Соединение пайкой по контуру

Соединение контактов и проводов пайкой

Пайка — процесс соединения металлов в твердом состоянии припоями, которые при расплавлении затекают в зазор, смачивают спаиваемые поверхности, а при охлаждении, застывая, образуют паяный шов.

Пайка выполняется при температуре ниже температуры плавления материалов соединяемых деталей. Вместе с тем температура припоя, с помощью которого осуществляется пайка, должна быть несколько выше точки его плавления, а температура соединяемых деталей должна быть близка к температуре плавления припоя. Соблюдение этого условия необходимо для получения такой подвижности припоя, которая обеспечивает заполнение зазоров в швах между контактными элементами и обтекание их поверхностей.

Хорошее качество соединения пайкой может быть выполнено лишь в том случае, если припой смачивает контактные поверхности соединяемых элементов, а также обладает высокими капиллярными свойствами и обеспечивает заполняемость зазоров между соединяемыми элементами.

Металлургический метод соединения деталей с использованием припоя, имеющего температуру плавления ниже 450°С, называют мягкой пайкой. Сцепление припоя с металлом происходит благодаря адгезии припоя к металлу. Следует заметить, что температура плавления припоя для мягкой пайки 450°С принята условно.

Выполнение контактных соединений с использованием припоя, имеющего температуру плавления выше 450°С, называют твердой пайкой. Соединение припоя с металлом в этом случае обусловливается как адгезией, так и диффузией припоя в металл.

При пайке почти не происходит расплавления соединяемых элементов, поэтому паяные соединения легче ремонтировать.

Пайкой выполняются соединения практически между любыми одинаковыми металлами или сочетаниями разных металлов.

К числу металлов, которые легко паяются, относится медь. Однако добавление к меди легирующих элементов затрудняет процесс пайки, так как наличие в меди примесей изменяет свойства окисных пленок, являющихся препятствием для образования надежного соединения. Наряду с этим примеси в сплавах меди реагируют в процессе пайки и образуют хрупкие соединения. В этой связи при выполнении контактных соединений следует тщательно выбирать флюсы и припои.

Пайка алюминия связана с двумя основными трудностями. Во-первых, на алюминии имеется тугоплавкая окисная пленка, во-вторых, алюминий обладает высокой теплопроводностью при сравнительно низкой теплоемкости и большим коэффициентом линейного расширения. Поэтому в процессе пайки алюминиевых контактных элементов нагрев должен быть локализован, выбор флюса следует производить в зависимости от легирующих присадок, введенных в металл.

Особенности различных соединяемых металлов или их сочетаний предопределяют как технологический процесс пайки, так и припои, флюсы, оборудование, применяемое при пайке.

Структура паяных контактных соединений

Пайка имеет много общего со сваркой плавлением но между ними имеются и принципиальные различия. Если при сварке основной и присадочный металлы находятся в сварочной ванне в расплавленном состоянии то при пайке основной металл не плавится.

Соединение пайкой в общем случае представляет собой комплекс металлургического и физико-химического процессов, протекающих на границе основного твердого металла с жидким металлом — припоем. В зависимости от физико-химических свойств основного материала и припоя, а также условий и режима пайки спай, образующийся между ними, имеет различное строение. Условием соединения основного металла с припоем, как известно, является адгезия. При смачивании чистой металлической поверхности припоем и последующем его затвердевании протекают следующие процессы.

Если компоненты, входящие в состав припоя, не взаимодействуют с основным металлом до растворения в нем, то между припоем и этим металлом возникают межкристаллитные связи. Прочность сцепления затвердевшего припоя с основным металлом близка к прочности собственного припоя. Это определяется тем, что припой заполняет все неровности и микроуглубления, образующие развитую поверхность сцепления, значительно превышающую кажущуюся поверхность контакта.

В том случае, когда при температуре пайки или при более низких температурах возможно растворение одного металла в другом, помимо межкристаллитных связей происходит диффузия атомов припоя в паяемый металл и наоборот. Взаимная диффузия припоя и паяемого металла чрезвычайно чувствительна к температуре. Поэтому развитие этого процесса зависит от температуры пайки и продолжительности нагрева. При определенных температурах паяемый металл и компоненты припоя образуют на границе соединения интерметаллические прослойки.

Структура контактного соединения, выполненного пайкой, представляет собой зону, состоящую из слоя литого припоя, равного зазору между соединяемыми элементами и окруженного с обеих сторон продуктами взаимодействия припоя с основными металлами — прослойками интерметаллического типа различного состава — и областями взаимной диффузии.

Структура паяного соединения: 1— соединяемые проводники; 2 — области коррозии; 3 — интерметаллические прослойки; 4 — припой; 5 — область диффузии

Пайка алюминиевых проводов

Соединение и ответвление однопроволочных проводов сечением 2,5 — 10 мм2 пайкой выполняются после того, когда концы жил предварительно соединены двойной скруткой так, чтобы в месте касания жил образовался желобок. Место соединения нагревают пламенем пропан-бутановой горелки или бензиновой лампой до температуры начала плавления припоя. Затем с усилием натирают поверхности соединения палочкой припоя, введенной в пламя. В результате трения желобок очищается от загрязнений и облуживается по мере прогрева соединения. Таким образом запаивается все соединение.

Соединение и ответвление однопроволочных проводов пайкой

Соединение, оконцевание и ответвление изолированных алюминиевых многопроволочных проводов пайкой производят после ступенчатой разделки контактных участков алюминиевых жил и предварительного их облуживания. Концы жил вставляют в специальные формы, располагая их в середине и по центру трубчатой части таким образом, чтобы они касались друг друга. На жилы надевают защитные экраны для предохранения изоляции соединяемых жил от действия пламени. При больших сечениях жил дополнительно используют охладители. Внутренние поверхности форм предварительно окрашивают кокильной краской или натирают мелом. Места ввода жил в форму уплотняют листовым или шнуровым асбестом для предотвращения вытекания припоя.

Перед пайкой направленным пламенем нагревают среднюю часть формы, затем в пламя через литниковое отверстие вводят пруток припоя, который, расплавляясь, заполняет форму до верха литникового отверстия.

На рисунке показано соединение, подготовленное к пайке. Разработан и используется способ пайки поливом припоя. При этом способе подготовленные жилы со скосами под углом 55° укладывают в. форму, оставляя зазор между ними примерно 2 мм, остальные операции подготовки жил к соединению аналогичны выполняемым при соединении сплавлением.

В тигле расплавляется и нагревается примерно до 600°С (во избежание быстрого охлаждения) 7—8 кг припоя. Между тиглем и местом заливки припоя устанавливают лоток для стекания припоя, который крепят к голым частям жил. Припой заливается в форму через литниковое отверстие до тех пор, пока не произойдет сплавление торцов жил и заполнение формы. Припой рекомендуется помешивать и счищать окисную пленку с торцов жил скребком. Длительность пайки не превышает 1 — 1,5 мин.

Многопроволочные жилы с установленными на них формами, подготовленные к пайке: 1 — изоляция жилы, 2 — защитный экран, 3 — форма, 4 — жила, разделенная ступенчато, 5 — асбестовое уплотнение.

Соединение алюминиевых жил кабеля пайкой поливом расплавленного припоя: а — общий вид процесса пайки, б — шаблон для оформления концов жил; в — готовое соединение, 1 — припой, 2 — места пайки

Пайка медных проводников

Технология соединения и оконцевания медных жил пайкой одинакова. Пайка жил сечением 1,5 — 10 мм2 производится паяльником, а сечением 16 — 240 мм2 — пропан-бутановой горелкой или паяльной лампой; процесс пайки заключается в погружении в расплавленный припой или поливе места пайки расплавленным припоем.

Соединение и ответвление медных жил сечением до 10 мм2 пайкой выполняется после подготовки их контактных концов. Жилы скручиваются, покрываются канифолью, место пайки подогревается паяльником с расплавлением припоя в месте пайки или путем погружения соединения в ванночку с припоем. После того как место соединения смочено припоем и им заполнены зазоры между спаиваемыми концами, подогрев соединения прекращается.

Соединение и ответвление медных жил сечением 4 — 240 мм2 пайкой с применением контактной арматуры выполняется способом полива. Для этого припой в графитовых или стальных тиглях разогревают в электрической или газовой печи до температуры 550—600 о С.

Подготовленные к соединению или оконцеванию жилы предварительно облуживаются, а потом вставляются в гильзу или наконечник. Стык жил проводов располагается в середине гильзы. При оконцевании жила вставляется в наконечник таким образом, чтобы ее конец находился заподлицо с торцом трубчатой части наконечника. Во избежание вытекания припоя на жилу между концом гильзы (наконечника) и краем изоляции подматывают асбест. Соединение при пайке располагается горизонтально. Полив припоя продолжают до заполнения объема между жилой и наконечником, но не более 1,5 мин. По окончании пайки следует немедленно (пока не остыл припой) протереть гильзу тканью, смоченной паяльной мазью, сгоняя и разглаживая при этом подтеки припоя.

Соединение проводников из разнородных металлов пайкой производится по той же технологии, что и соединение двух алюминиевых жил. При подготовке концов алюминиевых жил для пайки выполняется скос их концов под углом 55 о либо ступенчатая разделка, после чего концы облуживаются. Пайка ведется непосредственным сплавлением в форме или поливом предварительно расплавленным припоем. Соединение и ответвление алюминиевых многопроволочных и однопроволочных жил может выполняться и в медных луженых гильзах.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Сущность и применение пайки металлов

Процесс соединения заготовок, в результате которого их материал не расплавляется, называется пайкой. То есть, материал не изменяет своих технических характеристик и качеств.

Пайка металлов происходит за счет смачивания поверхностей заготовок жидким припоем, которым заполняется зазор между двумя металлическими изделиями. При этом припой – это металл или сплав нескольких металлов, обычно олова и свинца.

Соединение с помощью пайки, без расплавления, дает возможность в будущем разъединить детали (распаять или перепаять заново), не нарушая их свойств. Качество пайки зависит от типов соединяемых металлов, от припоя и флюса, нагрева и вида соединения.

Преимущества и недостатки

К преимуществам процесса пайки можно отнести:

  • возможность соединять сталь с цветными металлами;
  • высокая технологичность процесса;
  • возможность проводить паяльные операции в труднодоступных и неудобных местах;
  • возможность соединять сложные по конструкции узлы и детали;
  • процесс можно проводить не точно по контуру соединения, а по всей плоскости;
  • нагрев при пайке обеспечивает термическую обработку металлических заготовок.

Что касается недостатков пайки, основной – это невысокая прочность паяного соединения на отрыв и сдвиг за счет мягкости припойного металла. Сложно проводить операции, которые касаются высокотемпературной технологии.

Где применяется

После сварки пайка находится на втором месте по применению в категории стыковки металлов. А в некоторых областях производства она занимает главенствующую позицию.

К примеру, в производстве компьютеров, сотовых телефонов и другой IT-ной техники. Ведь мельчайшие детали этой техники требуют компактного контакта между собой.

Кроме этого пайка применяется для соединения медных трубок в производстве холодильников, теплообменников, при соединении твердосплавных деталей между собой, к примеру, режущие пластины к резцам.

При проведении кузовных работах проводится соединение деталей к тонким металлическим листам. Лужение тоже является частью процесса пайки, а эту операцию применяют для защиты различных конструкций от коррозии металлов.

В общем, можно сказать, что если в каких-то ситуациях нельзя соединить две металлические заготовки между собой сваркой, болтовым соединением, шпильками, клепками, клеем или другими способами, то на помощь приходит именно пайка металла.

Разновидности

Классификация пайки металлов достаточно сложна, потому что в каждой категории приходится учитывать большое количество различных параметров. Имеет значения тип припоя, способ нагрева, присутствует ли в зазоре давление или нет, как кристаллизуется паяный шов.

Но чаще всего разделение проводится по температуре расплавленного припоя. Это низкотемпературный процесс (до 450 ℃) и высокотемпературный (свыше 450 ℃).

Низкотемпературную пайку чаще всего используют именно в электронике, потому что сама технология достаточно проста и экономична. При этом появляется возможность паять мелкие детали, что актуально для этой промышленности. К тому же этим способом можно проводить соединение разнородных металлов и материалов.

Что касается высокотемпературной технологии, то она обозначается высокими прочностными характеристиками места стыка, такое соединение может выдержать даже ударные нагрузки и высокое давление.

В мелкосерийном производстве высокую температуру обеспечивают газовыми горелками или токами индукционного типа средней или высокой частоты.

В классификации процесса пайки есть еще одно разделение, в основе которого лежит тип припоя. Самый распространенный способ – использовать готовый припой.

Кстати, это не обязательно стержни из сплавов, это может быть специальная паста. Припой просто расплавляется и затекает в зазор между деталями. Здесь проявляется капиллярное явление. Силы поверхностного натяжения заставляют расплавленный металл проникать во все поры и трещины деталей.

Читайте также  Чугун хрупкий или нет

Вторая позиция в этом разделении – реакционно-флюсовая операция, для чего используется цинкосодержащий флюс. По сути, между нагретыми кромками заготовок из металла и флюсовым материалом происходит химическая реакция, конечный результат которой и есть припой.

Способы нагревания

Паяльные материалы можно нагревать разными способами. Если говорить о домашнем применении процесса пайки металлов, то самый распространенный вариант – паяльник или горелка.

Первый инструмент используется, если необходимо провести низкотемпературный процесс, второй – если высокотемпературный. Разнообразие современных паяльников велико. Среди них есть устройства с автоматической регулировкой температуры и другими полезными функциями.

В производстве используются в основном другие технологии: печная пайка, с помощью индукционных нагревателей, с погружением в специальные ванны с металлом или солями.

Применяется нагрев электросопротивлением, когда припой и соединяемые заготовки нагреваются за счет протекания по ним электрического тока, и прочие.

Припои

В реализации пайки элементов важны припои. Изготавливают их из чистых металлов или их сплавов. При выборе обращают внимание на две основные их характеристики: смачиваемость и температура плавления. Первое свойство – это сцепление припоя с заготовками, где прочность соединения между ними становится выше, чем между молекулами самого припойного материала.

Что касается температуры, то тут есть одно требование – температура плавления припойного металла должна быть ниже, чем тот же показатель у заготовок. Поэтому припойный материал делится на две категории: легкоплавкие и тугоплавкие.

Первые – материалы на основе олова и свинца в чистом виде или с добавлением различных компонентов. Вторые – материалы на основе серебра или меди. Это медно-цинковые припои, которыми можно паять медные, бронзовые и стальные заготовки.

Серебряные марки считаются лучшими, у них высокие прочностные характеристики, поэтому их применяют для стыка деталей, работающих под вибрацией или ударами.

Кроме основных видов в промышленности используются и другие разновидности. К примеру, никелевые применяют для деталей, работающих при высоких температурах.

Золотые – для соединения золотых украшений или пайки трубок, работающих под вакуумом. Магниевые – для стыковки магниевых заготовок или деталей из сплавов этого металла.

Сам припой может быть изготовлен в виде стержней, пасты, порошка, таблеток, тонкой фольги, гранул различного размера.

Флюсы

Основное требование к качеству соединения – это физический контакт припоя с металлом двух деталей. Поэтому очень важно, чтобы на кромках заготовок не образовалась оксидная пленка.

Именно для этого в процессе пайки и применяют флюсы. Их основная задача – удалить старую пленку и не дать возможности образоваться новой.

Классификация флюсов основана на ряде различий по составу и свойствам. Они бывают:

  • активные и нейтральные;
  • с низкой температурой нагрева и высокой;
  • твердые, пастообразные, жидкие, в виде гелей;
  • на основе воды и безводные.

Из всех разновидностей, что сегодня используются для пайки металлов, самыми распространенными являются борная кислота и ее натриевая соль (бура), хлористый цинк, канифоль и ортофосфорная кислота.

Особенности паяния

Так как в промышленности реализуются разные проекты, то в процессе пайки могут участвовать разные металлы. Поэтому технологии пайки могут отличаться, а некоторых случаях ее применение крайне затруднено.

Сталь

Сразу надо оговориться, что стальные заготовки можно паять только припоями на основе олова. Цинкосодержащие материалы для этой операции не подходят за счет низкого смачивания. Вот технологическая карта проводимых этапов.

Кромки заготовок из металла очищают от грязи. Затем обрабатывают их наждачной бумагой или железной щеткой, удаляя тем самым оксидную пленку.

Проводится процесс обезжиривания с помощью любого растворителя. Заготовки стыкуются с зазором 2-3 мм. Производится нагрев паяльной лампой или другим нагревательным инструментом.

В зону нагрева добавляется флюс, а затем и припой. Обратите внимание, что последний должен нагреваться больше не от пламени огня, а от разогретых кромок заготовок. После окончания процесса с участка стыка удаляются остатки флюса и припоя.

Чугун

Соединять пайкой можно только серый чугун или ковкий, белый паять нельзя. Правила пайки чугуна основаны на решении двух проблем. Первая – плохая смачиваемость металла за счет большого в нем содержания графита.

Решается проблема просто. Надо перед пайкой обработать поверхности соединения борной кислотой. Вторая проблема – в процессе нагрева в металле происходят изменения его структуры, поэтому пайку чугуна рекомендуют проводить при температуре не выше +750 ℃.

Титан

Пайка титана одна из самых сложных. На поверхности этого металла расположен альфированный слой, который насыщен атмосферными газами. Его и придется удалить или с помощью травления, или пескоструйкой. И даже после этого на поверхности останется оксидная пленка.

Чтобы соединение стало качественным, пайку проводят или в вакууме, или аргоном, или специальными флюсами. Последний вариант не гарантирует высокое качество конечного результата. При этом необходимо строго соблюдать температурный режим, который варьируется для данного металла в диапазоне 800-900 ℃.

Что касается припоев, то здесь используют или серебряные, или алюминиевые. Оловянные и свинцовые припои применяют редко, потому что с самим титаном они соединяются плохо. Хотя если нанести оловянный слой или свинцовый на поверхность титановой заготовки, то можно гарантировать неплохое качество пайки.

Нихром

Пайка нихрома – самый простой процесс, потому что сам сплав (а это симбиоз хрома и никеля) является жаростойким и пластичным.

Температура его плавления в зависимости от добавок варьируется в пределах 1100-1400 ℃. То есть, для пайки можно использовать даже тугоплавкий припойный материал.

Пайка деталей из нихрома проводится при низкотемпературном режиме. Соединение сплава со сталью требует наличия высокотемпературного паяния. Многие мастера дома делают припои своими руками, смешивая вазелин (100 г), глицерин (5 г) и хлористый порошковый цинк (7 г).

Область применения пайки дает возможность соединять между собой детали из разных цветных металлов. Конечно, к выбору методов пайки надо подходить с позиции соответствия и технологии соединения, и правильного выбора расходных материалов.

Но, как показывает практика, в основе процесса лежит тип самих соединяемых заготовок, то есть, насколько высока их температура плавления.

Отталкиваясь от этого, и выбирается сам вид паяной операции. Ведь температура плавления припоя должна быть ниже, чем у металла соединяемых деталей. И нарушать этот закон нельзя ни в коем случае. Нарушили – получили некачественное соединение или, вообще, не получили спайки.

ГОСТ 19249-73 Соединения паяные. Основные типы и параметры


ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
СОЕДИНЕНИЯ ПАЯНЫЕ
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И ПАРАМЕТРЫ
ГОСТ 19249 — 73
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ И СТАНДАРТАМ

Москва
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СОЕДИНЕНИЯ ПАЯНЫЕ
Основные типы и параметры
Brazed and soldered joints.
Main types and parameters
ГОСТ
19249 — 73

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 4 декабря 1973 г. № 2641 срок введения установлен

с 01.01.75

Проверен в 1989 г. Постановлением Госстандарта СССР от 26.06.89 № 2032 снято ограничение срока действия

1. Настоящий стандарт устанавливает основные типы паяных соединений, конструктивные элементы паяных твои, их обозначения и параметры.

2. Основные типы паяных соединений и их условные обозначения приведены в табл. 1.

3. Параметры конструктивных элементов паяных швов и их условные обозначения приведены в табл. 2.

Тип паяного соединения Характерное сечение паяного соединения Условное обозначение соединения
Нахлесточный ПН — 1
ПН — 2
ПН — 3
Телескопический ПН — 4
ПН — 5
ПН — 6
Стыковой ПВ — 1
ПВ — 2
Косостыковой ПВ — 3
ПВ — 4
Тавровый ПТ — 1
ПТ — 2
ПТ — 3
ПТ — 4
Угловой ПУ — 1
ПУ — 2
ПУ — 3
Соприкасающийся ПС — 1
ПС — 2
ПС — 3
ПС — 4
ПС — 5

(Измененная редакция, Изм. № 1).

Тип соединения Конструктивные элементы паяных швов Наименование конструктивных элементов Буквенное обозначение конструктивных элементов
Нахлесточный телескопический Толщина основного материала S
Толщина шва a
Ширина шва b
Стыковой Толщина основного материала S
Толщина шва a
Ширина шва b
Косостыковой Толщина основного материала S
Толщина шва a
Ширина шва b
Угол скоса ?
Тавровой Толщина основного материала S
Толщина шва a
Ширина шва b
Угловой Толщина основного материала S
Толщина шва a
Ширина шва b
Угол соединения деталей ?
Угол скоса ?
Соприкасающийся Толщина основного материала S
Радиус кривизны паяемой детали R
Ширина шва b

1 — 5. (Исключены, Изм. № 1).

6. Толщина шва а определяется величиной сборочного зазора и физико — химическими свойствами паяемого материала и припоя. Величины сборочных зазоров для наиболее распространенных сочетаний «паяемый материал — припой» приведены в справочном приложении 1.

7. Величина нахлестки определяется механическими свойствами паяемого материала, паяного шва и требованиями предъявляемыми к конструкции.

8. Толщина паяемого материала S устанавливается при проектировании паяной конструкции.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

4. Условные изображения и обозначения паяных швов на чертеже — по ГОСТ 2.313 — 68.

На стадии эскизного и технического проектов условное обозначение типа паяного соединения проставляют над полкой линии — выноски.

5. Рациональная форма галтели — вогнутый мениск.

6. Форма и конструктивные элементы швов паяных соединений, которые являются комбинацией основных типов, должны быть вычерчены с указанием размеров. Допускается не вычерчивать форму и конструктивные элементы швов комбинированных паяных соединений на электромонтажных чертежах.

7. Комбинированные паяные соединения, широко применяемые в отраслях промышленности, приведены в справочном приложении 2.

8. (Исключен, Изм. № 1).

9. Условные обозначения швов паяных соединений, применяемые при переписке и в документации, кроме рабочих чертежей, должны состоять из:

а) буквенно — цифрового обозначения типа паяного соединения по табл. 1;
б) размеров сечения и длины шва.

Пример условного обозначения паяного шва типа нахлесточный ПН — 1, толщиной 0,05 мм, шириной 10 мм и длиной шва 150 мм:
ПН1 0,05?10?150 ГОСТ 19249 — 73

Примечание. Буквенно — цифровые обозначения швов комбинированных паяных соединений состоят из буквенно — цифровых обозначений основных типов, например:
ПН — 2 0,01?12?100 ПВ1 0,02?5?100 ГОСТ 19249 — 73

(Измененная редакция, Изм. № 1).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

ВЕЛИЧИНЫ СБОРОЧНЫХ ЗАЗОРОВ ДЛЯ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ СОЧЕТАНИЙ «ПАЯЕМЫЙ МАТЕРИАЛ — ПРИПОЙ»

Наименование припоя Наименование паяемого материала
Медь Медные сплавы Сталь углеродистая и низколегированная Сталь нержавеющая Алюминий и алюминиевые сплавы
Оловянно — свинцовый 0,07 — 0,20 0,07 — 0,20 0,05 — 0,50 0,20 — 0,75 0,05 — 0,15
Медный 0,04 — 0,20 0,001 — 0,05 0,01 — 0,10
Медно — цинковый 0,04 — 0,20 0,04 — 0,20 0,05 — 0,25 0,02 — 0,12
Медно — фосфористый 0,04 — 0,20 0,04 — 0,20
Серебряно — медно — фосфористый 0,02 — 0,15 0,02 — 0,15
Серебряный 0,04 — 0,25 0,04 — 0,25 0,02 — 0,15 0,05 — 0,10
Алюминиевый 0,12 — 0,25
Цинковый 0,10 — 0,25

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное

ПРИМЕРЫ КОМБИНИРОВАННЫХ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ИХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Характерное сечение паяного соединения Условное обозначение соединения
ПН — 2; ПВ — 1
ПН — 5; ПВ — 2
2ПН — 3; 3ПВ — 1
2ПВ — 3
ПВ — 2; ПВ — 4
ПВ — 1; 2ПН — 1
ПВ — 2; 2ПН — 4
ПТ — 1; 2ПВ — 1
nПВ — 4, где п — число витков
ПН — 1; 4ПН — 2
ПТ — 2; ПВ — 1
3ПН — 2; 2ПВ — 1
2ПН — 2; 2ПВ — 1
6ПН — 2; 4ПВ — 1; ПС — 1

(Измененная редакция, Изм. № 1).

СОДЕРЖАНИЕ

Приложение 1 Величины сборочных зазоров для наиболее распространенных сочетаний «паяемый материал — припой»

Приложение 2 Примеры комбинированных паяных соединений и их условных обозначений

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

  • Справочник электрика
    • Бытовые электроприборы
    • Библиотека электрика
    • Инструмент электрика
    • Квалификационные характеристики
    • Книги электрика
    • Полезные советы электрику
    • Электричество для чайников
  • Справочник электромонтажника
    • КИП и А
    • Полезная информация
    • Полезные советы
    • Пусконаладочные работы
  • Основы электротехники
    • Провода и кабели
    • Программа профессионального обучения
    • Ремонт в доме
    • Экономия электроэнергии
    • Учёт электроэнергии
    • Электрика на производстве
  • Ремонт электрооборудования
    • Трансформаторы и электрические машины
    • Уроки электротехники
    • Электрические аппараты
    • Эксплуатация электрооборудования
  • Электромонтажные работы
    • Электрические схемы
    • Электрические измерения
    • Электрическое освещение
    • Электробезопасность
    • Электроснабжение
    • Электротехнические материалы
    • Электротехнические устройства
    • Электротехнологические установки
Читайте также  Как восстановить нержавейку после кислоты?

Соединение контактов и проводов пайкой

Пайка — процесс соединения металлов в жестком состоянии припоями, которые при расплавлении затекают в зазор, смачивают спаиваемые поверхности, а при охлаждении, застывая, образуют паяный шов.

Пайка производится при температуре ниже температуры плавления материалов соединяемых деталей. Совместно с тем температура припоя, при помощи которого осуществляется пайка, должна быть несколько выше точки его плавления, а температура соединяемых деталей должна быть близка к температуре плавления припоя. Соблюдение этого условия нужно для получения таковой подвижности припоя, которая обеспечивает наполнение зазоров в швах меж контактными элементами и обтекание их поверхностей.

Не плохое качество соединения пайкой может быть выполнено только в этом случае, если припой смачивает контактные поверхности соединяемых частей, также обладает высочайшими капиллярными качествами и обеспечивает заполняемость зазоров меж соединяемыми элементами.

Металлургический способ соединения деталей с внедрением припоя, имеющего температуру плавления ниже 450°С, именуют мягенькой пайкой. Сцепление припоя с металлом получается благодаря адгезии припоя к металлу. Следует увидеть, что температура плавления припоя для мягенькой пайки 450°С принята условно.

Выполнение контактных соединений с внедрением припоя, имеющего температуру плавления выше 450°С, именуют жесткой пайкой. Соединение припоя с металлом в данном случае обусловливается как адгезией, так и диффузией припоя в металл.

При пайке практически не происходит расплавления соединяемых частей, потому паяные соединения легче чинить.

Пайкой производятся соединения фактически меж хоть какими схожими металлами либо сочетаниями различных металлов.

К числу металлов, которые просто паяются, относится медь. Но добавление к меди легирующих частей затрудняет процесс пайки, потому что наличие в меди примесей изменяет характеристики окисных пленок, являющихся препятствием для образования надежного соединения. Вместе с этим примеси в сплавах меди реагируют в процессе пайки и образуют хрупкие соединения. В этой связи при выполнении контактных соединений следует кропотливо выбирать флюсы и припои.

Пайка алюминия связана с 2-мя основными трудностями. Во-1-х, на алюминии имеется тугоплавкая окисная пленка, во-2-х, алюминий обладает высочайшей теплопроводимостью при сравнимо низкой теплоемкости и огромным коэффициентом линейного расширения. Потому в процессе пайки дюралевых контактных частей нагрев должен быть локализован, выбор флюса следует создавать зависимо от легирующих присадок, введенных в металл.

Особенности разных соединяемых металлов либо их сочетаний предназначают как технологический процесс пайки, так и припои, флюсы, оборудование, используемое при пайке.

Структура паяных контактных соединений

Пайка имеет много общего со сваркой плавлением но меж ними имеются и принципные различия. Если при сварке основной и присадочный металлы находятся в сварочной ванне в расплавленном состоянии то при пайке основной металл не плавится.

Соединение пайкой в общем случае представляет собой комплекс металлургического и физико-химического процессов, протекающих на границе основного твердого металла с водянистым металлом — припоем. Зависимо от физико-химических параметров основного материала и припоя, также критерий и режима пайки спай, образующийся меж ними, имеет различное строение. Условием соединения основного металла с припоем, как понятно, является адгезия. При смачивании незапятанной железной поверхности припоем и следующем его затвердевании протекают последующие процессы.

Если составляющие, входящие в состав припоя, не ведут взаимодействие с главным металлом до растворения в нем, то меж припоем и этим металлом появляются межкристаллитные связи. Крепкость сцепления затвердевшего припоя с главным металлом близка к прочности собственного припоя. Это определяется тем, что припой заполняет все выпуклости и микроуглубления, образующие развитую поверхность сцепления, существенно превосходящую кажущуюся поверхность контакта.

В этом случае, когда при температуре пайки либо при более низких температурах может быть растворение 1-го металла в другом, кроме межкристаллитных связей происходит диффузия атомов припоя в паяемый металл и напротив. Обоюдная диффузия припоя и паяемого металла очень чувствительна к температуре. Потому развитие этого процесса находится в зависимости от температуры пайки и длительности нагрева. При определенных температурах паяемый металл и составляющие припоя образуют на границе соединения интерметаллические прослойки.

Структура контактного соединения, выполненного пайкой, представляет собой зону, состоящую из слоя литого припоя, равного зазору меж соединяемыми элементами и окруженного с обеих сторон продуктами взаимодействия припоя с основными металлами — прослойками интерметаллического типа различного состава — и областями обоюдной диффузии.

Структура паяного соединения: 1— соединяемые проводники; 2 — области коррозии; 3 — интерметаллические прослойки; 4 — припой; 5 — область диффузии

Пайка дюралевых проводов

Соединение и ответвление однопроволочных проводов сечением 2,5 — 10 мм2 пайкой производятся после того, когда концы жил за ранее соединены двойной скруткой так, чтоб в месте касания жил образовался желобок. Место соединения нагревают пламенем пропан-бутановой горелки либо бензиновой лампой до температуры начала плавления припоя. Потом с усилием натирают поверхности соединения палочкой припоя, введенной в пламя. В итоге трения желобок очищается от загрязнений и облуживается по мере прогрева соединения. Таким макаром запаивается все соединение.

Соединение и ответвление однопроволочных проводов пайкой

Соединение, оконцевание и ответвление изолированных дюралевых многопроволочных проводов пайкой создают после ступенчатой разделки контактных участков дюралевых жил и подготовительного их облуживания. Концы жил вставляют в особые формы, располагая их посреди и по центру трубчатой части таким макаром, чтоб они касались друг дружку. На жилы надевают защитные экраны для предохранения изоляции соединяемых жил от деяния пламени. При огромных сечениях жил дополнительно употребляют охладители. Внутренние поверхности форм за ранее окрашивают кокильной краской либо натирают мелом. Места ввода жил в форму уплотняют листовым либо шнуровым асбестом для предотвращения вытекания припоя.

Перед пайкой направленным пламенем нагревают среднюю часть формы, потом в пламя через литниковое отверстие вводят прут припоя, который, расплавляясь, заполняет форму до верха литникового отверстия.

На рисунке показано соединение, приготовленное к пайке. Разработан и употребляется метод пайки поливом припоя. При всем этом методе приготовленные жилы со скосами под углом 55° укладывают в. форму, оставляя зазор меж ними приблизительно 2 мм, другие операции подготовки жил к соединению подобны выполняемым при соединении сплавлением.

В тигле расплавляется и греется приблизительно до 600°С (во избежание резвого остывания) 7—8 кг припоя. Меж тиглем и местом заливки припоя устанавливают лоток для стекания припоя, который укрепляют к нагим частям жил. Припой заливается в форму через литниковое отверстие до того времени, пока не произойдет сплавление торцов жил и наполнение формы. Припой рекомендуется помешивать и счищать окисную пленку с торцов жил скребком. Продолжительность пайки не превосходит 1 — 1,5 мин.

Многопроволочные жилы с установленными на их формами, приготовленные к пайке: 1 — изоляция жилы, 2 — защитный экран, 3 — форма, 4 — жила, разбитая ступенчато, 5 — асбестовое уплотнение.

Соединение дюралевых жил кабеля пайкой поливом расплавленного припоя: а — вид процесса пайки, б — шаблон для дизайна концов жил; в — готовое соединение, 1 — припой, 2 — места пайки

Пайка медных проводников

Разработка соединения и оконцевания медных жил пайкой схожа. Пайка жил сечением 1,5 — 10 мм2 делается паяльничком, а сечением 16 — 240 мм2 — пропан-бутановой горелкой либо паяльной лампой; процесс пайки заключается в погружении в расплавленный припой либо поливе места пайки расплавленным припоем.

Соединение и ответвление медных жил сечением до 10 мм2 пайкой производится после подготовки их контактных концов. Жилы скручиваются, покрываются канифолью, место пайки подогревается паяльничком с расплавлением припоя в месте пайки либо методом погружения соединения в ванночку с припоем. После того как место соединения смочено припоем и им заполнены зазоры меж спаиваемыми концами, обогрев соединения прекращается.

Соединение и ответвление медных жил сечением 4 — 240 мм2 пайкой с применением контактной арматуры производится методом полива. Для этого припой в графитовых либо железных тиглях разогревают в электронной либо газовой печи до температуры 550—600 о С.

Приготовленные к соединению либо оконцеванию жилы за ранее облуживаются, а позже вставляются в гильзу либо наконечник. Стык жил проводов размещается посреди гильзы. При оконцевании жила вставляется в наконечник таким макаром, чтоб ее конец находился заподлицо с торцом трубчатой части наконечника. Во избежание вытекания припоя на жилу меж концом гильзы (наконечника) и краем изоляции подматывают асбест. Соединение при пайке размещается горизонтально. Полив припоя продолжают до наполнения объема меж жилой и наконечником, но менее 1,5 мин. По окончании пайки следует немедля (пока не остыл припой) протереть гильзу тканью, смоченной паяльной мазью, сгоняя и разглаживая при всем этом подтеки припоя.

Соединение проводников из разнородных металлов пайкой делается по той же технологии, что и соединение 2-ух дюралевых жил. При подготовке концов дюралевых жил для пайки производится скос их концов под углом 55 о или ступенчатая разделка, после этого концы облуживаются. Пайка ведется конкретным сплавлением в форме либо поливом за ранее расплавленным припоем. Соединение и ответвление дюралевых многопроволочных и однопроволочных жил может производиться и в медных луженых гильзах.

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Процесс получения неразъемного соединения материалов с нагревом ниже температуры их автономного расплавления с помощью расплавленного промежуточного металла (припоя), плавящегося при более низкой температуре, чем соединяемые детали, — называется пайкой. Соединение материалов происходит в результате диффузии припоя и основного материала путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления их при кристаллизации шва.

В зависимости от температуры в контакте соединяемых материалов пайка подразделяется на низкотемпературную и высокотемпературную. При первой температуре нагрева не превышает 723 К (450 °С), а при второй – выше 723 К (450 °С). Нагрев может производиться паяльником, токами высокой частоты, в печах, в пламени газовой горелки и т. д.

В качестве припоев используются цветные металлы и их сплавы, которые в зависимости от температуры плавления подразделяются на мягкие и твердые. Мягкие припои, имеющие температуру плавления не выше 723 К (450 °С), обладают невысокой механической прочностью, твердые припои — температура плавления свыше 723 К (450 °С) — имеют высокую механическую прочность.

В качестве мягких (легкоплавких) припоев применяют оло-вянно-свинцовые, висмутовые, кадмиевые и другие сплавы. Наиболее низкотемпературные припои содержат индий, висмут и кадмий, температура плавления которых 343-418 К (70-145 °С).

В качестве твердых (тугоплавких) припоев применяют в основном три вида припоев: медно-цинковые ПМЦ и латунь JI-62, серебряные ПСР и медно-фосфористые марки ПМФ , обладающие хорошей жидкотекучестью и обеспечивающие высокое качество пайки.

Припои характеризуются с учетом температуры начала и конца плавления. Данные некоторых припоев, широко применяемых при сборке неразъемных соединений в машино- и приборостроении, приведены в табл. 2.

Чтобы повысить качество пайки, применяют флюсы, которые растворяют окислы на поверхности металлов и защищают нагретые детали и жидкий припой от окисления. Флюсы увеличивают жидкотекучесть припоев при пайке.

По химическому составу флюсы делятся на две группы: кислотные и бескислотные. К первой группе относятся: флюсы, растворяющие окислы металла и хорошо очищающие место пайки (соляная кислота, хлористый цинк, бура и др.).

При паянии твердыми (тугоплавкими ) припоями в качестве флюса применяют обезвоженную порошковую буру или ее смесь с борной кислотой. Бура в расплавленном состоянии имеет хорошую текучесть и быстро растворяет окислы металлов, в особенности меди. Борная кислота снижает температуру плавления флюса с 1013 до 853 К (с 740 до 580 °С).

Для пайки легкоплавкими припоями используют раствор хлористого цинка (травленая соляная кислота) и хлористый аммоний (нашатырь). При пайке цинка или оцинкованных деталей место пайки смазывают разбавленной соляной кислотой.

Правильный выбор флюса при пайке имеет большое значение для высокого качества соединения. Его выбирают в зависимости от применяемого припоя и соединяемых металлов, а также характера сборочных работ. Флюс должен плавиться при температуре ниже температуры плавления припоя, чтобы во время пайки он находился в жидком состоянии и равномерно растекался по основному металлу. Флюсы образуют жидкую и газообразную защитную зону, предохраняющую поверхность металла и расплавленного припоя от окисления; растворяют и удаляют пленки окислов и загрязнения с поверхности.

Подготовка деталей к пайке и лужению заключается в следующем: поверхности деталей в местах соединений тщательно зачищают напильником, шабером, металлической щеткой или шлифовальной шкуркой с целью удаления загрязнений, ржавчины, окисных и жировых пленок, а иногда дополнительно обезжиривают бензином, спиртом или другими растворителями.

Читайте также  Какую сталь можно закаливать?

Пайка легкоплавкими припоями. При этой пайке зазор между соединяемыми кромками должен быть не более 0,2 — 0,4 мм. При таком зазоре жидкий припой проникает в него, лучше скрепляет кромки. Подготовленные поверхности покрывают флюсом непосредственно перед горячим лужением или пайкой. Детали нагревают паяльником, нагретым до температуры плавления припоя. Перегрев паяльника может привести к сильному окислению его рабочей поверхности и сгоранию припоя.

Как только шов прогреется до температуры плавления припоя, последний растечется и заполнит зазор между соединяемыми деталями. При охлаждении припой образует плотное соединение шва. Места пайки промывают в проточной или горячей воде, чтобы очистить их от остатков флюса. При подготовке деталей к пайке, если нужно получить герметичность шва, места пайки предварительно облуживают.

Лужение заключается в покрытии поверхностей тонким слоем расплавленного припоя, который защищает металл от окисления. Наиболее часто применяют горячее и гальваническое лужение.

Процесс лужения аналогичен процессу пайки. Поверхности деталей медленно нагревают до температуры 473 — 523 К (200 —250 °С), затем, на них насыпают флюс и припой в порошкообразном виде. Как только припой начнет плавиться, его растирают по поверхности чистой ветошью. Крупные детали облуживают по участкам. После лужения деталь тщательно промывают в горячей воде, чтобы удалить остатки флюса, который может вызвать коррозию луженого металла.

Пайку алюминия и его сплавов также разделяют на два вида: мягкими припоями с температурой плавления 423 — 623 К (150 —350 °Q и твердыми припоями с температурой плавления 698-863 К (425 – 590 °С).

Основным препятствием при пайке алюминия является окисная пленка на его поверхности, которая не растворяется и не восстанавливается обычными флюсами, используемыми при пайке других металлов. При удалении окисной пленки механическим путем она Мгновенно возникает вновь вследствие соединения поверхностного слоя алюминия с кислородом воздуха.

Применяют целый ряд других припоев и флюсов для пайки алюминия и его сплавов. Пайку алюминия и его сплавов мягкими (легкоплавкими) припоями выполняют ультразвуковым паяльником (рис. 30). Припоями при этом способе пайки могут быть сплавы на основе олова или цинка.

Ультразвуковой паяльник, вибрирующий в процессе пайки с ультразвуковой частотой (20 — 22 кГц), наконечником погружают в расплавленный припой, и под этим слоем паяльник разрушает окисную пленку; припой соединяется с очищенной поверхностью металла и облуживает ее. Применение ультразвукового паяльника облегчает и ускоряет процесс пайки алюминия и его сплавов мягкими легкоплавкими припоями и отчасти увеличивает коррозионную стойкость паяных соединений.

Пайка тугоплавкими припоями. При пайке тугоплавкими припоями образуется прочный шов, выдерживающий значительные нагрузки. Перед пайкой поверхности деталей обрабатывают механическим способом и подгоняют друг к другу так, чтобы зазор между ними был не более 0,04 — 0,08 мм. Кромки деталей должны иметь шероховатую поверхность (это улучшает сцепление припоя с основным металлом). Детали при пайке тугоплавкими припоями нагревают газовыми горелками, в электрических, пламенных и газовых печах.

Наиболее совершенным способом паяния является пайка токами высокой частоты. Сущность этого способа заключается в том, что подготовленные к пайке детали помещают в переменное электрическое поле токов высокой частоты, в результате поверхности деталей быстро нагреваются. Нагрев на этих установках создает возможность автоматизации процесса с устойчивыми режимами пайки. На высокочастотных установках могут быть применены и другие усовершенствования технологии: пайка в вакууме, в нейтральной защитной или в восстановительной среде, предохраняющей места пайки от окисления.

Соединение пайкой по контуру

Пайка – это образование соединения с межатомными связями путём нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления, смачивания их припоем, затекания припоя в зазор и последующей его кристаллизации по ГОСТ 17325-79. Спаивание соединяемых поверхностей производится также методом диффузии. Благодаря достижениям научно-технической революции пайка из древнего ремесла превратилась в один из важнейших технологических процессов целого ряда современных производств. Сегодня пайка так же, как и сварка, является одним из наиболее распространённых способов получения неразъёмных соединений в изделиях разных назначений.

Одним из важнейших достоинств пайки можно считать формирование паяного соединения при температуре ниже, чем температура плавления соединяемых базовых материалов. Это даёт возможность вести процесс в условиях общего нагрева и позволяет производить:

  • групповую пайку с широкой автоматизацией и механизацией, что обеспечивает высокую производительность процесса в массовом и серийном производстве;
  • пайку в труднодоступных местах; пайку за один нагрев в случае тонкостенных изделий с большей плотностью мест пайки и их объёмным расположением;
  • пайку деталей не только последовательно по контуру шва, но и одновременно и по поверхности, что даёт возможность варьировать прочность паек и конструкции изделий;
  • пайку с меньшим давлением, чем при сварке давлением;
  • пайку разнородных материалов;
  • пайку с выбранной температурой процесса в зависимости от требований к сохранению механических свойств материалов после пайки;
  • пайку, совмещённую с термообработкой;
  • пайку ступенчатых соединений.

Отсутствие факта плавления базовых материалов при пайке обеспечивает плавность структуры галтельных участков паяного шва, что даёт более высокую надёжность и прочность изделий в условиях знакопеременных и вибрационных нагрузок, а также возможность разъединения (распайки) паяных изделий. При пайке, производимой с помощью припоя, не происходит автономного плавления паяемого материала, так как процесс осуществляется при нагреве до температуры ниже температуры солидуса. Однако паяемый металл контактирует с припоем в ином агрегатном (жидком) состоянии. При этом паяемый металл и припой, имеющие химическое сродство, представляют собой компоненты неравновесной системы, поскольку на их границе существует градиент концентраций и энергии. Поэтому процессы взаимодействия материалов при пайке связаны с обменом веществом и передачей энергии, происходящими специфическим образом. Такое взаимодействие базируется на взаимодополняющих феноменологических (макроскопических) и микроскопических методах анализа. Важнейшим феноменологическим методом анализа при этом является термодинамика.

При капиллярной пайке, производимой с помощью метода диффузии (диффузионной пайке), затвердевание шва происходит выше температуры солидуса припоя без охлаждения из жидкого состояния. Процесс диффузионной пайки может развиваться только при условии отвода легкоплавкой основы или депрессанта припоя из шва. Отвод может происходить в результате диффузии их в паяемый материал, либо испарения, либо связывания их в тугоплавкие соединения, либо при сочетании данных процессов. Цель диффузионной пайки как самостоятельного способа получения паяного соединения заключается в проведении процесса кристаллизации таком образом, чтобы обеспечить наиболее равновесную структуру соединения, повышение температуры распайки шва, увеличение прочности и пластичности, усиление электрической проводимости соединения, устранение возможных образований малопрочной и хрупкой литой структуры и интерметаллидных прослоек, повешение коррозионной стойкости соединения без существенного ухудшения характеристик основного материала.

Следует отличать диффузионную пайку от диффузионной обработки паяных соединений, производимой при нагреве их в твёрдом состоянии с целью главным образом гомогенизации шва, то есть приведения его в более равновесное состояние и снятия остаточных напряжений. Диффузионная пайка имеет 3 стадии:
– органическое взаимодействие между твёрдой и жидкой фазами;
– затвердевание жидкой фазы;
– выравнивающая диффузия в твёрдом состоянии (гомогенизация пайки).

Вакуумная пайка – это перспективный, современный и качественный метод неразъёмного соединения двух и более металлических объектов путём введения между ними определённого присадочного материала – припоя или же путём обеспечения условий диффузии соединяемых объектов. Вакуумная пайка выполняется в специальном термо-вакуумном оборудовании – печах, где возможно создавать контролируемые атмосферы требуемых значений. Пайка в таком оборудовании осуществляется как без использования флюсов и кислот, так и с их применением. Пайка в печи подобна пайке с помощью паяльника или термофена, но происходит она при более высоких температурах и в условиях контролируемой среды.

Капиллярный эффект втягивает расплавленный припой в область соединения, где он и удерживается. В зоне пайки такого вида обеспечивается определённая среда – пространство, свободное от вещества, или безокислительная атмосфера – вакуум. Вакуум препятствует образованию тугоплавких оксидных плёнок на соединяемых предметах и на припое. Изделия, соединённые методом такой пайки, могут выдержать самые жёсткие условия эксплуатации: прочностные нагрузки, сверхвысокие температуры или вакуум.

Свойства некоторых сплавов

При нагревании металлы как со стабильными, так и с нестабильными оксидами стремятся вступить в реакцию с кислородом: чем выше температура, тем выше термодинамическая сила, способствующая их оксидированию. Например, золото и никель являются металлами с нестабильными оксидами при любых температурах; оксиды железа и меди быстро распадаются только при высоких температурах; окись хрома достаточно стабильна и выдерживает в атмосфере вакуумной печи температуру под 1000ºС до момента своего распада; окись алюминия и титана хорошо сохраняют свою стабильность при стандартной температуре.

В среде вакуума пары высокоактивных элементов могут существенно влиять на процессы пайки: связывать атмосферную влагу, окружающую объекты пайки, и оставшийся кислород; восстанавливать оксидную плёнку на спаиваемых поверхностях; уменьшать или предотвращать испарение одноимённого металла из расплавленного припоя; насыщать расплавленный припой определёнными компонентами; участвовать в контактном плавлении. К элементам, испаряющимся при пайке, относятся висмут, магний, кадмий, цинк и литий. В определённых случаях, при спаивании объектов в парах высокоактивных элементов, разумно использовать низкий вакуум в качестве защитной среды. Возможности вакуумной пайки в инертной среде можно расширить благодаря использованию легированного литья, а также применению лантана, бора, германия, фосфора, калия, бария, кремния, натрия и самофлюсующихся припоев.

Большинство металлов, спаиваемых в вакуумных печах, имеют на своих поверхностях естественную оксидную плёнку. У некоторых металлов формирование оксидной плёнки происходит не только в естественной среде, но и при повышении температур. В Таблице 1 представлены характеристики некоторых сплавов, часто подвергающихся соединению методом пайки в вакуумных печах. Из-за неудовлетворительного затекания припоя в места соединения оксидная плёнка на спаиваемых поверхностях приводит к дефектному паяному соединению и, как следствие, к исправимому или неисправимому браку готового изделия.

Таблица 1 – Характеристики некоторых сплавов

Сплав Характеристики и рекомендации
Алюминий, титан, кобальт, сплавы и суперсплавы на основе никеля, стали серий 300 и 400, углеродистые и нержавеющие стали Имеют свойство образовывать на поверхности оксидную плёнку при воздействии на них высоких температур. Места пайки таких сплавов предварительно зачищают, или химически травят, или используют самофлюсующиеся присадочные материалы. Пайка таких материалов происходит при высоком и относительно высоком вакууме 2х10-4 мм. рт. ст. и выше
Непосредственно алюминиевые сплавы При нагревании выделяют магний, который быстро загрязняет оборудование, из-за чего следующие загрузки приходится спаивать при более высокой температуре, поэтому такие сплавы спаивают в специальных печах, обеспечивающих максимально равномерную температуру менее 650ºС
Сплавы на основе титана и циркония Паяются с применением специальных формул присадочных материалов. Такие сплавы имеют тенденцию загрязняться даже при небольшом количестве кислорода, поэтому их паяют при высоком уровне вакуума

Для соединения металлов при пайке используются вспомогательные присадочные (связующие) материалы. Прочность и качество соединения достигается за счёт плотного контакта базового металла и присадочного материала. В отличие от сварки, где соединение формируется через сплавление базового металла, при пайке расплавления базового материала не происходит.

Основные и вспомогательные связующие материалы

На рисунке 1 схематично показан процесс соединения базовых деталей между собой при помощи связующего материала (припоя). Структура базовых деталей при этом не плавится.

Рисунок 1 – Графическое представление процесса соединения при вакуумной пайке

Основным соединяющим материалом в процессе пайки является припой – присадочный связующий материал для соединения мест пайки между собой. Припой имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления соединяемых материалов. В качестве присадочных материалов обычно применяются сплавы на основе свинца, олова, меди, кадмия, никеля, серебра и другие. Выпускаются припои в форме проволоки, порошка, гранул, прутков, паст, фольги, платин. Припой создаёт механически прочное или герметичное соединение, также он применяется с целью получения электрического контакта малого переходного сопротивления.

При пайке припой нагревают выше температуры его плавления до перехода в жидкую фазу. Жидкий припой смачивает соединяемые поверхности, растекаясь по ним и заполняя швы между соединяемыми объектами. Компоненты припоя диффундируют в материал соединяемых объектов, они растворяются в припое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет объекты в месте шва. Соединения сложной формы спаивают с помощью низкотемпературных припоев.

При выборе припоя учитываются физико-химические свойства соединяемых материалов, требования к конечной механической прочности шва пайки, коррозионная устойчивость и экономические показатели. По характеру затекания припоя в зазор различают:
– капиллярную пайку – ширина зазора