Сущность процесса пайки

Категория:
Пайка


Сущность процесса пайки

Пайкой называют технологический процесс соединения металлов в твердом состоянии припоями, которые при расплавлении смачивают паяемые поверхности и проникают в основной металл, заполняя капиллярный зазор между ними и образуя паяный шов.

Из сказанного следует, что процесс образования паяного соединения связан с нагревом. Для получения спая наряду с нагревом необходимо обеспечить еще два основных условия: удалить с поверхности металлов в процессе паяния окисную пленку и ввести в соединительный зазор между ними расплавленный связующий металл. При охлаждении (кристаллизации) вступившего во взаимодействие с паяемыми металлами более легкоплавкого связующего металла образуется паяное соединение.

Материалы, подвергаемые паянию, называются паяными, соединяемыми или основными. Вводимый между ними для соединения металл или сплав, имеющий более низкую температуру плавления, называется припоем.

Процесс паяния металлов имеет много общего со сваркой, и прежде всего со сваркой плавлением, но, несмотря на внешнее сходство, между ними имеются принципиальные различия.

Если при сварке плавлением свариваемый и присадочный металл в сварочной ванне находится в расплавленном состоянии, то при паянии паяемый металл не плавится. Образование соединения без расплавления кромок паяемых деталей является основной особенностью процесса паяния.

При паянии формирование шва происходит путем заполнения припоем капиллярного зазора между соединяемыми деталями, т. е. процесс паяния связан с капиллярным течением присадочного металла, что не имеет места при сварке плавлением.

И, наконец, паяние в отличие от сварки плавлением может быть осуществлено при любых температурах, лежащих ниже температуры плавления основного металла. Эти различия имеют иную, чем при сварке плавлением, природу процессов, протекающих при образовании паяного шва.

Современные способы паяния охватывают широкую номенклатуру материалов: углеродистые, легированные и нержавеющие стали; твердые, цветные и специальные сплавы.

В зависимости от применяемых припоев выделяют два вида паяния, различающихся по температуре плавления и механической прочности припоев; паяние мягкими припоями и паяние твердыми припоями.

Мягкие припои имеют температуру плавления ниже 400 °С и дают спай, не обеспечивающий высокой механической прочности шва. Твердая пайка осуществляется с помощью припоев, имеющих температуру плавления свыше 700 °С и обеспечивающих высокую механическую прочность и температуроустойчивость паяных соединений.

Перед паянием детали тщательно очищают от грязи, окалины и т. п. и плотно подгоняют одну к другой. Затем обезжиривают места спая, промазывая их травленой соляной кислотой. Если на спаиваемых деталях нельзя допускать наличия остатков кислоты, то обезжиривание производят канифолью, разведенной в спирте: спирт обезжиривает спаиваемую поверхность, а канифоль предохраняет ее от окисления. Пайка при этом получается чистой и ровной. Для паяния мягкими припоями пользуются паяльниками из красной (чистой) меди. Медный паяльник хорошо нагревается и долго удерживает тепло. Нагрев паяльников производится электрическим током, а также пламенем паяльной лампы, газовой горелки, в печах и др.

Чтобы спаять мягким припоем две поверхности, их соединяют и на места пайки наносят флюс. Затем на конец нагретого и облуженного паяльника набирают каплю расплавленного припоя и вводят его в зазор соединяемых поверхностей. Припой быстро охлаждается, застывает, и спаянные части соединяются в одно целое, образуя плотное и прочное соединение, называемое швом.

Подготовка и паяние твердыми припоями осуществляются сложнее. Здесь на очищенные поверхности наносят флюс, накладывают кусочки припоя и обвязывают их проволокой, а затем производят нагрев пламенем паяльной лампы или другими средствами. Нагрев ведется до тех пор, пока припой не расплавится и не зальет место спая. По окончании паяния соединению дают остыть, после чего медленно удаляют остатки флюсов, зачищают наплывы припоя и т. д. Для удаления остатков флюсов деталь промывают в холодной или горячей воде, в специальных растворах или зачищают напильником, металлической щеткой, обдувают песком и т. д.

Канифольные флюсы не растворяются водой, и для их удаления применяют спирты, бензин или трихлорэтилен. Поскольку такие флюсы не вызывают коррозии, то удаление их с поверхности шва не всегда обязательно.

Пайкой называется процесс соединения металлических частей изделия при помощи специального сплава — припоя. Припой в расплавленном состоянии хорошо смачивает поверхности соединяемых деталей, а в охлажденном состоянии надежно скрепляет их.

Процесс пайки несколько напоминает сварку металлов, однако при сварке соединяемые детали нагреваются до плавления, а при пайке нагревают припой и детали до температуры плавления припоя. Металл, деталей при этом находится в твердом состоянии.

Рис. 1. Смачиваемость стеклянных пластин с зазорами в мм:
а — 0,03, 6 — 0,15, в —0,5

Жидкий расплавленный припой затекает в зазоры между деталями изделия под действием капиллярных сил.

Чтобы уяснить значение капиллярности при пайке, проделаем следующий опыт. Возьмем шесть пластинок из органического стекла и сложим их попарно таким образом, чтобы образовать между ними соответствующие зазоры (мм): в первой паре х=0,03 во второй г = 0,15, пластины третьей пары сложим под углом так, чтобы наибольший зазор 2 = 0,5. Затем опустим все три пары пластин в сосуды с окрашенной жидкостью, например с чернилами. Допустим, что пластины представляют -обой поверхности, которые нужно соединить пайкой, а чернила соответствуют припою.

В результате проведенного опыта заметим следующее: в образце а, имеющем капиллярный зазор между сопрягаемыми поверхностями 0,03 мм, чернила поднимутся почти до верха. В образце б, имеющем несколько больший зазор — 0,15 мм, чернила поднимутся на меньшую высоту. В образце в чернила с правой стороны поднимутся до верха, а с левой — на незначительную высоту.

На основании опыта можно сделать следующий вывод: чем меньше зазор между соединяемыми поверхностями при пайке, тем лучше затекает в зазор припой под действием капиллярных сил.

Для образования прочного соединения основного металла с припоем необходимо, чтобы жидкий припой хорошо смачивал поверхность основного металла и обеспечивал хорошее прилипание.

Не каждая жидкость обладает способностью хорошо смачивать твердое тело. Ртуть, например, не смачивает стекло. Из чистого стеклянного сосуда можно вылить ртуть до последней капли так, что на стенках его не останется и следа ее. Другое дело, если в чистый стакан налить воды, а затем ее вылить: на стенках стакана останутся капли воды. Следовательно, вода смачивает чистое стекло.

Повторим тот же опыт, но при этом предварительно смажем внутреннюю поверхность стакана жиром.— нальем в него воду и затем выльем. На стенках стакана в этом случае капель воды не будет, так как вода не смачивает поверхность, покрытую жиром. Чтобы произошло смачивание, необходимо очистить внутреннюю поверхность стеклянного стакана от жира.

Некоторые металлы также не смачиваются другими металлами подобно тому, как ртуть не смачивает стекла. Следовательно, если припой не смачивает металл, соединение пайкой между ними выполнить нельзя.

Смачивание значительно облегчает сплавление припоя с основным металлом. Поведение чистого свинца на меди и на стали показывает, что свинец плохо смачивает эти металлы (сцепляется с ними), в то время как оловянно-свинцовый припой хорошо смачивает их. В отличие от олова чистый свинец не сплавляется ни с медью, ни с железом. Смачивающие свойства свинца улучшают некоторые введенные в него металлы, например цинк.

Рис. 2. Рабочее место паяльщика (для нагрева используется высокочастотная установка)

Рис. 3. Рабочее место паяльщика для выполнения газопламенной пайки

На рис. 2 изображено рабочее место паяльщика, выполняющего работы на высокочастотной установке.

Рациональная организация рабочего места паяльщика, выполняющего пайку при помощи горелки, показана на рис. 2. Слеза от железного стола, выложенного сверху огнеупорным кирпичом, помещается ящик для хранения прутков припоя и флюса, справа — сосуд с водой для охлаждения горелки. На стене установлен предохранительный затвор и кислородный редуктор. Около стола находится экономизатор, на рычаг которого вешается горелка. Экономизатор служит для сокращения расхода газа и времени на регулирование пламени горелки при перерывах в работе.

Весь инструмент паяльщика хранится в отдельном шкафу.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум