Пайка – это способ соединения металлических материалов при помощи расплавленного припоя, при этом металлы смачиваются припоем без их расплавления.

Пайка - высокопроизводительный технологический процесс применяемый для получения неразъёмного соединения деталей из различных материалов путём введения между этими деталями расплавленного материала (припоя), имеющего более низкую температуру плавления чем материалы соединяемых деталей.

Паяные соединения допускают многократное разъединение и соединение соединяемых деталей (в отличие от сварки). К недостаткам процесса можно отнести относительно невысокую механическую прочность.

Практически любая пайка проводится с помощью припоев и флюсов. Спаиваемые элементы деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате, припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей проникая в зазор между деталями образуя жидкую металлическую прослойку. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение - паянный шов. Флюсы разрушают имеющиеся на обрабатываемой детали поверхностные оксиды, предохраняют металл и припой от окисления, препятствуют образованию оксидных плёнок во время нагревания, а также способствуют смачиванию металла припоем.                                     
Процессы пайки различаются между собой прежде всего по температуре плавления. Существуют пайка мягким припоем до температуры +450°С. Пайка твёрдым припоем до температуры +900°С, и высоко-температурная пайка/сварка. Соответственно припои бывают легкоплавкие и тугоплавкие, или паяние бывает двух видов: мягкими припоями и твёрдыми припоями. Для низкотемпературной пайки используют в основном электрический нагрев, для высокотемпературной - в основном нагрев газовой горелкой.

Мягкие припои плавятся при температуре до +300°С, а твердые сплавы - при температуре свыше +550°С. Кроме того, твёрдые припои обладают высокой механической прочностью (до 50 кг/мм2), близкой к прочности материала соединяемых деталей. Мягкие же припои имеют прочность всего 5/7 кг/мм2. Также прочность соединения во многом зависит от зазора между соединяемыми деталями (от 0,03 до 2 мм), чисто-ты поверхности и равномерности нагрева элементов.

Мягкие припои состоят из легкоплавких металлов: олова, свинца, сурьмы, висмута и т. д. Обычно паяние мягкими припоями применяют для деталей, не требующих высокой прочности, или же когда изделия не нужно нагревать до высокой температуры. Пайку мягкими припоями производят при помощи паяльника, газовой горелки и в индукционных установках. Изделия пая-ют только после тщательной их подготовки, которая заключается в плотном прилегании соединяемых деталей, тщательной очистке их поверхностей от окислов, окалины, жировых пятен и грязи. Очищают обычно механическим путем, напильниками, шаберами, металлическими щетками. Чтобы снять пленку окиси и предохранить очищенный металл от окисления в процессе паяния, применяют флюсы (хлористый цинк, соляную кислоту, хлористый аммоний, буру, канифоль, парафин и др.). Удаление с поверхности металлов окислов, ржавчины и окалины в растворах кислот, солей или щёлочей называется травлением. Травление осуществляется химическим и электрохимическим способами.


Обычно при паянии применяют травленную соляную кислоту. Травлением называют растворение кусочков цинка в кислоте. При паянии цинка и оцинкованного железа в качестве флюса берут водный раствор не травленной соляной кислоты. Традиционно в этом качестве используется травленая соляная кислота (хлорид цинка). Однако стоит заметить, что в подавляющем большинстве случаев куда как удобнее воспользоваться ортофосфорной кислотой, которая для пайки разводится водой в довольно широком диапазоне соотношений (от 1:1 до 1:2). В последнем соотношении разбавленная ортофосфорная кислота прекрасно работает как преобразователь ржавчины. Кроме применения электрического нагрева для проведения пайки, есть пайка в печи, которая находит широкое промышленное применение и производится в специально сконструированных печах. Энергоносителями в печной пайке могут быть как электричество, так и газ, нефть, сланцы и другие энергоносители. Процесс пайки в печи является универсальным и не ограничивается ни паяемым металлом, ни припоем, но при управлении этим довольно сложным процессом необходимо учитывать сочетание целого ряда факторов. Ещё есть индукционная пайка, это процесс пайки, в котором поверхности деталей, которые нужно соединить, избирательно нагревают до температуры пайки, используя электрическую энергию, чаще пере-даваемую детали за счет индукции, чем прямым электрическим соединением, использованием индуктора или катушки индуктивности. Отличительной особенностью процесса индукционной пайки является хороший внешний вид получаемого соединения. При индукционной пайке материал припоя, соединяющий базовые металлы, поступает в соединение под воздействием капиллярных сил, образуя аккуратный, едва заметный валик. Этим объясняется широкое применение данного вида пайки во многих областях, где критически важен привлекательный внешний вид готовой продукции. При индукционном нагреве переносится больше энергии на квадратный миллиметр, чем при открытом пламени. Попросту говоря, индукционный нагрев позволяет спаять больше деталей в час, чем другие процессы. Индукционный нагрев можно контролировать для достижения стабильности. Введите в индукционное оборудование нужные технологические параметры, и оно будет повторять циклы нагрева с пренебрежительно малыми отклонениями. Индукционный нагрев особенно пригоден для пайки деталей. которые нельзя полностью нагревать. В этом случае применяются серебряные или латунные припои с соответствующим флюсом или атмосферой.

Следующий способ пайки это пайка погружением. Есть два вида пайки погружением, пайка погружением в расплавленный припой и пайка погружением в расплавленный флюс (в соляную ванну).

Пайка погружением в расплавленный припой. Применение этого способа обычно ограничивается пайкой мелких деталей, а также проводов и металлических лент.

Пайка погружением в расплавленный флюс. При этом способе пайки требуется специальный металлический или керамический контейнер (ванна) для флюса. Для нагрева флюса и поддержания его в расплав-ленном состоянии применяются: внешний нагрев горелками, электрический нагрев специальными нагревателями, расположенными внутри ванны, и нагрев самого флюса за счет прохождения электрического тока через расплавленный флюс.

Другой способ пайки - пайка нагретым блоком. Для проведения этого процесса пайки необходимо нагреть блок до требуемой температуры, чтобы получить равномерный и достаточный нагрев паяемого сое-динения для обеспечения растекания припоя. При этом способе пайки припой размещают в виде колец,  шайб, прокладок или в виде пасты у места пайки. Соответствующий флюс следует наносить совместно с припоем. При пайке деталей, сильно различающихся в поперечном сечении, их следует предварительно подогреть, чтобы обеспечить температуру, необходимую для процесса пайки.

Пайка заливкой - этот процесс пайки производится путем заливки расплавленного припоя в паяемое соединение. Соединяемые детали должны быть точно зафиксированы в специальных зажимах. Желательно предварительно подогревать детали, чтобы сократить время процесса пайки и свести к минимуму растрескивание их от напряжений, возникающих при тепловом ударе.

Выбор припоя зависит от соединяемых металлов или сплавов, от способа пайки, температурных ограничений, размеров деталей, требуемой механической прочности, коррозионной стойкости и др.

Наиболее широко применяются легкоплавкие припои. Рекомендации по их применению, на основании которых можно выбрать припой, даются в специализированных таблицах (пример ниже). Буквы ПОС в марке припоя означают припой оловянно-свинцовый, цифры - содержание олова в процентах (ПОС 61, ПОС 40). Для получения специальных свойств в состав оловянно-свинцовых припоев вводят сурьму, кад-мий, висмут и другие металлы. В качестве припоя обычно используют сплавы оловянно-свинцовые (Sn 90%, Pb 10% c t° пл. 220°C), оловянно-серебряные (Ag 72% с t° пл. 779 °C), медно-цинковые (Cu 48% Zn остальное с t° пл. 865 °C), галлиевые (t° пл. ~50°С), висмутовые-сплав Вуда и сплав Розе (сплав Вуда - тяжёлый легкоплавкий сплав c t° пл. 68,5 °C, плотность 9720 кг/м?. Состав: олово-12,5%; свинец-25%; висмут-50%; кадмий-12,5%), (сплав Розе-Состав: олово 25%, свинец 25%, висмут 50%, Сплав Розе похож на сплав Вуда, но отличается от него меньшей токсичностью, так как не содержит кадмия. Используется в радиотехнике в качестве припоя ПОСВ-50 с t° пл. 96 °C) и т.д.

Пример определения марки припоя:

Марка припоя

Температура

Область применения

ПОС 61

190 ºC

Лужение/пайка тонких спиральных пружин в измерительных приборах и других ответственных деталей из стали, меди, латуни, бронзы, когда не до-пустим или нежелателен высокий нагрев в зоне пайки. Пайка тонких (Ø 0,05 - 0,08 мм) обмоточных проводов, в том числе высокочастотных, выводов об-моток, радиоэлементов и микросхем, монтажных проводов в полихлорвиниловой изоляции, а также пайка в тех случаях, когда требуется повышенная механическая прочность и электропроводность.

ПОС 30

256 ºC

Лужение и пайка механических деталей не ответственного назначения из меди и её сплавов, стали и железа.

ПОС 18

277 ºC

Лужение и пайка при пониженных требованиях к прочности шва, деталей не ответственного назначения из меди и её сплавов, оцинкованного железа.

ПОСК 50

145 ºC

Пайка деталей из меди и её сплавов, не допускающих местного перегрева. Пайка полупроводниковых приборов.

ПОСВ 33

130 ºC

Пайка плавких предохранителей.

П 200

200 ºC

Пайка тонкостенных деталей из алюминия и его сплавов.

П 250

280 ºC

Сплав “Розе”

92-95 ºC

Пайка, когда требуется особо низкая температура плавления припоя.

Сплав "Вуда"

60 ºC

Выбор флюса: Флюсы растворяют и удаляют оксиды и загрязнения с поверхности паяемого соеди-нения. Кроме того, во время пайки они защищают от окисления поверхность нагреваемого металла и рас-плавленный припой. Всё это способствует увеличению растекаемости припоя, а следовательно, улучшению качества пайки. Флюс выбирают в зависимости от свойств соединяемых пайкой металлов или сплавов и применяемого припоя, а также от способа пайки.

Остатки флюса, особенно активны, т.е. продукты его разложения нужно удалять сразу после пайки, так как они загрязняют места соединений и являются очагами коррозии.

Флюсы подбираются индивидуально для каждого технологического процесса пайки. Обычно, наиболее широко применяется флюс - флюсовая паста ФП-1. Данный флюс предназначен для высокотемпературной пайки меди, никеля, их сплавов, сталей, твердых сплавов. Является улучшенной заменой флюсов ПВ 200, ПВ 201, Ф100. Температура плавления 600/700°С. Температурный интервал активности 850 - 1200°С.

Для пайки стали применяются все обычные способа пайки. Наиболее широко используются пайка горелкой (ручная пайка), в печи и индукционная пайка. Остальные способы применяются в специальных случаях, для которых они уже опробованы и наиболее подходят. Малоуглеродистые и низколегированные стали с успехом подвергаются пайке. Процесс пайки обычно не представляет больших затруднений, хотя и зависит до некоторой степени от содержания углерода в этих сталях. Малоуглеродистые стали паяются легче всего. Обычно в качестве припоя для пайки углеродистых и низколегированных сталей применяются медно-цинковые сплавы. Пайку низколегированных сталей желательно осуществлять припоем, который можно применять при температурах пайки ниже температур закалки, т. е. при температурах, не превышающих критических температур для стали. В том случае, когда узел следует подвергать термической обработке после пайки, применяемый припой должен иметь температуру значительно выше температуры термической обработки во избежание повреждения соединения.

Для низкотемпературной пайки применяются также серебряные припои в зависимости от предназначения спаиваемых деталей.

Кроме того для проведения пайки изделий из разных материалов, с различными свойствами и для разных целей, применяются самые разнообразные припои, например такие как:

- припой Castolin 51T с флюсом AluTin 51T (для пайки соединений медь/алюминий/газовая горелка для пайки);

- припой Castolin 1827 с флюсом AluTin 51T (для пайки соединений медь/алюминий/газовая горелка для пайки);

- припой Castolin 190 c с флюсом 190 (для пайки соединений типа Al/Al, газовая горелка для пайки);

- припой Castolin RB 5246 (для пайки соединений типа Cu/Cu, газовая горелка для пайки);

- припой Castolin EcoBraz 38320F (офлюсованный) (для пайки соединений типа сталь/сталь и Cu/Сталь, газовая горелка для пайки); и т.д...                                                                                                                  
В ООО «Эльмаш» применяется следующее оборудование для проведения газовой ручной пайки и аппаратной индукционной пайки:

- Передвижной газовый пост ПГСП-10/12 (горючий газ пропан);

- Передвижной газовый пост ПГС-А10/К12 (горючий газ ацетилен);

- Приспособления и оснастка для проведения пайки в стационарных условиях и для пайки изделий раз-личной конфигурации;

- Высокочастотная индукционная нагревательная установка модель LH-15KW (данная высокочастотная индукционная нагревательная установка предназначена для нагрева, пайки, закалки и т. д. металлических изделий);

- Высокочастотный индукционный нагреватель ВЧ-15АВ (данная высокочастотная индукционная нагревательная установка предназначена для нагрева, пайки, закалки и т. д. металлических изделий).

Яндекс.Метрика