Инженер начинается в школе

Пайка металлов

Пайка — это процесс соединения металлических частей с помощью более легкоплавкого присадочного металла на­зываемого припоем. При пайке основной металл находится в твердом состоянии, а припой — в расплавленном. Сое­
динение частей основного металла осуществляется в резуль­тате взаимного растворения и диффузии припоя и основного металла в зоне шва. Диффузия и растворение возможны только в том случае, если припой смачивает основной ме­талл: свинец, например, не может служить припоем для меди, так как не смачивает ее.

Перед пайкой необходимо очистить спаиваемые поверх­ности от грязи и окислов, а в процессе пайки припой и ос­новной металл должны быть защищены от окисления кис­лородом воздуха и пламени. Такой защитой являются флюсы.

Пайкой можно соединять углеродистую и легированную стали, твердые сплавы, чугуны, а также благородные, ред­кие и цветные металлы и их сплавы. Возможна также пайка разнородных металлов и сплавов. Различают пайку мягким припоем (температура плавления ниже 400°С) и твердым припоем (температура плавления более 550°С). Шов, полу­ченный мягким припоем, не может выдерживать больших нагрузок. Его применяют главным образом для получения герметичности в деталях, которые не испытывают значи­тельных напряжений. При пайке стали мягкими припоями применяют флюсы — хлористый цинк ZnCl2 и хлористый аммоний NH4C1 (нашатырь) или их смесь. Эти флюсы сильно разъедают металл, поэтому сразу по окончании пайки

Их необходимо удалить с поверхности деталей. Для пайки меди и латуни при­меняют канифоль, а для пайки свинца и легкоплав­ких сплавов — стеарин. Пайка твердым припоем дает прочные соединения, выдерживающие значитель­ные напряжения.

Детали при пайке со­единяют внахлестку (Л), встык (Б) и в «ус» (В) — рис. 43. Соединение в «ус» наилучшее, но необходимо тщательно подготовить

Кромки. Подготовка ПО- Рис. 43. Соединение при пайке.

Верхностей к пайке заключается в точной пригонке де­талей, обезжиривании их кромок горячей щелочью и на­дежном скреплении частей. Величина зазора наилучшая 0,01-f-0,02 Мм, но не более 0,1 мм. При больших зазорах или глубоких царапинах от грубой обработки неизбежны скопления чрезмерного количества припоя, которое ослаб­ляет соединение.

Припоями служат: для стальных деталей — электроли­тическая и фосфористая медь, для цветных металлов и сплавов — медноцинковые, серебряные, алюминиевые при­пои. В качестве флюса применяют обезвоженную буру (Na2B207), которая плавится при 783°С. При пайке более легкоплавкими припоями к буре прибавляют хлористый цинк (ZnCl2), втористый калий (KF) и другие соли щелоч­ных металлов.

Склеивание

Склеивание материалов имеет ряд преимуществ перед другими видами соединения. Склеивание заменяет пайку, сварку и клепку, обеспечивая достаточную прочность шва.

Клеями называются вязкие вещества, способные при определенных условиях скреплять между собой поверх­ности различных деталей. Клей обладает связывающими свойствами, которые основаны на его способности смачи­вать склеиваемый материал и прочно соединяться с ним. Жидкий раствор клея, нанесенный на склеиваемые поверх­ности, при высушивании или в результате химических ре­акций густеет и превращается в твердую пленку — кле­евой шов. По своему происхождению клеи разделяются на органические (животные и растительные) и синтетические (искусственные.) По применению клеи разделяются на уни­версальные, которыми можно склеивать между собой самые различные материалы, и специальные, предназначенные для определенных материалов. Применение клеев непре­рывно расширяется. Склеивают теперь не только отдельные мелкие детали, но и целые конструкции.

Соединением деталей при помощи клея обеспечивается: 1) высокая прочность и герметичность швов; 2) возможность соединения между собой самых разнородных материалов (металл — резина, металл — пластмассы и т. п.); 3) лик­видация технологических операций, ослабляющих скреп­ляемые детали и элементы конструкций (пробивка и свер­ление отверстий под заклепки, винты и т. п.); 4) большая равномерность распределения напряжений в клеевых кон­струкциях по сравнению с конструкциями клепаными, болтовыми, сварными; 5) получение соединений, гладких по наружной и внутренней поверхностям; 6) возможность изготовления конструкций из элементов любой толщины и формы, включая тонкие пленки, пластины, листы, трубы и др. (рис. 44). Выбор клея зависит от конструкции и наз­начения изделия, а также от условий, в которых оно рабо­тает.

При склеивании деталей особое внимание нужно уделять тщательной подготовке склеиваемых поверхностей и стро­гому соблюдению режима склеивания. Чтобы соединение было прочным, нужно правильно подготовить склеиваемые поверхности: 1. Придать им шероховатость (шкуркой, на-

Пильником). 2. Удалить со склеиваемых поверхностей пыль и жировые пятна (органическими растворителями). 3. Сма­зать склеиваемые поверхности клеем.

При применении некоторых марок клея склеенные де­тали необходимо выдерживать при определенной темпе­ратуре. Для нагрева склеиваемых деталей можно исполь­зовать электрические лампы (как это делают строители при сушке стен и потолков), электрические тепловые отра­жатели (бытовые), утюги, медицинские термостаты, имею­щиеся в школах нагревательные электропечи.

Органические клеи. Промышленность выпускает два вида органических клеев: казеиновый и столярный. Казеи­новый клей в основе своей состоит из молочного белка — казеина, который получают из отходов переработки мо­лока. Продается он в виде белого порошка. Боится сырости. Хорошо клеит сухое дерево, бумагу. Для получения клея казеиновый порошок растворяют в воде при комнатной температуре. Посуду для приготовления клея следует брать чистую, отсыпать в нее одну весовую часть порошка, залить его двумя частями воды и перемешивать до полного растворения. После приготовления клей годен 4—5 часов.

При склеивании готовым клеем смазывают обе тщатель­но подогнанные поверхности деталей, дают выдержку на воздухе 4—5 минут, затем плотно прижимают обе детали друг к другу и оставляют под прессом (или каким-нибудь тяжелым предметом) не менее чем на 24 часа до полного отверждения клея. Соединение, полученное на казеиновом клее, боится сырости, поэтому склеенную деталь следует оберегать от влаги.

Столярный клей, широко используемый в производстве шкафов, табуретов, стульев и прочей мебели, выпуска­ется двух видов: костный и мездровый. Костный клей вы­варивают из костей, хрящей и рогов скота, забиваемого на скотобойнях для выработки мяса. Мездровый клей го­товят из мездры — отходов боен и кожевенных заводов, то есть из обрезков кожи, хрящей, подкожной ткани живот­ных. Мездровый клей прочнее и долговечнее костного. Оба клея поступают в продажу либо в виде клеевого студня (галерты), либо в виде сухих прозрачных и полупрозрач­ных плиток светло-желтого и темно-коричневого цвета. Один клей от другого можно легко отличить при сжигании: пепел мездрового клея — это белый порошок, пепел кост­ного — спекшийся шлак. Самый качественный клей — в плитках; он должен быть твердым, сухим, хрупким и прозрачным.

Как и казеиновый, столярный клей применяется для склеивания дерева, и также подвержен воздействию влаги. Столярный клей готовят («распускают») с помощью кле­янки.

Клеянку (рис. 45) можно изготовить из двух консервных банок, вставленных одна в другую. В большую, наружную банку заливают воду, а во внутреннюю — засыпают раз­битый на мелкие кусочки клей. Затем к клею добавляют воды (на одну часть клея — две весовых части воды). В та­ком виде клей оставляют «размокать» на 12—15 часов, по­том клеянку ставят на огонь и расплавляют в ней клей. Но до кипения клей доводить нельзя.

Готовность клея проверяют по его вязкости: слишком жидкий клей стекает с палочки отдельными каплями, гус­той — тянется сгустками, а нормальный — сплошной

Струйкой. Клей нормальной густоты применяют при склеи­вании деталей и подклейке фанеры с помощью пресса, жид­кий клей — для предварительной промазки торцов дета­лей перед склеиванием или перед окрашиванием их полу­прозрачными красителями. Густой клей — при склеивании мелких деталей без применения зажимов.

Синтетические клеи. По своей клеящей способности все синтетические клеи делятся на две большие группы: клеи универсальные и клеи специального назначения. Про­мышленность выпускает эти клеи в жидком, порошкообраз­ном и твердом (пленки) виде. Жидкие клеи — это обычно раствор клеящего вещества в каком-либо растворителе (чаще всего — летучем), или же смесь жидких компонентов без растворителя.

Прочность клеевого соединения в значительной мере зависит от вязкости клея. Поэтому перед склеиванием ответ­ственных деталей вязкость клея необходимо проверить при помощи вискозиметра — прибора, который несложно изго­товить самим (рис. 46). Делают это так: в стакан 1 — при закрытом иглой 2 калиброванном штуцере 3 (штуцер здесь — пробка с отверстием) заливают до определенного уровня испытуемый клей. Затем иглу выдергивают и при помощи секундомера засекают время вытекания некоторого количе­ства клея. Если вязкость клея не соответствует указанным
в паспорте техническим условиям (клей стал более густым), то ее до­водят до нормы, добавляя в клей растворитель.

Проверить вязкость можно и без прибора: взять чистое стекло, поставить его под углом к столу и с небольшой высоты вылить на стекло некоторое количество клея (например, чайную ложку). Жид­кий клей оставит на стекле более длинный след, чем клей густой. Если один раз определить таким образом длину следа свежего клея, вязкость которого заведомо соответ­ствует техническим условиям, то в дальнейшем, производя испытания в сходном режиме (при неизменном угле установки стекла, том же объе­ме и температуре клея, той же высоте, с которой его сли­вают на стекло), вполне можно контролировать вязкость клея без вискозиметра.

Важным условием получения надежного клеевого сое­динения является правильный подбор давления, которое прилагается к склеиваемым деталям. Это давление должно быть равномерным, одинаковым по всей поверхности склеи­вания, достаточным для полного и плотного контакта дета­лей, но не чрезмерным, чтобы не выдавливалась из шва часть клея, потому что это снизит прочность соединения. Скле­иваемые детали следует выдерживать под давлением неко­торое время при определенной температуре. Это время и температура указываются в инструкции по применению клея. Отступление от требований инструкции приведет к ослаблению соединения.

Для термореактивных клеев важной характеристикой является их жизнеспособность, то есть время, в течение которого клей сохраняет вязкость, необходимую для полу­чения соединений заданной прочности. Кроме того, проч­ность соединения зависит еще и от водостойкости его и теплостойкости.

Синтетическими клеями можно соединять разнородные материалы: металл и древесину, металл и керамику,
металл и стекло, пластмассы с металлами и т. д. Проч­ность клеевого шва выше при склейке мягких метал­лов друг с другом, нежели твердых. В любом случае для получения достаточно прочного шва необходимо нано­сить на детали пленку клея минимальной толщины, так как из-за различной величины коэффициента расширения клея и металла при нагреве в толще клеевого шва могут образо­ваться трещинки, снижающие его прочность.

Все синтетические клеи горючи и токсичны (ядовиты), поэтому работать с ними нужно только под наблюдением старших. В помещении должна быть хорошая вентиляция, а если клеить приходится много, то работу лучше вести в вытяжном шкафу. Синтетические клеи достаточно подробно описаны в литературе, поэтому мы ограничимся здесь пере­числением лишь некоторых, наиболее употребительных в машиностроении клеев.

Клеи БФ-2 и БФ-4 применяются для склеивания металлов, стекла, пластмасс, древесных, керамических и других материалов как между собой, так и в различных их сочетаниях, а также в качестве подслоя на металле при скле­ивании его с неметаллическими материалами клеем ВИАМ Б-3.

Клей БФ-6 склеивает металлы, ткани, войлок, ре­зину между собою и в сочетании друг с другом.

Клей 88Н хорош для склейки резины и пластмасс с металлами.

Резорциновый клей пригоден в первую очередь для склеивания слоистых пластиков и древесных материа­лов.

Клей карбинольный «работает» неплохо в несиловых соединениях металлов, пластмасс и керамики друг с другом.

Клей ПВ-16 применяется для склеивания изделий из оргстекла.

Перхлорвиниловый клей — для склеивания полихлор­виниловых пластикатов, линолеума, линолеумных плиток между собой и с металлами.

Термопреновый клей — для склеивания резины с рези­ной и резины с металлами.

Метиловый, уксусный, муравьиный, дихлорэтановый клеи — для склейки оргстекла.

Клей ВК-3 — для еклейки металлов, дюралюмина и пластмасс.

Клей «Мёкол» (ГДР) склеивает бумагу, дерево, кар­тон, керамику, металлы.

Клей «Суперцемент» (Польша) идет под пластмассы, кожу, металл, дерево, керамику.