Пайки металлов и сплавов .Припой, флюсы

↑ наверх

Активированные  флюсы

Активированные флюсы  на основе канифоли применяют для  пайки металлов и сплавов, плохо  поддающихся пайке с канифолевым  флюсом; они также ускоряют процесс  пайки меди и медных сплавов.

В качестве активизаторов в канифоль вводят в небольших количествах солянокислый анилин, фосфорнокислый анилин, фе-нолевый ангидрид, солянокислый диэтиламин, салициловую кислоту и т. д.

Лучшим для пайки монтажных  соединений из флюсов этой группы является флюс с анилином.

Для пайки твердыми припоями применяются в основном кислотные  флюсы, остатки которых необходимо удалять после пайки. В зависимости  от температуры плавления они  подразделяются: на флюсы с температурой плавления выше 750° С, применяющиеся для пайки тугоплавкими припоями, и флюсы с температурой плавления ниже 750˚ С, применяющиеся для пайки сравнительно легкоплавкими серебряными припоями. В качестве тугоплавких флюсов наибольшее- распространение получили бура и борная кислота. Активной группой этих флюсов является борный ангидрид В₂О₃, который, вступая в реакцию с окислами металлов, образует бораты.

Буру применяют в виде безводной соли Na2В₄O₇ и в вид( кристаллической соли Na2В₄O₇ • 10Н₂О.

Кристаллическая десятиводная бура начинает плавиться при 75˚ С; по мере повышения температуры нагрева бура теряет воду, сильно при этом вспучиваясь и разбрызгиваясь, и постепенно переходит в безводную соль Na2В₄O₇ (плавленая или жженая бура); плавящуюся при температуре 783° С. Во избежание кипения бурь при пайке ее обычно применяют в прокаленном виде. Кристаллизационную воду удаляют путем нагрева буры до 400 - 450° С. Активное действие буры начинается с температуры 800° С, при более низких температурах бура плохо растекается. Бура в расплавленном состоянии может быть нагрета до высоких температур без заметного испарения, она весьма жидкотекучая и энергично растворяет окислы многих металлов, в особенности меди.

Борная кислота является менее активным флюсом, чем бура. Температура активного действия борной кислоты выше, чем буры, и  составляет 900° С. Одну борную кислоту редко применяют в качестве флюса. Смеси буры и борной кислоты являются основой большинства флюсов.

Для повышения активности смеси буры и борной кислоты при  пайке нержавеющих сталей и жаропрочных  сплавов в состав флюсов вводят фтористый  кальций и другие добавки.

В качестве легкоплавких флюсов для пайки серебряными и медно-фосфористыми припоями в основном применяют смеси  голоидных солей щелочных металлов с борнокислыми солями. Галоидные соли флюсуют окислы главным образом физическим растворением, борнокислые соли оказывают химическое действие.

Флюсы применяют в виде пасты, порошка и в жидком виде.

Иногда флюсующее действие производит сам припой с соответствующими добавками раскислителей (например, меднофосфористые припои).

↑ наверх

Подготовка деталей  к пайке, лужение

Перед пайкой поверхности  деталей очищают от пыли, жира, краски, ржавчины, окалины и окисной пленки. В процессе зачистки получают шероховатую  поверхность с целью увеличения смачивания основного металла.

Зачистку производят напильником, наждачной шкуркой, металлическими щетками (крацевание) и др.

Обезжиривание деталей перед  пайкой производят в бензине или  четыреххлористом углероде или подвергают травлению с последующей промывкой  в воде и просушиванием в сушильном  шкафу во избежание коррозии. Очищенные  детали следует хранить в условиях, исключающих попадание на них  жира и грязи и возникновение  коррозии.

В большинстве случаев  детали перед пайкой лудят, что облегчает  последующую пайку.

Схема процесса лужения показана на рис. 1. Место пайки покрывают  флюсом, затем при помощи паяльника  наносится расплавленный припой. Температура деталей в зоне пайки  поддерживается паяльником и должна быть на 50-100° С выше температуры плавления припоя. Если одна из поверхностей будет нагрета выше температуры плавления припоя, а вторая ниже, происходит нарушение процесса пайки, нагретую поверхность припой смачивает, а на второй он застывает и не затекает в зазоры.

Рис. 1 Схема лужения паяльником 
1 - паяльник, 2 - припой, 3 - газообразный флюс, 4 - растворенный окисел, 5 - поверхностный слой окисла, 6 - флюс, 7 - зона сплавления припоя с основным металлом, 8 - основной металл

Рис. 2 Схема лужения вибрационным паяльником

Лужение производят также  в ванночке с расплавленным припоем, при этом детали сначала погружают  в сосуд с флюсом, а затем  в расплавленный припой.

При пайке алюминия с помощью  ультразвука лужение поверхностей производится или паяльниками, вибрирующими с ультразвуковой частотой, или в  специальных ультразвуковых ванночках  с расплавленным припоем.

Схема процесса лужения вибрационным паяльником показана на рис. 2. Для возбуждения  продольных колебаний рабочего стержня  У паяльника применяют магнитострикционные  вибраторы , представляющие собой магнитопровод 9 с обмоткой возбуждения 10, питаемой переменным током от лампового генератора 11 при частоте от 20 до 25 кгц и создающей переменное электромагнитное поле.

Магнитопровод 9, соединенный с рабочим стержнем ультразвукового паяльника У, создает интенсивные колебания, способные вызвать кавитацию (нарушение сплошности) расплавленного припоя в зоне пайки. Нагрев рабочего стержня 1 паяльника осуществляется нагревательной обмоткой 5, питаемой переменным током от понижающего трансформатора 12. Применяются ультразвуковые паяльники и без нагревательного элемента. В этом случае нагрев детали, подлежащей лужению, до 260-300˚ С осуществляется от постороннего источника тепла - газовой горелки или электроплитки.

Лужение основного металла  при помощи ультразвукового паяльника  происходит в непосредственной близости от колеблющегося конца рабочего стержня 1 паяльника, который излучает знакопеременные волновые давления, вызывающие растяжение и сжатие частиц жидкого припоя 2. В местах наибольшей интенсивности облучения растяжения влекут за собой кавитацию жидкого  припоя и между его частицами  появляются разрывы, которые мгновенно  заполняются воздухом или газом, имеющимися в припое, образуя мельчайшие (размером в несколько микрометров) пузырьки 3. За растяжением наступает  сжатие частиц расплавленного припоя, и пузырьки немедленно после образования  сжимаются, а затем захлопываются. Сжатие пузырьков вызывает повышение  в них давления до сотен атмосфер, а их захлопывание сопровождается весьма большими ударными импульсами на окружающий их жидкий припой, а также на поверхность  алюминиевых деталей, вызывая разрушение окисной пленки 4. Раздробленные  частицы окисной пленки, обладающие меньшим удельным весом, всплывают  на поверхность припоя, который беспрепятственно облуживает очищенную поверхность основного металла.

Таким образом, под действием  кавитации происходит эрозия (разрушение) окисной пленки 4 под слоем расплавленного припоя 2, сплавление припоя с обнаженным основным металлом 5 и образование  слоя 6 сплава припоя с основным металлом (полуды). На поверхности затвердевшего  слоя припоя остается слой 7 шлака, который  представляет собой частицы диспергированной (тонко измельченной) окиси алюминия. Постепенно перемещая паяльник, покрывают припоем всю поверхность соединения.

Рабочий стержень 1 паяльника, подвергающийся во время пайки воздействию  эрозии, изготовляется из серебряно-никелевого сплава, обладающего высокой кавитационной стойкостью.

Форму или размеры конца  рабочего стержня паяльника для  выполнения конкретной операции изменяют путем замены рабочей части стержня  специальным приспособлением, которое  должно иметь строго определенные размеры  для соблюдения резонансных характеристик  системы.

Ультразвуковой метод  лужения обеспечивает высокую производительность, повышает механическую прочность и  коррози-ционную стойкость соединений.

↑ наверх

Способы пайки

Пайку мягкими припоями можно  применять, почти для всех металлов, в разнообразных сочетаниях, включая  такие легкоплавкие металлы, как  олово, свинец, цинк и их сплавы.

Нагрев при пайке мягкими  припоями производят паяльниками, газовыми горелками, электрическим током, плавлением припоя в ваннах и т, д, В большинстве случаев для пайки мягкими припоями применяют паяльники из красной меди.

Размеры паяльника должны соответствовать размерам детали, чтобы  паяльник, не охлаждаясь значительно, мог нагреть кромки детали до необходимой  температуры.

При монтаже электрорадиоприборов, как правило, применяют электрические паяльники непрерывного действия.

Высокопроизводительным  способом пайки мягкими припоями является последовательное погружение деталей в раствор флюса, а  затем в ванну с большим  количеством расплавленного припоя, который применяется в данном случае не только как заполнитель  зазоров, но и как источник тепла, быстро и одновременно нагревающий  все соединяемые детали. Таким  способом за одно погружение деталей  в течение 1-2 мин можно спаять между собой сотни, а иногда и  тысячи деталей. Прочность мягких припоев  незначительна, поэтому рабочие  соединения, подвергающейся большой  нагрузке, рекомендуется до пайки  прочно скреплять точечной сваркой, заклепками, развальцовкой, шпильками  и т. д., используя припой как средство уплотнения шва для герметичности.

В зависимости от характера  нагрева изделия при пайке  твердыми припоями различают газовую  пайку, пайку погружением в металлические  ванны, пайку с погружением в  соляные ванны, дуговую пайку, индукционную пайку и контактную пайку.

↑ наверх

Газовая пайка

При газовой пайке нагрев осуществляется пламенем газовой горелки. В качестве горючего газа используют смеси различных газообразных или  жидких углеводородов (ацетилен, метан, пары керосина и т. д.) и водород, которые  при сгорании в смеси с кислородом дают высокотемпературное пламя. При  пайке крупных деталей горючие  газы и жидкости применяют в в смеси с кислородом, при пайке мелких деталей в смеси с воздухом.

Пайку можно выполнять  как горелками специального типа, дающими широкий факел, так и  нормальными, сварочными.

При газовой пайке применяют  как газообразные флюсы на основе метилбората, так и твердые флюсы - различные соли и их смеси, которые обычно используют в виде водных растворов.

↑ наверх

Пайка погружением  в металлические ванны

Расплавленный припой в ванне  покрывают слоем флюса. Подготовленная к пайке деталь погружается в  расплавленный припой (металлическую  ванну), который также является источником тепла. Для металлических ванн обычно используют медно-цинковые и серебряные припои.

↑ наверх

Пайка погружением  в соляные ванны

Состав ванны выбирают в зависимости от температуры  пайки, которая должна соответствовать  рекомендуемой температуре ванны  при работе на смеси определенного  состава. Ванна состоит их хлористых  солей натрия, калия, бария и др.

Этот метод не требует  применения флюсов и защитной атмосферы, так как состав ванны подбирают  таким, что он вполне обеспечивает растворение  окислов, очищает паяемые поверхности  и защищает их от окисления при  нагреве, т. е. является флюсом.

Детали подготавливают к  пайке, на шов в нужных местах укладывают припой, после чего опускают в ванну  с расплавленными солями, являющимися  флюсом и источником тепла, где припой расплавляется и заполняет шов.

Для обеспечения хорошего заполнения припоем швов между соединяемыми деталями в соляные ванны добавляют 4-5% буры, а также производят раскисление ванны ферросилицием или ферромарганцем, которые вводят в ванну в количестве 1 % от веса соли. Для соляных ванн используют медные, медноцинковые, серебряные и другие припои, а для деталей из алюминия - припои из силумина.

↑ наверх

Дуговая пайка

При дуговой пайке нагрев осуществляется дугой прямого действия, горящей между деталями и электродом или дугой косвенного действия, горящей  между двумя угольными электродами.

При использовании дуги прямого  действия обычно применяют угольный электрод (угольная дуга), реже - металлический  электрод (металлическая дуга), которым  служит сам стержень припоя. Угольную дугу направляют на конец стержня  припоя, касающегося основного металла  так, чтобы не расплавлять кромок детали. Металлическую дугу применяют  при токах, достаточных для расплавления припоя и очень незначительно  оплавляющих кромки основного металла. Для пайки дугой прямого действия пригодны тугоплавкие припои, не содержащие цинка. При помощи угольной дуги косвенного действия можно выполнять процесс  пайки твердыми припоями всех типов. Для нагрева этим способом применяют  специальную угольную горелку. Ток  к электродам подается от машины для  дуговой сварки. Дуговые горелки  менее удобны для пайки, чем газовые, поэтому их применяют обычно при  небольшом объеме работ по пайке.