5. Пайка металлов

Пайкой называется процесс соединения частей изделия, обеспечиваемый за счет кристаллизации расплавленного промежуточного металла  припоя, температура плавления которого всегда более низкая, чем температура плавления соединяемых металлов.

Пайку можно рассматривать как сочетание трех одновременно протекающих процессов: нагревание паяемого металла до температуры расплавления припоя, плавление припоя, взаимодействие припоя с паяемым металлом и возникновение межкристаллитных связей. Свойства паяного соединения определяются свойствами литого припоя, промежуточного слоя и основного металла, подвергнутого термическому воздействию при пайке. В технике применяют большое количество разнообразных припоев в зависимости от соединяемых металлов и назначения паяных соединений.

Важнейшей характеристикой припоев является температура плавления.

Различают два основных вида пайки: высоко- и низкотемпературную. Температура плавления припоев для высокотемпературной пайки составляет свыше 550 С, для низкотемпературной  ниже 550 С.

В основу припоев с высокой температурой плавления входят Cd, Cu, Zn и Ag, а в основу припоев с низкой температурой  Sn, Pb и Sb. Пайку широко применяют в различных отраслях народного хозяйства при изготовлении изделий из чугуна и цветных металлов.

6. Резка металлов

Термическую резку металлов и сплавов можно классифицировать по способу нагрева разрезаемого металла  газовая или электрическая резка и по способу механизации  ручная или механизированная.

Резка начинается с нагрева металла в начале реза подогревающим пламенем резака до температуры воспламенения металла в струе кислорода. Металл сгорает с выделением тепла, которое передается через образовавшийся шлак нижележащим слоям; происходит сгорание металла по всей толщине разрезаемого листа с образованием узкой щели (реза). Образующиеся в процессе резки оксиды и шлаки удаляются из реза струей кислорода, а также под действием собственной массы.

По характеру применяемого подогрева резка подразделяется на кислородную, кислородно-флюсовую, кислородно-дуговую, плазменно-кислородную и др. Различают поверхностную (срезается поверхностный слой металла), разделительную (металл разделяется на части) и копьевую (в металле прожигается глубокое отверстие) кислородную резку.

Разделительная кислородная резка широко применяется при раскрое листов и резке профильного материала. В настоящее время получила значительное распространение машинная разделительная кислородная резка, которую выполняют на стационарных и переносных машинах. Основное применение поверхностной кислородной резки  исправление брака на литье и прокатке. Копьевая резка широко применяется при обработке неметаллических материалов, например бетона.

Резку плазменной струей, плазменной дугой и лазерную можно применять практически для всех материалов.

При разделительной резке плазменной струей сопло плазмотрона располагают в непосредственной близости (1,5…2 мм) от поверхности заготовки и производят локальное выплавление или сжигание материала. Ширина реза при этом весьма незначительна  1…2 мм. Шероховатость может составлять Rz 30…40. Плазменной струей, полученной в столбе дугового разряда независимой дуги, разрезают неэлектропроводящие материалы (например, керамику), тонкие стальные листы, алюминиевые и медные сплавы, жаропрочные сплавы и т.д. При плазменной резке используют аргон, его смесь с водородом, воздух и другие газы.

Для резки токопроводящих материалов большой толщины с целью увеличения эффективной тепловой мощности используют плазменную дугу, совмещенную с плазменной струей. Этим способом разрезают толстые листы алюминия и его сплавов (до 80…120 мм), высоколегированную сталь и медные сплавы. Скорость резки плазменной дугой при прочих равных условиях выше скорости резки плазменной струей. Плазменную резку можно проводить вручную; однако чаще всего применяют автоматизированные устройства, а для резки по сложному контуру  системы с ЧПУ.

Большое распространение получает лазерная резка, которая обеспечивает малую зону нагрева (0,1…0,2 мм), незначительные ширину реза (0,2…0,8 мм), шероховатость (Rz 20…35 мкм) и практически неокисленные кромки.

По сравнению с механическими методами лазерное разделение обеспечивает высокую производительность при раскрое материала как по простому, так и по сложному контуру, причем при этом не происходит изнашивание инструмента. Применение лазерного излучения обеспечивает высокие точность и чистоту реза.

Лазерная резка  очень высокопроизводительный процесс, позволяющий получать резы различной конфигурации как при отрезке заготовок, так и при вырезке их по замкнутому контуру. Современные лазерные установки для резки снабжены системами перемещения заготовок с ЧПУ или управляемыми ЭВМ.

Лазерная резка материалов может быть основана на различных процессах, а именно: испарение материала, плавление с удалением расплава из зоны обработки  и на химических реакция, например, горении или термодеструкции.

При лазерной резке в режиме испарения материал нагревается до температуры кипения, а его удаление происходит под давлением, возникающим в парокапельной фазе.

Способ эффективен при разделении неметаллов, а также металлических материалов малых толщин. Его осуществляют в основном с помощью твердотельных импульсных лазеров. Например, при разделении труднообрабатываемых материалов, таких как алюминий, керамика, композитные материалы, применение твердотельного лазера существенно повышает эффективность по сравнению с резкой этих материалов в режиме плавления и удаления расплава СО₂-лазером мощностью до 5 кВт.

Резку в режиме плавления материала и удаления расплава осуществляют с использованием вспомогательного газа (в основном кислорода) и называют газолазерной резкой (ГЛР).

Многие металлы, такие как мало- и среднеуглеродистые стали, титан и его сплавы, могут воспламеняться и гореть в среде кислорода при температуре поверхности ниже точки плавления, а некоторые неметаллы (пластики, минералы) в газовых средах при нагревании могут претерпевать необратимые изменения химического состава, приводящие к развитию экзотермических реакций. Это способствует выделению дополнительной тепловой энергии, что приводит к возможности применения менее мощных лазеров и, соответственно, к снижению стоимости обработки. Газовая струя удаляет расплав из зоны резки.