-
Пайка металлов
-
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.
-
Окунуть конец паяльника во флюс (канифоль) и залудить припоем.
-
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.