123607 (Пайка и сварка)

РЕФЕРАТ

По теме

Пайка и сварка

2009

Пайка

Под пайкой понимают соединение двух металлических деталей при помощи припоя, температура плавления которого лежит ниже температуры плавления более легкоплавкой детали; благодаря этому детали могут быть разъединены при нагревании. Рабочий процесс пайки, кроме соединяемых металлических деталей, требует наличия припоя, мягкого или твердого, флюса и источника тепла для нагревания припоя и спаиваемых деталей. Важно также придать спаиваемым деталям форму, благоприятную для получения после пайки хорошего шва.

Флюс служит для устранения окисляющего действия кислорода воздуха на нагретые поверхности металлических частей и для получения хорошей смачиваемости их расплавленным припоем. Прежде почти для всех металлов применялся универсальный флюс; в настоящее время рекомендуется применять изготовляемые специальными фирмами особые флюсы, различные в разных случаях, состав которых, естественно, является секретом выпускающих их фирм. Эти флюсы, проверенные на опытах, дают значительно лучшие результаты, чем ранее применявшиеся кустарные средства.

В качестве источника тепла при мягком припое в большинстве случаев применяется паяльник, а также ванночки для нагревания и бунзеновская горелка. При пайке твердым припоем применяется паяльная горелка с дутьем, ванночка для нагревания или муфельная печь; последняя вместе с защитным газом представляет собой новейший метод пайки без применения флюса; этот метод вводится теперь повсеместно, в особенности для больших паяльных работ, а также в тех случаях, когда предъявляются высокие требования к прочности изделий.

а) Мягкими называются припои, температура плавления которых лежит ниже 400°С.

1) Мягкие припои в значительной степени стандартизованы. Под названием «оловянный припой» подразумевают оловянно-свинцовые сплавы, служащие для пайки тяжелых металлов и их сплавов. Кроме стандартных припоев, известен еще целый ряд специальных припоев, которые изготовляются различными заводами для особых целей. Приведенные ниже данные облегчают выбор соответствующего припоя для различных случаев. Эти припои изготовляются в виде листов, пластинок, лент, фольг, стержней, цельной проволоки, полой проволоки с флюсом внутри, порошка, таблеток из порошка, смешанного вместе с флюсом. Некоторые особые сорта мягкого припоя поставляются только лишь в форме одного из указанных видов.

Из приведенных в таблице температур плавления видно, что эвтектический припой Snl.55 позволяет паять с наименьшим расходом тепла, в то время как более дешевые припои, как, например, SnL25, требуют значительно более сильного нагревания. Однако они применяются в таких случаях, когда необходимы большие количества припоя, например, в качестве заполняющего материала в пористых отливках. Все приведенные выше оловянные припои не содержат алюминия и цинка.

Кроме стандартных припоев, имеется еще много специальных мягких припоев с температурами плавления, лежащими между 56 и 360°С. Легкоплавкие припои изготовляются с различными точками плавления, а именно: 56, 68, 95, 125 и 177°С. Они представляют собой эвтектические мягкие припои и поэтому не обнаруживают никакого температурного интервала плавления. Вследствие низких и очень постоянных точек плавления эти сплавы пригодны для изготовления, например, плавких предохранителей, которые включают аварийные сигналы или размыкают ток в цепи, если нагревание проводников выходит за предельные значения.

Некоторые из таких сплавов чрезвычайно хрупки, не допускают изготовления проволоки или листов и поставляются только в виде литых стержней. Серию этих легкоплавких эвтектических припоев можно дополнить припоями с небольшими интервалами плавления в пределах от 300 до 320°С и от 360 до 380°С.

Особую группу среди мягких припоев составляют серебряные мягкие припои. Они имеют то же неприятное свойство, что и свинцово-оловянные припои — обнаруживают текучесть под действием длительной нагрузки. Опыты показали, что если две поверхности по 1 см², наложенные друг на друга, спаяны мягким серебряным припоем и находятся под действием перпендикулярной к ним статической нагрузки в 100 кГ, то предел текучести еще не достигается. Далее, серебряные мягкие припои хорошо допускают гальванические операции, их можно по частям покрывать лаками, требующими вжигания. Некоторые из этих припоев имеют, например, такие обозначения: WS141, легко растекающийся припой с температурой плавления 141° С. Применяется в особенности для пайки полупроводниковых германиевых приборов, а также для пайки деталей, которые закреплены в легкоплавких искусственных материалах.

WS200, температура плавления 200°С. Гарантируется отсутствие свинца, применяется специально при последующей гальванизации.

WSAu температура плавления 270° С. Легко растекающийся припой, пригоден для пайки алюминия, в особенности для деталей, которые в дальнейшем покрываются лаками, требующими вжигания, гарантируется отсутствие свинца.

Все эти припои, включая специальные припои, паяются обычным образом. Если допускается присутствие незначительных количеств неорганических солей и хлора, можно пользоваться дешевым флюсом, имеющимся в большом количестве на рынке; но в тех случаях когда должно быть гарантировано полное отсутствие хлора, необходимо применять растворимые в воде смолосодержащие флюсы, которые часто поставляются в виде полых проволок, заполненных внутри флюсом.

Припой, устойчивый против коррозии под действием щелочей, можно получить в виде сплава, содержащего 25% индий, 37,5% свинца и 37,5% олова.

Для очистки места спая от флюса или остатков смолы лучше всего применить кипячение в щелочных растворах. Иногда возникают некоторые осложнения, например, припой скатывается в шарики, неправильно распределяется по поверхности или же недостаточно прилипает к ней; причиной этого часто является недостаточная мощность паяльника. Поэтому следует всегда применять возможно больший паяльник, который может обеспечить избыток тепла.

В настоящее время, в особенности в США, применяют электропаяльники, рабочая площадь которых состоит только из одной тонкой проволоки, имеющей в некоторых случаях маленький твердый наконечник. При таких паяльниках, пригодных для очень тонких и средних работ, экономится время и расход тепла. Время нагрева проволочных паяльников 5 сек, потребляемая мощность примерно 250 вт рекомендуется освещать место работы укрепленной вблизи лампой с небольшим рефлектором.

Упоминавшиеся уже выше полые паяльные проволоки, наполненные флюсом, применяются в большинстве случаев для небольших паяльных работ. Пользуясь ими, можно производить пайку и без паяльника, непосредственно расплавляя их в предварительно нагретом месте пайки.

Почти все описанные ниже материалы требуют применения особых методов. Тем не менее можно указать некоторые общие технические правила, которых следует придерживаться во всех случаях. Прежде всего, лучше пользоваться большим паяльником, чем маленьким, чтобы наверняка нагреть спай до необходимой температуры и не быть ограниченным во времени. Место спая должно быть чистым и смазано флюсом. Паяльник надо нагреть, в горячем состоянии напильником освободить от окалины, затем опустить во флюс или потереть о нашатырь, после этого паяльник следует залудить, касаясь им олова. Кончик или острие паяльника должно быть не круглым, а несколько плосковатым для лучшей передачи тепла спаиваемым предметам. Передаваемая тепловая энергия достаточна, если припой при нанесении на спаиваемый шов отделяется от паяльника тонким слоем и втекает в шов, не образуя при этом шариков или свободных от припоя островков. Слишком высокая температура паяльника при применении некоторых из упомянутых ниже материалов может привести к уменьшение прочности спая.

2) Пайка алюминия. Принимая специальные меры предосторожности, алюминий можно спаивать мягким припоем. Припой состоит из Sb, Zn и Cd, иногда с добавлением небольшого количества алюминия А1. Различают мягкие припои для пайки узких швов и более твердые, больше пригодные при изготовлении макетов. Обычные оловянные припои, вследствие содержания в них свинца, неприменимы! Успешно можно пользоваться чистым оловом. Обычный паяльник как источник тепла достаточен лить для пайки пластин толщиной 0,2 мм или тонких проводов. Поэтому применяют более эффективные источники тепла: горелки, ванну для погружения.

Различают три основных способа пайки: пайку трением, реактивную пайку и ультразвуковую пайку.

При пайке трением слой окиси на А1 разрушается механическим путем. При этом нельзя применять паяльную жидкость или нашатырь! Спаиваемый металл нагревают до плавления на его поверхности припоя, в которую последний втирают щетками, шабрами или шероховатыми пластинками. Залуженная таким образом поверхность алюминия припаивается затем обычным способом. Однако при таком способе припой никогда не затекает в швы, которые не были залужены. Для очистки поверхностей можно также пользоваться вращающимися инструментами с острыми гранями или щеточками; их вводят вместе со спаиваемыми деталями в расплавленное олово, в котором и происходит залуживание зачищенных поверхностей. Для этого имеются некоторые приспособления, похожие на маленькие электрические паяльники, например, для залуживания алюминиевых проволок.

При реактивном способе пайки применяется флюс, содержащий хлористый цинк. Около 280°С начинается реакция с образованием дыма; соли проникают в оксидный слой и разрывают его. На чистой поверхности металла осаждается Zn, что предотвращает ее от нового окисления. После этого пайка производится с применением мягких алюминиевых припоев и заканчивается тщательным смыванием остатков солей.

При новом способе пайки пользуются ультразвуковым пистолетом, который с помощью излучаемых им колебаний разрушает пленку окиси на поверхности алюминия, что обеспечивает хорошее прилипание к нему мягкого припоя. Паять алюминий этим способом можно, выдерживая спаиваемую деталь в оловянной ванне при 250° С, в которую одновременно погружен и ультразвуковой пистолет; точно так же можно, подогревая деталь на горячей пластине, расплавить несколько шариков олопа на спаиваемой поверхности, которые затем с помощью ультразвукового пистолета распределяются на ней тонким слоем. После залуживания алюминия его паяют так же, как и все другие металлы. Слой полуды, который при этом способе получается на поверхности алюминия, пристает к ней настолько прочно, что его не удается снять ни в холодном, ни в горячем состоянии.

В качестве припоя следует применять чистое олово без флюса.

3) Чугун, вследствие высокого содержания в нем углерода, непосредственно не поддается залуживанию. Поэтому необходимо предварительно удалять углерод из поверхностного слоя чугуна.