Какие способы пайки существуют

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

По особенностям процесса и технологии пайку можно подразделить на капиллярную, диффузионную, контактно-реакционную, реакционно-флюсовую и пайку-сварку.

Капиллярной называется пайка, при которой припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями деталей и удерживается в нем за счет капиллярных сил. Схема образования шва при капиллярной пайке приведена на рис. 177.

Эта разновидность пайки наиболее распространена. Во всех случаях, когда в паяном соединении имеется перекрытие элементов деталей (нахлестка), возможна капиллярная пайка. Следует отметить, что капиллярные явления присущи всем видам паяния, а в данном виде пайки они наиболее выражены.

Диффузионной называют пайку, отличающуюся длительной выдержкой в зоне необходимых температур с целью упрочнения соединения за счет диффузии компонентов припоя и паяемых металлов.

Контактно-реакционной называется пайка, при которой между соединяемыми металлами или между соединяемыми металлами и прослойкой другого металла в результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор й образует паяное соединение. Примером контактно-реакционной пайки при взаимодействии между паяемыми металлами является соединение меди с серебром без нанесения припоя. При нагреве до температуры’ пайки происходит контактное плавление соединяемых металлов с образованием сплава медь-серебро. Аналогичное взаимодействие может протекать между одним из соединяемых металлов и покрытием на втором или между соединяемыми металлами и фольгой третьего металла, вводимого в зазор между ними.

Реакционно-флюсовой называют пайку, при которой припой образуется за счет реакции вытеснения между основным металлом и флюсом. Реакционно-флюсовая пайка может осуществляться в двух вариантах: без введения припоя и с дополнительным введением его.

Примером реакционно-флюсовой пайки без введения припоя является пайка алюминия х флюсом, содержащим большое количество хлористого цинка. При пайке на соединяемые поверхности алюминиевых деталей наносят избыточное количество флюса. При нагреве между хлористым цинком и алюминием протекает реакция, в результате которой цинк становится припоем. Он осаждается на поверхности алюминия, затекает в зазор и соединяет паяемые детали.

Пайкой- сваркой называется пайка, при которой паяное соединение образуется способами, характерными для сварки плавлением, но в качестве присадочного материала применяется припой. Пайку-сварку обычно применяют при устранении поверхностных дефектов в литых деталях.

Рассмотренные виды пайки могут быть осуществлены различными способами в зависимости от используемых источников нагрева и оборудования. Наиболее распространенными способами пайки в настоящее время являются: пайка в печах, индукционная, сопротивлением, пайка погружением, радиационная, горелками и пайка паяльниками.

Пайка в печах обеспечивает равномерный нагрев соединяемых деталей без заметной деформации даже при их больших габаритах и сложной конструкции. Для пайки применяют печи электросопротивления, с индукционным нагревом и газопламенные. В настоящее время распространение получают также газовые печи с беспламенным горением.

Пайку крупногабаритных деталей проводят в камерных печах с неподвижным подом. Для массовой пайки сравнительно мелких деталей используют печи с сетчатым конвейером или роликовым подом. В этих печах для предохранения деталей от окисления и повышения качества пайки создают специальную газовую атмосферу.

Пайка в печах позволяет широко применить механизацию паяльных работ и обеспечить высокую производительность труда и стабильное качество паяных соединений.

Индукционная пайка выполняется путем нагрева деталей токами высокой, повышенной и промышленной частоты. В этом случае необходимое тепло выделяется за счет тока, индуктируемого непосредственно в подлежащих пайке деталях.

Различают две разновидности пайки с индукционным нагревом: стационарную и с перемещением индуктора или детали. В первом случае длина индуктора должна быть достаточной для нагрева всей зоны пайки, и, следовательно, мощность источника питания должна быть большой. Поэтому там, где это возможно, предпочтительнее пайка с перемещением паяемых деталей через неподвижный одновитковый индуктор. Схема индукционного нагрева приведена на, рис. 2, а.

Пайка сопротивлением производится за счет тепла, выделяемого при прохождении электрического тока через паяемые детали и токопроводящие элементы. При этом соединяемые детали являются частью электрической цепи. Нагрев сопротивлением производится или на контактных машинах, аналогичных сварочным, или в электролитах. Пайка с нагревом на контактных машинах типа сварочных или в контактных клещах имеет большое распространение и применяется при изготовлении тонкостенных изделий из листового материала, а также при соединении тонкостенных элементов с толстостенными.

При пайке в электролитах тепловой эффект возникает за счет высокого электрического сопротивления водородной оболочки, образующейся вокруг паяемой детали (катода), погруженной в электролит. Пайка в электролитах пока еще применяется мало.

Пайка погружением выполняется путем нагрева деталей в ваннах с расплавами солей или припоев. При пайке в соляных ваннах нагрев может быть непосредственный и косвенный. При косвенном нагреве детали погружают непосредственно в расплавленные соли, выполняющие роль не только источника тепла, но и флюса. Преимущество этого способа — очень высокая скорость нагрева.

При панке в соляных ваннах с косвенным нагревом паяемую деталь, помещенную в контейнер со специальной газовой средой или вакуумом, погружают в соляную ванну. Такой способ пайки обеспечивает несколько меньшую скорость нагрева, но качество поверхности паяных деталей получается более высоким.

При нагреве в расплавленных припоях подготовленную к пайке деталь частично или полностью погружают в ванну с припоем. Этот способ пайки широко применяют при изготовлении автомобильных и авиационных радиаторов, твердосплавного инструмента, а также в радио- и электропромышленности.

Радиационный нагрев и пайка на его основе производятся за счет излучения кварцевых ламп, расфокусированного электронного луча или мощного светового потока от квантового генератора (лазера). Этот метод появился лишь в последние годы, он позволяет значительно сократить продолжительность пайки и использовать точную электронную аппаратуру для регулирования температуры и времени пайки.

При применении лазерного нагрева сосредоточенная в узком пучке тепловая энергия обеспечивает испарение и распыление окисной пленки с поверхности основного металла и припоя, что позволяет получать спаи в атмосфере воздуха без использования искусственных газовых сред. Регулируя тепловложение при лазерной пайке, можно получать высококачественный спай. При радиационном способе пайки лучистая энергия лазера превращается в тепловую непосредственно в материале припоя и паяемых деталях.

Пайка горелками выполняется с помощью местного нагрева паяемых деталей, а расплавление припоя осуществляется за счет тепла, выделяющегося в газовых горелках при сгорании углеводородов, в плазменных горелках за счет тепла плазменной струи и тепла электрической дуги косвенного действия. Эти источники нагрева различны по своей природе, но назначение их при пайке одинаковое.

Из перечисленных способов нагрева газовые горелки обладают наибольшей универсальностью. Применяя различные углеводороды в смеси с воздухом или кислородом, можно получить необходимые для пайки металлов температуры нагрева. Питание газовых горелок горючим газом производится от баллонов, газовой сети или от газового генератора.

Плазменные горелки дают более высокую температуру нагрева и поэтому могут быть перспективными для пайки таких тугоплавких металлов, как вольфрам, тантал, молибден, ниобий и др. Электрическая дуга находит в пайке ограниченное применение из-за сложности регулирования температуры нагрева паяемых деталей.

В течение многих лет для пайки используют паяльные лампы, которые по существу являются также газовыми горелками, работающими на жидком топливе. В массовом производстве они не употребляются, но их используют для нагрева и пайки при выполнении ряда слесарных работ, пайки в ремонтных мастерских и в полевых условиях.

Пайка паяльниками широко применяется в различных областях техники. При этом способе пайки нагрев основного металла и расплавление припоя осуществляются за счет тепла паяльника, который перед пайкой или в процессе пайки подогревается. В тех случаях, когда тепла в массе металла паяльника недостаточно, паяемую деталь предварительно или в процессе -Лайки подогревают посторонними источниками нагрева.

Паяльники делят на четыре группы: с периодическим нагревом, с непрерывным нагревом, ультразвуковые и абразивные. Паяльники с периодическим и непрерывным нагревом чаще применяют для флюсовой пайки черных и цветных металлов при температурах ниже 400 °С.

В ультразвуковых паяльниках колебания ультразвуковой частоты используют для разрушения окисной пленки на поверхности паяемого металла под слоем расплавленного припоя. Паяльники для ультразвуковой пайки могут быть с подогревателем и без подогревателя. Во втором случае для расплавления припоя используют посторонний источник нагрева. Основное преимущество ультразвуковых паяльников — возможность бесфлюсовой низкотемпературной пайки в атмосфере воздуха. Они нашли применение главным образом для пайки алюминия легкоплавкими припоями.

Абразивные паяльники, как и ультразвуковые, используют для облуживания алюминия и алюминиевых сплавов без флюса. Окисная пленка в этом случае удаляется в результате трения паяльником по облужи-ваемой поверхности. Основным достоинством этих паяльников по сравнению с ультразвуковыми является возможность лужения и пайки алюминия и алюминиевых сплавов без применения дорогостоящего оборудования.

Сравнивая рассмотренные способы пайки, необходимо отметить, что печная, индукционная пайка и пайка погружением являются наиболее высокопроизводительными технологическими процессами. Они могут быть легко механизированы и автоматизированы. Поэтому им следует отдать предпочтение, особенно в массовом и крупносерийном производстве.

Источник

Учебные материалы

Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. Наиболее распространены в промышленности пайка в печах, индукционная, сопротивлением, погружением, радиационная, горелками, экзофлюсовая, паяльниками, электронагревательными металлами и блоками.

Капиллярная пайка

Припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. На рисунке 3.16 показана схема образования шва.

Соединение образуется за счет растворения основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. Капиллярную пайку используют в тех случаях, когда применяют соединение внахлестку. Однако капиллярное явление присуще всем видам пайки.

Рисунок 3.16 – Схема капиллярной пайки:

а – перед пайкой; б – после пайки

Диффузионная пайка

Соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов, причем возможно образование в шве твердого раствора или тугоплавких интерметаллов.

Для диффузионной пайки необходима продолжительная выдержка при температуре образования паяного шва и после завершения процесса при температуре ниже солидуса припоя.

Контактно-реактивная пайка

При пайке между соединяемыми металлами или соединяемыми металлами и прослойкой другого металла в результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при кристаллизации образует паяное соединение. На рисунке 3.17 показана схема контактно-реактивной пайки.

Рисунок 3.17 – Схема контактно-реактивной пайки:

а – перед пайкой; б – после пайки

Реактивно-флюсовая пайка

Припой образуется за счет реакции вытеснения между основным металлом и флюсом.

Например, при пайке алюминия с флюсом

восстановленный цинк является припоем.

Пайка-сварка

Паяное соединение образуется так же, как при сварке плавлением, но в качестве присадочного металла применяют припой.

Наибольшее применение получила капиллярная пайка и пайка-сварка. Диффузионная пайка и контактно-реактивная более трудоемки, но обеспечивают высокое качество соединения и применяются, когда в процессе пайки необходимо обеспечить минимальные зазоры. Качество паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и т. д.) зависит от правильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, величины зазоров, типа соединения.

Уважаемые студенты!
Специалисты нашего сайта готовы оказать помощь в учёбе по разным предметам:
✔ Решение задач
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Источник

Основные способы и виды пайки. Паяльное оборудование, материалы и технология пайки

Операции пайки достаточно распространены не только в профессиональных сферах на производстве и в строительстве, но и в быту. Их используют для получения межатомных неразъемных соединений между небольшими деталями и элементами. Существуют разные виды пайки, отличающиеся технологическими нюансами, применяемыми расходными материалами, заготовками и т.д.

Общие сведения о технологии

Это метод соединения, при котором задействуется связующий расплав (припой) с подходящими для конкретных условий характеристиками. И активный элемент пайки, и заготовки подвергаются предварительному нагреву, благодаря которому формируется податливая для соединения структура материалов. Температурный режим должен быть превосходить пиковую точку нагрева, минуя которую металлические детали размягчаются и начинают переход в жидкое состояние. Важной характеристикой любого вида пайки является время термического воздействия под расплавом. Это промежуток от начала нагрева до отвердения припоя уже после выполнения соединения. В среднем операция занимает 5-7 мин, но могут быть и отклонения от этого диапазона – это зависит от характеристик заготовки и площади обрабатываемого узла.

Лампы для пайки

Наиболее распространенный инструмент для пайки различных заготовок, позволяющий получать высокотемпературный нагрев путем сжигания спирта, керосина и других видов жидкого топлива. В процессе работы из сопла аппарата вырывается факельный запал, который в дальнейшем направляется на целевой участок расплава. Такие приборы можно использовать не только для соединения деталей, но и в операциях нагрева конструкций и механизмов. Также аппараты для пайки используют перед удалением лакокрасочных покрытий. Средняя температура нагрева у лампового паяльника составляет 1000 – 1100°С, поэтому его можно использовать и в сварочных работах. К самым производительным моделям относятся бензиновые лампы. Они быстро обретают оптимальную рабочую температуру и справляются с большинством стандартных операций пайки. В конструкции приборов предусматривается баллончик для топлива, а также регулятор пламени, позволяющий варьировать мощность термического воздействия.

Горелки для пайки

Широкая группа газовых паяльников, которые могут подключаться к баллончику с топливом или же к центральному источнику с горючим. Первый вариант снабжения имеет преимущество в виде автономности. Горелку с баллончиком, как и бензиновую лампу можно использовать независимо от внешних коммуникаций. В выборе такого аппарата следует учитывать мощность, рабочую температуру, тип применяемого газа, время готовности к работе и т.д. Например, стандартная газовая горелка для пайки работает на пропан-бутане и достигает температуры нагрева до 1300°С. Период непрерывного термического воздействия может достигать 3 ч, но это время будет зависеть и от объема подключаемого баллончика. Различают горелки и по типу системы воспламенения. Простейшие модели включаются механическим способом, а в более современных модификациях применяется пьезорозжиг.

Электрические паяльники

Тоже распространенный в бытовой среде вид паяльного оборудования, которое отличается безопасностью (по сравнению с газовыми аппаратами) и компактными размерами. Но сразу стоит подчеркнуть и недостатки. Во-первых, такие приборы зависимы от электросети, что ограничивает их сферы применения. Во-вторых, электрическое паяльное оборудование поддерживает невысокую температуру нагрева в диапазоне 400 – 450°С. Связано это с тем, что часть энергии утрачивается в процессе преобразования электричества в теплоту.

В выборе устройства надо учитывать максимальное напряжение. Так, в мастерских и на производствах используют стандартные модели на 220 В. В бытовых условиях нередко применяют аппараты, работающие от трансформаторов на 12 и 24 В. Задачи, которые можно решать электрическими паяльниками, в основном ограничиваются починкой мелкой аппаратуры, восстановлением контактов микросхем, соединением пластиковых деталей и т.д.

Паяльные станции

Для выполнения групповых или поточных операций пайки используется многофункциональное оборудование. Паяльная станция отличается широкими возможностями регулировки рабочих параметров, а также более высокими температурными показателями нагрева. Достаточно сказать, что приборы такого типа работают при мощности 750 — 1000 Вт, подключаясь к сетям с напряжением 220 В. Как правило, это профессиональное паяльное оборудование, но существуют и аналоги бытового назначения. Например, аппараты для групповых операций в домашних условиях могут включать несколько сменных жал разного формата, подставки, средства для удаления припоя, кусачки и другие вспомогательные аксессуары. Теперь стоит ознакомиться с разными технологическими подходами к процессам пайки.

Основные виды пайки

Различают техники выполнения операций по стыку и зазору. Так, если промежуток между соединяемыми элементами составляет менее 0,5 мм, то пайка будет с зазором. Превышение этого интервала означает, что соединение выполняется встык. Причем и стыки могут иметь разные конфигурации – например, X- и V-образные. Пайка с зазором производится только с жидким припоем, который в процессе работы направляется в промежуточную зону. Стандартные виды пайки встык предполагают заполнение свободного пространства припоем под влиянием силы тяжести.

Классификация пайки по температурным режимам

На сегодняшний день применяют мягкую, твердую и высокотемпературную пайку, которая используется в основном на производствах и в строительстве. Первые же две техники во многом схожи – например, в обоих случаях рабочая температура составляет 450°С и ниже. Для сравнения, высокотемпературные соединения выполняются в режиме не менее 600°С, а чаще – выше 900°С.

При этом и низкотемпературная обработка может обеспечить качественное соединение. Наиболее выигрышным будет применение твердого припоя, благодаря которому достигается высокая прочность и тугоплавкость деталей. Добавление меди в зазор или стык будет способствовать и повышению ковкости заготовки. Если же требуется получить гибкую и упругую структуру, то используют мягкую пайку.

Классификация припоев

Условно можно разделить современные припои на две группы:

• Плавящиеся под низкими температурами.
• Плавящиеся под высокими температурами.

Как уже отмечалось, низкотемпературная пайка выполняется под 450°C и ниже. Сам припой для такого рода операций должен размягчаться уже при 300°C. К подобным материалам относят широкую группу оловянных сплавов с добавлением цинка, свинца и кадмия.

Высокотемпературные средства расплава задействуются для пайки при температурах порядка 500°C. Преимущественно это медные составы, в которые также входит никель, фосфор и цинк. Важно отметить, что, к примеру, припой олово-свинец-кадмий помимо более низкой температуры плавления будет отличаться от медных сплавов и механической прочностью. Соотношение по стойкости перед физическим давлением можно представить так: 20 – 100 МПа против 100 – 500 МПа.

Виды флюсов

При термическом воздействии на поверхности металлической заготовки образуется оксидное покрытие, препятствующее образованию качественного соединения с припоем. Для устранения таких препятствий используют разные виды флюсов для пайки, некоторые из которых также ликвидируют следы ржавчины и окалины.

Флюсы можно классифицировать как раз по совместимости с припоями (твердыми и мягкими) или по температурной стойкости. Например, для мягкой пайки тяжелых металлов используют средства с маркировками F-SW11 и F-SW32. Для твердого соединения тяжелых сплавов задействуют флюсы для пайки видов F-SH1 и F-SH4. Легкие же металлы наподобие алюминия рекомендуется предварительно обрабатывать составами групп F-LH1 и F-LH2.

Метод индукционной пайки

Данная технология пайки имеет несколько преимуществ перед классическим способом соединения под расплавом. Среди них можно выделить минимальную степень окисления заготовки, что в некоторых случаях избавляет от необходимости применения флюсов, а также низкий эффект коробления. Что касается целевых материалов, то к ним относятся и мягкие, и твердые сплавы, а также керамика с пластиком. К примеру, оптимальный припой для меди в данном случае будет иметь маркировку L-SN (модификации SB5 или AG5). В качестве источника тепловой энергии при индукционном воздействии могут выступать как ручные ламповые аппараты, так и машинные агрегаты соответствующей мощности. На производствах задействуют и генераторные установки, когда нужно получить длительную спайку узлов большой площади. Также в работу включается многоместный индуктор, который может поочередно принимать заготовки. По этой технологии, в частности, изготавливают ручной режущий инструмент.

Ультразвуковая пайка

Еще один современный высокотехнологичный способ пайки, разработка которого была вызвана необходимостью устранения целого ряда характерных недостатков электрохимических методов соединения. Ключевой особенностью этой техники можно назвать возможность замены обычного флюса как средства устранения оксидов. Функцию зачистки выполняет энергия ультразвуковых волн, вызывающая процесс кавитации в жидком припое. При этом в полной мере сохраняются задачи термического связующего воздействия со стороны расплава.

Отмечается и превосходство технологии в показателях скорости соединения. Если сравнивать ультразвуковое излучение с эффектом, который дает припой олово-свинец, то интенсивность захлопывания полостей обрабатываемого узла будет выше в несколько раз. Как показывают наблюдения, ультразвуковые волны с частотой 22,8 кГц обеспечивают скорость смыкания припоя на уровне 0,2 м/с.

Есть и экономические преимущества данного метода. Они также связаны с изменением подходов к применению флюсов и припоев. На производствах электротехнических приборов при сборке монолитных конденсаторов, преобразователей тока и других устройств широко применяется металлизация пастами палладия, серебра и платины. Процесс ультразвуковой пайки позволяет заменять драгоценные металлы на более дешевые аналоги без потери в эксплуатационных качествах будущего изделия.

Особенности пайки-сварки

У пайки как таковой немало схожих черт с традиционными технологиями сварки. Также используется нагрев заготовок и сторонний материал, оказывающий влияние на формирование шва. Но, по сравнению с техниками сварки, пайка не предусматривает внутреннего расплава структуры заготовки. Края деталей, как правило, остаются твердыми, хоть и подвергаются нагреву. И все же полный расплав заготовки дает более крепкое соединение. Другое дело, что для достижения такого результата может требоваться более мощное оборудование. При использовании жидкого припоя для меди вполне реализуема некапилярная пайка с плотным заполнением шва. Данный способ соединения частично относится к сварке, так как при нем повышается сцепляемость структур двух и более заготовок. Производить некапиллярную пайку рекомендуется электродуговыми аппаратами или кислородно-ацетиленовой горелкой.

Заключение

На получение качественного соединения в процессе пайки влияет не только правильный выбор технологии, припоя с флюсом и оборудования. Зачастую решающее значение имеют мелкие организационные процедуры, связанные с подготовкой материалов и последующей обработкой. В частности, для использования твердого припоя необходима многоступенчатая зачистка целевой поверхности с применением абразивного шлифования и химического воздействия тетрахлористым углеродом. Готовая к работе деталь должна быть чистой, гладкой и по возможности ровной. Непосредственно в ходе выполнения пайки также рекомендуется особое внимание уделять способу фиксации заготовок. Желательно закреплять их в зажимном инструменте, но так, чтобы последний был защищен от химического и термического воздействия.

Не стоит забывать и о технике безопасности. Особой осторожности требуют активные расходные материалы – флюс и припой. В большинстве своем это химически небезопасные элементы, которые под высокотемпературным воздействием могут выделять токсичные вещества. Поэтому, как минимум, следует защищать кожные покровы и органы дыхания в процессе работы.

Источник