|
Пайка - это процесс получения неразъёмного
соединения материалов путём их автономного расплавления при смачивании,
растекании и заполнении зазора между ними с последующей его
кристаллизацией.
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;
- Культура производства; возможна полная механизация и автоматизация.
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.
Рисунок 1. Структура паяного соединения
Термины и определения:
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:
- 450 0С 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 (рисунок 2)
- Тип соединения;
- Паяльный зазор;
- Величина нахлестки;
- Шероховатость поверхности;
- Радиус галтельного участка;
- Угол скоса кромок.
Рисунок 2
Припои и паяльные смеси. Требования предъявляемые к ним:
- Температура плавления припоя должна быть ниже температуры лавления 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 450 0С);
- высокотемпературные (температура плавления припоя больше 450 0С).
- 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:
- 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 4 группы:
- 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.
Примечание: 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 650 0С разлагается на азот и водород).
Механизм
воздействия активной среды на окисную пленку состоит в химическом
взаимодействии активного газа с оксидами основного металла.
|
