Производственно торговая фирма АБизнес

Нагрев и пайка

Пайка	Нагрев

Пайка

Пайкой называется процесс получения неразъёмного соединения материалов путём их автономного расплавления при смачивании, растекании и заполнении зазора между ними с последующей его кристаллизацией.

В зависимости от температуры плавления припоя и сложности задачи пайка может выполняется газовоздушными, газокислородными и газоэлектрическими (MIG-пайка) горелками.

Достоинства пайки:

Позволяет соединять металлы в любом сочетании;
Соединение возможно при любой начальной температуре паяемого металла;
Возможно соединение металлов с неметаллами;
Паяные соединения легко разъёмные;
Более точно выдерживается форма и размеры изделия, так как основной металл не расплавляется;
Позволяет получать соединения без значительных внутренних напряжений и без коробления изделия;
Повышенная производительность процесса позволяет паять за один приём большое количество изделий;
Высокая культура производства; возможна механизация и автоматизация процесса.

Рис. 1. Структура паяного соединения

1 - прикристаллизационный слой переменного химического состава; 2 - диффузионная зона с переменным химическим составом; 3 - участок с изменяемой структурой и свойствами в результате локального нагрева; 4 - зона изотермической кристаллизации.

Припой - металл или сплав, вводимый в зазор меду деталями или образующийся меду ними в процессе пайки и имеющий более низкую температуру начала автономного плавления чем паяные материалы.

Паяное соединение - элемент паяной конструкции, состоящий из:

а) паяного шва и диффузионных зон при общем нагреве;

б) паяного шва из ЗТВ при локальном нагреве.

Галтель паяного шва - участок паяного шва, образовавшаяся в результате действия капиллярных сил у края зазора на наружных поверхностях соединяемых деталей.

Диффузионная зона - участок паяного соединения, характеризующийся измененным химическим составом основного материала и образовавшийся в результате диффузии компонентов припоя.

Классификация пайки

Виды капиллярной пайки:

Пайка готовым припоем капиллярная пайка, при которой используется готовый припой и формирование шва происходит при его охлаждении.
Контактно-реактивная капиллярная пайка, при которой припой образуется в результате контактно-реактивного плавления соединяемых материалов и прокладок.
Реактивно-флюсовая капиллярная пайка, при которой припой образовывается в результате выделения металла из флюса.
Диффузионная капиллярная пайка, при которой затвердевание паянного шва происходит выше температуры солидуса припоя без охлаждения.
Металло-керамическая капиллярная пайка, при которой наполнитель металла керамического припоя образует разветвленный капилляр, удерживающий при пайке жидкую часть припоя вне капиллярного зазора.

Виды некапиллярной пайки:

Пайко-сварка осуществляется без расплавления деталей.
Сварко-пайка применяется при пайке металлов с разной температурой плавления, при этом металл с наименьшей температурой плавления выполняет функцию припоя.

Все способы пайки подразделяются:

По физическим, химическим, электрохимическим признакам, определяющие процесс удаления оксидов с поверхности паяемого металла:
- флюсовая;
- ультрозвуковая;
- в активной газовой среде;
- в нейтральной газовой среде;
- в вакууме.
По виду нагрева:
- 450ºС для низкотемпературной пайки;
- при повышении температуры любые источники нагрева.
По отсутствию или наличию давления на паяемые детали:
- без давления;
- под давлением.
По времени нагрева:
- одновременно;
- неодновременно.

Образование паянного соединения сопровождается спаем между припоем и паянным материалом.

Спай - переходный слой, образовавшийся в результате смачивания при температуре пайки и последующего взаимодействия на границе "основной металл припой".

Классификация спаев:

Бездиффузионный - когда атомы не переходят через границу контакта.
Растворно-диффузионный - когда основной металл растворяется в припое и растворяет элементы припоя.
Контактно-реакционный - возникает без припоя за счет контактного расплавления основного металла.
Дисперсированный - образуется между металлами не дающими между собой химического соединения, не растворимых друг в друге за счет сильного снижения поверхностного натяжения под действием припоя и дисперсированных твердых частиц.

Конструкционные параметры паяных соединений (рис. 2):

Тип соединения;
Паяльный зазор;
Величина нахлестки;
Шероховатость поверхности;
Радиус галтельного участка;
Угол скоса кромок.

Рис. 2. Параметры паяного соединения

Припои и флюсы

Требования предъявляемые к припоям:

Температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления паяемого металла;
Припой должен обладать хорошей жидкотекучестью, смачивать поверхности металлов, растекаться, проникать в узкие зазоры;
Припой должен образовывать с соединяемыми материалами сплав, обеспечивать прочную связь;
Коррозионная стойкость паяных швов у материала должна быть одинаковой, во избежание электрокоррозии;
Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) припоя и основного металла должны быть одинаковы во избежание остаточных напряжений и трещин;
Припой не должен в значительной степени снижать прочность и пластичность соединяемых материалов;
Электропроводность, теплопроводность и другие физико-химические свойства припоя и основного металла не должны сильно отличаться.

Классификация припоев:

По химическому составу.
По технологическим свойствам:
- самофлюсующиеся припои - которые удаляют окислы с паяемой поверхности без участия флюса;
- композиционные припои - состоящие из смеси тугоплавких и легкоплавких элементов.
По содержанию активирующих компонентов, повышающих смачиваемость.
По температуре плавления:
- низкотемпературные (температура плавления припоя меньше 450ºС);
- высокотемпературные (температура плавления припоя больше 450ºС).
По сортаменту:
- пластичные припои:
  - полоса;
  - фольга;
  - проволока.
- хрупкие припои:
  - прутки;
  - отливки;
  - порошки;
  - пасты;
  - сетка;
  - стружка;
  - кольца;
  - брикеты.

Классификация флюсов:

По температурному признаку:
- низкотемпературные;
- высокотемпературные.
По природе растворителя:
- водные;
- неводные.
По природе активаторов:
- низкотемпературные:
  - галогенидные;
  - фторборидные;
  - боридноуглекислые.
- высокотемпературные:
  - канифольные;
  - фторидные;
  - стеариновые;
  - кислотные;
  - гидрозиновые;
  - аниминовые.
По механизму действия:
- защитные;
- химического действия;
- электохимического действия;
- реактивные.
По агрегатному состоянию:
- твердые;
- жидкие;
- пастообразные.

Механизмы флюсования:

Химические реакции компонентов флюса с окислом:
- образование восстановления металла;
- образование легких комплексных соединений.
Электрохимические реакции - ионные разрушения основного металла.
Вследствие физических процессов, в результате химических реакций.

Состав флюсов:

Основа, которая растворяет продукты флюсования (бура, хлориды легких металлов, бура + борный ангидрид);
Растворители окисной пленки (фториды);
Активные реагенты (соли тяжелых металлов, окислы, дающие комплексные соединения).

Флюсы подразделяются:

На основе канифоли и других органических соединений (для низкотемпературной пайки, когда трудно промыть деталь после пайки);
На основе хлористых соединений (для пайки легкоплавких металлов имеющих прочную окисную пленку) основа легкоплавкая эвтектика;
На основе соединений бора (для пайки чугуна, меди и сплавов на ее основе);
На основе фтористых соединений (для пайки сталей аустенитного класса, никеля и сплавов на его основе).

Газовые среды:

Вакуум:
- низкий Р<10-1 мм.рт.ст. - для пайки не применяется;
- средний Р<10-4 мм.рт.ст. - для пайки бронзы, сталей всех классов, никеля;
- высокий Р>10-4 мм.рт.ст. - для пайки титана, тантала, циркония, ниобия, где Р - степень разреженности.
Механизм воздействия вакуума на окисную пленку состоит в снижении парциального давления кислорода на основной металл.
Нейтральные среды: инертные, по отношению к основному металлу и припою, газы.
Механизм воздействия нейтральной среды на окисную пленку состоит в снижении парциального давления кислорода на основной металл.
Активные (восстановительные) среды: активные (водород, азот (аммиак при температуре 650ºС разлагается на азот и водород).
Механизм воздействия активной среды на окисную пленку состоит в химическом взаимодействии активного газа с оксидами основного металла.

Нагрев

(Извините, материал редактируется)