Оборудование для пайки

Научно-техническое развитие привело к тому, что ручные способы пайки теперь уступают место более производительным технологическим процессам, к которым относятся:

1) пайка в жидких средах;

2) контактная пайка;

3) пайка токами высокой частоты;

4) пайка в печах с применением твердого флюса;

5) пайка в газовых средах.

Наиболее передовым из современных способов пайки металлов является пайка в газовых средах. Сущность этого процесса состоит в том, что в печи с восстановительной атмосферой нагреваются изделия с заранее нанесенным на них припоем, который при расплавлении затекает в зазоры между соединяемыми деталями, скрепляя их при охлаждении. В качестве припоя обычно применяется медь, в качестве восстановительной среды - водород, диссоциированный аммиак и некоторые другие горючие газы.

Пайка в газовых средах позволяет автоматизировать и механизировать весь производственный процесс, выполнять одновременно несколько спаев в одной детали, паять за один прием партию деталей или подавать в печь непрерывно большое количество деталей по конвейеру. При пайке в газовых средах отпадает необходимость применения твердых флюсов, удаление остатков которых является довольно трудоемкой работой.

Первые опыты по пайке металлов в газовых средах были проведены у нас в тридцатых годах. В период Великой Отечественной войны этот технологический процесс начинает применяться на заводах для изготовления деталей, вместо ранее применявшейся сварки.

В результате дальнейших исследований была разработана технология пайки в восстановительной атмосфере сталей различных марок и создано необходимое оборудование. Это дало возможность использовать пайку в печах с восстановительной атмосферой при изготовлении многих деталей и позволило отказаться от других, менее производительных технологических процессов.

Следует отметить, что пайка в восстановительной атмосфере обеспечивает высокую прочность соединения. Прочность паяного изделия во многих случаях получается выше прочности сварного, хотя предел прочности как на срез, так и на растяжение сварного шва значительно выше предела прочности паяного. Объясняется это тем, что поверхность, воспринимающая нагрузку, при пайке может быть значительно большей, чем в случае применения сварки. Для того чтобы при испытании разрушение происходило не по паяному шву, а по основному металлу, необходимо, чтобы поверхность спая была в 2,5- 3 раза больше площади поперечного сечения детали. Из сказанного следует, что соединение пайкой целесообразно применять для конструкций, работающих на срез, при возможности обеспечения требуемой нахлестки. Пайка деталей, работающих на растяжение, не рекомендуется.

Существенное влияние на прочность паяного изделия оказывают зазоры между паяемыми деталями, а также температура пайки, время выдержки при этой температуре и активность газовой среды. Выбор этих факторов производится в каждом конкретном случае отдельно.

Таким образом, при правильном конструировании и умелом ведении технологического процесса пайка металлов в печах с газовой средой является одним из прогрессивных способов изготовления деталей.

Паяный шов может образовываться тремя способами:

1) припой вступает в химическое соединение с основным металлом;

2) припой и основной металл образуют друг с другом новый сплав;

3) припой и основной металл не дают друг с другом ни сплава, ни химического соединения, а пайка происходит за счет молекулярных сил сцепления.

Как правило, химическое соединение получается при пайке меди или сталей припоями на основе олова. Такая пайка не производится в печах с восстановительной атмосферой. Пайка за счет молекулярных сил сцепления применяется как исключение (например, для пайки вольфрама медью). Таким образом, основным способом образования шва при пайке в газовой среде является взаимное растворение припоя и паяемого металла. Свойства нового сплава, образованного в результате пайки, обычно выше свойств чистого припоя, но уступают свойствам основного металла и во многом определяются процессом диффундирования припоя в основной металл и основного металла в припой. При этом существенное значение имеет не только равномерность концентрации раствора, но и скорость, с которой происходит диффузия, так как от нее зависит продолжительность технологического процесса. На процесс диффузии при пайке оказывают влияние температура и продолжительность нагрева, природа паяемого изделия (главным образом химический состав) и ряд других факторов.

В процессе пайки регулировке поддаются только температура и время нагрева изделия, поскольку физико-химические свойства выбранного материала являются факторами постоянными. Взаимная диффузия припоя и основного металла ускоряется с увеличением температуры пайки. Однако повышение температуры печи при пайке ограничивается следующими причинами:

1) влиянием температуры на основной металл (крупнозернистость, обезуглероживание и т. д.);

2) экономичностью производства; чем выше температура пайки, тем дороже процесс, так как для его осуществления требуются печи со специальными нагревателями.

Исходя из вышеизложенного, температура пайки обычно устанавливается на 50-60° С выше температуры плавления припоя.

Время выдержки изделия при пайке также относится к факторам, интересующим технологов. Чем меньше время нагрева, тем короче технологический цикл. Однако оно не может быть произвольным и определяется:

1) габаритом паяемого изделия;

2) активностью среды, в которой происходит пайка;

3) зазорами между паяемыми изделиями;

4) физико-химическими свойствами припоя и основного металла.

Крупногабаритные изделия требуют более продолжительного нагрева, чем мелкие. При большом зазоре между паяемыми изделиями также необходим более длительный нагрев для хорошей диффузии основного металла в припой. Более активная среда быстро удаляет окисную пленку металла и тем самым ускоряет процесс пайки. Металлы, имеющие менее стойкие окислы, быстрее очищаются от них, что также облегчает процесс пайки. Степень обезуглероживания и насыщения газами металла зависит от природы основного металла и продолжительности нагрева.

На практике время пайки следует выбирать в каждом конкретном случае отдельно с учетом перечисленных факторов.

Процесс пайки зависит также от поверхностного натяжения жидкого припоя. Чем больше сила поверхностного натяжения, тем труднее осуществляется пайка. И наоборот, припой, имеющий небольшую силу поверхностного натяжения, лучше смачивает основной металл, хорошо заполняет зазоры между паяемыми изделиями.

Уменьшить поверхностное натяжение можно повышением температуры пайки или воздействием на припой поверхностно-активными веществами.

К поверхностно-активным веществам, способствующим снижению силы поверхностного натяжения расплавленного припоя при пайке относятся галлоидные соли щелочных металлов. Они обычно вводятся в состав флюсов, применяемых для пайки.

Иногда при пайке в печах с газовой атмосферой желательно оказать воздействие на поверхностное натяжение жидкого припоя. Для этой цели целесообразно припой перед пайкой смочить водным раствором фтористого калия и высушить. В процессе нагревания тонкий слой фтористого калия способствует не только удалению окисной пленки металла, но и уменьшает силу поверхностного натяжения.