2. Паяння. Переваги пайки

Під пайкою розуміють з'єднання двох металевих деталей за допомогою припою, температура плавлення якого лежить нижче температури плавлення більше легкоплавкої деталі, завдяки цьому деталі можуть бути роз'єднані при нагріванні. Робочий процес пайки, крім з'єднуються металевих деталей, вимагає наявності припою, м'якого або твердого, флюсу та джерела тепла для нагрівання припою і спаюється деталей. Важливо також додати спаюється деталей форму, сприятливу для отримання після пайки гарного шва.

Флюс служить для усунення окисляє дії кисню повітря на нагріті поверхні металевих частин і для отримання хорошої змочуваності їх розплавленим припоєм. Перше майже для всіх металів застосовувався універсальний флюс; в даний час рекомендується застосовувати виготовлені спеціальними фірмами особливі флюси, різні в різних випадках, склад яких, природно, є секретом випускають їх фірм. Ці флюси, перевірені на дослідах, дають значно кращі результати, ніж раніше застосовувалися кустарні засоби.

В якості джерела тепла при м'якому припої в більшості випадків застосовується паяльник, а також ванночки для нагрівання і Бунзеновський пальник. Припайку твердим припоєм застосовується паяльна пальник з дуттям, ванночка для нагрівання або муфельна піч; остання разом із захисним газом являє собою новітній метод пайки без застосування флюсу; цей метод вводиться тепер повсюдно, особливо для великих паяльних робіт, а також у тих випадках, коли пред'являються високі вимоги до міцності виробів.

Пайка м'якими припоєм

М'якими називаються припої, температура плавлення яких лежить нижче 400 ° С.

М'які припої в значній мірі стандартизованими. Під назвою «олов'яний припій» мають на увазі олов'яно-свинцеві сплави, службовці для пайки важких металів та їх сплавів. Крім стандартних припоїв, відомий ще цілий ряд спеціальних припоїв, які виготовляються різними заводами для особливих цілей. Наведені нижче дані полегшують вибір відповідного припою для різних випадків. Ці припої виготовляються у вигляді листів, пластинок, стрічок, фольг, стрижнів, цільної дроту, порожнистої дроту з флюсом усередині, порошку, таблеток з порошку, змішаного разом з флюсом.

Деякі особливі сорти м'якого припою поставляються тільки лише у формі одного з зазначених видів.

З наведених у таблиці температур плавлення видно, що евтектичних припой Snl55 дозволяє паяти з найменшою витратою тепла, в той час як більш дешеві припої, як, наприклад, SnL25, вимагають значно більше сильного нагрівання. Однак вони застосовуються в таких випадках, коли необхідні великі кількості припою, наприклад, в якості заповнює матеріалу в пористих виливках. Всі наведені вище олов'яні припої не містять алюмінію та цинку.

Таб.2.1.

Вид припою	Позначення		Склад,		о / 70		Область плавл.		SC т ti>,
		Sn	Sb	Fe не солее	Cu + + Ав + Ni	Pb	нижня Крит. точка	верхня Крит. точка
Олов'яні. припой 25	SnL25	25	1,70	0,05	0,10	OCT.	183	257	9,8
Олов'яні. припой 30	SnL30	30	2,00	0,06	0 12	зуп.	183	249	9.6
Олов'яні. припой 33	SnL33	33	2,20	0,07	0,14	зуп.	183	242	9.5
Олов'яні. припой 40	SnL40	40	2,70	0,08	0,16	OCT.	183	223	9,3
Олов'яні. припой 50	SnL50	50	3.30	0.09	0,18	OCT.	183	200	8.8
Олов'яні. припой 5 травня	SnL55	55	3,60	0,10	0,20	OCT.	183	183	8.6
Олов'яні. припой 60	SnL60	00	3,20	0,10	0,20	OCT.	183	185	8.5
Олов'яні. припой 90	SnLBO	90	1,30	0,10	0,20	OCT.	183	219	7,5

Крім стандартних припоїв, є ще багато спеціальних м'яких припоїв з температурами плавлення, що лежать між 56 і 360° С. Легкоплавкі припої виготовляються з різними точками плавлення, а саме: 56, 68, 95, 125 і 177° С. Вони являють собою евтектичні м'які припої і тому не виявляють ніякого температурного інтервалу плавлення. Внаслідок низьких і дуже постійних точок плавлення ці сплави придатні для виготовлення, наприклад, плавких запобіжників, які включають аварійні сигнали або розмикають струм в ланцюзі, якщо нагрівання провідників виходить за граничні значення.

Деякі з таких сплавів надзвичайно тендітні, не допускають виготовлення дроту або аркушів і поставляються тільки у вигляді литих стрижнів. Серію цих легкоплавких евтектичних припоїв можна доповнити припоями з невеликими інтервалами плавлення в межах від 300 до 320° С і від 360 до 380° С.

Особливу групу серед м'яких припоїв становлять срібні м'які припої. Вони мають те ж неприємну властивість, що і свинцево-олов'яні припої - виявляють плинність під дією тривалого навантаження. Досліди показали, що якщо дві поверхні по 1 см^2, накладені один на одного, спаяні м'яким срібним припоєм і знаходяться під дією перпендикулярної до них статичного навантаження в 100кг, То межа плинності ще не досягається. Далі, срібні м'які припої добре допускають гальванічні операції, їх можна по частинах покривати лаками, які вимагають вжигания. Деякі з цих припоїв мають, наприклад, такі позначення:

- WS141, легко розтікається припой з температурою плавлення 141° С. Застосовується в особливості для пайки напівпровідникових германієвих приладів, а також для пайки деталей, які закріплені в легкоплавких штучних матеріалах.

- WS200, температура плавлення 200 ° С. Гарантується відсутність свинцю, застосовується спеціально при подальшій гальванізації.

- Wsau температура плавлення 270 ° С. Легко розтікається припой, придатний для пайки алюмінію, особливо для деталей, які в подальшому покриваються лаками, які вимагають вжигания, гарантується відсутність свинцю.

Всі ці припої, включаючи спеціальні припої, паяються звичайним чином. Якщо допускається присутність незначних кількостей неорганічних солей і хлору, можна користуватися дешевим флюсом, наявними у великій кількості на ринку, але в тих випадках коли має бути гарантовано повну відсутність хлору, необхідно застосовувати розчинні у воді смоловмісні флюси, які часто постачаються у вигляді порожнистих дротів, заповнених усередині флюсом.

Припій, стійкий проти корозії під дією лугів, можна отримати у вигляді сплаву, що містить 25% індію, 37,5% свинцю і 37,5% олова.

Для очищення місця спаю від флюсу або залишків смоли краще всього застосувати кип'ятіння в лужних розчинах. Іноді виникають деякі ускладнення, наприклад, припой скочується в кульки, неправильно розподіляється по поверхні або ж недостатньо прилипає до неї; причиною цього часто є недостатня потужність паяльника. Тому слід завжди застосовувати можливо більший паяльник, який може забезпечити надлишок тепла.

В даний час, особливо в США, застосовують електропаяльники, робоча площа яких складається тільки з однієї тонкого дроту, що має в деяких випадках маленький твердий наконечник. За таких типах припоїв, придатних для дуже тонких і середніх робіт, заощаджується час і витрату тепла. Час нагріву дротяних паяльників 5 сек., споживана потужність приблизно 250 Вт рекомендується висвітлювати місце роботи укріпленою поблизу лампою з невеликим рефлектором.

Згадувані вже вище порожнисті паяльні дроту, наповнені флюсом, застосовуються в більшості випадків для невеликих паяльних робіт. Користуючись ними, можна виробляти пайку і без паяльника, безпосередньо розплавляючи їх у попередньо нагрітій місці пайки.

Майже всі описані нижче матеріали вимагають застосування особливих методів. Проте можна вказати деякі загальні технічні правила, яких слід дотримуватися в усіх випадках. Перш за все, краще користуватися великим паяльником, ніж маленьким, щоб напевно нагріти спай до необхідної температури і не бути обмеженим у часі. Місце спаю повинно бути чистим і змазано флюсом. Паяльник треба нагріти, в гарячому стані напилком звільнити від окалини, потім опустити у флюс або потерти про нашатир, після цього паяльник слід залудити, торкаючись їм олова. Передана теплова енергія достатня, якщо припой при нанесенні на спаюється шов відокремлюється від паяльника тонким шаром і втікає в шов, не утворюючи при цьому кульок або вільних від припою острівців. Занадто висока температура паяльника при застосуванні деяких зі згаданих нижче матеріалів може призвести до зменшення міцності спаю.

Пайка алюмінію.

Приймаючи спеціальні запобіжні заходи, алюміній можна споювати м'яким припоєм. Припій складається з Sb, Zn і Cd, іноді з додаванням невеликої кількості алюмінію Аl. Розрізняють м'які припої для пайки вузьких швів і більш тверді, більше придатні при виготовленні макетів. Звичайні олов'яні припої, внаслідок вмісту в них свинцю, незастосовні! Успішно можна користуватися чистим оловом. Звичайний паяльник як джерело тепла достатній лити для пайки пластин товщиною 0,2 мм або тонких проводів. Тому застосовують більш ефективні джерела тепла: пальники, ванну для занурення.

Розрізняють три основні способи пайки: пайку тертям, реактивну пайку та ультразвукову пайку.

Припайку тертям шар окису на Аl руйнується механічним шляхом. При цьому не можна застосовувати паяльну рідина або нашатир. Спаюється метал нагрівають до плавлення на його поверхні припою, в яку останній втирають щітками. Залуження таким чином поверхню алюмінію припаюється потім звичайним способом. Для очищення поверхонь можна також користуватися обертовими інструментами з гострими гранями або щіточками; їх вводять разом зі спаюється деталями в розплавлене олово, в якому і відбувається залуження зачищених поверхонь. Для цього є деякі пристосування, схожі на маленькі електричні паяльники, наприклад, для залуження алюмінієвих дротів.

При реактивному способі пайки застосовується флюс, що містить хлористий цинк. Близько 280° С починається реакція з утворенням диму; солі проникають в оксидний шар і розривають його. На чистій поверхні металу осаджується Zn, що запобігає її від нового окислення. Після цього пайка проводиться із застосуванням м'яких алюмінієвих припоїв і закінчується ретельно змиванням залишків солей.

При новому способі пайки користуються ультразвуковим пістолетом, який за допомогою випромінюваних їм коливань руйнує плівку окислу на поверхні алюмінію, що забезпечує добре прилипання до нього м'якого припою. Паяти алюміній цим способом можна, витримуючи спаюється деталь у олов'яної ванні при 250 ° С, до якої одночасно занурений і ультразвуковий пістолет; точно так само можна, підігріваючи деталь на гарячій пластині, розплавити кілька кульок олопа на спаюється поверхні, які потім за допомогою ультразвукового пістолета розподіляються на ній тонким шаром. Після залуження алюмінію його паяють так само, як і всі інші метали. Шар полуди, який при цьому способі виходить на поверхні алюмінію, пристає до неї настільки міцно, що його не вдається зняти ні в холодному, ні в гарячому стані.

У якості припою слід застосовувати чисте олово без флюсу.

Чавун

Внаслідок високого вмісту в ньому вуглецю, безпосередньо не піддається залуження. Тому необхідно попередньо видаляти вуглець з поверхневого шару чавуну.

Це досягається шляхом грунтовного травлення, за яким слід очищення піском. Таку процедуру повторюють ще раз, потім чавун слід просушити. Після цієї попередньої обробки чавун можна лудити звичайними прийомами.

Нержавіюча сталь

Добре паяється звичайними олов'яними припоями, однак при залуження вимагає спеціального флюсу, значно більш активного, ніж звичайний. Можна застосовувати один з наступних флюсів:

- Соляну кислоту, насичену шматками цинку до припинення виділення бульбашок водню.

- Рідина з додаванням 25% чистого соляної кислоти.

- Рідина з додаванням 10% оцтової кислоти.

- 10-20% розчин ортофосфорної кислоти у воді.

- Рідина і 2-5% плавиковою кислоту, особливо для сталей, що містять молібден, титан або ніобій.

Після залуження місце спаю ретельно промивають; остаточну спайку виробляють, застосовуючи флюс, що не викликає корозії. Нержавіючі сталі в місці спаю можуть стати крихкими, якщо його температура перевищувала 260^°С. Тому не слід спай перегрівати.

Платина

Легко утворює з розплавленим припоєм сірий крихкий сплав. Тому температура пайки ні в якому разі не повинна бути вище і тривалість нагрівання більше, ніж це безумовно необхідно для пайки. Доцільно застосовувати найбільш низкоплавкие припой і маленький паяльник.

Свинець і олово

Паяються низькоплавкими евтектичними спеціальними припоями. Як олово, так і свинець можна і безпосередньо, без припою.

Тантал

Безпосередньо не піддається пайку. Але його можна попередньо покрити шаром міді і потім паяти.

Магній і електрон

Не піддаються пайку м'яким припоєм. Ці метали не вдається паяти таким припоєм навіть за допомогою ультразвуку.

Вольфрам і молібден

Не піддаються пайку м'яким припоєм.

Пайка твердим припоєм

Дає поєднання двох металевих деталей з обмеженою можливістю їх роз'єднання. Температури плавлення твердих припоїв, зазвичай лежать вище 600 ° С, повинні бути завжди принаймні на 50 ° С нижче температури плавлення найбільш легкоплавкого з спаюється металів. При твердій пайку, крім твердого припою, необхідно, як правило, застосовувати флюс і відповідне джерело тепла; останнім в основному і визначається вибір відповідного способу пайки.

У якості флюсу при пайку твердим припоєм застосовується більшості випадків кашкоподібна суміш бури і води. Крім бури в продажу є для всіх спеціальних випадків особливі флюси. Деталі, призначені для пайки, слід максимально ретельно очистити, знежирити і щільно притиснути один до одного. Пайка сплавів благородних металів та в особливості виробів, плакованих благородними металами, слід проводити в атмосфері захисного газу, оберігаючи їм всю нагрівається поверхню від освіти окалини.

Загальні технічні вказівки.

Перш за все необхідна ретельна очистка швів від жиру, для того щоб вони могли бути рівномірно змочені припоєм. Після цього наноситься флюс, і з'єднуються частини розташовуються так, щоб їх взаємне розташування збереглося при пайку; для цього застосовуються щипці, накладення вантажів або інші кріплення. Необхідно запобігти небажаному відвід тепла! Флюс треба наносити в холодному стані. Недоцільно паяльник спочатку нагрівати, а лише потім занурювати його в флюс. Але нагрівання флюсу до 90 ° С, безсумнівно, підвищує його змочувану здатність.

Треба згадати, що у продажу є також газоподібні флюси. За патентований метод газ, що живить пальник, пропускають крізь рідину, в якій він збагачується парами флюсу. Таким чином, в ряді випадків змочування швів флюсом стає зайвим; крім того, не раде видаляти залишки флюсу після пайки.

Потім слід нагріти велику площу біля місця спаю пальником, але не конусної частиною полум'я, а його передній широкою частиною. Нагрівати місце спаю слід до тієї температури, при якій покладені на нього шматочки припою починають легко плавитися і можуть заповнити весь шов. Припій кладуть з деяким надлишком, так, щоб нові порожнини, які утворюються при остиганні, також могли заповнюватися припоєм. Шов повинен бути якомога більш вузьким, в усякому разі менше 0,5 мм ; Оптимальні значення: 0,01-0,2 мм. Якщо застосовується запобіжна газова піч, то припой швидко всмоктується в шов і ущільнює його, що забезпечує більшу міцність, ніж при звичайній пайку з флюсом.

Після охолодження залишки флюсу видаляють обережним постукуванням або травленням 10% азотною кислотою, а потім промивають гарячою водою. Якщо необхідно абсолютно повне видалення залишків флюсу, то можна скористатися наявними у продажу розчинами, зміна кольору яких вказує на наявність залишків флюсу. Флюс мул бури виділяє у вакуумі велика кількість газу.

Якщо на одній і тій же деталі необхідно провести послідовно кілька пайок твердим припоєм, то, застосовуючи один і той же припой, можна було б пошкодити колишні пайки. Тому в таких випадках слід застосовувати два або три припою, температури плавлення яких різняться приблизно на 30°С: «перший припой», «другий припой», «третій припой».

Нову групу припоїв складають так звані припої з низькою температурою плавлення й присадки, що знижують точку плавлення. За допомогою цих припоїв стає можливим виробляти дуже міцну і витончену спайку матеріалів при температурах значно нижче за їх температуру плавлення. Так, є паяльні палички для алюмінію, які забезпечують міцне з'єднання вже при 420°С, тобто на 250°С нижче температури плавлення алюмінію.

Таким прийомом, застосовуючи особливий припой, можна паяти оцинковані деталі без руйнування шару цинку. При цьому досягається міцність до 50 кг / см ^2. Мідь, латунь, бронзу, нержавіючу сталь, нікель, срібло і золото можна паяти цим способом при 496 ° С, застосовуючи спеціальний сплав. Є різні типи спеціальних припоїв, які служать для отримання великих міцностей при підвищених температурах або стійкості проти корозії у морській воді і гарячих парах, для пайки в захисному газі і для застосування в високовакуумних приладах з прогріваються місцями спаю.

Паяння – процес утворення з’єднання з міжатомними зв’язками шляхом нагрівання матеріалів, що паяються нижче за температуру їх плавлення, їхнього змочування припоєм, затікання припою в зазор між деталями з наступною його кристалізацією. - Дозволяє з'єднувати метали в будь-якому сполученні; - З'єднання можливо при будь-якій початковій температурі металу, що паяється; - Можливе з'єднання металів з неметалами; - Паяні з'єднання легко роз’ємні; - Більш точно витримується форма й розміри виробу, тому що основний метал не розплавляється; - Дозволяє одержувати з'єднання без значних внутрішніх напружень і без короблення виробу; - Підвищена продуктивність процесу дозволяє паяти за один прийом велику кількість виробів; - Культура виробництва; можливі повна механізація й автоматизація.

2.1. Види пайки

Види капілярної пайки: 1.Пайка готовим припоєм капілярна пайка, при якій використовується готовий припой і формування шва відбувається при його охолодженні. 2.Контактно-реактивна капілярна пайка, при якій припой утвориться в результаті контактно-реактивного плавлення матеріалів, що з'єднуються і прокладок. 3.Реактивно-флюсова капілярна пайка, при якій припій утворюється в результаті виділення металу із флюсу. 4.Дифузійна капілярна пайка, при якій затвердіння паяного шва відбувається вище температури солідуса припою без охолодження. 5.Металокерамічна капілярна пайка, при якій наповнювач металу керамічного припою утворить розгалужений капіляр, що втримує при пайку рідку частину припою поза капілярним зазором.

Види некапілярної пайки:

1.Пайко-зварювання здійснюється без розплавлювання деталей. 2.Сварко-пайка застосовується при пайці металів з різною температурою плавлення, при цьому метал з найменшою температурою плавлення виконує функцію припою.

2.2. Класифікація спаїв 1.Бездифузійний - коли атоми не переходять через границю контакту. 2.Розчинно-дифузійний - коли основний метал розчиняється в припої і розчиняє елементи припою. 3.Контактно-реакційний - виникає без припою за рахунок контактного розплавлювання основного металу. 4.Диспергований - утвориться між металами не даючими між собою хімічного з’єднання, не розчинними один в іншому за рахунок сильного зниження поверхневого натягу під дією припою й диспергованих твердих часток.

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ВПЛИВУ НА ДОВКІЛЛЯ

На дільницях зварювання та різання металів склад та маса викидів шкідливих речовин залежить від виду і режимів технологічного процесу, властивостей зварювальних речовин. У процесі ручного електродугового зварювання сталі за витрат 1кг електродів утворюється до 40 г пилу, 2 г фтористого водню, 1,5 г оксидів вуглецю і азоту; під час зварювання чавунів - до 45 г пилу і 1,9 і фтористого водню. Під час напівавтоматичного і автоматичного зварювання загальна маса шкідливих речовин, що утворюються, менша в 1,5-2 рази, а під час зварювання під флюсом - в 4-6 разів. Зварювальний пил на 99% складається з часток розміром до 1 мкм, близько 1% пилу вміщують частки розміром 1-5 мкм. Хімічний склад шкідливих речовин, які виділяються під час зварювання, зумовлений переважно складом зварювальних матеріалів (проволоки, покриття, флюсів) і практично не залежить від складу зварювальних металів.[8] При зварюванні виділяються зварювальні аерозолі, які містять у своєму складі оксиди різних металів: марганцю, хрому, нікелю, міді, титану, алюмінію, заліза, вольфраму та ін. Кількість і склад зварювальних аерозолів, їх токсичність залежить від хімічного складу зварювальних матеріалів і зварюваних металів та виду технологічного процесу. При паянні утворюється аерозоль флюсів і припою, які містять свинець, кадмій, цинк, олово, вуглеводні, окисел вуглецю та ін.

Таблиця 4.1