2.5. Подробно описать технологический процесс пайки, обосновать выбор оборудования, режимов, припоев, флюсов.

Припои

В ювелирной промышленности припои различают по их металлическим основам (припои оловянные, кадмиевые, цинковые, магниевые, алюминиевые, медные, серебряные, золотые), а также по температуре плавления (легкоплавкие, среднеплавкие, тугоплавкие). Припои могут быть изготовлены в виде фольги, ленты, проволоки, стружки, сетки, литых прутков, фигурных отливок, нити, в виде готовых форм, а также в виде порошка и пасты.

Припои должны непременно обладать тремя свойствами: хорошо смачивать основные металлы; хорошо растекаться, обеспечивая качественное заполнение зазора; образовывать прочные и долговечные соединения. Выбор нужного припоя определяется свойствами основного металла, рабочей температурой припоя, методом пайки.

Металлы и сплавы с высокой температурой плавления паяют твердыми припоями, а низкоплавкие – мягкими припоями. Разница температур плавления припоя и основного металла должна быть около 50°С.

Серебряные припои. Известно много припоев с низким содержанием серебра, которые из-за желтовато-красного оттен­ка не представляют интереса для ювели­ров. В ювелирном же деле применяются серебряные припои с содержанием в них серебра не менее 65%.

Основные отличительные свойства серебряных припоев – пластичность, прочность, антикоррозионность. Температура их плавления – 650-810°С. Они обеспечивают требуемую смачиваемость соединяемых поверхностей деталей, хорошо заполняют зазоры швов. В отличие от золотых, серебряные припои могут не соответствовать пробе изделий. Количество цинка в серебряном припое определяет температуру плавления. Приготовляя припой, нельзя его перегревать, так как цинк улетучивается в виде паров, изменяя исходное соотношение компонентов. Это испарение также стоит учитывать в процессе пайки. Каждый раз, когда припой становится жидким, температура его плавления повышается.

Используемые припои: ПСр-68-I; t _пл.= 770-790⁰ C, 68%Ag, 32% Cu, ПСр-66,6; t _пл.= 720-740⁰ C, 66,6%Ag, 24,3%Cu, 9,1%Zn. Припой был выбран в соответствии с основным металлом.

Флюсы

Нагретые металлы быстро соединяются с кислородом и образуют пленку из окислов. Она препятствует смачиванию металла припоем. Для растворения окислов и предотвращения дальнейшего окисления при пайке применяют флюсы.

Выбор флюсов определяется паяемым материалом, но прежде всего рабочей температурой применяемого припоя. Флюс должен сохранять свое действие в пределах рабочей температуры и выше максимальной температуры пайки. Поэтому флюсы подразделяют по диапазону их эффективной температуры.

Чтобы обеспечить надежную пайку свей соединяемой поверхности, жидкий или пастообразный флюс непосредственно перед пайкой наносят наместо пайки. После пайки остатки флюса должны быть удалены с места пайки, иначе может возникнуть коррозия.

Действие флюсов. В процессе пайки флюсы должны выполнить следующие задачи: растворить имеющиеся остатки окислов; защитить места пайки и припой от окисления посредствам глазуревидного покрытия; способствовать повышению жидкотекучести припоя. Чтобы решить эти задачи, флюсующее средства должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Рабочая температура припоя и температура действия флюсов должны быть согласованы между собой. Скорость реакции, т. е. темп растворения окислов, должен быть выше, чем скорость пайки. Пайка должна проводиться достаточно быстро, чтобы помешать появлению новых окислов.

2. Флюсы должны иметь возможно низкую вязкость и умеренное поверхностное напряжение. От вязкости флюса зависит его подвижность. Вязкость должна достаточно низкой, чтобы не препятствовать растеканию припоя, но с другой стороны, она должна быть и достаточно велика, чтобы флюс, как единый защитный слой, надежно покрывал припой и место пайки. Хороший флюс должен иметь поверхностное напряжение, чтобы он мог в расплавленном состоянии хорошо смочить и покрыть поверхность основного металла.

3. Флюсующее средство должны полностью отшлаковывать загрязнения и отводить их из зоны пайки. Недостаточно, если флюс только растворяет остатки окислов, он должен также продукты растворения от месте пайки. В противном случае вязкий слой шлака будет снижать подвижность припоя, и препятствовать активному действию новых порций флюсующих материалов на поверхности металла.

Для данного изделия используется флюс, в состав которого входят бура и борная кислота.

Бура и борная кислота. Бура является классическим доставляющим флюсов, причем она может использоваться и как самостоятельный флюс. Борная кислота же не может использоваться как самостоятельный флюс. Ее применяют тогда, когда полированная вещь должна сохранить свой блеск, не смотря на пайку, и когда нужно полностью избежать окисления ее поверхности.

Стандартным способом приготовления флюса из смеси буры и борной кислоты является следующий: взять в необходимой пропорции эти химикаты, затем в металлической посуде подвергнуть нагреву. Реактивы начинают плавиться и на поверхности смеси появляется множество пузырьков. Нагревание прекращают, когда над поверхностью состава появляется, так называемый матер - большой пузырь, покрывающий всю смесь. После охлаждения смесь начинает кристаллизоваться, после нее кристаллы перетирают до получения порошкообразной массы. Полученный порошок разбавляют водой.

Инструмент для пайки

Основным инструментом для пайки является пламенная горелка. При изготовлении данного изделия в качестве топлива был использован природный газ, который поступает в горелку вместе с воздухом для горения, затем смесь поджигают и получают пламя.

Паяльные щипцы, паяльный пинцет. В этих инструментах, в отличие от гибочных щипцов и обычных пинцетов, детали надежно удерживаются под воздействием зажима губками. Недостатком же является то, что вследствие плотного контакта тепло заготовки отводится на щипцы и, следовательно, увеличивается время нагрева — значит, при определенных размерах заготовки ее пайку с использованием таких щипцов производить невозможно. Если деталь можно удержать пинцетом, то тогда рекомендуется воспользоваться пинцетом с кварцевыми губками, что обеспечит минимальную теплоотдачу, невозможность налипания на них припоя и флюса и возможность их охлаждения в раскаленном состоянии холодной водой.

Пайку можно производить также при помощи двух зажимных цанг, установленных на поворотных кронштейнах, которые, в свою очередь, закреплены на рабочей плите для пайки, что позво­ляет осуществлять. Несомненно, такие приспособления облегчают работу, но ни в коем случае не заменяют проверенных временем способов фиксации деталей перед пайкой.

Установка на подкладке для пайки. Подкладка в виде бруска из древесного угля успешно используется уже многими поколениями ювелиров. При правильной подготовке подкладка почти не обгорает и долго служит; не отбирает на себя тепло, поэтому установленные на ней детали мгновенно нагреваются. Поверхность бруска, если требуется, выравнивается большим напильником; при необходимости на ней можно выполнить углубления или канавки; фиксация соединяемых деталей возможна посредством вдавливания их в брусок угля; в уголь можно вкалывать булавки и другие вспомогательные средства.

На гладкой подкладке для пайки удобно выполнять укладку проволоки: соединяемые детали размещают на плите, стыкуют и спаивают.

Всегда должны быть под рукой различные подпорки и подставки, применяемые для стыковки и зажима деталей в заданном положении во время пайки.

Зажимы. Обеспечивают: быструю сборку соединяемых деталей; отсутствие недостатков, соответствующих обвязке; легкое и быстрое освобождение заготовок. Как правило, зажимы изготавливают из стального листа, но при нагреве они теряют свои пружинящие свойства, а после многократного использования не обеспечивают достаточно прочной фиксации деталей, к тому же отделяющиеся от них частицы (окалины) загрязняют опилки. Поэтому изготовлять зажимы лучше из жаропрочных легированных сталей из заготовок в виде круглой прокатанной проволоки, на которой отсутствуют нежелательны острые кромки. Основное преимуществ таких зажимов в том, что при пайке он совершенно не теряют своей упругости, их поверхность долго остается гладкой Зажимы можно изготавливать также и проволоки диаметром 0,6 —1,4 мм, применяемой в медицине при протезировании.

Подкладки для пайки.

При пайке объемных деталей в каче­стве подкладки используют жаропрочный шамотный камень, правда, он очень твердый, а его поверхность — пористая, что и является главным недостатком: па­яемые детали могут быть поцарапаны.

Огнеупорный кирпич. Мягок, недорог, безопасен. Крошится, особенно если использовать много флюса.

Скрученный асбест. Плоская и сравнительно мягкая поверхность. Пылевидные частицы представляют большую опасность для органов дыхания.

Керамические или искусственные блоки. Как правило, хороши, но имеют высокую теплоемкость и при первом нагреве выделяют неприятный дым. Новые блоки лучше поместить в муфель и нагреть до температуры пайки, выдержать несколько секунд и медленно охладить.

Скомканная проволока на пемзе. Старый способ, хорош для отжига в тех случаях, когда не требуется плоская поверхность. Форма для выпечки вполне подойдет как подставка.

Пайка.

Общие сведения. Выражение «твердый припой» означает - тугоплавкий, т.е. плавящийся при более высокой температуре, чем мягкий припой, и обеспечивающий более высокую прочность соединения. По своему составу твердый припой схож с соединяемым металлом, поэтому он в процессе диффузии проникает в него; такое паяное соединение выдерживает высокие нагрузки при прокалке, ковке, гибке, дифовке и т. д. При пайке твердым припоем необходимо выполнить целый ряд трудоемких подготовительных операций.

Зачистка. Место пайки должно быть абсолютно чистым. Очистка производится двумя способами: химическим и механическим. Для удаления загрязнений (жировых и масляных пятен) наиболее эффективен химический метод очистки. Он ведется с помощью четыреххлористого углерода, трихлорэтилена, тринатрийфосфата. Механическая очистка (удаление оксидов) производится с помощью: напильника, надфиля, шабера, наждачной шкурки, проволочной (стальной) или стеклянной шкурки. При этом нужно соблюдать осторожность, чтобы не повредить соединяемый зазор. При необходимости после механической очистки следует произвести еще и химическую. Самый простой и наиболее часто при­меняемый метод зачистки состоит в том, что с поверхностей деталей, соединяемых пайкой, трехгранным шабером удаляется окисная пленка, в результате чего они должны стать блестящими и без каких-либо заусенцев (зачищается также и при­пой). Причем шабером удаляется не только окисная пленка, но и остатки жира и смазки и прочие примеси. Никогда не стоит пренебрегать зачисткой и надеяться, что флюс полностью растворит слой окиси. Все детали, имеющие внутренние остаточные напряжения (как результат предшествующей обработки), перед монтировкой должны быть подвержены отжигу в противном случае при пайке ушко, например, нагреваясь, расширится, а установленные друг против друга концы царги перекосятся. Все замкнутые пустотелые детали перед нагревом необходимо просверлить, чтобы из них выходил воздух, иначе шарик серьги или кольцо при пайке могут лопнуть.

Разумеется, можно применять любые другие механические и химические методы зачистки, например, травление, крацевание, обработку стеклянной щеткой, на­пильником, наждаком, фрезерованием и т. д. Чем чище соединяемая поверхность, тем лучше качество пайки.

Припасовка (подгонка). Очень важна тщательная подгонка мест пайки: минимальный зазор должен быть таким, чтобы в него затекали флюс и припой; зазор должен быть полностью заполнен припоем; за пределами шва должно оставаться как можно меньше остатков припоя. При выполнении ювелирных работ максимальная ширина зазора должна равняться 0,1 мм. При объемных работах эта величина может быть в 2 раза больше. При определенном навыке можно, конечно на плохо зачищенном стыке обеспечить заполнение шва припоем, но уже при полировке будут видны дефекты такого шва, а прочность соединения окажется незначительной. Вследствие более высокой прочности шва, получаемого пайкой твердым припоем, не обязательно при этом увеличивать поверхность соединения, как при пайке мягким припоем. Однако при пайке тонких деталей, испытывающих высокое напряжения, рекомендуется делать стык скошенным или на его кромках снимать фаску, а лучше, если возможно, одновременно сделать и то и другое.

Фиксация деталей. При пайке мягким припоем достаточно зажима заготовки в пинцете, при пайке же твердым припоем соединяемые детали должны быть прочно и надежно за­фиксированы, правда, с возможностью (при острой необходимости) небольшой корректировки их положения уже в процессе пайки. Фиксация деталей осуществляется самыми разными приемами и способами..

Нанесение флюса и припоя. Флюсы могут разрушаться под дей­ствием света, поэтому их следует хранить в светонепроницаемых сосудах, а на ра­бочем месте держать только небольшую устойчивую бутылку с флюсом. На поверхность деталей или точно на место пайки флюс наносят кисточками с более толстым или тонким волосом ще­тины. Принципиально неправильно, когда изделие после каждой пайки погружают в сосуд с водой или с травильным ра­створом: закалка в «травителе» недопу­стима. При возобновлении прерванной монтировки изделия следует заново вы­полнить операцию нанесения флюса, только нужно знать и помнить, что мате­риал изделия в этом случае «страдает»: не только потому, что его лишний раз очищают и офлюсовывают, но и оттого, что на нем образуется сильный зеленый налет, который приходится удалять на готовом золотом изделии, что приводит к значительным потерям времени и мате­риала.

Припой, в отличие от флюса, хранят не в сосудах, а отдельно по сортам в чашах из толстого фарфора или в само­дельных серебряных чашечках.

При наложении припоя кисточку оку­нают во флюс, берут поочередно кусочки припоя и переносят их на место пайки. Кусочки припоя укладывают непосред­ственно на стык таким образом, что при расплавлении припой «по системе капил­ляров» заполняет зазор шва. Если уло­жить кусочки припоя хаотично и нерав­номерно рядом со стыком, то припой растечется не в заданном направлении.

При наложении припоя надо уже по­заботиться о последующей зачистке шва, а поэтому: каждый накладываемый кусо­чек должен быть соизмерим с величиной стыка шва (если кусочек припоя слишком мал, то не будет заполнен шов, если же он слишком велик, то выступающие ос­татки нужно будет удалять после пайки); припой следует всегда укладывать таким образом, чтобы его остатки можно было легко удалить; при пайке проволоки сле­дует обращать внимание на то, чтобы она плотно прилегала к основному металлу, а кусочков припоя было бы по возмож­ности меньше, что облегчит последующую зачистку; раскладывать припой нужно в тех местах, которые на готовом изделии почти или совсем не видны, т. е. на обратной или внутренней сторонах; при­пой надо укладывать только с одной стороны стыка: тщательнее контролиро­вать заполнение шва соединения.

При напайке листов друг на друга используют лужение. Так, например, при пайке пластины с монограммой припоем покрывается сначала обратная сторона, при этом припой должен быть распределен равномерно по всей поверхности. После пайки поверхность опиливают или обра­батывают оселком, чтобы на ней осталась только та часть припоя, которая необхо­дима для надежного соединения.

Зачи­стку и полировку деталей лучше делать перед их монтировкой — окончательной сборкой изделия, чем после нее. Деталь полирует­ся, покрывается флюсом и опускается в порошок борной кислоты, который прили­пает к полированной поверхности, а при нагревании образует уже упомянутый слой глазури, под которым полированная поверхность металла сохраняется даже после нескольких паек.

Текучесть припоя. До состояния текучести твердый при­пой можно довести пламенем обычной газовой горелки: все изделие равномерно нагревается круговыми движениями го­релки с мягким шумящим пламенем: посте­пенно пламя делают более острым и кон­центрируют тепло на месте пайки: одновре­менно (с перерывами) дополнительно про­гревают изделие мягким пламенем. И так продолжают делать до тех пор, пока припой не потечет. Припой же, как известно, течет туда, где выше температура.

Поэтому, используя этот принцип, рас­пределение тепла регулируют таким обра­зом, чтобы вынудить припой течь в задан­ном направлении. Очень распространенным методом яв­ляется применение двух или нескольких припоев при пайке одного изделия. Если правильно отрегулировать нагрев при последующей пайке, т.е. не подвергать старые пайки излиш­ним напряжениям, можно полностью пре­дотвратить возможное растекание припоя.

Предотвращение утечки припоя. С помощью противодействующего флюса можно ограничить растекание рас­плавленного припоя и направить его в нужное место. Но если припой уже рас­текся по поверхности металла, то тогда не поможет и глиняное покрытие — часто применяемый прием, когда на изделие наносят кашицу из мела или глины в тех местах, где нужно предотвратить после­дующее растекание припоя и защитить чувствительные детали от перегрева.