СВАРКА, РЕЗКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

ПАЙКА ТВЕРДЫМИ ПРИПОЯМИ

Имеется несколько способов пайки твёрдыми припоями. Эти способы могут быть классифицированы (фиг. 212) по способу на­грева металла в процессе пайки. Твёрдые припои иногда разделя­ются на тугоплавкие с температурой плавления 875—1100° и легко­плавкие с температурой плавления ниже 875°. Отдельную группу составляют алюминиевые припои. Обычные твёрдые припои раз­

деляются на медные, медноцинковые, медноникелевые и серебря­ные. Наиболее важные твёрдые припои стандартизованы.

Состав и примерное назначение медноцннко - вых припоев по ГОСТ 1534-42 даны в табл. 24. Состав и примерное на­значение серебряных припоев по ОСТ 2982 даны в табл. 25.

Кроме указанных стандартных припоев, представляют извест­ный интерес и могут на­ходить промышленное применение припои, указанные в табл. 26. В ряде случаев в каче­стве припоя используется технически чистая медь в температурой плавления 1083°.

Основой большинства флюсов для твёрдой пайки является бура Na2B407, кристаллизующаяся с 10 частями воды с образованием крупных прозрачных бесцветных кристаллов Na2B407 • 10Н2О. Кри­сталлическая десятиводная бура начинает плавиться при 75°, по мере усиления нагрева постепенно теряет воду, сильно вспучиваясь и разбрызгиваясь, и переходит в безводную соль — плавленую или жжёную буру, плавящуюся при 783°. Бура в расплавленном состоя­нии может быть нагрета до высоких температур без заметного испарения, весьма жидкотекуча и энергично растворяет окислы многих металлов, в особенности окислы меди.

Для усиления действия флюса к буре часто добавляется борная кислота В (ОН)3, благодаря которой флюс становится более густым и вязким, требующим повышения рабочей температуры. Для пони­
жения рабочей температуры флюса, что особенно важно для легко­плавких припоев, вводят хлористый цинк ZnCb, фтористый калий K. F и другие галоидные соли щелочных металлов.

Таблица 25

Стандартные серебряные припон (состав в процентах)

Для пайки нержавеющей стали применяется смесь из равных частей буры и борной кислоты, замешанных до густоты пасты на насыщенном водном растворе хлористого цинка.

Для пайки серого ковкого чугуна в флюсы часто вводятся сильные окислители, например хлорат калия, перекись марганца, окись железа и т. д., для выжигания графита и увеличения чистой металлической поверхности, смачиваемой припоем.

Таблица 26

Флюсы могут иметь форму порошка или пасты. Применяются также флюсы и в виде жидких растворов, например раствор буры в горячей воде. Иногда целесообразно применять прутки припоя, покрытые с поверхности флюсом. Флюсующее действие могут про­изводить составные части самого припоя. Например, фосфор, окис­ляясь в фосфорный ангидрид, является хорошим флюсом для меди и медных сплавов, восстанавливая окислы и переводя их в легко­плавкие фосфорно-кислые соединения. Поэтому фосфористые мед­ные припои не требуют флюсов для пайки медных сплавов, что очень удобно на практике.

Порошкообразные флюсы можно посыпать тонким слоем на кромки, причём часто применяется предварительный подогрев кро­мок, с тем, чтобы частицы флюса плавились, прилипая к металлу, и не сдувались пламенем горелки при пайке. В порошкообразный флюс можно также обмакивать конец прутка припоя, нагретый выше температуры плавления флюса, который прочно пристаёт к прутку.

Пасты и жидкие растворы наносятся кистью или в них обмаки­вается припой. Можно изготовлять пасту из флюса с порошко­образным припоем и наносить её на кромку перед пайкой.

Для пайки имеют важное значение подготовительные работы, часто определяющие качество соединения. Широко применяются три основные формы паяных соединений: нахлёсточное, стыковое и соединение в ус (фиг. 213). Наиболее распространённым являет­ся нахлёсточное соединение, удобное для выполнения и весьма. прочное. Увеличивая перекрытие нахлёсточного соединения, можно повышать его прочность и в большинстве случаев достигнуть равно-
прочности с основным металлом. Стыковое соединение обладает лучшим внешним видом и при хороших припоях и правильном вы­полнении часто может обеспечить достаточную прочность (предел прочности может доходить до 40—45 кг! мм1). Стыковое соединение применяется в тех случаях, когда удвоение толщины металла неже­лательно. Соединение в ус, требующее усложнённой подготовки кро­мок, совмещает преимущества стыкового и нахлёсточного соедине­ний и обеспечивает хороший внешний вид и отсутствие выступаю­щих кромок и удвоения толщины. Соединение в ус даёт возмож­ность достичь равнопрочности с це­лым сечением за счёт увеличения ра­бочей площади соединения.

Существенное значение имеет ве­личина зазора между соединяемыми кромками, которая должна быть ма­лой как для улучшения всасывания жидкого припоя действием капилляр­ных сил, так и для увеличения проч­ности соединения. Для серебряных припоев рекомендуется зазор 0,05—

0,08 мм, для пайки медью в защитном газе рекомендуются зазоры не более 0,012 мм. Строгие требования к величине зазора предписывают достаточно чистую механическую об­работку поверхностей, гак как грубая обработка, например опи­ловка напильником или опескоструивание, может быть причиной чрезмерного расхода припоя в соединении и резкого падения его прочности.

Для получения хорошего смачивания припоем, поверхность, под­лежащая пайке, должна быть безукоризненно чистой.

Обезжиривание может производиться горячей щёлочью, три - хлорэтиленом или четырёххлористым углеродом. Окислы удаляются травлением в кислотах с последующей тщательной промывкой и сушкой.

Механическая чистка производится протиркой концами, тонкой наждачной шкуркой, шлифованием тонкими номерами шлифоваль­ных кругов, щётками и т. д. При сборке часто применяется предва­рительное нанесение флюса на кромки с размещением припоя между кромками; в этом случае применяется припой в форме фольги или тонкого порошка, или же припой в виде проволоки или ленты, по­мещаемой около места пайки.

Собранные детали перед пайкой должны быть достаточно прочно скреплены сжимами, проволочными связками, шпиль­ками, точечной сваркой и т. д. с тем, чтобы устранить возмож­ность смещения деталей при нагреве и в процессе пайки. По­верхность изделий, которая не должна облуживаться, покры­вается перед пайкой пастой из мела, глины, графита или их смесей, или смачивается раствором хромовой кислоты и т. п. веществами, устраняющими прилипание припоя к поверхности изделия.

В соответствии с приведённой выше классификацией приведём краткое описание основных способов выполнения процесса твёрдой пайки.

Газовая пайка. При этом способе нагрев места пайки осуще­ствляется газовыми горелками. Для пайки мелких деталей поль­зуются горелками, работающими на воздухе с природным (мета­ном) или другим горючим газом или же ацетиленом. Для крупных деталей применяются горелки, работающие на кислороде с мета­ном или другими горючими газами, в особенности ацетиленом. Кислородно-ацетиленовые горелки применяются как специального типа для пайки, дающие широкий факел, так и нормальные, сва­рочные. Специальные горелки для пайки дают менее концентриро­ванный нагрев и охватывают пламенем сразу значительную по­верхность; пламя поддерживается с небольшим избытком ацети­лена.

Пайка погружением. При этом способе пайка производится по­гружением изделия в ванну с расплавленным припоем или в ванну с расплавленными солями. Для металлических ванн обычно исполь­зуются медноцинковые припои. Расплавленный припой в ванне по­крывается слоем флюса. Поверхность изделия, которая должна остаться чистой от припоя, смазывается пастами и растворами, пре­пятствующими её смачиванию.

Соляные ванны для твёрдой пайки устраиваются по типу соля­ных ванн для термообработки стали. Особенно удобны ванны с электрическим нагревом. Соляная смесь обычно составляется из хлоридов калия и бария КС1 + ВаС12. Состав ванны для любого температурного интервала можно подобрать, меняя соотношения составных частей соляной смеси.

Детали собираются с нанесеним флюса на поверхность, подле­жащую пайке, и с размещением припоя между кромками или около места соединения, после чего скрепляются и обмакиваются в ванну. Соляная ванна обеспечивает постоянный температурный режим с точностью ± 5° и защищает место пайки от окисления. Когда де­таль вынута из ванны, её защищает от окисления при охлаждении плёнка расплавленных солей, которая по охлаждении может быть удалена промывкой в горячей воде. Применение соляных ванн для твёрдой пайки заслуживает большого внимания. Весьма вероятно широкое распространение этого метода в нашей промышленности в ближайшие годы.

Пайка погружением в ванны отличается высокой производитель­ностью, однородностью качества пайки и может быть механизи­рована.

Электрическая пайка. Электрический нагрев места пайки может быть осуществлён различными методами: электрической дугой пря­мого или косвенного действия, пропусканием тока через место свар­ки, вихревыми токами, которые индуктируются в металле изделия переменными магнитными полями, за счёт разогрева контакта между поверхностью изделия и токоподводящим электродом и т. д.

Для пайки дугой прямого действия медноцинковые припои мало пригодны, ввиду летучести цинка и сильного его испарения и выго­рания под действием высокой температуры дуги. Наиболее при­годны тугоплавкие медные припои с содержанием фосфора или кремния. Для пайки используется угольная дуга, которая на­правляется преимущественно на конец стержня припоя, касаю­щегося основного металла, и не должна расплавлять кромок изделия.

Угольная дуга косвенного действия (дуговая горелка) заменяет газовую горелку и даёт возможность выполнять процесс пайки всеми типами твёрдых припоев, как медноцинковых, так и сере­бряных. Технологически дуговая горелка менее удобна, чем газо­вая, и применяется обычно лишь при небольшом объёме работ по пайке.

Электрическая пайка сопротивлением может выполняться на нормальных сварочных контактных машинах или на специальных электрических аппаратах для пайки. Нагрев места пайки произво­дится пропусканием через него тока большой силы. Ток получается от низковольтного трансформатора, встроенного в корпус аппарата для пайки и составляющего с ним одно целое.

Более универсальными электрическими аппаратами для пайки являются аппараты, работающие по способу горячего контакта между угольным или графитным электродом и изделием. Такой аппарат состоит из двух основных частей: понижающего транс­форматора, подвижного или стационарного, и клещей для пайки, соединяемых с зажимами трансформатора гибкими проводами, ко­торые могут иметь значительную длину, что придаёт установке гиб­кость и универсальность применения.

Понижающий трансформатор изготовляется по типу трансфор­маторов для электрических контактных сварочных машин. Первич­ная обмотка трансформатора делается секционированной, что даёт возможность регулировать напряжение вторичной обмотки и рабо­чую силу тока путём переключения витков первичной обмотки, как это делается в контактных машинах. Первичная обмотка трансфор­матора включается в электрическую цепь контактором с кнопочным управлением. Кнопка включения помещается на ручке паяльных клещей (фиг. 214) или выносится в форме отдельной переносной педали. Рабочие токоподводящие контакты паяльных клещей вы­полнены в форме сменных призматических блоков — брусков из электродного угля или графита. Зажатие детали производится за­жимным винтом, включение нагревающего тока — кнопкой на ручке клещей. Рабочие токи для пайки обычно находятся в пределах 500—1000 а.

Паяльные клещи присоединяются ко вторичной обмотке транс­форматора гибкими проводами достаточного сечения и требующейся длины (обычно до 2—3 м). Для пайки меди обычно пользуются фосфористыми медными припоями и для пайки стали серебряными
припоями. Фосфорно-медные припои для пайки чёрных металлов непригодны.

Пайка токами высокой частоты. В последнее время быстро раз­вивается и начинает находить широкое промышленное применение новый весьма эффективный способ пайки токами высокой частоты. Метод основан на нагреве металла у места пайки вихревыми тока­ми, которые создаются переменным магнитным полем высокой ча­стоты. Переменное магнитное поле, в свою очередь, создаётся на­магничивающими обмотками — индукторами. При приближении индуктора к поверхности изделия возникают вихревые токи в зоне металла, подвергающейся магнитному воздействию индуктора. Дей­ствие индуктора тем сильнее, чем меньше расстояние между индуктором и нагреваемым ме­таллом. Для возможного умень­шения расстояния применяют индукторы с изоляцией из туго­плавкой эмали; в этом случае расстояние между индуктором и нагреваемым металлом может быть снижено до 0,3—0,5 мм.

Нагревание токами высокой частоты сосредоточивается в очень тонком поверхностном слое металла, в котором возни­кают вихревые токи. Нижележа­щие слои нагреваются вслед­ствие теплопроводности. Малый объём разогреваемого металла позволяет вести нагрев весьма быстро с высоким к. п. д.

Процесс пайки отличается чистотой, удобством выполне­ния, легко поддаётся механиза­ции и может быть хорошо приспособлен к условиям массового про­изводства однотипных деталей. Все эти преимущества обеспечи­вают нагреву токами высокой частоты возможность широкого про­мышленного использования при пайке. Препятствием к применению токов высокой частоты пока служит довольно высокая стоимость и некоторая сложность установок для получения этих токов. По мере упрощения и удешевления установки найдут широкое применение для процесса пайки.

Пайка в печах. Нагрев под пайку может производиться также в различных печах, по устройству аналогичных печам для термо­обработки стали. Применяются, например, очковые печи с нефтя­ным отоплением, широко применяются муфельные печи, в особен­ности удобны электрические муфельные печи. Пайка ведётся по­средством нагрева деталей с заранее нанесёнными флюсом и при­поем, который закладывается между соединяемыми кромками или

помещается рядом с местом пайки. Пайка в печах с применением флюса трудоёмка, требует достаточно квалифицированной рабочей силы и не имеет перспектив на особенно широкое промышленное применение. Значительно важнее пайка в печах в восстановитель­ной атмосфере; этот вид пайки имеет перспективы на широкое при­менение в массовом производстве.