Пайка. Чем пайка отличается от сварки
Сущность процесса пайки - Пайка
Сущность процесса пайки Категория:
Пайка
Сущность процесса пайки Пайкой называют технологический процесс соединения металлов в твердом состоянии припоями, которые при расплавлении смачивают паяемые поверхности и проникают в основной металл, заполняя капиллярный зазор между ними и образуя паяный шов.
Из сказанного следует, что процесс образования паяного соединения связан с нагревом. Для получения спая наряду с нагревом необходимо обеспечить еще два основных условия: удалить с поверхности металлов в процессе паяния окисную пленку и ввести в соединительный зазор между ними расплавленный связующий металл. При охлаждении (кристаллизации) вступившего во взаимодействие с паяемыми металлами более легкоплавкого связующего металла образуется паяное соединение.
Материалы, подвергаемые паянию, называются паяными, соединяемыми или основными. Вводимый между ними для соединения металл или сплав, имеющий более низкую температуру плавления, называется припоем.
Процесс паяния металлов имеет много общего со сваркой, и прежде всего со сваркой плавлением, но, несмотря на внешнее сходство, между ними имеются принципиальные различия.
Если при сварке плавлением свариваемый и присадочный металл в сварочной ванне находится в расплавленном состоянии, то при паянии паяемый металл не плавится. Образование соединения без расплавления кромок паяемых деталей является основной особенностью процесса паяния.
При паянии формирование шва происходит путем заполнения припоем капиллярного зазора между соединяемыми деталями, т. е. процесс паяния связан с капиллярным течением присадочного металла, что не имеет места при сварке плавлением.
И, наконец, паяние в отличие от сварки плавлением может быть осуществлено при любых температурах, лежащих ниже температуры плавления основного металла. Эти различия имеют иную, чем при сварке плавлением, природу процессов, протекающих при образовании паяного шва.
Современные способы паяния охватывают широкую номенклатуру материалов: углеродистые, легированные и нержавеющие стали; твердые, цветные и специальные сплавы.
В зависимости от применяемых припоев выделяют два вида паяния, различающихся по температуре плавления и механической прочности припоев; паяние мягкими припоями и паяние твердыми припоями.
Мягкие припои имеют температуру плавления ниже 400 °С и дают спай, не обеспечивающий высокой механической прочности шва. Твердая пайка осуществляется с помощью припоев, имеющих температуру плавления свыше 700 °С и обеспечивающих высокую механическую прочность и температуроустойчивость паяных соединений.
Перед паянием детали тщательно очищают от грязи, окалины и т. п. и плотно подгоняют одну к другой. Затем обезжиривают места спая, промазывая их травленой соляной кислотой. Если на спаиваемых деталях нельзя допускать наличия остатков кислоты, то обезжиривание производят канифолью, разведенной в спирте: спирт обезжиривает спаиваемую поверхность, а канифоль предохраняет ее от окисления. Пайка при этом получается чистой и ровной. Для паяния мягкими припоями пользуются паяльниками из красной (чистой) меди. Медный паяльник хорошо нагревается и долго удерживает тепло. Нагрев паяльников производится электрическим током, а также пламенем паяльной лампы, газовой горелки, в печах и др.
Чтобы спаять мягким припоем две поверхности, их соединяют и на места пайки наносят флюс. Затем на конец нагретого и облуженного паяльника набирают каплю расплавленного припоя и вводят его в зазор соединяемых поверхностей. Припой быстро охлаждается, застывает, и спаянные части соединяются в одно целое, образуя плотное и прочное соединение, называемое швом.
Подготовка и паяние твердыми припоями осуществляются сложнее. Здесь на очищенные поверхности наносят флюс, накладывают кусочки припоя и обвязывают их проволокой, а затем производят нагрев пламенем паяльной лампы или другими средствами. Нагрев ведется до тех пор, пока припой не расплавится и не зальет место спая. По окончании паяния соединению дают остыть, после чего медленно удаляют остатки флюсов, зачищают наплывы припоя и т. д. Для удаления остатков флюсов деталь промывают в холодной или горячей воде, в специальных растворах или зачищают напильником, металлической щеткой, обдувают песком и т. д.
Канифольные флюсы не растворяются водой, и для их удаления применяют спирты, бензин или трихлорэтилен. Поскольку такие флюсы не вызывают коррозии, то удаление их с поверхности шва не всегда обязательно.
—
Пайкой называется процесс соединения металлических частей изделия при помощи специального сплава — припоя. Припой в расплавленном состоянии хорошо смачивает поверхности соединяемых деталей, а в охлажденном состоянии надежно скрепляет их.
Процесс пайки несколько напоминает сварку металлов, однако при сварке соединяемые детали нагреваются до плавления, а при пайке нагревают припой и детали до температуры плавления припоя. Металл, деталей при этом находится в твердом состоянии.
Рис. 1. Смачиваемость стеклянных пластин с зазорами в мм:а — 0,03, 6 — 0,15, в —0,5
Жидкий расплавленный припой затекает в зазоры между деталями изделия под действием капиллярных сил.
Чтобы уяснить значение капиллярности при пайке, проделаем следующий опыт. Возьмем шесть пластинок из органического стекла и сложим их попарно таким образом, чтобы образовать между ними соответствующие зазоры (мм): в первой паре х=0,03 во второй г = 0,15, пластины третьей пары сложим под углом так, чтобы наибольший зазор 2 = 0,5. Затем опустим все три пары пластин в сосуды с окрашенной жидкостью, например с чернилами. Допустим, что пластины представляют -обой поверхности, которые нужно соединить пайкой, а чернила соответствуют припою.
В результате проведенного опыта заметим следующее: в образце а, имеющем капиллярный зазор между сопрягаемыми поверхностями 0,03 мм, чернила поднимутся почти до верха. В образце б, имеющем несколько больший зазор — 0,15 мм, чернила поднимутся на меньшую высоту. В образце в чернила с правой стороны поднимутся до верха, а с левой — на незначительную высоту.
На основании опыта можно сделать следующий вывод: чем меньше зазор между соединяемыми поверхностями при пайке, тем лучше затекает в зазор припой под действием капиллярных сил.
Для образования прочного соединения основного металла с припоем необходимо, чтобы жидкий припой хорошо смачивал поверхность основного металла и обеспечивал хорошее прилипание.
Не каждая жидкость обладает способностью хорошо смачивать твердое тело. Ртуть, например, не смачивает стекло. Из чистого стеклянного сосуда можно вылить ртуть до последней капли так, что на стенках его не останется и следа ее. Другое дело, если в чистый стакан налить воды, а затем ее вылить: на стенках стакана останутся капли воды. Следовательно, вода смачивает чистое стекло.
Повторим тот же опыт, но при этом предварительно смажем внутреннюю поверхность стакана жиром.— нальем в него воду и затем выльем. На стенках стакана в этом случае капель воды не будет, так как вода не смачивает поверхность, покрытую жиром. Чтобы произошло смачивание, необходимо очистить внутреннюю поверхность стеклянного стакана от жира.
Некоторые металлы также не смачиваются другими металлами подобно тому, как ртуть не смачивает стекла. Следовательно, если припой не смачивает металл, соединение пайкой между ними выполнить нельзя.
Смачивание значительно облегчает сплавление припоя с основным металлом. Поведение чистого свинца на меди и на стали показывает, что свинец плохо смачивает эти металлы (сцепляется с ними), в то время как оловянно-свинцовый припой хорошо смачивает их. В отличие от олова чистый свинец не сплавляется ни с медью, ни с железом. Смачивающие свойства свинца улучшают некоторые введенные в него металлы, например цинк.
Рис. 2. Рабочее место паяльщика (для нагрева используется высокочастотная установка)
Рис. 3. Рабочее место паяльщика для выполнения газопламенной пайки
На рис. 2 изображено рабочее место паяльщика, выполняющего работы на высокочастотной установке.
Рациональная организация рабочего места паяльщика, выполняющего пайку при помощи горелки, показана на рис. 2. Слеза от железного стола, выложенного сверху огнеупорным кирпичом, помещается ящик для хранения прутков припоя и флюса, справа — сосуд с водой для охлаждения горелки. На стене установлен предохранительный затвор и кислородный редуктор. Около стола находится экономизатор, на рычаг которого вешается горелка. Экономизатор служит для сокращения расхода газа и времени на регулирование пламени горелки при перерывах в работе.
Весь инструмент паяльщика хранится в отдельном шкафу.
Читать далее:
Задачи техники безопасности при пайке
Статьи по теме:
pereosnastka.ru
Пайка
Цель работы:
Изучить сущность пайки, составы припоев, технологию.
Оборудование и материалы на рабочем месте:
Электрические паяльники с подставками,
Припои: пос-61 и пос-40; флюсы; канифоль, паяльная кислота..
Медный провод, стальные пластинки.
Напильники, наждачные шкурки.
Ацетон, бензин, трихлорэтилен.
Электроплитка.
План выполнения работы
Подготовить медные провода, для чего:
отрезать нужной длины;
очистить от лака и других покрытий;
соединить два конца провода;
обезжирить поверхность стружки (ацетон, бензин, трихлорэтилен).
Разогреть паяльник, предварительно уложив его на подставку, до температуры 250-300°С.
Разогреть паяльником место пайки и, нанести флюс и припой ПОС-61, спаять провода.
Проверить качество паяного соединения.
Подготовить к пайке две стальные пластинки:
очистить от грязи и ржавчины,
подогнать друг к другу;
обезжирить ацетоном;
нанести флюс (паяльная кислота) и облудить пластинки погружением в расплавленный припой.
Разогреть паяльник и спаять между собой две пластинки.
Проверить качество пайки.
Подготовить технологическую карту пайки (табл. 4.1).
Таблица 4.1. Технологическая карта.
| № п/п | Наименование операции | Оборудование и инструменты | Материал детали | Марка припоя | Марка флюса | Температура плавления припоя, °С | Температура плавления флюса, °С | Прочность соединения |
Справочные данные
Пайка – один из важных технических процессов соединения металлов и сплавов в твёрдом состоянии благодаря металлической связи, создаваемой припоями, имеющими температуру плавления ниже температуры плавления основного металла или сплава. При пайке основной металл не плавится, а лишь присадочный материал. Этим пайка отличается от сварки. При пайке существенное значение имеют смачиваемость основного металла жидким припоем, их взаимная растворимость и диффузия. По технологическому процессу пайку подразделяют на капиллярную, диффузионную, контактно-реакционную и пайку-сварку.
Физическая сущность пайки заключается в способности припоя смачивать металл соединяемых деталей или образовывать с ним интерметаллические (химические) соединения.
Пайку выполняют при определённой температуре в средах, обеспечивающих хорошее смачивание, в условиях возникновения капиллярных явлений, обеспечивающих проникновение жидкого припоя в зазор между соединяемыми деталями. В процессе охлаждения припой кристаллизируется и в зазоре устанавливается прочная связь.
Преимущества пайки в сравнении со сваркой:
экономичность
нет существенных изменений химического состава и механических свойств деталей
остаточные деформации меньше, чем в сварных соединениях, что обеспечивает соблюдение размеров с большей точностью
можно соединять как однородные, так и разнородные металлы.
В качестве припоев для пайки используют чистые металлы и сплавы. Припои должны отвечать следующим требованиям: иметь температуру плавления ниже температуры плавления паяемых металлов; быть достаточно жидкотекучим при рабочей температуре, хорошо растекаться и смачивать соединяемые поверхности, заполнять соединительные зазоры; обеспечивать получение прочных и коррозионно стойких паяемых соединений; иметь близкий с паяемым металлом коэффициент теплового расширения; по возможности не содержать дефицитных компонентов; иметь простую технологию пайки.
В приложение 4.1. приведены наиболее распространённые в машиностроении припои.
Припои с температурой плавления до 400°С условно называются мягкими припоями. Из них выделяют группу припоев с температурой плавления ниже 100°С, называемых легкоплавкими.
Припои с температурой плавления выше 400°С называют твёрдыми. В них также иногда выделяют группу тугоплавких припоев с температурой плавления выше 1000°С.
Пайку выполняют при помощи недефицитных, недорогих, легкоплавких припоев, обладающих пластичностью, коррозионной стойкостью, достаточной прочностью.
По классам припои разделяются следующим образом:
Особолегкоплавкие < 145оС
Легкоплавкие от 145оС до 450 оС
Среднеплавкие от 450оС до 1100 оС
Высокоплавкие от 1100оС до 1850 оС
Тугокоплавкие > 1850 оС
В качестве легкоплавких широко используются ПОС – 61; ПОС – 40; ПОС – 18 (припой оловянно-свинцовый Sn – 61%).
Пайку алюминия выполняют припоем на основе олова и цинка с добавкой алюминия (ПОС-ы не применяют, т.к. свинец резко понижает коррозийную стойкость швов).
Пайку среднеплавкими припоями используют, когда необходима высокая прочность соединения. Припоями является чистая медь, её сплавы с цинком (наиболее широко применяемый), никелем и серебром.
При пайке применяют флюсы, которые в отличие от сварочных флюсов имеют более ограниченные задачи - предохранять соединяемые поверхности от окисления и растворять имеющиеся на них окислы, а также улучшать смачивание поверхностей припоем. Флюсы должны удовлетворять следующим требованиям:
Температура плавления и удельный вес должны быть ниже, чем у припоя.
Полностью расплавляться и иметь хорошую жидкотекучесть при температуре пайки, но не "уходить" от места пайки.
Своевременно и полностью растворять окислы основного металла.
Не образовывать соединений с основным металлом и припоем, а также поглощаться ими.
Не испаряться и не выгорать при температуре пайки, а продукты его разложения и окислы должны вытесняться припоем, легко удаляться после пайки и не вызывать коррозии.
Соответственно рабочему диапазону температур пайки, определяемому характером припоев, паяльные флюсы делятся на две основные группы: низкотемпературные, или флюсы для мягкой пайки, и высокотемпературные, или флюсы для твёрдой пайки.
Основные группы флюсов приведены в приложение 4.2.
Для улучшения смачивания и растекания обычно применяется канифоль. Иногда к ней добавляют для улучшения активности анилин (улучшает антикоррозийные свойства), терпентин, салициловую кислоту (аспирин).
В качестве флюсов применяют соляную кислоту, стеарин, хлористый цинк, нашатырь, фосфорную кислоту.
При пайке среднеплавкими и тугоплавкими припоями используют флюсы в составе которых имеется бура, борная кислота, хлористый цинк, фтористый калий и другие галоидные соли щелочных металлов. Например, для пайки нержавейки применяется флюс, состоящий из равных частей буры и борной кислоты, замешанных на водном растворе хлористого цинка.
При пайке серебром применяют флюс из буры, плавикового шпата, фтористого калия или хлористого цинка.
Имеются также самофлюсующиеся припои:
меднофосфористый
серебряный марки ПСр72ЛМН содержащий 0,4 – 0,6% метил
соединение меди с марганцем – ВПр содержащий в качестве флюсующих элементов барий, калий и фосфор в количестве 0,1 – 0,3%.
Качество соединения зависит от подготовки поверхности, заключающейся в зачистке и обезжиривании (щелочами, этиловым спиртом), обеспечении необходимого зазора, защите поверхностей предохранительными пастами, способа нагрева.
Способы нагрева – газовые горелки, печи, индукционный, ванны с солями, электроконтактный, кварцевыми лампами и т.д.
Содержание отчета:
В отчет включается цель работы, определение пайки, мягких припоев, твердых припоев, технологическая карта пайки, выводы по качеству спаянных деталей.
Контрольные вопросы
Что такое пайка? Ее отличие от сварки.
В чем сущность пайки?
Какие группы припоев вы знаете?
Каково назначение флюса?
В чем заключается подготовка деталей для пайки?
Что такое лужение? Его назначение.
Для чего после пайки изделие необходимо тщательно вымыть?
Приложение 4.1. Припои и их применение
| Марка припоя | Химический состав | Температура ПЛ.,°С | Назначение |
| НСО | 99,99 %Cu | 1083 | Для пайки ответственных деталей из углеродистых и нержавеющих сталей и никелевых сплавов |
| ГО | 99,95% Cu | 1083 | |
| Ml | 99,90% Cu | 1083 | |
| ПМ1-35 | 36%Cu и 64%Zn | 825 | Для пайки латуни |
| ГТМ2-54 | 45%Cu и 46%Zn | 885 | Для пайки меди, бронзы, сталей |
| Л-63 | 63%Cu и 37%Zn * | 900 | Тоже |
| ПМФ-7 | 93%Cu и 7%Р | 860 | Дня пайки меди и бронзы |
| ПСр70 | 70%Ag, 26%Cu и 4%Zn | 755 | Доя пайки меди и ее сплавов, сталей |
| ПСр45 | 45%Ag, 30%Cu и 25%Zn | 725 | Обладает высокой злекгропроводностью |
| ПСр70 | 10%Ag,53%Cu и 37%Zn | 725 | |
| Силумин | 10-13%Si, 0,8% Cu 0,3%Zn, ост.-Al | 578 | Для пайки алюминия и его сплавов |
| П575А | 80%Al, 20%Zn | .620 | |
| П430М | 13-15%Zn, l%Al, ост.-Mg | 600 | Для пайки магния и его сплавов |
| П0С90 | 90%Sn и l0%Pb | 220 | Для пайки деталей подвергаемых гальванопокрытиям (серебрение, золочение) |
| П0С61 | 61%Sn и 39%Pb | 185 | Для пайки меди и ее сплавов, сталей |
| ПОСсу4-6 | 3-4%Sn, 5-6%Sb, ост.-Pb | 265 | Для лужения меди и железа |
| ПСр3 | 97%Pb, 3%Ag | 304 | Для пайки медных и латунных деталей, работающих при 150 °С |
| Индиевые №1 | 80%In, 15%Pb, 5%Ag | 156,4 | Для покрытий на керамике |
| №2 | 50%In, 50%Sn | 120 | Для пайки стекла |
Приложение 4.2. Основные группы флюсов.
| Флюс | Компоненты флюса | Содержание % по массе | Температура пайки, oС | Назначение флюса | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Бура | Тетраборно-кислый натрий | 100 | 800-1150 | Для пайки углеродистых сталей, чугунов, меди и ее сплавов медноцинковыми и серебряными припоями. | |
| Борная кислота | |||||
| №200 | Борная кислота | 68-72 | 850-1150 | Для пайки легированных сталей. | |
| Бура | 19-21 | ||||
| Фтористый кальций | 840 | ||||
| Паяльная кислота | Хлористый цинк | 25 | 290-350 | Для пайки стали, меди и ее сплавов низкотемпературными припоями | |
| Вода | 75 | ||||
| Паяльная кислота | Хлористый цинк | 18 | 180-320 | То же | |
| Аммоний | 6 | ||||
| Вода | 76 | ||||
| Паяльная кислота | Хлористый цинк | 25 | 180-320 | Для пайки нержавеющих сталей | |
| Соляная кислота | 25 | ||||
| Вода | 50 | ||||
| Канифоль | Канифоль | 100 | 150-300 | Для пайки меди и ее сплавов | |
| КЕ | Канифоль | 25 | 150-300 | То же | |
| Спирт этиловый | 75 | ||||
| ЛК-2 | Канифоль | 28 | 280-300 | Для пайки меди и ее сплавов, оцинкованного железа и никеля | |
| Хлористый цинк | 3 | ||||
| Хлористый аммоний | 1 | ||||
| Спирт этиловый | 68 | ||||
| 34А | Хлористый калий | 54-56 | 420-620 | Для пайки алюминия и его сплавов | |
| Хлористый литий | 29-35 | ||||
| Хлористый натрий | 9-11 | ||||
| Хлористый цинк | 8-12 | ||||
45
studfiles.net
чем отличается сварка металлических деталей от паяния металлических изделий
При сварке металл расплавляется от высокой температуры, при пайке температура ниже, поэтому металлы дифундируют.
сварка применяется в механике и служит скреплению деталей, а пайка в электронике и применяется в соединение контактов...
Принципиальное отличие в том, что при сварке свариваемые элементы расплавляются. При пайке плавится только припой.
Сварка металла — технологический процесс соединения деталей из однородного материала посредством установки межатомных связей между ними. Сварка металла нашла свое применение практически во всех отраслях промышленности, но, пожалуй, наиболее широко применяется в производстве металлоизделий, металлоконструкций и т. д. Ну а про <a rel="nofollow" href="http://vmwz.ru/welding" target="_blank" >сварку деталей</a> можете прочитать подробнее тут.
touch.otvet.mail.ru
.jpg)