
Консп.лекций_ПАЙКА
.pdfНаплывы или |
натекания припоя |
Лишняя масса |
В результате |
Повышение температуры и времени |
припоя, которая |
недостаточной |
пайки; использования механических |
||
затвердела в |
температуры и выдержки |
средств удаления остатков припоя. |
||
виде сосулек с |
при пайке, плохого |
|
||
острыми |
смачивания поверхности |
|
||
концами. |
припоем, несоответствие |
|
||
|
выбранного припоя. |
|
Лекция 12 Технология пайки металлических материалов. Пайка меди и
сплавов. Пайка алюминия и сплавов
Пайка меди и сплавов. Медь – химический элемент 1-й группы периодической системы Менделеева, порядковый номер 29, атомный вес 63,54. Встречается в самородном состоянии примерно 0,01 вес % в земной коре, преимущественно 80% в соединениях с серой, примерно 15% - в виде кислородных соединений (окислов, силикатов, карбонатов).
Медь – металл красного, в изломе розового цвета, в тонких слоях – зеленовато-голубой, имеет гранецентрованную кубическую решѐтку. Плотность – 8,96 г/см3, Тпл=10830С, Ткип=26000С. Медь обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью ( 2 место после серебра как проводник тока).
В соединениях медь одно- и двухвалентна. При нормальной температуре медь мало химически активна, во влажном воздухе покрывается тонкой и плотной плѐнкой основных сернокислых и углекислых солей.
2Cu + O2 + H2O + CO = (CuOH)2CO3
8Cu + 5O2 + H2O + SO2 = 2(CuSO4 3CuOH)2
От чистоты меди зависят еѐ свойства и поведение при обработке. Ничтожные количества многих элементов, попадающих в медь в качестве примесей или добавок, снижают электропроводность, теплопроводность, затрудняют обработку.
Медь техническая применяется для изготовления различных полуфабрикатов и в качестве шихтового материала для выплавки медных сплавов.
Марки МО-99,95%Сu, примеси Bi, Sb, As, Fe ,Ni, Pb Sn, S, O, не более
0,05%, используется для изготовления проводников тока, изготовления сплавов высокой чистоты.
Марки М1-99,90%Cu, примеси до 0,01%; используется для изготовления высококачественных бронз.
М2-99,70%Cu, используется для изготовления бронз, обрабатываемых давлением.
М3-99,5%Cu - для проката обычного качества и литейных бронз. М4-99,0%Cu - для литейных бронз и изготовленных сплавов. М3С-99,5%Cu - трубы для морского судостроения.
91
Примеси P, Sb, Bi, As, Si сильно ухудшают электропроводность меди; примеси Bi, Sb, Pb снижают технологические свойства меди, вызывая хрупкость при горячей обработке давлением.
Проводники тока изготавливаются из меди М0 и М1; электрические контакты в изделиях неответственного назначения – М2 и М3. Изготовляют коррозионностойкие масло- и топливопроводы, уплотнительные кольца, шайбы, прокладки.
Медь чистая марки М0 (М00, М000), особо чистая безкислородная и вакуумная, используется в электровакуумной промышленности.
Медь красная – сплавы меди, содержащие олово, цинк, свинец характерного красного цвета и литейные оловянистые бронзы (красное литьѐ), содержащие 78% меди, 4-10%Sn, до 10%Zn, до 5%Pb. Разделяется на бронзу химическую (художественную) и механико-технологическую (орудийную), акустическую (колокольную), оптическую (зеркальную). Применяется в электротехнике и художественном литье.
К особенностям свойств меди и сплавов, которые влияют на выбор способа пайки, относятся степень химической стойкости окислов и трудность их удаления; содержание легкоиспаряющихся элементов – Zn, Cd, Mn; склонность кислородосодержащей меди к водородной хрупкости: (медь, содержащую кислород, нельзя нагревать в восстановительной атмосфере, т.к. в результате проникания водорода в металл произойдѐт реакция образования водяного пара, вызывающая появление в металле трещин – «водородная болезнь»); способность меди образовывать хрупкие интерметаллидные соединения со многими компонентами припоя; повышенная способность меди и сплавов к хрупкому разрушению в контакте с жидким припоем.
По степени трудности получения паяного соединения медные сплавы разделяются на 2 группы:
Первая группа – медь и сплавы, образующие нестойкие окислы, легко удаляемые при флюсовой пайке (медь и сплавы, содержащие Zn, Sn, P, Pb, Sb, Fe, Ni, Mn).
Сплавы первой группы (сплавы системы Cu-Zn-Sn, содержащие добавки Pb, As, Fe, Ni, Mn) образуют оксиды CuO Cu2O или оксиды на основе других элементов 1-й группы со сравнительно невысокой свободной энергией образования и легко диссоциирующие при низкотемпературной пайке.
Вторая группа – сплавы меди, образующие стойкие окислы – сплавы, легированные Al, Be, Cr, Si, Zr, Ti: на поверхности образуются оксиды на основе этих элементов, трудно растворимые во флюсе и не разлагающиеся другими способами.
Низкотемпературная пайка меди и сплавов 1 группы припоями
характеризуется простотой и общедоступностью, но паяльником можно паять только тонкостенные детали при температуре пайки Тп 3500С. Массивные детали, вследствие высокой теплопроводности меди (в 6 раз выше, чем теплопроводность стали), паяют газовыми горелками и другими способами.
92
Низкотемпературная пайка выполняется припоями ПОССу 30-0,5; ПОС-40; ПОССу 40-0,5; ПОС-61; свинцово-серебрянными ПСр 1,5; ПСр 2,5;
ПСр3. Флюсы – на основе ZnCl2 или канифольно-спиртовые. |
|
При пайке меди оловянно-свинцовыми припоями |
с высоким |
содержанием Sn, по границе шва образуются прослойки химического соединения Cu5Sn6, что вызывает снижение прочности паяных соединений, соединения следует не перегревать в процессе пайки, потому что при перегреве растѐт толщина прослойки. При пайке меди припоями системы SnPb соединения охрупчиваются при низких температурах, что связано с аллотропическим превращением олова и образованием в шве хрупких интерметаллидов, которые при низких температурах являются очагами трещин.
При содержании в оловянно-свинцовом припое менее 15%Sn в паяных соединениях не наблюдается падения ударной вязкости, это связано с тем, что свинец (основа припоя) при работе соединений в условиях низкой температуры повышает ударную вязкость. При сборке под пайку соединений со сборочным зазором 0,35мм в соединениях может возникнуть пористость. Соединения подвергаются искусственному старению вследствие распада твѐрдого раствора олова на основе свинца. Недостатком припоев на основе свинца с содержанием 15%Sn является их нетехнологичность и низкая способность смачивать поверхность паяемого металла. Так, припой ПСр3 (эвтектический состав: 3,5Ag-Pb – ост.), ПСр2,5 дают теплостойкие и хладостойкие соединения, но прочность соединений низкая, низкая способность к растеканию и смачиванию меди и латуни.
При пайке цинковые припоями соединения имеют низкую прочность, низкие характеристики смачивания меди и растекания по ней припоя даже при обработке активными флюсами. Цинковые припои редко применяются для пайки меди из-за интенсивного растворения еѐ в расплаве припоя. Легирование оловом и кадмием повышает способность смачивания и растекания, однако прочность соединений не повышается. Легирование цинковых припоев Ag, Cu, Mg, Al, Ni при суммарном содержании до 10% увеличивает прочность паяных соединений.
При пайке кадмиевыми припоями (например, ПСр5КЦН; ПСр8КЦН) соединения теплостойки до 3500С, но не хладостойки и имеют низкую прочность из-за образования хрупких интерметаллидов. Технологичность припоев хуже, чем припоев системы Sn-Pb. Состав припоя ПСр5КЦН
(вес.%); – Zn1,5-2,5, Ag4-6, Ni1,5-2,5, Cd-ост; Тп=3550С.
Пайка погружением в расплавы солей: соли служат источником тепла и оказывают флюсующее действие, дополнительного флюсования не требуется. Недостаток – сложность удаления остатков флюса.
Пайка погружением в ванну с припоем: после предварительной очистки флюсом деталь нагревают в расплаве припоя; при Тп расплав припоя заполняет соединительный зазор.
Высокотемпературная пайка припоями с применением флюсов. Для высокотемпературной пайки меди и сплавов используют флюсы на основе
93
соединений бора и фтористого калия, которые хорошо очищают поверхность и способствуют смачиванию.Флюс ПВ-209: состав (% вес)KF-41-43; B2O3- 34-36; KBF4-22-24;Флюс ПВ 284 Х состав:(% вес)H3BO3-29-31; KOH-25-27; HF-43-45 (фтористо-водородная кислота)
Пайку осуществляют серебряными припоями: ПСр45; ПСр40; ПСр25 нагревом ацетиленокислородным пламенем или в печах с использованием флюсов.Состав припоев:
ПСр45 (% вес) – Ag44,5-45,5; Cu29,5-30,5; Zn23,5-25,0; Тп=7250С; ПСр70 (% вес) – Ag69,5-70,5; Cu25,5-26,5; Zn3,0-5,0; Тп=7550С; ПСр25 (% вес) – Аg24,7-25,3; Cu39-41; Zn33-36; Тп=7750С; ПСр10 (% вес) – Ag9,7-10,3; Cu52-54; Zn35-38,5; Тп=8500С.
Припои на медной основе тугоплавки и вызывают эрозию паяных соединений из-за растворения паяемого металла, поэтому для пайки их применяют реже, чем серебряные.
Припои медно-фосфорные с добавлением серебра, например марки ПФО7 (МФОЦ7-3-2), содержит P=5-7%, Zn1-3; Sn-2,5; Sb-0,1; Cu-ост.,
Тп.=7000С.
Припои МФ-1, МФ-2 (Р=8,5-10%), МФ-3 (Р=7-8,5%) остальное Cu, и примеси: Bi-0,002-0,005%; Sb-0,002-0,1% при пайке дают прочные швы ( =250-300МПа), теплостойкие до 8000С, но непластичные, в условиях низких температур пластичность падает.
Недостатком флюсовой пайки является сложность получения герметичных соединений, удаления остатков флюса, которые являются очагами коррозии.
Поэтому используют пайку меди и сплавов в восстановительной и нейтральной контролируемой газовой атмосфере, например в струе сухого азота: Тп=750-8000С.
Недостаток – сложность оборудования по очистке азота и высокая температура пайки (больше 7500С). Выполняют пайку в среде Ar: припой ПС59-1 с дополнительным флюсованием мест пайки раствором буры
(Na2B4O7).
Пайка в вакууме экономична, безопасна, швы чистые, прочные с высокой коррозионной стойкостью, недостатком является сложность применяемого оборудования.
Контактно-реактивная бесфлюсовая высокотемпературная пайка меди с контактной прослойкой Ag (например пайка теплообменников, работающих при 2000С). Пайка выполняется по шероховатой поверхности, в среде гелия: нагрев в среде гелия происходит в 2 раза быстрее (теплопроводность гелия в 6-9 раз выше теплопроводности Ar); быстрый нагрев особенно важен для крупногабаритных тонкостенных изделий. Перед сборкой паяемые узлы погружают во флюс: спиртовый раствор ПВ209 (3- 5%). Пайка выполняется с механическим прижимом в контейнере из нержавеющей стали при таких условиях: расход гелия QHе = 10-16 л/мин; температура пайки Тп = 820-8300С; время пайки t = 35-45мин (при пайке в Ar
94
время пайки t = 90-120 мин, в результате происходит эрозия медных деталей).
Диффузионная пайка: для диффузионной пайки используют в качестве припоев галлий, индий, олово, свинец, припои системы олово-свинец (ПОССу-40-2, ПОС-61). Пайка выполняется при поджатии деталей, в вакууме или Ar при Тп = 650-8000С и длительной выдержке. Припой на место пайки наносят напылением в вакууме, гальваническим способом или вносят в
соединительный зазор в виде тонкой фольги. |
|
|
|
Высокотемпературная |
пайка |
композиционным |
припоем: |
Композиционный припой |
изготавливается |
в виде пасты, состоящей из |
припоя ПМФС6-0,5 и флюса ПВ209. Используют порошок припоя дисперстностью 5-300 мкм, в смесь порошка с флюсом добавляют воду; паста обладает вяжущим и цементирующим свойством и сборка деталей при ее использовании возможна без приспособлений (вследствие образования
гидрата фторида калия KF2H2O, обладающего вяжущими свойствами) Тп=7800С , t=60с. Соединения не уступают по механическим свойствам паяным припоям ПСр45, коррозионно-стойки.
Паста пригодна для пайки меди и сплавов, молибдена,
металлизированной керамики при печном |
нагреве или различными |
локальными источниками. |
|
Пайка латуней: латунь – сплав Cu с Zn ( до 50%Zn ) с добавлением Al, Sn, Fe, Mn, Ni, Si, Pb – в сумме до 10%. Окисная плѐнка на поверхности латуни имеет сложный состав: при содержании до 15%Zn плѐнка состоит из Cu2O с внедрѐнными в неѐ частицами ZnO, в сплавах с большим содержанием цинка слой окислов состоит в основном из ZnO, удаление которого более сложно, чем Cu2O.
Особенности пайки: при низкотемпературной пайке окисная плѐнка на паяемой поверхности не удаляется канифольным флюсом, используют флюсы на основе ZnCl2 с добавлением HNO3 .
Хотя латунь медленнее, чем медь, растворяется в расплавах припоев системы Sn-Pb, но соединения на латуни, паянные этими припоями, имеют низкую прочность из-за пористости в швах в результате испарения цинка.
Высокотемпературная пайка: пайка в печи в газовых средах производится только с предварительным флюсованием мест пайки используется меднофосфорный или серебряный припой. Возможна пайка без флюса – если на латунь предварительно нанесено покрытие Cu или Ni, предохраняющее поверхность латуни от испарения цинка.
Высокотемпературная пайка в соляных ваннах: температура пайки Тп = 850-8700С, в ванну добавляют 4-5% флюса, содержащего KF u Na2B4O7.
При большом содержании в латуни меди пайку выполняют серебряными припоями ПСр72, ПСр40, ПСр45, меднофосфорными. При большом содержании в латуни цинка (Л63, Л68) паяют только серебряными
припоями. Меднофосфорные припои непригодны, поскольку образуют малопластичные соединения - фосфиды цинка.
95
Пайку горелками следует выполнять с высокими скоростями нагрева для сокращения контакта жидкого припоя и твѐрдого металла и предотвращения
растворения основного |
металла при |
пайке |
серебряными |
и |
||
меднофосфорными припоями. |
|
|
|
|
||
Пайка |
бронз. Пайку |
оловянистых бронз |
(92%Cu, 8%Sn, 0,38%P); |
|||
Тс=8500С, |
Тл=10300С можно выполнять |
при |
низкотемпературном |
и |
высокотемпературном нагреве. При низкотемпературной пайке можно использовать припои системы Sn-Pb и флюсы на основе ZnCl2 с
добавлением HCl. Нагрев следует вести постепенно, т.к. высокие
скорости нагрева вызывают красноломкость соединений.
При высокотемпературной пайке используют медно-цинковые и серебряные припои и флюс на основе H3BO3 c добавлением фтористых и хлористых солей.
Свинцовые бронзы: для пайки свинцовых бронз используют флюсы и припои – как для оловянистых бронз, но требуется более тщательная подготовка под пайку, так как оксиды свинца затрудняют течение припоя.
Алюминиевые бронзы - сплавы меди с высокими механическими свойствами, используются в машиностроении. Используют двойные сплавы системы Cu-Al (простые бронзы) и бронзы с добавками Mn, Fe, Ni. На поверхности алюминиевой (и кремниевой) бронзы образуется оксидная плѐнка, которая трудно удаляется с использованием обычных флюсов. Перед пайкой изделие необходимо обработать в фтористо-водородной или плавиковой кислоте. Используют активные флюсы с повышенным содержанием соляной кислоты; рекомендуется предварительная очистка и флюсование поверхности алюминиевых бронз смесью H3BO3 + ZnCl2 .
Марганцевые бронзы следует флюсовать с использованием ортофосфорной кислоты. При пайке необходимы быстрые методы нагрева во избежание окисления и образования хрупких интерметаллидов. Обработка поверхности перед пайкой флюсом из смеси солей хлоридов щелочных металлов с добавлением фторидов металлов.
Для высокотемпературной пайки используют флюсы с фторборатами и фторидами щелочных металлов.
Бериллиевые бронзы следует паять немедленно после механической подготовки серебряными припоями с флюсами (фтористыми солями).
Пайка алюминия и сплавов. Алюминий(Al) - химический элемент 3
группы периодической системы Менделеева, занимает порядковый номер 13, имеет атомный вес 26,98. В земной коре соединения алюминия составляют 8,80% ее веса. Вместе с О2 и Si алюминий образует 82,58% массы земной коры, находясь внутри земной поверхности. Чистый алюминий получают электролизом глинозема Al2O3, растворѐнного в расплавленном криолите Na3AlF6. Глинозѐмы добывают из горной породы - бокситов, в состав которой входят гидрат окиси алюминия, окислы, гидраты окислов, карбонаты и др. соединения кремния, железа, кальция, магния, натрия. Обычно алюминий трехвалентен (Al3+), однако при определѐнных условиях
96
атом алюминия может превращаться в одноатомный ион Al+, образующий соединения низшей валентности. Алюминий – металл, не имеющий полиморфных превращений, кристаллическая решетка алюминия - куб с центрированными гранями, удельный вес алюминия =2,7г/см3 (при +20 С), Тпл=660,240С (99,996% Al). Технический алюминий имеет температуру плавления Тпл=658 С, температуру кипения Ткип=22000С, высокую теплопроводность и коррозионную стойкостью в атмосферных условиях, электропроводность составляет 65-67% от электропроводной меди.
На воздухе алюминий покрывается плѐнкой окиси Al2О3, которая защищает его от дальнейшего окисления и обусловливает сравнительно высокую коррозионную стойкость металла. Концентрированная азотная кислота HNO3 и органические кислоты на алюминий не действует, однако алюминий разрушается едкими мелочами, соляной и серной кислотами. Алюминий легко поддаѐтся обработке давлением – прокатке, прессованию, волочению, ковке, штамповке, сваривается хорошо.
Классификация промышленных сортов алюминия в зависимости от содержания основных примесей (Fe, Si, Cu) следующая:
Алюминий марки AB0000 – Al99,996% ( примеси 0,004%), AB0000 – Al99,99% (примеси 0,01%), AB00 – Al-99,97% (примеси 0,03%), AB0 – Al-
99,93%, (примеси 0,07%) - используются при производстве химической аппаратуры, электрических конденсаторов.
Алюминий марки A000 – Al-99,80 %,( примеси 0,20%), A00 – 99,7%, (примеси 0,30%), A0 –Al- 99,6 % (примеси 0,40%) используется при производстве фольги, в кабельном производстве.
Алюминий марок А199,5%Al используют в производстве посуды; марки А2 – 99,0% Al используют при изготовлении токопроводящие изделий; марки А3 – 98,0 % Al используют для подшихтовки алюминиевых сплавов.
Алюминиевые сплавы классифицируют:
-по технологии изготовления на деформируемые (например АД0, АД1, АМц, Амг) и литейные( АЛ2,АЛ4, АЛ9);
-по способности к термической обработке сплавы разделяют на не упрочняемые термической обработкой (например АМц, АМг) и упрочняемые термической обработкой (сплавы В95, Д1, Д16, АК).
Сплавы в зависимости от |
легирования имеют |
соответствующие |
названия: |
|
|
сплавы системы Al-Si – силумины, |
|
|
системы Al-Mg – магналины, |
|
|
системы Al-Cu-Mg – дуралюмины; |
|
|
системы Al-Mg-Si-Cu – авиали; |
|
|
сплав АК называется супердуралюмин. |
|
|
Температура солидус алюминиевых сплавов Тс = 500-6400С, поэтому |
||
велика вероятность перегрева |
алюминиевых |
сплавов и при |
высокотемпературной пайке следует выдерживать узкий интервал нагрева.
97
Температура рекристаллизации алюминиевых сплавов Тр = 250-3000С, при температуре рекристаллизации происходит разупрочнение алюминиевых сплавов, упрочнѐнных термической обработкой.
Пайке подвергаются только алюминий и небольшое число деформируемых термически не упрочняемых сплавов системы Al-Si, Al-
Si-Mg, Al-Mg-Mn. |
|
Практически невозможно выполнять |
высокотемпературную пайку |
деформируемых термически упрочняемых сплавов системы Al-Cu-Mg, Al- Zn-Mg и литейных сплавов системы Al-Si-Mg, Al-Cu-Si, Al-Mg, Al-Cu-Ti, Al- Cu-Ti-Si из-за близости температуры нагрева при закалке этих сплавов к температурам их солидус и опасность вследствие этого пережога паяемых сплавов.
Выполнение термообработки (закалки) после пайки от более низких температур не обеспечивает прочности паяных соединений.
При выборе припоев для пайки алюминия и сплавов необходимо учитывать следующее.
Алюминий с большинством легкоплавких элементов, составляющих основу легкоплавких припоев (Sn, Pb, Cd, Bi, Zn, Li, Na) образует монотектические диаграммы состояния со слабой взаимной растворимостью компонентов. Только с цинком алюминий образует эвтектику при Те = 382 0С и широкую область твердых растворов. Поэтому низкотемпературная
пайка алюминия применяются ограничено.
Большинство депрессантов алюминиевых сплавов (Cu, Cr, Mn, Mg, Ti) имеют с алюминием высокое химическое сродство и образуют химические соединения, входящие в эвтектику. Кремний образует с алюминием сплавы с относительно пластичной эвтектикой.
Наибольшую прочность имеет эвтектика в системе А1-Ag ( в=24,4 МПа), затем, по мере убывания прочности, эвтектика в системе Al-Mg-Si, наименее
прочна эвтектика в системе Al-Mg-Cu ( в=7,5 МПа). |
|
Низкотемпературная пайка алюминия. Низкотемпературная |
пайка |
алюминия может выполняться припоями системы Sn-Pb , однако паяные соединения имеют низкую коррозионную стойкость вследствие того, что компоненты припоя в паре с алюминием образуют коррозионно-нестойкие соединения из-за большой разности нормальных электродных потенциалов.
Использование припоев системы Sn-Pb не обеспечивается получение герметичных соединений.
Соединения, паяные припоями на основе Sn-Pb, могут использоваться только после нанесения на поверхность лакокрасочного покрытия, либо после пайки в вакууме или инертной газовой среде.
При низкотемпературной пайке используют припои системы Sn-Zn, ZnCd, Sn-Pb-Zn, Pb-Zn, однако паяные соединения также обладают низкой коррозионной стойкостью ( пример состава припоя - 63Pb-34Sn-3Zn). При увеличении содержания цинка в припое повышается коррозионная стойкость паяных соединений: например припои состава 60Zn-40Cd и состава 70Zn30Sn обеспечивают среднюю коррозионная стойкость; припои состава
98
95Zn-5Al; 100Zn обеспечивают высокую коррозионную стойкость паяных соединений.
Наибольшую коррозионную стойкость и прочность имеют соединения
при пайке |
алюминия |
припоями, |
содержащими (вес.%) 70-95Zn |
с |
||||
добавлением |
Ag, |
Cu, |
Al, однако недостатком |
таких |
припоев является |
|||
высокая температура пайки (Тп = 370-510 С), |
при которой наклепанный и |
|||||||
нагартованый алюминий может отжигаться. |
|
|
|
|
||||
Возможна |
низкотемпературная |
пайка |
в |
печи, |
погружением |
и |
газопламенная.
Особенностью низкотемпературной пайки является необходимость кратковременного нагрева ( 1с) и недопустимость большого перегрева.
Цинковые припои, легированные Sn, Sb, Pb, Cd, склонны к развитию в швах межкристаллитной коррозии, поэтому при изготовлении припоев следует использовать только очень чистый цинк (99,99%Zn).
Ниже приведены составы наиболее используемых припоев и флюсов для низкотемпературной пайки алюминия и алюминиевых сплавов (системы AlMg, Al-Mn).
Припои (состав в вес.%): П200А - (Sn90, Zn10); Тп =200 С; П250А –
(Sn80,Zn20), Тп =200-280 С; П300А-(Zn60, Cd40), Тп =340 С; П425- (Zn65, Al20, Cu15), Тп =455 С.
Пример состава флюса (вес.% ): 10 фторбората кадмия; 2,5 фторбората цинка; 5 фторбората алюминия; 82 триэтаноламина, интервал активности
150-320 С.
Низкотемпературная пайка по технологическому покрытию.
При низкотемпературной пайке в качестве технологического покрытия используют металлы: Cu, Ni, Ag, Zn, которые наносят на паяемую поверхность электролитически, химически, либо термовакуумным напылением. Пайка по покрытиям может осуществляться Sn-Pb припоями с применением канифольно-спиртовых флюсов или флюсов на основе водного раствора ZnCl2.
Безфлюсовая пайка ультразвуковым паяльником (ультразвуковое лужение) для покрытия поверхности алюминия и его сплавов, а также керамики, ферритов, сталей перед пайкой легкоплавким припоем.
Для ультразвукового лужения используют ультразвуковые паяльники или ванны. Под действием ультразвуковых колебаний (частота 18-60 КГц при интенсивности излучения 8-16Вт/м2) в жидком припое возникают макро- и микропотоки, уносящие частицы окислов. Используется ванна с Sn при 280 С, интенсивность колебаний зависит от состава припоя. Длительность лужения 1с; недостатком является сильная эрозия поверхности паяемого металла, детали толщиной 0,5 мм нельзя подвергать лужению этим способом.
Высокотемпературная пайка алюминия и сплавов.
Высокотемпературная пайка алюминия и сплавов выполняется припоями на основе алюминия. Такие припои не вызывают коррозии в зоне паяных швов,
99
так как разность нормальных электродных потенциалов припоев и паяемого металла незначительна.
Припои на основе алюминия обеспечивают получение паяных соединений с высокими коррозионными и механическими свойствами, однако они имеют сравнительно высокую температуру плавления (до 6006300С), что затрудняет проведение пайки. В припои на алюминиевой основе вводят кремний, серебро, медь, цинк, кадмий, германий.
Наилучшие коррозионные свойства обеспечивают припои системы Al-Si (4-13% Si), например, эвтектический сплав, содержащий 12% Si, с Тпл.=5770С, однако такие припои имеют высокую (относительно паяемого металла) температура плавления, что затрудняет проведение пайки.
Введениев припой системы Al-Si дополнительно Cu снижает температуру плавления припоя ( 28% Cu ): образуется тройная эвтектика с Тпл.=5250С (припой 34А: 66Al-28Cu-6Si).При пайке используется флюс следующего состава: 54-56 КCl ; 29-35 LiCl ; 9-11 NaF ; 8-12 ZnCl2 (флюс 34А).
Припой системы Al-Si-Cu используется для пайки сплавов с высокой температурой плавления (АВ, АМц, АМг), они непригодны для пайки дуралюмина (Д1, Д16), не допускающего нагрева выше Т=5050С.
Легирование алюминиевого припоя цинком и германием снижает температуру его плавления и следовательно температуру пайки.
Состав германиевого припоя на основе алюминия (вес.%): Si-5,5, Mn-1,5,
Ge-28; Тпл.=4400С; Zn 24-26, Cu-20, Si-3,5; Тпл.=490-5000С. Флюсы – смеси солей хлоридов щелочных металлов с добавлением фторидов металлов.
Используют для пайки сплавов АМц, Д20 горелками (с бензиноили газовоздушным пламенем, а не ацетиленокислородным, которое, взаимодействуя с флюсом, снижает его активность). Зазор при флюсовой пайке – 0,1-0,25 мм.
Высокотемпературная флюсовая пайка алюминия и сплавов может производиться с применением газопламенного, печного, индукционного, контактного нагрева и путѐм погружения в расплавы флюсов.
Печной нагрев. Для печной пайки применяют припой 34А и флюс 34А, Тп.=550-5600С; припой эвтектического состава системы Al-Si: Тпл=5805900С , Тп=6000С.Используют для пайки тонкостенных ажурных конструкций, скорость нагрева при пайке зависит от толщины стенок соединяемых деталей.
Однако применение флюса 34А при печном нагреве опасно из-за растворения паяемого металла цинком, выделяющимся из флюса; при пайке тонкостенных изделий это может привести к сквозному проплавлению. Поэтому во флюсе заменяют ZnCl2 на SnCl2, CdCl2, PbCl2.
Пайка в соляных ваннах: пайка погружением в расплавах солей используется при изготовлении конструкций из алюминия и сплавов с применением готовых припоев или плакированного слоя. Иногда используют реактивнофлюсовую пайку с образованием припоя в результате взаимодействия активных компонентов солей с паяемыми материалами.
100