Что такое пайка металлов
Пайка металлов: различные способы, материалы, припои и флюсы
Изменение источников нагрева и техники позволило разделить историю пайки на три периода. Первый период пришелся на бронзовый век, когда для изготовления изделий из бронзы использовалось твердое топливо. Второй период начался в конце XIX века и был отмечен началом использования электрической энергии в пайке. Третий период начался в 1930–1940-х годах с и по сей день продолжается, в связи с появлением новых металлов и их сплавов, таких как цирконий, вольфрам, высокопрочные и жаропрочные стали и сплавы. Это привело к развитию новых способов пайки. В настоящее время пайка имеет широкий диапазон применения и во многих случаях является основной технологией для соединения новых материалов.
Пайка – это процесс получения неразъемного соединения металлов, при котором использование расплавленного припоя приводит к соединению твердых материалов. Припой – это материал с более низкой температурой плавления по сравнению с материалами, которые необходимо соединить. При пайке (в отличие от сварки) плавится только припой, а взаимодействие между припоем и материалом приводит к взаимному растворению компонентов.
Атрибуты, требуемые для успешного паяного соединения, включают механические свойства, герметичность, вакуум-плотность, малую электрическую проводимость, стойкость к коррозии, усадке и тепловому растрескиванию, а также устойчивость к перегрузкам и другим внешним воздействиям.
Когда припой расплавлен, он вводится в зазор между подогретыми металлическими поверхностями, смачивает эти поверхности, растекается и заполняет зазор. Взаимодействие припоя с материалом включает в себя его растворение в жидком состоянии, диффузию и кристаллизацию при охлаждении.
Формирование прочного соединения зависит от состава металлов, температуры и времени пайки, а также от процессов диффузии, которые происходят между припоем и основным металлом. Повышение температуры и времени пайки способствует более полной диффузии, что приводит к более прочным соединениям. Кроме того, прочность пайки зависит от зазора между материалами, при малых зазорах улучшается проникание припоя, и временное сопротивление соединения становится больше сопротивления самого припоя.
Припой надежно связывается с поверхностью изделия только в том случае, если он хорошо смачивает эту поверхность. Для этого поверхность должна быть тщательно очищена от пыли и грязи. Кроме того, для удаления оксидных пленок с поверхностей паяемого материала и припоя, а также для предотвращения их образования во время пайки используют паяльные флюсы. Флюсы также способствуют более легкому проникновению припоя в зазор между соединяемыми деталями и его равномерному распределению по их поверхности. Некоторые виды припоев, которые содержат активные раскислители (например, бор, кремний, барий, щелочные металлы и т.д.), могут сами выполнять роль флюсов, нейтрализуя оксидные пленки.
Качество паяных соединений зависит от правильного выбора метода пайки, используемых основных и вспомогательных материалов, технологического процесса пайки.
Методы пайки. Современные методы пайки могут быть классифицированы по следующим критериям: механизму удаления оксидной пленки с поверхности паяемого материала, способу образования припоя в зазоре, условиям заполнения зазора, температурным и временным режимам структуризации паяного шва, температуре пайки и используемым методам нагрева, наличию или отсутствию давления на паяемые детали, последовательности выполнения паяных соединений (рис. 3.76).
По механизму удаления оксидной пленки методы пайки могут быть флюсовыми и бесфлюсовыми.
Флюсовая пайка — это паяльный процесс, в котором используется флюс. При этом флюс также участвует в формировании припоя путем выделения компонентов, которые плавятся во время пайки.
Бесфлюсовая пайка — это паяльный процесс без использования флюса, где удаление оксидной пленки происходит в восстановительной или инертной газовой среде, вакууме или за счет применения ультразвука.
В первом случае оксиды удаляются при высоких температурах путем их восстановления или самостоятельного разложения, а при ультразвуковой пайке они разрушаются за счет ультразвуковых колебаний, создаваемых в расплавленном припое, который наносится на соединяемый металл специальным паяльником.
По способу образования припоя в зазоре методы пайки делятся на пайку с готовым припоем, контактно-реактивную и реактивно-флюсовую.
Рис. 3.76. Классификация методов пайки
Пайка с готовым припоем — это метод пайки, при котором используется заранее подготовленный припой. В качестве припоя может быть использован металлический (полностью плавящийся) или композиционный припой. В случае композиционного припоя, помимо металлической основы, также присутствует тугоплавкий наполнитель (порошок, волокна, сетка), который сам не плавится, но при плавлении металла припоя создает сеть капилляров, задерживающих его жидкую часть в зазоре между соединяемыми деталями под действием капиллярных сил.
Одной из техник пайки является контактно-реактивная пайка, которая основана на взаимодействии и последующем плавлении материалов или материалов и промежуточного металла. Этот метод включает в себя сваркопайку, при которой разнородные материалы соединяются путем нагрева более легкоплавкого материала до температуры, превышающей его точку плавления.
Еще одним методом пайки является реактивно-флюсовая пайка, которая основана на химических реакциях между основным металлом и флюсом. Например, при пайке алюминия с помощью флюса ZnCl3 в результате химической реакции восстановления образуется цинк, который используется в качестве припоя.
В зависимости от условий заполнения зазора припоем, пайку можно классифицировать как капиллярную, при которой ширина зазора мала, или некапиллярную, где зазор значительно шире.
Пайка
Пайка — это процесс, который применяется для создания неразъемного соединения между деталями из разных материалов путем применения расплавленного припоя между этими деталями. Припой имеет более низкую температуру плавления по сравнению с материалами, которые соединяются.
Спаиваемые элементы деталей, припой и флюс нагреваются до температуры, выше температуры плавления припоя, но нижетемпературы плавления деталей. Это позволяет припою переходить в жидкое состояние и смачивать поверхности деталей. После остановки нагрева припой остывает и становится твердым, образуя прочное соединение.
Прочность соединения зависит от зазора между деталями (от 0,03 до 2 мм), чистоты поверхности и равномерности нагрева элементов. Для удаления оксидной пленки и защиты от влияния атмосферы используются флюсы.
Содержание
Варианты пайки
Пайка может быть низкотемпературной (до 450 °C) и высокотемпературной. Следовательно, припои также бывают легкоплавкими и трудноплавкими. Для процесса низкотемпературной пайки обычно используется электрическая прогревочная система, для высокотемпературной – преимущественно пайка с помощью горелки. В качестве припоя применяют сплавы олово-свинцовые (Sn 90 % Pb 10 %, с температурой плавления 220 °C), олово-серебряные (Ag 72 %, с температурой плавления 779 °C), медь-цинк (Cu 48 % Zn, с температурой плавления 865 °C), галлий (температура плавления
50 °C), висмутовые (сплав Вуда с температурой плавления 70 °C, сплав Розе с температурой плавления 96 °C) и так далее.
Пайка — это быстрый процесс, который обеспечивает надежные электрические соединения, а также позволяет соединять различные материалы (разные виды металлов и неметаллов), минимизируя деформацию изделий в процессе нагрева (по сравнению со сваркой). Соединения между деталями, совершенные при помощи пайки, могут быть многократно разъединены и снова соединены (этот процесс непохож на сварку). Однако, слабое место заключается в относительно низкой прочности соединений.
В зависимости от физико-химических характеристик процесс пайки можно описать следующим образом. В процессе пайки твёрдые металлы соединяются путем введения припоя в зазор, который взаимодействует с основным металлом и образует жидкую металлическую прослойку. После кристаллизации этой прослойки образуется пайный шов. Пайку можно разделить на несколько видов: капиллярную, диффузионную, контактно-реакционную, реакционно-флюсовую и пайку-сварку. Капиллярная пайка, ihrerseits, включает горизонтальную и вертикальную пайку. Диффузионная пайка может быть атомно-диффузионной или реакционно-диффузионной. Контактно-реакционная пайка включает в себя плавление с образованием эвтектической смеси или с образованием твердого раствора. Реакционно-флюсовая пайка может происходить с припоем или без припоя. При пайке-сварке, в свою очередь, возможна сварка без плавления и сварка с плавлением. Анализируя физико-химические процессы, происходящие на границе основного металла и расплава припоя (при формировании связи в различных видах пайки), можно заметить, что различия между капиллярной пайкой, диффузионной пайкой и пайкой-сваркой не являются принципиальными. Капиллярность является общим признаком пайки. Особенностью диффузионной пайки является необходимая продолжительность при температуре пайки и изотермическая кристаллизация металла шва в процессе пайки. Других характеристических признаков у этого способа нет, его главная цель — увеличение температуры плукать шва и прочности пайки. Диффузионная пайка может быть развитием любого вида пайки, включаякапиллярную, реакционно-флюсовую или контактно-реакционную. В последнем случае диффузионная пайка возможна, если второй металл взаимодействующей пары введен в виде прослойки между соединяемыми металлами. При реакционно-флюсовой пайке происходит комбинирование процессов — вывод металла из флюса, выступающего в качестве припоя, и его взаимодействия с основным металлом. В свою очередь, пайка-сварка различается множеством используемого припоя и характером формирования сварного шва, делающим этот способ пайки похожим на сварку плавлением. При пайке-сварке разнородных металлов возможно плавление кромки одной из деталей, заплавленной из более низкоплавкого металла?
Бессвинцовые технологии
Стандарты искусства пайки оловянно-свинцовым припоем
Для объединения металлических частей при помощи пайки необходимо провести процесс облудки, соединения и нагрева, при необходимости также вводя в место пайки дополнительный сплав. Дальше приведены простые рекомендации, которые помогут достичь высокого качества пайки.
Сущность и применение пайки металлов
Соединение материала заготовок без его расплавления называется пайкой. Это означает, что технические характеристики и качество материала остаются неизменными.
Металлические заготовки соединяются путем смачивания их поверхностей жидким припоем, который заполняет промежуток между двумя металлическими изделиями. Припой, как правило, состоит из металла или сплава нескольких металлов, в основном олова и свинца.
Такое соединение позволяет в будущем разъединить детали без их повреждения (распаять или перепаять заново), сохраняя их свойства. Качество пайки зависит от типов металлов, которые соединяются, от припоя и флюса, а также от нагрева и способа соединения.
Преимущества и недостатки
Преимущества процесса пайки включают в себя:
— Высокую прочность паяного соединения.
— Самоочищение поверхности припоя от окислов и загрязнений.
— Возможность соединять разнородные материалы.
Недостатки пайки включают:
— Низкую прочность паяного соединения на отрыв и сдвиг из-за мягкости припойного металла.
— Ограничения высокотемпературной обработки изделий.
Где применяется
При стыковке металлов после проведения сварки, пайка занимает второе место по популярности. Однако в некоторых областях производства она играет главную роль.
Вот, например, в производстве компьютеров, мобильных телефонов и другой IT-техники. Поскольку самые мелкие детали этих устройств требуют узкого контакта друг с другом.
Также пайка применяется для соединения медных трубок при производстве холодильников, теплообменников и для соединения твёрдосплавных деталей, например, режущих пластин с резцами.
При выполнении кузовных работ осуществляется соединение деталей с тонкими металлическими листами. Пайка также является частью процесса лужения, который применяется для защиты различных конструкций от коррозии металла.
В общем, можно сказать, что если в определённых ситуациях невозможно соединить две металлические заготовки друг с другом при помощи сварки, болтовых соединений, шпилек, заклёпок, клея или других методов, то первым делом приходит на помощь именно пайка метала.
Разновидности
При разделении пайки металлов на классы необходимо учитывать разнообразные параметры, что делает этот процесс достаточно сложным. Эти параметры включают тип припоя, способ нагрева, наличие давления в зазоре и способ кристаллизации паяного шва.
Однако, самое частое разделение проводится на основе температуры расплавленного припоя. В зависимости от этого процесса выделяют низкотемпературную пайку (до 450 ℃) и высокотемпературную пайку (свыше 450 ℃).
Электроника чаще всего использует низкотемпературную пайку, так как она проста в использовании и экономична. Благодаря ней можно паять мелкие детали, что особенно актуально для этой индустрии. Кроме того, она также позволяет соединять разнородные металлы и материалы.
Что касается высокотемпературной пайки, то она становится предпочтительной из-за своих высоких прочностных характеристик стыкового места. Такие соединения выдерживают даже ударные нагрузки и высокое давление.
В маломасштабном производстве высокие температуры создаются с помощью газовых горелок или высокочастотных токов индукционного типа.
Подразделением в классификации пайки является также тип припоя. Самый распространенный способ — это использование готового припоя.
При этом не обязательно использовать сплавы в виде стержней, можно использовать специальную пасту. Припой просто расплавляется и заполняет зазоры между деталями, эти действия основываются на капиллярном явлении. Силы поверхностного натяжения заставляют расплавленный металл проникать во все поры и трещины.
Второй способ, реакционно-флюсовая операция, использует цинкосодержащий флюс. При этом химическая реакция происходит между нагретыми кромками металлических заготовок и флюсовым материалом, результатом которой и является припой.
Способы нагревания
Много способов нагревания паяльных материалов. В домашних условиях наиболее популярен паяльник или горелка.
Паяльник применяется для низкотемпературного процесса, а горелка – для высокотемпературного. Есть много моделей паяльников, некоторые из них имеют авто-регулировку температуры и другие полезные функции.
В производстве используются другие технологии, такие как печная пайка, индукционный нагрев и погружение в специальные ванны с металлом или солями.
Также применяется нагрев электросопротивлением, когда припой и соединяемые заготовки нагреваются в результате протекания по ним электрического тока, и другие методы.
Припои
При выполнении пайки важным элементом являются припои. Её состав основан на чистых металлах или их сплавах. При выборе подходящего варианта необходимо обратить внимание на два основных качества: смачиваемость и температуру плавления приполного материала. Важно, чтобы припой хорошо смачивал заготовки, обеспечивая прочное соединение, с присутствием прочности, которая оказывается выше, чем у самого приполного материала.
По отношению к температурным показателям важно, чтобы температура плавления приполного металла была ниже, чем у заготовок. Таким образом, существуют две основных категории приполного материала: легко или сложноплавкие.
Легко плавкие припои основаны на олове и свинце, полностью или частично легко плавкие припои включают также другие компоненты. Сложноплавкие припои созданы на основе серебра или меди. Эти припои позволяют сваривать трубы, а также изделия и детали из меди, чугуна и стали.
Прикольным штихом считаются серебряные марки припоев. Они характеризуются высокими температурными характеристиками, их привычны использовать для соединения элементов, подверженных вибрации и ударам.
В промышленности используются и другие виды приполного материала. Например, применение никеля проводится для элементов, испытывающих высокие температуры. Преобладаниe .Из золотые припои необходимы для соединения золотых украшений или изделий.,форм и условий обеспечивает такую:
Магнезиевые — применяются для соединения магниевых заготовок и составных деталей из сплавов таких металлов.gfs.
Припой бывает разной формы и размеров: можно приобрести его в виде стержней, пасты, порошка, таблеток, тонкой фольги или гранул разного размера.
Флюсы
Один из основных требований для обеспечения качественного соединения — это обеспечение физического контакта припоя с металлом двух деталей. Поэтому очень важно, чтобы на кромках деталей не образовалась оксидная пленка.
Для этой цели в процессе пайки используют специальные флюсы. Их главная задача — удалить старую пленку и предотвратить образование новой.
Классификация флюсов основана на ряде различий по составу и свойствам. Существуют различные типы флюсов.
Из множества разновидностей, которые сегодня применяются для пайки металлов, наиболее распространены флюсы на основе борной кислоты и ее натриевой соли (бура), хлористого цинка, канифоли и ортофосфорной кислоты.
Особенности паяния
В связи с тем, что в промышленности воплощаются различные проекты, процесс пайки может включать в себя разные металлы. Поэтому, технологии пайки могут различаться, а в некоторых случаях ее применение может быть крайне затруднено.
Пайка стали
Следует отметить, что стальные заготовки можно паять только с использованием припоя на основе олова. Материалы, содержащие цинк, не подходят для этой операции из-за низкой степени смачивания. Вот технологическая карта проводимых этапов.
Края металлических заготовок очищаются от грязи. Затем они обрабатываются наждачной бумагой или железной щеткой для удаления оксидной пленки.
Выполняется процесс обезжиривания с помощью любого растворителя. Заготовки стыкуются с зазором 2-3 мм. Затем паяльная лампа или другой нагревательный инструмент используются для нагрева.
В область нагрева добавляется флюс, а затем припоя. Важно отметить, что последний должен нагреваться не от пламени огня, а от разогретых краев заготовок. После завершения процесса остатки флюса и припоя удаляются с зоны стыка.
Чугун
Ковкий или серый чугун можно соединять только с помощью пайки, белый чугун пайкой не подходит. Правила пайки чугуна основаны на решении двух проблем. Первая проблема заключается в плохой смачиваемости металла из-за высокого содержания графита.
Эта проблема может быть решена просто — необходимо предварительно обработать поверхности, которые будут соединяться, борной кислотой. Вторая проблема заключается в изменении структуры металла в процессе нагрева, поэтому пайку чугуна рекомендуется выполнять при температуре не выше +750 ℃.
Титан
В пайке титана возникают особые сложности. На поверхности этого металла находится слой альфида, который насыщен атмосферными газами. Его надо удалить, используя травление или пескоструйную обработку. И даже после этого на поверхности все равно остается оксидная пленка.
Чтобы получить качественное соединение, пайку титана проводят в вакууме, с аргоном или специальными флюсами. Последний вариант не обеспечивает высокого качества окончательного результата. При этом очень важно соблюдать нужную температуру, которая колеблется в пределах 800-900 ℃ для этого металла.
Что касается пайки, здесь используют серебряные или алюминиевые припои. Оловянные и свинцовые припои применяются редко, потому что плохо соединяются с титаном. Можно, однако, гарантировать хорошее качество пайки, если нанести оловянный слой или свинцовый на поверхность заготовки из титана.
Нихром
Процесс пайки нихрома является очень простым, так как сам сплав (содержащий хром и никель) обладает высокой термостойкостью и пластичностью.
Температура плавления нихрома варьируется в пределах от 1100 до 1400 ℃ в зависимости от добавок. Это означает, что для пайки можно использовать даже припой с высокой температурой плавления.
Пайка деталей из нихрома производится при низкой температуре. Для соединения сплава с сталью требуется использование паяльного материала с высокой температурой плавления. Как правило, мастера делают свои припои, смешивая вазелин (100 г), глицерин (5 г) и хлористый порошковый цинк (7 г).
Паяние позволяет соединять детали из различных цветных металлов. При выборе методов пайки необходимо учитывать технологию соединения и правильно выбрать расходные материалы.
Однако практика показывает, что основу процесса составляет тип соединяемых заготовок и их температура плавления.
С учетом этих факторов выбирается вид паяной операции, так как температура плавления припоя должна быть ниже, чем у металла деталей, которые соединяются. Это правило ни в коем случае нельзя нарушать. Нарушение данного правила может привести к получению некачественного соединения или его отсутствию.
Пайка металлов
Существует множество технологических способов для получения неразъемных соединений деталей. Один такой способ — это пайка. Она заключается в нагреве деталей и их соединении с помощью расплавленного материала, известного как пайка. Для успешного выполнения процесса пайки, температура плавления пайки является значительно ниже, чем у металла, который соединяется. Пайка включает использование флюса, который защищает поверхность соединенных деталей от воздействия атмосферы и способствует равномерному распределению пайки.
Пайка металлов является эффективным методом соединения и широко используется для пайки труб. Для создания устойчивого соединения крайне важно выбрать детали одинаковой размерности. Зазор между деталями составляет от 0,03 до 2 мм. Пайка может осуществляться в следующих вариантах:
Для пайки производится применение следующих видов паек:
Каждая из них имеет индивидуальную температуру плавления и наиболее подходит для определенных металлов.
Пайка металлов подразделяется на следующие типы:
Технология пайки металлов
Технология сварки металлов осуществляется следующим образом:
При соединении титана и меди без использования припоя используется метод контактного плавления. Учитывая, что для плавления меди требуется температура 1083 градуса Цельсия, а для плавления титана — 1725 градусов Цельсия, при нагреве до 900 градусов Цельсия происходит соприкосновение и плотное соединение металлов, заполняя зазор расплавом. В этом процессе также происходит диффузия металлов.
Такая технология пайки металлов широко применяется для соединения труб теплообменников, в холодильных установках, системах для передачи жидкостей и газов и т.д.
Оставьте свой комментарий Отменить ответ
Реактивная пайка, также известная под названием реакционная, может быть классифицирована как реакционно-флюсовая. Она является одним из наиболее распространенных методов соединения металлов. Процесс сварки, использующий сварочную дугу и газ, считается более сложным и требует специализированного оборудования. В домашних условиях пайка металлов является широко распространенным методом.
Если у вас возникает необходимость запаять кастрюлю или спаять провода, вам следует овладеть техникой пайки металлов. Используя специальные припои и флюсы, вы можете легко паять такие металлы, как медь с алюминием, а также изделия из стали. Для каждого из перечисленных металлов требуются соответствующие флюсы и припои. В этой статье вы узнаете подробности о выборе этих материалов и о правильной технике пайки.
В чем преимущества пайки металлов перед свариванием?
Рассмотрим, какие преимущества дает нам пайка металлов по сравнению со сваркой:
Что касается прочности пайки, она практически не уступает сварке. Таким образом, пайка металлов является отличным вариантом для выполнения ремонтных работ или создания сложных конструкций.
Как паять цветные металлы: медь, латунь и алюминий
При пайке цветных металлов применяются припои высокой и низкой температуры. В составе припоев для пайки цветных металлов помимо олова и свинца могут содержаться висмут, сурьма, селен, а также серебро и другие элементы.
Изделия из цветных металлов требуют более тщательной подготовки. Важным аспектом пайки металлов является исключение движения компонентов при их соединении. Поэтому при пайке необходимо хорошо закрепить заготовки на столе, особенно если это габаритные изделия.
Как паять черные металлы
Узлы из черных металлов также могут быть достаточно успешно соединены. Для соединения используются припои из олова и латуни. При этом соединение получается достаточно прочным и устойчивым к механическим повреждениям.
Технология пайки черных металлов практически не отличается от технологии спаивания изделий из меди, алюминия или латуни. Здесь также необходимо подготовить поверхности: очистить их от ржавчины, грязи и жирных пятен.
Если для пайки используется обычный паяльник, необходим инструмент мощностью не менее 100 Вт. В противном случае паяльник не сможет нагреть соединяемые детали достаточно хорошо, что негативно скажется на прочности соединения.