерел теплоти.
Мідь паяльника в контакті з припоями схильна до ерозії. Хімічна ерозія паяльника зменшується при використанні припою ПОС61, легованого ~
1,5 % Сu, а також при застосуванні наконечника з бронзи, легованої цирконієм, хромом і оловом.
Електропаяльники випускаються різних типорозмірів та потужності.
Для низькотемпературного паяння алюмінію і його сплавів застосовуються спеціальні паяльники - ультразвукові і абразивні, що забезпечують руйнування оксидних плівок. Для цього ультразвукові паяльники мають вібруючу стальну щітку. В абразивних паяльниках робочий стержень, вставлений у мідну втулку, що нагрівається від електронагрівача, виготовляють пресуванням порошку припою з асбестом, який служить абразивом.
Паяння нагрітими штампами використовується для товстостінних виробів із складною криволінійною поверхнею, великою площею паяння. Внутрішня поверхня штампів відповідає формі з'єднуваних деталей. Нагрівання в штампі, наприклад, розміщеному в печі, попередньо складених деталей з встановленим в зазорах припоєм забезпечує рівномірні притискання і нагрівання деталей.
Для паяння тонкостінних деталей складної форми використовують масивні металеві або графітові блоки, які розігріваються в індукторі або в електронагрівачах. Акумульоване блоками тепло використовують для нагрівання деталей до температури паяння.
Для паяння великогабаритних деталей з плоскою зовнішньою формою замість блоків доцільно використовувати нагрівальні мати, які складаються з ніхромових або інконелевих стрічок-нагрівачів, ізольованих м'якою склотканиною із каолінових волокон.