2.2. Пайка

Пайкой называется процесс соединения металлов в твердом состоянии с введением в зазор между ними расплавленного присадочного металла (припоя), имеющего температуру плавления меньше таковой у основного металла. При пайке основной металл не расплавляется. Образование соединения без расплавления основного металла обеспечивает возможность распая соединения.

При пайке заготовки соединяются в результате смачивания, растекания жидкого припоя по нагретым поверхностям и затвердения его после охлаждения. Свойства паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и др.) зависят от характеристик материала заготовок, припоя, способа нагрева, зазоров, типа соединения.

Паять можно углеродистые и легированные стали всех марок, твердые сплавы, цветные металлы, серые и ковкие чугуны. Прочность сцепления припоя с соединяемыми поверхностями зависит от физико-химических и диффузионных процессов, протекающих между ним и основным металлом. По прочности паяные соединения уступают сварным.

Диффузионные процессы зависят от качества подготовки поверхностей, наличия на них окислов или загрязнений, а также от температуры и времени пайки.

По условию заполнения зазора припоем пайку можно разделить на капиллярную и некапиллярную. Капиллярная, в свою очередь подразделяется на: контактно-реактивную, реактивно-флюсовую и диффузионную.

Наибольшее распространение в промышленности получила капиллярная пайка с готовым припоем и пайка-сварка. Припои должны хорошо растворять основной металл, обладать смачивающей способностью и быть дешевыми и недифицитными. Припои представляют собой сплавы цветных металлов сложного состава. Все припои по температуре плавления подразделяют на особо легкоплавкие (Т_пл  145 °С), легкоплавкие (Т_пл = 145 - 450 °С), среднеплавкие (Т_пл = 450 - 1100 °С) и тугоплавкие (Т_пл > 1100 °С).

Применяются высокотемпературные (твердые) и низкотемпературные (мягкие) припои. Высокотемпературные имеют температуру плавления 500 °С и выше, а предел прочности 6 - 50 кгс/мм². Низкотемпературные же - температуру плавления ниже 400 °С и предел прочности до 7 кгс/мм². Изготавливают припои в виде прутков, проволок, листов, полос, спиралей, колец дисков, зерен и т. д.

Флюсы служат для растворения и удаления окислов и загрязнений с поверхности металла, защиты его от окисления, улучшения смачиваемости и растекания припоев. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюсы выпускают в виде порошков, паст в жидком виде.

Для низкотемпературной пайки используют канифольные и галогенидные флюсы. Применяют чистую канифоль и раствор канифоли в спирте, а также канифоль с добавками хлоридов, анилина и других органических веществ. С их помощью можно паять не только медные сплавы, но также стали, оцинкованное железо, никелированное железо.

Из галогенидных флюсов широко употребляют хлористый аммоний и хлористый цинк. Применяющийся последнее время анилин при пайке дает остаток, защищающий шов от коррозии.

Для пайки алюминиевых и магниевых сплавов используют высокоактивные флюсы на основе хлоридов, фторборетов и органических веществ.

При высокотемпературной пайке углеродистых сталей, чугуна и медных сплавов медно-цинковыми и серебряными припоями употребляют в качестве флюса борную кислоту и буру в различных сочетаниях. При пайке легированных сталей и жаропрочных сплавов в состав флюса вводят фториды натрия, калия, лития и кальция. Для высокотемпературной пайки алюминиевых, магниевых и титановых сплавов применяют флюсы, состоящие из хлоридов и фторидов.

Пайку электрических контактов в подавляющем большинстве производят мягкими припоями. Поверхности спая хорошо очищают механическими или химическими средствами (флюсами). Чаще всего в качестве флюсов используют канифоль или паяльную кислоту. Иногда применяют предварительное сужение паяемых деталей, нагревая паяльником место стыка, подводят к паяльнику припой, расплавляют его и добиваются затекания жидкого припоя в зазор. После этого соединяют паяемые детали. Отводят паяльник и охлаждают припой, который затвердевает.

Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. Наиболее распространена в промышленности пайка в печах, индукционная, погружением, газопламенная и паяльниками. Выбор способа пайки выполняют исходя из требований, предъявляемых к паяемому изделию, с учетом состава и свойств заготовок и припоя, типа производства и наличия на предприятии соответствующего оборудования.

Основными типами паяных соединений являются: внахлестку, встык, вскос, в тавр, в угол и соприкасающиеся. Зазор между соединениями поверхностями должен быть таким, чтобы улучшить заполнение припоем под действием капиллярных сил и увеличить прочность соединения. Так, для серебряных припоев устанавливают зазор до 0,05 мм, а для меди - до 0,012 мм.