Пайка металлов
Пайкой называется процесс образования неразъемного соединения металлических деталей без оплавления кромок посредством введения между ними расплавляемого сплава. Такое соединение возникает в результате взаимной диффузии между расплавленным сплавом и основным металлом. При этом образуется шов с двусторонним плавным переходом от структуры основного металла к сплаву. При пайке в качестве сплава применяют припои, температура плавления которых значительно ниже температуры плавления основного металла.
Для обеспечения надлежащей диффузии область пайки на деталях подвергают механической и химической очистке. При этом ее нагревают до температуры, которая несколько выше температуры плавления припоя, и используют флюсы. Во время пайки флюсы расплавляются, связывают окислы и способствуют смачиванию и растеканию припоя по поверхности металла на участке пайки.
Пайку применяют для получения неразъемных соединений из всех железоуглеродистых и легированных сплавов, цветных металлов и их сплавов, а также разнородных металлов. Ее применяют во всех отраслях производства и особенно широко используют в пищевой, химической, автомобильной и тракторной промышленности. В зависимости от тугоплавкости и прочности применяемых припоев пайка подразделяется на два вида: на пайку мягкими припоями и пайку твердыми припоями.
Пайка мягкими припоями. Для этого вида пайки применяют припои с температурой плавления не свыше 400° С. В качестве припоев применяют различные сплавы на основе олова, свинца, цинка, висмута и кадмия. Наиболее широкое распространение нашли оловяно-свинцовые припои марок ПОС90, ПОС40, ПОС30 и ПОС18, содержащие соответственно 80—90, 21—39, 29—30 и 17—18% олова, 1,0—2,5% сурьмы и остальное свинец. Их прочность на разрыв 5—7 кг/мм2.
Мягкие припои используют в основном для обеспечения герметичности в изделиях. Их изготовляют в виде прутков проволоки, трубок и порошков и в виде смеси порошка припоя и флюсов.
При пайке мягкими припоями стальных изделий в качестве флюсов используют хлористый цинк (ZnCl2) и хлористый аммоний (NH4) или же их смесь. Эти флюсы обладают высокой химической активностью и вступают во взаимодействие с металлом, в результате чего происходит коррозия. Для предупреждения появления коррозии металла флюсы после пайки необходимо тщательно удалять с поверхности изделия.
Для пайки меди и латуни в качестве флюсов применяют канифоль, а для пайки свинца и легкоплавких сплавов — стеарин. Перед началом пайки поверхность изделия в области паяния тщательно очищают от пленки окислов. Нагревают спаиваемые части изделий и расплавляют припой различными способами, медными пластинками, газовыми горелками, электрическим током и другими способами.
При массовом производстве однотипных изделий обычно применяется пайка нагревом изделий вместе с припоем. Для этого изделия нагревают до плавления припоя. Расплавленный припой заполняет места соединения и спаивает их. Широкое распространение получил также способ пайки методом погружения изделий в металлические ванны с расплавленным припоем.
Пайку твердым припоем применяют для получения прочных соединений, выдерживающих значительные нагрузки в деталях машин и механизмов. Для получения прочных соединений методом пайки, применяют твердые припои, имеющие предел прочности при растяжении до 50 кг/мм2 и температуру плавления 700—1100°C.
В зависимости от назначения применяемые в нашей промышленности припои в основном подразделяются на медно-цинковые и серебряные. Медно-цинковые припои применяют следующих марок: ПМЦ46 и ПМЦ52 с содержанием меди соответственно 40—45, 45—49 и 49—52%, олова 1,5% и остальное в основном цинк. Такие припои применяют для пайки латуни, бронзы и стали.
Серебряные припои применяются следующих типов: ПСр10, ПСр25, ПСр45 и ПСр70 с содержанием серебра соответственно 9,6—10,3, 24,7—25,3, 44,5—25,5 и 69—70,5%, меди соответственно 52—54,39—41, 29,5—30,5 и 25,5—26,5%, свинца 0,5—0,3%, остальное цинк. Серебряные припои применяют для пайки проводников, контактов и при тонких работах для получения спая высокой чистоты. Для пайки алюминиевых изделий применяют припой марки AЛ2 (силумин), содержащий 87—90% Al, 13—10% Si и имеющий температуру плавления 577° С.
В качестве флюсов при пайке твердыми припоями в основном применяют буру обезвоженную (N2B2O7). Бура имеет температуру плавления 783° С, обладает высокой жидкотекучестью и активно растворяет окислы металлов, в особенности меди. При пайке легкоплавкими припоями к буре добавляют хлористые фтористые соли, хлористый цинк (ZnCl2), фтористый калий (KF) и другие соли щелочных металлов.
Нагрев изделий и припоя при пайке производят разными способами: в электрических печах сопротивления, пламенных, газовых, в соляных печах-ваннах и индукционным способом.
Индукционный нагрев широко применяется при напайке пластин твердых сплавов на режущий инструмент.
При пайке в основном применяются три вида соединения (рис. 239): внахлестку, в стык и в «ус». Соединение внахлестку обеспечивает высокую прочность. Стыковое соединение и соединение в «ус» при качественном исполнении обеспечивает хороший внешний вид и достаточную прочность.