Наука и техника Наука и техника - Сущность процесса паяния
  12.11.2018 г.  
Главная arrow Техтворчество arrow Обработка металлов arrow Сущность процесса паяния
Главное меню
Главная
Новости
Блог
Ссылки
Контакты
Поиск
Карта сайта
Философия
Сознание
Материализм
Лингво
Эволюция
Кибернетика
Био
Эмоции
Живое
Психика
Сущность процесса паяния
Рейтинг: / 4
ХудшаяЛучшая 
17.09.2010 г.
Сущность процесса паяния
Паяние - процесс неразъемного соединения металлических поверхностей, находящихся в твердом состоянии, с помощью дополнительно вводимого металла или сплава, называемого припоем и имеющего меньшую, чем соединяемые металлы, температуру плавления. Паяние имеет некоторое сходство со сваркой плавлением. Отличие состоит главным образом в том, что при паянии участвующие в соединении поверхности не расплавляются. Паяное соединение образуется в результате растекания расплавленного припоя по нагретым соприкасающимся поверхностям и затвердевания его после охлаждения.
Паяние относится к числу важнейших технологических процессов в приборостроении.
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° и дают спай, не обеспечивающий высокой механической прочности Шва. Твердая пайка осуществляется с помощью припоев, имеющих температуру плавления свыше 700° 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, 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 чистой меди. Медный паяльник хорошо нагревается и 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 промывают место спая флюсом. 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 протекает сложнее. Здесь очищенные поверхности смазывают флюсом, накладывают кусочки припоя и обвязывают проволокой, а затем производят нагрев пламенем паяльной лампы и другими средствами. Нагрев ведется до тех пор, пока припой не расплавится и не зальет место спая. По окончании паяния соединению дают медленно остыть, после чего напильником зачищают место спая.

Припои и флюсы
Припои представляют собой металлы или сплавы, обладающие способностью сплавляться с материалом соединяемых деталей, создавая неразъемное соединение.
Чтобы обеспечить качественное паяние, припои должны обладать следующими физико-химическими, механическими и технологическими свойствами:
1)более  низкой   температурой   плавления,   чем  спаиваемые металлы;
2)хорошей жидкотекучестью и высокой смачивающей способностью, что обеспечивает затекание их в тончайшие зазоры;
3)хорошей  диффузионной способностью в паре с соединяемыми металлами, что обеспечивает высокую прочность и плотность соединения;
4)малой окисляемостью, коррозионной устойчивостью и необходимой электропроводностью (если они используются при паянии проводников) и др.

В технике известно много металлов и сплавов, применяемых в качестве мягких и твердых припоев. К основным из них могут быть отнесены оловянно-свинцовые припои, медь, медно-цинковые серебряные и медно-фосфористые припои.
Мягкие припои состоят из сплавов, которые в своей основе содержат олово и свинец и отличаются низкой температурой плавления в пределах от 180 до 300°.

Различное соотношение олова и свинца определяет свойства припоев. Оловянно-свинцовые припои по сравнению с другими обладают рядом преимуществ: высокой смачивающей способностью, хорошим сопротивлением коррозии и окислению, удобством применения. Поэтому замена оловянно-свиицовых припоев другими не всегда дает положительные результаты, В целях получения некоторых специальных свойств к олоняно-свинцовым припоям добавляют сурьму, висмут, кадмий, серебро. Сурьма, так же как и серебро, повышает температуру плавления оловянно-свиицовых припоев; висмут и кадмий, наоборот, снижают ее. Сурьма увеличивает твердость и прочность припоев и снижает при этом их вязкие свойства.
Используемые в практике марки припоев рекомендуется применять для пайки в следующих случаях:
ПОС-90 - для паяния внутренних швов пищевой посуды и для предметов, к которым предъявляются особые гигиенические требования;
ПОС-61-для паяния радио- и электроаппаратуры, деталей счетно-аналитических   машин, легкоплавких   металлических предметов, а   также  термически   обработанных   (закаленных) деталей; ПОС-50 - для  паяния   авиационных радиаторов,   электрических счетчиков, деталей из латуни и белой жести;
ПОС-40 - для паяния радиаторов, электро- и радиоаппаратуры, физико-технических приборов, проводов при электромонтажных работах, оцинкованного и гальванического железа и др.;
ПОС-30- для паяния цинка, оцинкованного железа, стали, латуни, меди и различных изделий ширпотреба, а также для лужения подшипников;
ПОС-18 - для паяния свинца, цинка, оцинкованного железа, стали, латуни и луженой жести при пониженных требованиях к прочности шва;
ПОС-4-6 - для паяния стали, белой жести, луженой жести, латуни, меди при пониженных требованиях к прочности шва.
Легкоплавкие припои обладают чрезвычайно низкой температурой плавления. В состав таких припоев в различных количествах вводят свинец, олово, висмут, кадмий, сурьму, индий, ртуть и другие металлы.
Припой на основе системы свинец-олово-висмут плавится при температуре 96"; припой марки Л70 на висмутовой основе плавится при 70°, а припой марки Л47 - при температуре 45° и т. п. Легкоплавкие припои применяют при паянии тонких оловянных предметов, при паянии стекла с металлической арматурой, деталей, особенно чувствительных к перегреву, а также в тех случаях, когда припой должен выполнять роль температурного предохранителя (в электрических и тепловых приборах) и др.

Мягкие припои изготовляют в виде прутков, кусков проволоки диаметром 3-5 мм, трубок с внутренней набивкой флюсом, а также в виде порошка и пасты из порошка припоя с флюсом.
Твердые   припои   представляют   собой   тугоплавкие   металлы и   сплавы  с  температурой   плавления  от  700 до 1100. Они применяются в тех случаях, когда необходимо получить высокую прочность соединений.
В качестве твердых припоев наиболее часто применяют медно-цинковые и серебряные сплавы.

Медно-цинковые припои обозначают буквами ПМЦ и цифрой, показывающей содержание в припое меди: например, марка ПМЦ-36 обозначает медно-цинковый припой, в состав которого входит 36% меди, а остальные 64% - цинк. Серебряные припои обозначаются буквами ПСр и цифрой, показывающей содержание в припое серебра; например, марка ПСр-70 обозначает серебряный припой, в состав которого входит 70% серебра, остальное - медь и цинк.
Эти марки припоев применяются в следующих случаях: ПМЦ-36 - для паяния латуни, содержащей до 68% меди; ПМЦ-48 - для паяния медных сплавов, содержащих меди свыше 68%;
ПМЦ-54 - для паяния меди, латуни, бронзы и стали;
ПСр-12м - для паяния латунных и  бронзовых деталей, требуюищих прочного соединения и чистоты места спая (патрубки, штуцеры, арматура);      
ПСр-45- для паяния тонкостенных деталей и ниппелей;
ПСр-65 - для паяния деталей приборов;
ПСр-70 - для паяния проводов и других деталей в тех случаях, когда место спая не должно уменьшать электропроводность.
Припой для паяния чугуна из 50% закиси меди и 50% буры применяется в виде пасты, приготовленной на воде. Пасту наносят на шов спаиваемых частей и деталь нагревают в горне до плавления меди, выделяющейся из закиси при высокой температуре. Кроме описанных применяют припои специального назначения: для паяния нержавеющих сталей; для напайки пластинок твердого сплава и пластинок из быстрорежущей стали; припои для паяния алюминия и его сплавов и др.

Паяние нержавеющих сталей, легированных специальными элементами, представляет известные трудности, так как вследствие химического взаимодействия кислорода с легирующими элементами при нагреве в печах происходит окисление поверхности стали. Для удаления окислов, а также для предупреждения дальнейшего их образования применяют различные флюсующие материалы. Возможно паяние и без флюсов - в вакууме или в восстановительной атмосфере сухого водорода.

Для паяния нержавеющих сталей применяют припой ПСр-44 или ПЖЛ.
Припои, применяемые для напайки пластинок твердого сплава, состоят из сплавов на медной основе. Они выбираются в зависимости от условий работы режущего инструмента.
Припой М1 применяется для паяния в печах легко нагруженного инструмента из твердых сплавов вольфрамо-кобальтовой группы.

Припой Л62 используется при паянии индукционным и контактным методом для легко нагруженного инструмента. Припоем ЛН-58-5 паяют тяжело нагруженный инструмент из твердых сплавов титано-кобальтовой группы, а припоем ЛМц58-5 - легко нагруженный инструмент из тех же сплавов.
Наиболее универсальным припоем, применяемым во всех случаях, является ЛНМц-56-5-5. Им паяют инструмент из сплавов титано-кобальтовой группы, работающих в условиях сильного нагрева места спая.
Паяние алюминия и ею сплавов весьма затруднительно вследствие того, что на воздухе, особенно при нагреве, они мгновенно окисляются и образуют на поверхности прочную тугоплавкую пленку окислов. Поэтому для паяния алюминия и его сплавов применяют специальные припои, например, припой марки 34А, состоящий из 28% меди, 6% кремния и 66% алюминия. Паяние этим припоем производится с применением флюса.
Флюсы представляют собой химические вещества, которые в процессе паяния предохраняют металл от окисления.
Флюсы соединяются с окислами и в виде шлака всплывают на поверхность припоя. Такое действие флюса обеспечивает непрерывное смачивание и растекаемость припоя по месту спая и создает условия, необходимые для получения качественного соединения.
При паянии мягкими припоями в качестве флюсов применяют хлористый цинк, нашатырь, канифоль, пасты и др.
Эти флюсы по характеру действия можно разделить на три группы.
1.Кислотные, или активные, флюсы (хлористый цинк, паста 15-85 и др.), имеющие в своем составе свободную соляную кислоту, которая растворяет окисную пленку. Недостатком этих флюсов является интенсивная коррозия паяного шва, поэтому после паяния необходимо нейтрализовать и тщательно промыть места пайки в проточной воде.
Хлористый цинк, называемый также травленой кислотой, применяют при паянии черных и цветных металлов (кроме цинковых и оцинкованных деталей, алюминия и его сплавов). Получают хлористый цинк растворением одной части мелко раздробленного Цинка в пяти частях соляной кислоты.
2.Антикоррозионные флюсы, изготовляемые на основе фосфорной кислоты с различными  добавками  органических соединений
и растворителей; к ним относятся флюс «Прима 1», ФИМ, ВТС, ЛТИ и др.
3.Бескислотные флюсы, к которым относятся различные органические вещества: канифоль, парафин,  глицерин, жиры и масла.
Канифоль, например, хорошо очищает от окислов латунь, медь свинец и свинцовые сплавы и поэтому имеет широкое применение.

Канифоль - вещество, получаемое при сухой перегонке смолы. Она обладает тем преимуществом, что не вызывает коррозии паяного шва. Благодаря этому канифоль в виде порошка или раствора в спирте широко используется для паяния электро- и радиоаппаратуры.
Нашатырь используется в виде кусков или порошка. При нагревании нашатырь разлагается с выделением вредного для здоровья белого газа, поэтому при паянии рекомендуется пользоваться не чистым нашатырем, а его раствором в воде.
При паянии твердыми припоями в качестве   флюсов   используют буру, борную кислоту и некоторые другие вещества.
Бура (плавленая) применяется в виде порошка или пасты, замешанной на спирте. С помощью буры производят паяние меди, бронзы, стали, а также напаивают пластинки твердых сплавов к державкам резцов и др.
Борная кислота применяется в виде белых жирных на ощупь чешуек. Флюсующие свойства борной кислоты выше, чем у буры. Она лучше очищает, имеет меньшую текучесть и после охлаждения легче удаляется, чем бура.
При паянии нержавеющих и жаропрочных сталей применяют смесь, составленную из 50% буры плавленой и 50% борной кислоты, разведенных в растворе хлористого цинка до густоты пасты. При паянии серого чугуна к буре добавляют хлористый калий, перекись марганца или окись железа.
При паянии применяют различные нагревательные приборы и устройства, с помощью которых осуществляется нагрев паяльника или паяние путем погружения соединяемых деталей в расплавленный припой, а также паяние с помощью нагрева ТВЧ.  
 
Основным инструментом, применяемым при паянии мягкими припоями, является паяльник. Паяльник служит для расплавления и распределения припоя в шве, а также для подогрева самого шва. По способу нагрева паяльники делятся на периодически и непрерывно нагреваемые. К периодически нагреваемым относятся обыкновенные паяльники, нагреваемые пламенем паяльной лампы, в горне или в муфельной печи; к непрерывно нагреваемым относятся бензиновые, газовые и электрические паяльники.
Хотя паяльная лампа по своему устройству относится к несложным нагревательным приборам, она требует умелого обращения и внимательного ухода. Поэтому при пользовании паяльной лампой необходимо соблюдать определенные правила и меры предосторожности.

 Паяние твердыми припоями производят без специальных инструментов, путем нагрева подготовленного места спая вместе с припоем и флюсом. Нагрев производят пламенем ацетиленовой горелки, паяльной лампы или в горне.
Паяльник обыкновенный представляет собой брусок красной меди со скошенным в виде клина рабочим концом. Второй конец бруска укреплен на стальном стержне с  рукояткой. Вес паяльника, как правило, не должен превышать 1,0-1,5 кг.
Электропаяльник нагревается теплом, выделяющемся при прохождении электрического тока по обмотке на стержне паяльника, с высоким электрическим сопротивлением. Он состоит из медного стержня, обмотки, тепловой изоляции, кожуха и рукоятки . Электрический ток подводится к обмотке по проводникам.
Электрические паяльники хорошо сохраняют постоянную температуру нагрева до 400°, не закопчиваются, удобны в работе и значительно улучшают условия труда.
Для паяния очень мелких деталей и паяния в труднодоступных местах пользуются паяльной трубкой. Приставив такую трубку одним концом к пламени спиртовой лампочки, дуют в трубку с другого конца, направляя тем самым пламя в место панки.
При паянии в качестве вспомогательного инструмента используются шаберы и напильники; ими обрабатывают скошенные концы рабочей части паяльника, зачитают места паяния и готовые швы. Из напильников наиболее удобны плоский драчевый длиной 250-300 мм и трехгранный драчевый длиной 200-250.

Для точной фиксации подлежащих пайке деталей и для предотвращения возникновения в них растягивающих напряжений в ряде случаев рекомендуется применять такие приспособления и вспомогательные устройства, как различные струбцины для предварительного крепления спаиваемых частей, подставки для паяльников и деталей, клинья и т. п.

Прочная пайка
Добавьте в оловянно-свинцовый припой тонко размолотый порошок меди, советуют английские специалисты, и шов получится таким же крепким, как если бы его паяли серебром.
 

Добавить комментарий

След. »
Техника
Техтворчество
Машины
Курьезы
История техники
Непознанное
НЛО
   
designed by sportmam