СВАРКА, РЕЗКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

ПАЙКА В ПЕЧАХ С ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ АТМОСФЕРОЙ

Пайка ведётся в специальных печах с электрическим обогревом в атмосфере газов, обладающих восстановительными свойствами по отношению к окислам основного металла. Часто в качестве восста­новительного газа применяется водород, поэтому способ этот назы­вают пайкой медью в атмосфере водорода, или водородной пайкой. Способ, как правило, не требует применения флюса, что является важным его техническим преимуществом, удешевляющим пайку и снижающим трудоёмкость процесса, так как не требуется операции нанесения флюса на место пайки и удаления остатков флюса по окончании процесса пайки.

Собранные детали с припоем, помещённым около шва, проходят через электрическую печь с восстановительной атмосферой, которая защищает металл от окисления, восстанавливает имеющиеся окислы и усиливает смачивание металла припоем. Расплавляющийся при­пой смачивает поверхность металла, расплывается по ней и дей­ствием капиллярных сил всасывается в шов, сплавляясь с основ­ным металлом. Затем детали поступают в камеру охлаждения с восстановительной атмосферой, где остывают до температуры, при которой деталь, выданная из печи, при соприкосновении с атмо­сферным воздухом не окисляется, цвет металла не изменяется, и паяные детали выходят из печи с чистой, светлой поверхностью.

Процесс пайки весьма экономичен, обеспечивает прочность и плотность соединений, точность размеров, хороший внешний вид и даёт возможность прочно соединить различные толщины, а в извест­ных пределах и разнородные металлы.

В массовом производстве применяются печи туннельного типа, часто с конвейерами перемещения деталей, проходящих через печь. Собранные детали с припоем укладываются на конвейер и посту­пают в камеру предварительного подогрева, где они постепенно нагреваются до температуры пайки. Затем детали поступают в ра­бочую камеру, где находятся столько времени, сколько необходимо для осуществления процесса пайки, полного расплавления припоя, восстановления окислов, всасывания припоя в зазор соединения и смачивания припоем всей поверхности пайки. На это требуется в общей сложности несколько минут. По окончании процесса пайки детали из рабочей камеры поступают в камеру охлаждения, где постепенно температура их снижается до температуры, позволяю­щей выдать их из печи без опасности окисления атмосферным воз­духом. При пайке медью температура в рабочей камере поддержи­вается в пределах 1100—1200° (в среднем 1150°). Защитный газ
подаётся в избытке и создаёт в печи некоторое избыточное давле­ние, устраняющее возможность проникновения внутрь печи наруж­ного атмосферного воздуха и опасность взрыва, избыток газа выхо­дит через контрольные трубки и сгорает, соприкасаясь с наружным воздухом.

Существенным вопросом является выбор защитного газа для печей. Первоначально для этой цели применялся технически чистый водород. Этот газ даёт отличные результаты, но не всегда имеется на месте, часто довольно дорог и весьма взрывоопасен, образуя с воздухом смесь большой взрывчатой силы. В настоящее время обычно пользуются более дешёвыми и менее взрывоопасными сме­сями, как, например, диссоциированным аммиаком, дающим при

разложении смесь из 25% азо­та и 75% водорода. Эта смесь менее взрывоопасна, чем чи­стый водород и во многих слу­чаях стоит дешевле водорода. Особенно широко пользуются в настоящее время природными газами, обычно представляю­щими по составу более или ме­нее чистый метан СН4.

Ввиду взрывоопасности чи­стого метана его предваритель­но обрабатывают с целью по­лучения менее взрывоопасной смеси. Сущность обработки за­ключается в том, что в метан добавляют некоторое количе­ство воздуха, сжигаемого при входе в камеру с метаном. В результате получается газо­вая смесь довольно сложного состава, содержащая наряду с метаном водород, окись угле­рода, углекислоту и азот. Ме­няя количество вводимого воз­духа, можно получить газовую смесь, обладающую достаточ­ными восстановительными свой­ствами и в то же время практи­чески почти безопасную в отно­шении взрыва, так как взрыво­опасной является смесь с таким большим содержанием кислорода или воздуха, образование которой в нормальных условиях работы печи совершенно исключается.

Припой для пайки в водороде может иметь форму проволоки, фольги, порошка или пасты. Чаще всего применяются проволока и фольга. Типичные соединения для пайки и расположение припоя
перед пайкой показаны на фиг. 215. Для стальных деталей при­поем обычно служит чистая электролитическая медь марки Ml или М2. Электролитическая медь весьма жидкотекуча в восстано­вительной атмосфере, даёт прочное, чистое соединение, не требует применения флюса, за исключением некоторых плохо смачиваемых сортов стали.

Флюсы требуются при содержании в стали более 1—2% хрома, марганца, кремния, ванадия и алюминия, образующих окисные плёнки, не восстанавливаемые газовой атмосферой и ухудшающие смачивание. Никель, наоборот, усиливает смачивание и является желательным элементом в сталях для пайки. Иногда в качестве припоя используется латунь, которая обычно требует применения флюса для уменьшения окисления цинка и растворения образовав­шейся окиси. В процессе пайки латунь может повышать свою тем­пературу плавления вследствие испарения части цинка. С флюсом латунь растекается почти так же хорошо, как и чистая медь.

Для пайки меди, медных сплавов, нержавеющих сталей и чугу­на, не допускающих значительного нагрева, применяются легко­плавкие серебряные или медные припои, причём припои для чёр­ных металлов не должны содержать фосфора.

Для пайки алюминия и алюминиевых сплавов применяются спе­циальные алюминиевые припои с температурой плавления около 620° со значительным содержанием кремния в сочетании со специ­альными легкоплавкими флюсами.

Нормально температура рабочей камеры печи превышает тем­пературу плавления припоя на 50—80°. Для основного металла, на который перегрев не оказывает вредного действия, при тщательном контроле нагрева можно доводить превышение температуры до 200—250°, что даёт возможность значительно форсировать процесс и повысить производительность печи.

Для пайки медью рекомендуются зазоры не больше 0,012 мм, где возможно —• следует применять плотную посадку соединяемых частей. Для легкоплавких припоев рекомендуются зазоры в преде­лах 0,025—0,075 мм.

Прочность на растяжение пайки медью малоуглеродистых ста­лей равна около 40 кг/мм2; для сталей повышенной прочности могут быть достигнуты более высокие значения.

В зоне пайки происходит взаимная диффузия припоя в основ­ной металл и основного металла в припой. Железо и медь обла­дают ограниченной взаимной растворимостью в пределах около 4% при температуре плавления меди. При понижении температуры растворимость меди в железе и железа в меди снижается. Железо выпадает в мелкодисперсном виде, часть же его по охлаждении остаётся в меди в форме переохлаждённого твёрдого раствора. Ко­личество железа, оставшегося в растворе, зависит от скорости охлаждения; чем выше скорость, тем больше железа остаётся в растворённом виде (в среднем 1—2%).

Наличие железа в растворе, а также в свободном мелкодисперс­ном состоянии, повышает механическую прочность пайки и проч­ность сплава, образовавшегося в месте пайки, примерно в два раза превышает прочность чистого припоя — меди. Прочность пайки легкоплавкими медноцинковыми или серебряными припоями на 10—15% ниже прочности пайки чистой медыо. Для процесса пайки нормально применяются электрические печи сопротивления с нихро - мовыми нагревателями, с автоматическим регулированием электри­ческой мощности и температуры.