Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами Флюс и припой

§ 19. Пайка металлов

Как вы считаете, в чём преимущество соединения металлических деталей пайкой перед склеиванием?

Процесс получения неразъёмного соединения материалов с помощью расплавленного припоя называется пайкой (паянием). При паянии происходит расплавление и взаимное проникновение основного материала и припоя, заполняющего зазор между соединяемыми частями изделия.

Паять можно многие конструкционные материалы — сталь, чугун, стекло, керамику, графит и другие, используя различные виды припоев и способы пайки.

Пайку выполняют ручным или электрическим паяльником, инфракрасными лучами, лазером, электрической дугой. Паяние широко используется в машиностроении и приборостроении, в радиоэлектронной и пищевой промышленности, в быту и на уроках технологии в школе.

Инструменты и оборудование для пайки. Основным инструментом, использующимся для пайки, является паяльник. В зависимости от способа нагрева паяльники различают: ручные, электрические — с постоянным нагревом (рис. 5.56) и беспроводные (рис. 5.57).

Ручные паяльники нагревают паяльной лампой, в кузнечных горнах, газовыми горелками или на газовых плитах (рис. 5.55). Их изготавливают из красной меди, так как этот металл обладает способностью легко принимать и отдавать тепло. Масса паяльников колеблется от 200 до 500 г.

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Рис. 5.55. Ручной молоткообразный паяльник

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Рис. 5.56. Электропаяльники: а — паяльник ручной; б — паяльник-пистолет

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Рис. 5.57. Беспроводной электропаяльник

Электрические паяльники включают в электрическую сеть, поэтому они имеют постоянный нагрев и предназначены для длительной работы. Они могут быть рассчитаны на разное напряжение: 220, 40, 36 и 12 В.

Беспроводные электропаяльники предназначены для работы в тех местах, где нет возможности подключиться к электрической сети. Аккумуляторный электропаяльник работают от трёх батареек типа «АА» мощностью 6 Вт. Его нагревательный элемент сделан из композиционного материала и может нагреваться до температуры 450 °C.

К вспомогательным инструментам и оборудованию для пайки относятся: тиски, подставки (кирпичи, кафельные плитки), вентиляционное оборудование, брезентовые рукавицы, плоскогубцы, круглогубцы, кусачки, слесарная линейка, пинцет, ручные тиски, напильники, металлические щётки, защитные очки.

Материалы для пайки. Припои — это металлы или сплавы, с помощью которых выполняют пайку. Различные припои обладают разной температурой плавления. По температуре плавления различают: мягкие припои, температура плавления которых не превышает 500 °C, твёрдые припои, температура плавления которых выше 500 °C.

Мягкие припои представляют собой сплав олова с цинком, их применяют во всех отраслях промышленности и в быту. Такие припои используют в тех случаях, когда нельзя нагреть металл до высоких температур или при невысоких требованиях к прочности соединения.

Твёрдые припои — это тугоплавкие сплавы на основе меди, серебра, цинка, никеля. Их используют для получения соединений высокой прочности.

Флюсы — это вещества, которые в процессе пайки предохраняют металл от окисления и создают условия для лучшего соединения деталей и удаления окислов. Если пайка производится мягкими припоями, то в качестве флюсов используют канифоль, водный раствор нашатыря.

В электронной и радиопромышленности в качестве флюса используют канифоль, так как она хорошо очищает от окислов латунь, медь и свинец. Кроме того, канифоль не вызывает коррозии паяного шва. Нашатырь используют в виде порошка или кусков. При пайке рекомендуется пользоваться не чистым нашатырём, а его водным раствором. Следует иметь в виду, что при нагревании нашатырь разлагается с выделением вредного для здоровья газа.

Организация рабочего места при пайке. Рабочее место при пайке должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией. Для работы электрическим паяльником в школьных мастерских рабочее место оборудуется специальными розетками с напряжением 36 или 12 В, столешница покрывается изоляционным материалом — резиной или пластмассой.

Последовательность подготовки электрического паяльника и заготовки к работе (рис. 5.58—5.61)

Для выполнения качественной пайки необходимо:

— до блеска зачистить напильником рабочую часть паяльника (рис. 5.58);

— подключить паяльник к электросети и положить его на подставку (рис. 5.59);

— когда рабочая часть паяльника нагреется, на несколько секунд погрузить её во флюс (канифоль) (рис. 5.60);

— набрав несколько капель припоя (рис. 5.61), вести по канифоли до тех пор, пока рабочая часть наконечника не покроется тонким слоем припоя, т. е. облудится;

— очистить поверхность заготовки от грязи и следов коррозии до равномерного металлического блеска с помощью напильника или шлифовальной шкурки, промыть заготовку чистой водой и высушить.

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Рис. 5.58. Подготовка рабочей части паяльника

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Рис. 5.59. Включение электрического паяльника в сеть

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Рис. 5.60. Нанесение флюса

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Рис. 5.61. Подготовка рабочей части (наконечника) паяльника

Технология пайки. Перед началом пайки необходимо установить соединяемые детали в удобное для пайки положение и зафиксировать с помощью зажимных приспособлений и инструментов — слесарных или ручных тисков, струбцины, пинцета, плоскогубцев.

Место пайки равномерно нагревают электрическим паяльником до рабочей температуры (припой должен расплавляться быстро и легко). Важно правильно выбрать степень нагрева поверхности детали и паяльника. Сильно нагретый паяльник плохо удерживает припой. Если при пайке соединяемые поверхности были нагреты слабо, соединение будет ненадёжным.

При достижении рабочей температуры сначала плавится флюс, а затем припой. Когда весь флюс расплавится, предварительно нагретый припой наносят на зазор (место пайки). При соприкосновении припоя с нагретой заготовкой он плавится и проникает в зазор между соединяемыми деталями.

Зажимы, удерживающие детали, ослабляют только после того, как остынет припой. Изделие охлаждают на воздухе или погружая его в воду. По окончании пайки остатки флюса необходимо смыть чистой водой, чтобы они не вызывали коррозию металла.

Ошибки при пайке

1. Заготовки в местах соединения пайкой плохо очищены и не обезжирены. Такие соединения будут непрочными. Места соединений нужно очистить и обезжирить ещё раз.

2. Паяльник плохо подготовлен к работе. Необходимо повторить зачистку рабочего стержня напильником и облудить жало паяльника.

3. Паяльник перегрет, вследствие чего на нём образовалась окалина, к которой олово не пристаёт. Паяльник необходимо заново обработать напильником и облудить жало.

Правила безопасной работы с электропаяльником

1. Работать следует исправными и хорошо подготовленными инструментами.

2. Перед началом работы необходимо убедиться в соответствии напряжения в сети рабочему напряжению электрического паяльника и в целостности изоляции проводов.

3. Необходимо следить, чтобы паяльник по окончании работы был отключён от сети и находился на специальной подставке.

4. Пайку нужно выполнять на рабочем месте, оборудованном вытяжной вентиляцией.

5. Следует осторожно обращаться с нагретыми паяльником и деталями.

Практическая работа № 23

«Учебная пайка медных одножильных проводов»

Цель работы: освоить технику пайки одножильных медных проводов.

Оборудование и материалы: слесарный верстак, заготовки проводов, слесарные тиски, разметочные инструменты, напильники, пинцет, монтажный нож, электрические паяльники на 12 или 36 В, керамическая плитка, припой, канифоль.

Порядок выполнения работы

Подготовьте электрический паяльник к работе, используя рисунки 5.58—5.61.

Выполните пайку одножильных медных проводов.

1. Зачистите концы сращиваемых проводов на длину 15 мм (рис. 5.62).

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Puc. 5.62. Зачистка проводов

2. Нагретым паяльником прогрейте зачищенный участок провода, после чего погрузите его в канифоль.

3. C помощью припоя паяльником выполните лужение подготовленного участка провода. Лужение выполняйте равномерными движениями. Припой должен минимально покрыть провод. При появлении излишка припоя удалите его паяльником. Таким же образом подготовьте второй провод.

4. Подготовленные провода соедините между собой и выполните пайку (рис. 5.63). При выполнении пайки один провод удерживайте плоскогубцами. Второй провод закрепите (прижмите) неподвижно. Пайку выполняйте на кафельной плитке.

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Puc. 5.63. Образец пайки двух проводов

5. Деталь охладите погружением в воду или подождите, пока она не остынет. По окончании пайки остатки флюса необходимо смыть водой, так как они могут вызвать коррозию металла.

6. Вместе с учителем проверьте качество пайки. Приведите в порядок рабочее место.

Основные понятия и термины

пайка, припой, флюсы, канифоль, ручной паяльник, электрический паяльник, беспроводной паяльник, техника пайки.

Вопросы и задания

1. Назовите конструкционные материалы, которые можно паять.

2. Перечислите основные операции по подготовке деталей и инструментов к пайке.

Задание

Найдите в Интернете различные фигурки, изготовленные из медной проволоки, детали которых соединены пайкой. Выберите 2—3 самые интересные фигурки. Обсудите с учителем возможность изготовления их на уроках технологии.

Идеи творческих проектов

Идея 1. Шаблоны из тонколистового металла для выжигания.

Идея 2. Комплект инструментов для работы и ухода за комнатными растениями.

Идея 3. Фиксаторы для столярных молотков (см. рис. 5.41).

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Рис. 5.41. Чертёж фиксатора

Почему для соединения деталей из металлов, особенно в электротехнике, широко используется пайка, а не соединение на болтах или заклёпках?

Расплавленным металлом соединяют отдельные заготовки в целое изделие. Эти процессы называются пайкой и сваркой.

Основы пайки. Пайка — это технология получения неразъёмного соединения металлических заготовок с помощью расплавленного металла, имеющего более низкую температуру плавления, чем соединяемые заготовки (рис. 5.4). Расплавленный металл, используемый для пайки, называется припоем.

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Рис. 5.4. Пайка: а — проводов: б — труб; в — ювелирных изделий

Для того чтобы в процессе пайки и припой, и соединяемые детали не окислялись и соединение было прочным, используют специальное вещество, называемое флюсом.

Одним из наиболее часто используемых материалов для защиты металлов от окисления является олово. На олово мало действуют воздух и влага, растительные кислоты, жиры и др. Покрывание поверхности металла оловом называется лужением, а слой олова — полудой.

Флюс очищает соединяемые поверхности от окислов, обеспечивает лучшее смачивание расплавленным припоем соединяемых деталей.

При пайке флюс и припой вводят между соединяемыми деталями и нагревают.

Припой расплавляется, детали сжимают, и после остывания места соединения детали становятся надёжно скреплёнными между собой.

В зависимости от свойств припоя и металла, из которого изготовлены детали, применяют легкоплавкие или тугоплавкие припои. Пайка бывает низко- (до 300 °С) и высокотемпературной (свыше 300 °С). Для выполнения низкотемпературной пайки используют электрические паяльники, а для выполнения высокотемпературной пайки — газовую или бензиновую горелку.

Технология пайки (рис. 5.5).

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Рис. 5.5. Последовательность пайки

Перед пайкой зачищают места соединения до чистого металла. Удаляют защитные покрытия, грязь, окислы. Драгоценные металлы не покрываются окислами, их обычно не зачищают. Исключение составляет серебро, которое может со временем чернеть.

Затем на места соединения наносят тонкий слой флюса. Нагревают место соединения — касаются его разогретым паяльником. В место нагрева в виде капли на жале паяльника вводится дополнительное количество припоя. Спаиваемые поверхности после нанесения припоя нельзя сдвигать до полного отвердения припоя. После охлаждения слой застывшего припоя становится блестящим, сплошным и ровным.

Высокотемпературная пайка по технологии во многом сходна с технологией низкотемпературной пайки. Основное отличие составляют виды припоев и способ их нагрева.

Пайка является высокопроизводительным процессом. Она обеспечивает надёжное соединение деталей, позволяет соединять разнородные материалы.

При пайке практически не происходит коробление деталей.

Недостатком пайки является относительно невысокая механическая прочность спаянного соединения, особенно при низкотемпературной пайке.

Словарь

пайка; припой; лужение; флюс.

1. Что такое припой и флюс?

2. Для чего предназначены припой и флюс?

3. Что такое разъёмное соединение?

4. Каким видом соединения является пайка?

5. Что такое лужение?

* Подумайте, можно ли технологии лужения и пайки использовать для декоративной отделки изделий из стали.

Пайкой называется
технологический процесс образования
неразъемного соединения деталей при
помощи относительно легкоплавких
металлических сплавов — припоев.

В ремонтном
производстве пайка успешно применяется
при заделке трещин в трубах и тонкостенных
резервуарах, соединении электропроводов,
сборке радиаторов и т. д.

Паять можно
углеродистые и легированные стали,
цветные металлы и иге сплавы, а также
другие металлы.

Различают мягкую
пайку с помощью легкоплавких
оловянно-свинцовых припоев, температура
плавления которых не превышает 400—450°С,
и твердую — с помощью тугоплавких
медно-цинковых, серебряных, никелевых
и других припоев, имеющих температуру
плавления свыше 450—500°С. Мягкие припои
имеют малую прочность, обычно их предел
прочности при растяжении 5—7 кгс/мм .

Мягкая пайка
применяется в тех случаях, когда не
требуется высокая прочность шва, а
необходимы главным образом герметичность
или электропроводность паяного
соединения.

Твердая пайка
позволяет получать прочные и
температуро-устойчивые швы, которые
близки к прочности материала соединяемых
деталей. Их предел прочности при
растяжении до 50 кгс/мм2.

При пайке мягкими
припоями места спайки надо хорошо
зачищать, а при пайке твердыми припоями
такой тщательной зачистки не производят.

Во многих случаях
детали перед пайкой залужают, это
позволяет производить пайку при меньшей
температуре нагрева.

При пайке алюминия
и его сплавов часто применяют ультразвуковое
лужение.

Пайку мелких
деталей проволоки и ультразвуковое
лужение производят погружением в ванну
с расплавленным припоем.

Мягкие припои
состоят из олова, свинца и небольшого
количества примесей — сурьмы, меди,
висмута и мышьяка. Сурьма как присадка
увеличивает прочность припоя, а
присутствие висмута понижает температуру
плавления припоя. Наиболее распространенные
оловянно-свинцовые и серебряные припои
приведены в табл. 95 и 96.

Все оловянно-свинцовые
припои (табл. 95), кроме ПОС4-6, позволяют
получить соединение вполне
удовлетворительного качества. По
технологическим свойствам (плотности
шва) наилучшими припоями являются ПОС-61
и ПОС-30. Чистое олово применять для пайки
не рекомендуется из-за возможности
возникновения «оловянной чумы» и потери
прочности шва в эксплуатационных
условиях при температуре ниже 18°С.

Мягкие серебряные
припои (табл. 96), изготовленные на
свинцовой основе с добавлением серебра,
кадмия и других эле¬ментов, значительно
улучшили технологические и антикорро-зийные
свойства паяного шва. Висмутовые припои,
состоящие из висмута ~ 45—56%, оло¬ва ~
9—10% и свинца ~ 34—46%, очень легкоплавки
(темпе¬ратура плавления от 79 до 95°С), по
весьма хрупки. Кадмиевые припои,
содержащие олова ~ 12—14%, свинца ~ 25—26%,
висмута до 50% и кадмия 10%, более легкоплавки
(температура плавления от 60 до 70°С), чем
висмутовые. Применяют их в тех случаях,
когда от спаиваемых швов не требуется
большой прочности. Мягкие припои
изготовляются в виде прутков, кусков
проволоки диаметром 3 мм, трубок с
внутренней набивкой флюсом (вес флюса
около 5% веса припоя), порошка и пасты,
состоящей из смеси порошка припоя и
флюса. Флюсы могут быть в виде порошка,
пасты или жидкое. Основные данные о
наиболее распространенных для пайки
металлов флюсах приведены в табл. 102,
103 и 104. В тех случаях, когда по многим
причинам нельзя применять твердые
флюсы, пайку производят в восстановительной
или инертной атмосфере, а также в вакууме.
Существенное значение при пайке имеет
величина зазора между соединяемыми
кромками, которая для большинства
припоев лежит в пределах 0,05—0,15 мм.
Нагрев при пайке мягкими припоями
производят обычным паяльником из красной
меди. Наряду с этим применяют также
газовые, электрические, ультразвуковые
и абразивные паяльники. Пайку
ультразвуковыми паяльниками производят
без флюса. Абразивный паяльник применяют
при пайке алюминия легкоплавкими
припоями без флюса. При этом в процессе
пайки происходит разрушение окисной
пленки вследствие трения абразива
запрессованного в тело паяльника.
Абразивная пайка требует дополнительного
подогрева соединяемых деталей. Нагрев
спаиваемых деталей твердыми припоями
можно производить при помощи паяльной
лампы, ацетилено-кисло-родной, бензино-
и газовоздушной горелок, кузнечного
горна и нагревательной печи. Рекомендуется
производить нагрев соединения при пайке
изделия из стали, а также из медных и
никелевых сплавов твердосплавными
припоями при помощи ацетилено-кислород-ной
горелки, а при пайке деталей из алюминиевых
и магниевых сплавов — бензино- или
газовоздушными горелками.

Припои бывают
разные. При монтаже электронных схем
применяются мягкие оловянно-свинцовые
припои. Самый ходовой из них — ПОС-61.
Первые три буквы названия переводятся
как Припой Оловянно-Свинцовый. Далее
идёт число, обозначающее процентное
содержание олова в припое. В ПОС-61
соответственно, 61% олова, остальные 39%
— свинец. Его температура плавления —
180 градусов.

Второй материал,
который нужен для пайки — это флюс.
Заметим, что он не имеет никакого
отношения к зубам в-общем и к больным
зубам в частности. Просто он так
называется.

Флюс —
это вещество, помогающее снять слой
окисла с поверхности металла. С другой
стороны, флюс предохраняет металл от
окисления в процессе пайки и способствует
равномерному растеканию припоя по
поверхности металла. Во-общем, без флюса
— никуда.

Флюсы, как и припои,
весьма разнообразны. Нам удобнее
разделить всё разнообразие флюсов на
две большие группы: кислотные и
бескислотные. Из этих двух групп мы
выберем бескислотные.

Самый распространённый
бескислотный флюс — это всеми любимая
канифоль. На севере нашей Ленобласти,
в царстве чахоточных сосен, канифоль
можно добывать своими руками. Ведь
канифоль — ни что иное, как переработанная
(очищенная) сосновая сера.

Не припомню, чтобы
канифоль как-то классифицировалась по
видам. Правда различается по сортам (по
степени очистки). Чем чище канифоль, тем
она меньше пахнет при паянии, и тем
медленнее загрязняется жало паяльника.
Впрочем, запах у канифоли довольно
приятный, а жало будет всё равно
загрязняться, медленно-ли быстро-ли,
хоть ты тресни. Поэтому чистота канифоли
— не тот параметр, за которым стоит
гоняться.

Пайка – один из
наиболее распространенных видов
неразъемных соединений, используемых
в ювелирном производстве. Подавляющее
большинство операций, особенно при
изготовлении мастер-моделей, производятся
посредством пайки. Большинство
монтировочных работ невозможны без
данного вида соединения. Это относится,
прежде всего, к сложным ювелирным
изделиям, например, филигранным
украшениям, звеньям цепочек, креплению
готовых элементов, соединению шинок
колец с оправами камней и т.д.

Основные понятия процесса пайки

Пайка

процесс
соединения металлических деталей,
находящихся в твердом состоянии при
помощи
более легкоплавкого сплава, называемого
припоем.
Между
расплавленным припоем и основным
металлом происходят
на небольшой глубине процессы взаимного
растворения и диффузии,
в результате которых при застывании
получается прочное соединение деталей.

Пайка
определенным припоем должна производиться
внутри некоторого температурного
интервала. Нижняя граница, так называемая
рабочая
температура,
– это минимальная температура поверхности
детали, при которой припой смачивает
соединяемые материалы, растекается и
соединяет детали, образуя сплав. Сверху
температура пайки ограничена максимальной
температурой пайки,
при превышении которой припой сгорает,
и соединение получается дефектным.
Рабочая и максимальная температуры
пайки указываются изготовителем припоя.

При
пайке металлы
соединяются в результате
смачивания,
растекания жидкого
припоя
по нагретым поверхностям и затвердевания
его после охлаждения. Предпосылкой
смачивания поверхности металла жидким
припоем является чистая поверхность
соединяемых деталей. Однако в большинстве
случаев она загрязнена и покрыта слоем
окисла, который необходимо удалить
перед нанесением припоя.

Принципы, лежащие в основе процесса пайки

Для
успешного выполнения паяных соединений
должны соблюдаться следующие требования.

1.
Температура ликвидуса припоя должна
быть ниже температуры солидуса
соединяемого металла. В идеале разница
между этими температурами должна
составлять минимум 50°С, чтобы с
уверенностью избежать начала оплавления
кромок.

Ликвидус
– температура, выше которой сплав
находится полностью в жидком состоянии.

Солидус
– температура, ниже которой сплав
полностью твердеет.

2.
Несмотря на то, что во время пайки не
происходит плавления металла спаиваемых
поверхностей, через границу раздела
жидкой и твердой фаз происходит диффузия
атомов, обеспечивающая прочное сцепление.
Поэтому припой должен быть химически
и металлургически совместим с паяемым
металлом. В противном случае на границе
раздела возможно образование хрупких
интерметаллических соединений, ведущее
в конечном итоге к разрушению шва.

3.
Для того чтобы расплавленный припой
затекал в зазор (так называемый стыковой
зазор)
между соединяемыми деталями, он должен
полностью «смачивать» эти поверхности.

Согласно
классической теории смачивания жидкость
растекается по поверхности с образованием
краевого угла смачивания φ. При значениях
краевого угла φ = 180° смачивание
отсутствует, жидкость собирается в
отдельные шарики. При значениях краевого
угла 90° < φ < 180° имеет место неполное
смачивание. При значениях краевого
угла φ < 90° смачивание происходит, и
жидкость растекается по поверхности.
Причем, чем меньше угол φ, тем больше
площадь растекания (рис. 1.1).

Для
достижения условий, благоприятствующих
смачиванию, важно, чтобы поверхности
стыка были очищены от жира, грязи и
оксидных пленок. Для этого в процессе
пайки используют флюс или защитную
атмосферу.

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

а
б

Рис.
1.1. Степень смачивания поверхности в
зависимости

от
величины краевого угла: а – смачивание;
б – несмачивание

4.
Величина стыкового зазора является
важным фактором при планировании паяных
соединений. Расплавленный припой
втягивается в зазор под действием
капиллярных
сил,
называемых иногда капиллярным
притяжением. Величина капиллярной силы
зависит от поверхностного натяжения
припоя, его плотности, краевого угла φ
и величины стыкового зазора. Для
получения качественного паяного шва
на ювелирном изделии рекомендуется
величину зазора устанавливать в пределах
0,01–0,1 мм.

Для
демонстрации этого явления можно
погрузить кончики стеклянных трубок
с небольшим внутренним диаметром в
сосуд с жидкостью. При этом жидкость
внутри трубок поднимется выше уровня
жидкости в сосуде. Чем меньше диаметр
трубки, тем выше внутри нее поднимется
жидкость. Диаметр трубки здесь играет
роль зазора, т.е. расстояния между
соединяемыми поверхностями (рис. 1.2).

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

а
б

Рис.
1.2. Капиллярное притяжение:

а
– меньший диаметр; б – больший диаметр

5.
Скорость, с которой расплавленный
припой втягивается в зазор, зависит от
его вязкости. Вязкость, поверхностное
натяжение и краевой угол уменьшаются
при росте температуры выше температуры
ликвидуса припоя. При этом припой легче
течет и легче заполняет зазор. Типичное
время заполнения зазора припоем
составляет порядка 0,1 с.

Например,
поверхности, обработанные карборундовой
шкуркой зернистостью 400, дают лучшее
заполнение зазора, чем полированные.

Пайка
металлов —
это процесс соединения частей из­делия
введением
между
ними расплавленного промежу­точного
металла — припоя
с
температурой плавления более низкой,
чем у соединяемых металлов. Припой в
жидком виде заполняет зазор между
соединяемыми по­верхностями
под действием капиллярных сил, а затем
кристаллизуется
и прочно соединяется с основным метал­лом.
Основной металл при пайке не плавится,
а только подогревается.

Источниками
теплоты при пайке являются электро­нагрев,
индукционный нагрев, газовое пламя,
паяльник. При
пайке припой нагревается на 30—60″С
выше темпе­ратуры
его плавления, а основной металл изделия
нагре­вается почти до температуры
плавления припоя, чтобы обеспечить
хорошую смачиваемость поверхностей
припоя и
капиллярность.

Капиллярность

совокупность явлений, обусловленных
силами
взаимодействия между жидкими и твердыми
тела­ми
на их общей границе, при которой припой
засасывает­ся
в очень малые объемы, зазоры под действием
капилляр­ных сил. Паяные конструкции
широко применяются в тех­нике
при производстве всех систем летательных
аппаратов,
в
электротехнике и других отраслях
промышленности. Для пайки
чаще всего применяются нахлесточные
соединения. Достоинство пайки —
практическое отсутствие коробления и
равнопрочность изделий.

По
ГОСТ 17325-79 различают два основных вида
пайки:

При
высокотемпературной пайке температура
плавле­ния
припоев выше 55О°С. а при низкотемпературной
— ниже
550°С. В качестве высокотемпературных
припоев используются
медь, цинк, серебро, никель. В
низкотем­пературных
припоях основой являются свинец, олово,
сурьма.
Существует определенная маркировка
припоев, например
ПОС-is,
ПОС-30, ПОС-40, где цифра указы­вает
процентное содержание олова, а остальное
— почти все
свинец. Для легких сплавов припой группы
ПОС не­приемлем,
так как большое содержание свинца
вызыва­ет сильную коррозию.

Все
припои для высокотемпературной пайки
можно разделить
на медные, медно-цинковые, серебряные,
медно-фтористыс.
Температура плавления этих припоев от
720 до 980°С. Серебряные припои имеют
температуру плавления
720—870°С в зависимости от марки. У
медно-фтористых
припоев температура до 980°С. При пайке
мягкими
припоями применяют флюсы: хлористый
цинк, нашатырь, а когда от соединения
требуется электропро­водность, в
качестве флюса используют канифоль,
иног­да
даже в растворе анилинового спирта.

Тема 5. Основные понятия об обработке металлов резанием

Технология
изготовления подавляющего большинства
деталей механизмов и машин включает
операции механической обработки
резанием. Заготовками для многих деталей
являются прутки. Кроме того, заготовки
получают путем отливки, ковки, штамповки
и других процессов. В процессе обработки
резанием с заготовки снимается часть
металла, переходящая при этом в стружку;
эта часть называется припуском или
просто припуском. Общий припуск на
обработку данной поверхности определяется
как разность между размером до обработки
и после обработки. В результате обработки
резанием обеспечивается форма, размеры
и чистота поверхности, заданные чертежом.

Снятие стружки с
заготовки осуществляется различными
режущими инструментами. Закрепление
режущих инструментов и обрабатываемых
деталей, а также их движение и относительное
перемещение производятся рабочими
органами металлорежущих станков.
Движения рабочих органов станков делятся
на основные и вспомогательные.

Основными движениями
называют те движения при которых
производится снятие стружки с заготовки.
Вспомогательными движениями называют
те, при которых снятие стружки не
производится (отвод и подвод инструмента).
Основное движение разделяется на главное
движение и движение подачи. Снятие
стружки осуществляется лишь при сочетании
этих двух движений. На рисунке приведены
различные способы обработки металлов
резанием (стрелками указано направление
главного движения и направление движения
подачи. Как видно из фигуры, главное
движение и движение подачи осуществляются
инструментами и деталями в различных
комбинациях. При точении заготовке
сообщается главное движение, а инструментам
(резцам) — движение подачи. Точение
производится на станках токарной группы.
При фрезеровании, наоборот, главное
движение сообщается инструментам
(фрезам), а движение подачи — заготовкам.

Фрезерование
осуществляется на станках фрезерной
группы. При сверлении как главное
движение, так и движение подачи обычно
сообщаются инструменту (сверлу), однако
в специальных станках это может не
соблюдаться.

Рассмотрим основные
характеристики режима резания при
окачивании, являющемся одним из основных
видов обработки резанием.

Понятие о штучном
времени. Производительность труда
находится в непосредственной зависимости
от штучного времени, т. е. времени,
затрачиваемого на обработку одной
детали. Штучное время включает в себя:
машинное (основное технологическое)
время в мин, вспомогательное время в
мин, время технического обслуживания
рабочего места; время организационного
обслуживания рабочего места, время на
отдых и естественные надобности. Машинным
временем называется время, затрачиваемое
на процесс резания. Машинное время прямо
пропорционально расчетной длине
обрабатываемой поверхности и числу
проходов и обратно пропорционально
числу оборотов заготовки и подаче.
Вспомогательное время включает время
на установку, закрепление и снятие
детали, время на управление станком и
на контроль размеров деталей. Основы
учения о резании металлов. Резание
металлов, как и всяких других материалов,
производится инструментом, режущая
часть которого представляет клин.
Металлы значительно прочнее многих
других материалов (например, дерева),
поэтому инструменты для обработки
металлов должны иметь прочную режущую
часть и должны быть надежно закреплены.
Первым исследователем процессов резания
и образования стружки был русский
профессор И. А. Тиме, который опубликовал
свои работы еще в 1870 г. В своих исследованиях
И. А. Тиме установил номенклатуру стружек,
усадку стружки, положение плоскости
скалываний, распространение деформации
срезаемого слоя, завивание стружки и
направление ее схода. Профессор К. А.
Зворыкин (в 1893 г.) составил схему сил,
действующих на инструмент. Дальнейшим
своим развитием учение о резании металлов
обязано обстоятельным работам Я. Г.
Усачева, который исследовал образование
нароста при резании, температурные
деформации и т. д., а также ряду других
исследователей.

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Проходной
резец для внешнего обтачивания.

Резец состоит из
головки I и тела II. Тело резца служит для
закрепления его в резцедержателе или
в державке, причем резец опирается на
подошву; головка затачивается таким
образом, что образуются режущие элементы
резца. Пересечением передней поверхности
1 и главной задней поверхности 2 образуется
главная режущая кромка 3, а пересечением
передней поверхности и вспомогательной
задней поверхности 4 — вспомогательная
режущая кромка 6. Главная и вспомогательная
режущие кромки сходятся в точке 5,
называемой вершиной резца. На рисунке
ниже приведена схема образования стружки
при резании. Прочно закрепленный и
перемещаемый в направлении стрелки Б
резец / (рис, а) передней поверхностью 2
сминает и скалывает частицы металла,
лежащие выше плоскости В А, причем
образующаяся стружка 3 состоит из
отдельных элементов: а, б, в, г, д.

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Схема образования
стружки при обработке.

В начале образования
стружки режущий инструмент режущей
кромкой внедряется в металл заготовки
около точки А; далее при своем движении
инструмент передней поверхностью давит
на верхний слой металла и отрывает его
от основной массы металла заготовки
(б); при этом образуется опережающая
трещина. Под влиянием этого давления,
а также сил сцепления между частицами
отделяемого металла и основной массы
его срезаемый слой припуска претерпевает
сложную деформацию сжатия и изгиба.
Когда создавшиеся в слое напряжения
превзойдут прочность металла, происходит
относительный сдвиг частиц (скалывание)
и образуется элемент стружки а (показан
пунктиром). Далее части припуска б, в, г
и т. д. последовательно переходят в
стружку. Сливная стружка (а) и стружка
надлома (б).

Плоскость, в которой
происходит скалывание элементов,
называется плоскостью скалывания, а
угол, образован касательной к поверхности
резания — углом скалывния. Величина угла
скалывания колеблется для разных
металлов в пределах 145—155°. Характер и
величина деформации срезаемого металла
заготовки при переходе его в стружку
зависят от многих причин, в первую
очередь свойств металла заготовки. При
обработке пластичных металлов (медь и
др.) будет образовываться сливная стружка
— длинная лента, отдельные элементы
которой не будут выражены явно (рис. а).
При образовании сливной стружки
происходит значительная (до 50%) усадка
срезаемого металла. При обработке менее
вязких металлов (например, твердой
стали) образуется стружка скалывания
(см. рассмотренный выше пример, рис.а).
Усадка стружки скалывания меньше, чем
сливной. При обработке хрупких металлов
(например, чугуна) стружка отделяется
разобщенными элементами. Такая стружка
называется стружкой надлома б); она
почти не имеет усадки.

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

В процессе резания
режущие элементы резца внедряются в
металл и непрерывно образуют новые
поверхности (обработанная поверхность,
поверхности стружки). Вследствие большого
давления и высоких температур в месте
контакта металла заготовки с металлом
резца на резце образуется нарост из
сильно деформированных частиц металла
заготовки. При дальнейшем увеличении
размеров нароста происходит его частичное
разрушение и удаление со стружкой (со
стороны передней поверхности резца) и
заготовкой (со стороны задней поверхности
резца). Количество последовательно
образующихся наростов может доходить
до 200 в одну секунду. Наростообразование
зависит от вязкости обрабатываемого
металла и от скорости резания. С
увеличением скорости резания
наростообразование уменьшается и
исчезает полностью при скоростях свыше
50—70 м/мин. Для дальнейшего ознакомления
с вопросами резания и с резцами необходимо
уяснить понятия основной плоскости и
плоскости резания.

Основная плоскость
определяется направлениями продольной
и поперечной подач.

Плоскость резания
это плоскость, касательная к поверхности
резания и проходящая через главную
режущую кромку. В процессе резания на
резец действует сила Р, которую можно
разложить на три составляющие:

Металлорежущие
станки классифицируются по группам в
зависимости : от характера главного
движения; от распределения функций
главного движения и движения подачи
между заготовками и инструментами;
в) от
вида применяемых инструментов.

Наиболее
распространенными являются группы:
токарных
станков; 
сверлильных
и расточных станков;
фрезерных
станков;
строгальных
станков;
шлифовальных
станков.

Кроме
перечисленных, существуют также группы
зубо и резьбо обрабатывающих станков,
протяжных, отрезных (пил), комбинированных
и пр.

Внутри
каждой группы станки подразделяются
на подгруппы и типы
в соответствии с конструктивными и
технологическими особенностями,
назначением, степенью специализации и
т. п.

Более
подробная классификация производится
с учетом размеров станков (настольные,
мелкие, средние, крупные и тяжелые),
степени точности
обработки (нормальные, повышенной
точности, высокой точности),
степени чистоты обработки (обдирочные,
нормальные и отделочные),
по скоростной характеристике (нормальные
и быстроходные),
по количеству шпинделей (одношпиндельные
и многошпиндельные),
по степени универсальности (универсальные
— для выпол­нения
различных операций при обработке деталей
самых разнооб­разных
типов, специализированные — для обработки
деталей одного наименования,
специальные — для обработки одной
определенной детали)
и т. д.

Все о пайке

Что называется свариваемым металлом и свариваемыми металлами

Знать все о пайке, о том, что это такое и как паять металлы, полезно любому рачительному хозяину, тем более домашнему мастеру. Очень полезно разобраться при знакомстве с пайкой — чем она отличается от сварки. Дополнительно стоит ответить на вопросы, каким припоем спаять медные трубки, как выбрать дымоуловитель и пинцет для пайки, а также обратить внимание на ряд других частных, но оттого не менее значимых нюансов.

Что это такое?

Если обратиться к популярным источникам и словарям, то они укажут, что пайка — это вид рабочей процедуры, призванный получить неразъемное соединение металлических или других частей путем создания между ними разогретого участка. В большинстве случаев припой вводится искусственно. Для производства такой манипуляции нужен специальный паяльный аппарат, в обиходе получивший как раз название паяльника. Крепость соединения в механическом плане определяется тем, насколько хорошо припой смачивает обрабатываемые детали.

В отношении пайки и лужения до сих пор действует ГОСТ 17325, утвержденный в далеком 1979 году. Но он продолжает сохранять свою актуальность в такой достаточно консервативной сфере. Стандарт упоминает, что пайка делится на три этапа: введение припоя, смачивание им поверхностей и последующую кристаллизацию расплава.

Важной особенностью припоев является то, что они должны быть более легкоплавкими, в сравнении с соединяемыми материалами. Для очистки поверхностей обычно используют флюс.

Сравнение со сваркой

При обоих методах получения соединений характерно повышение температуры в обрабатываемой области. Но сварка отличается от пайки тем, что она не требует во всех случаях добавлять специальное вещество — наоборот, соединение вполне успешно формируется из расплава самих обрабатываемых частей. Сварочные работы более эффективны и производительны, позволяют соединять более крупные заготовки и их части. Проблема, однако, в дороговизне сварочных манипуляций, большей сложности используемого при них оборудования.

Пайка предпочтительна для ремонта в домашних условиях или в формате малой мастерской, небольшого цеха. На солидных предприятиях к ней прибегают гораздо реже, чем к сварке.

Паяные соединения получаются в любом случае менее прочными, чем сварные стыки. Окончательное решение всегда принимают опытные технологи и инженеры. В ряде индустриальных отраслей и при определенных видах ремонта целесообразно сочетать паяльные и сварочные работы.

Обзор видов

Селективная пайка позволяет формировать надежные стыки на выводах штыревых компонентов радиоэлектроники. Данная технология отличается от традиционного соединения волной припоя. Пайка производится в единичных точках обрабатываемых плат. Плотный монтаж, расположение выводов под корпусом, мелкий шаг расстановки перестают быть серьезной проблемой. Основные процессы и этапы, однако, те же самые, что и при классической методике.

Термин «криволинейная спайка» относится преимущественно к соединению подвесных потолков. При строгом соблюдении технологии удается добиться практически невидимого шва.

Конфигурация шва может сильно отличаться в зависимости от выбранной траектории. Спаиваемая натяжная пленка может выдержать нагрузку до 100 кг и даже более.

Криволинейное соединение, однако, создать весьма трудно, и работа очень дорога.

Низкотемпературная

Подобный вариант работы стал очень популярным во второй половине ХХ века. Его распространение связано с появлением радиоэлектронной промышленности и особенно компьютеростроения. Только манипуляции при сравнительно низкой температуре позволяют обеспечить сохранность тонких электронных плат и отдельных микросхем. Но не стоит полагать, что мягкая пайка возможна только на хорошо оборудованных производствах со сложной аппаратурой. Существуют отдельные варианты, доступные практически любому радиолюбителю.

Мягкий припой в любом случае не может выдержать крупной нагрузки. Для дополнительного упрочнения часто применяют дополнительные заклепки, винты и фальцы.

Роль припоя — не главная, а всего лишь упрочнение создаваемых соединений. Мягкие припои допускается применять и в токоведущих стыках. Паять такими составами можно самые разные металлы, но придется тщательно учитывать параметры подготовки.

Высокотемпературная

Этот термин относится к соединениям, получаемым при температуре не ниже 450 градусов. Высокотемпературное паяное соединение плотнее. Но надо учитывать, что при этом получаются существенные изменения структуры материала. Много проблем возникает при высокотемпературной пайке чугуна. В отдельных случаях нагрев происходит до 1000 градусов и даже выше, но такая необходимость возникает редко.

Меры безопасности

Даже низкотемпературные паяльные работы все равно сопровождаются серьезным нагревом материала и инструмента. Потому обязательно требуется соблюдать меры предосторожности. До начала работ необходимо проверить исправность самого оборудования, проводов и их изоляции, качество освещения. Перегрев паяльника недопустим, в том числе и потому, что при этом теряется эффективность манипуляций.

При наличии синего налета на жале работу требуется остановить, а само жало — очистить.

Паяльник при работе кладут на специальную подставку. Если положить его на неподготовленное место, инструмент может покатиться и причинить ожог либо попасть на загорающуюся поверхность. Держатели изготавливают из металла или дерева. Их можно покупать либо изготавливать своими руками. В комнате, где работают с паяльным аппаратом, придется тщательно заботиться о проветривании.

Паяльник держат строго за ручку. В типовой инструкции по охране труда упоминают еще про:

  • группу электробезопасности работников не ниже 2-й;
  • использование спецодежды и спецобуви;
  • применение общеобменной и местной вентиляции вытяжного типа;
  • проведение испытаний и тестирований паяльника с установленной периодичностью;
  • защиту кабеля паяльного аппарата от нагрева и механического воздействия;
  • использование только закрытой проводки;
  • использование только гладких и легко очищаемых материалов для покрытия рабочих поверхностей.

Что понадобится?

Паять приходится сборщикам, рядовым инженерам, а иногда и конструкторам. Но запастись паяльным аппаратом недостаточно — необходим еще целый ряд устройств и принадлежностей. Важную роль играет дымоуловитель (вытяжка). Это устройство очищает воздух не только от дыма, но и от других токсичных испарений. Основными компонентами техники являются мощный вентилятор и фильтр специальной конструкции.

Поглотители дыма чаще всего крепят на рабочую поверхность. Специальные пантографные компоненты придают им максимальную гибкость. Продолжая описывать перечень инструментов для пайки, обязательно следует упомянуть и специальный пинцет. Многие специалисты и любители пользуются целым комплектом пинцетов, выбирая наиболее подходящий в конкретном случае. Но наиболее практичными оказываются пинцеты с фиксацией, выручающие в самых сложных ситуациях, когда невозможно зажать инструмент пальцами плотно, или деталь уже выпала.

Непременно следует обзавестись и монтажным столом — паять на обычном столе куда труднее и опаснее. Существуют модификации такой рабочей мебели, рассчитанные на любую доступную площадь. Чаще всего основная столешница делается из листового металла, и к ней крепятся такие же боковины. Но столешница может быть сделана и из фанеры с текстолитовым покрытием. Для сложных работ чаще применяют специализированные термостолы, позволяющие паять печатные платы равномерно. По умолчанию обычно добавляются регуляторы температуры.

Пайка часто проводится с использованием газовой горелки. Обычно этот инструмент применяют для обработки алюминиевых изделий. Но точно так же его используют и при работах с медью. Разные варианты ставятся в жестко фиксированном виде. Либо же предусматривается возможность корректировать положение. Крепление баллона тоже выполняется различным образом.

Работы с электроникой существенно упрощаются при использовании держателя плат. Иногда эту систему даже называют «третьей рукой» – настолько она полезна. Чтобы можно было успешно паять самые мелкие детали, приходится использовать лупу бестеневого образца. Вместо нее часто покупают микроскопы. Но важно понимать, что недорогие микроскопы от неизвестных производителей пригодны только для самых быстрых работ. После 10 минут уже обычно начинаются неприятные ощущения в глазах.

Лучше покупать проверенные микроскопы от российских производителей. Европейские, американские, японские, фабричные китайские — тоже можно, но разница в цене очень существенна, а по характеристикам особых отличий нет.

Выбирая микроскоп, обязательно учитывают, есть ли возможность купить сменные комплекты линз и другие расходные материалы, запчасти. Необходимо также проверить точность и правильность регулировок.

Многие лупы для пайки выполняются в виде налобных очков. Подобный инструмент является постоянным орудием в обиходе радиомонтажников, ремонтников телефонов и других подобных специалистов. Сами паяльные работы проводятся с использованием мягких и твердых припоев, причем в каждом случае припой подбирают индивидуально. Латунная проволока на базе цинка и меди позволяет обеспечить почти то же качество соединения, что и хорошие сварочные работы — поэтому специалисты и ценят высоко состав ЛБЗ.

Как подготовиться к работе?

Перед тем как приступать к пайке и лужению, следует позаботиться о ряде предварительных моментов. Впервые запускаемый в работу паяльный аппарат неизбежно дымит — и это вполне нормально. Как только дым перестанет идти, прибор отключают от сети и после остывания затачивают жало. Для работы с массивными конструкциями жало нужно сплющить на манер отвертки или создать с одного его края плоскость.

Для мелких манипуляций край рабочего элемента стачивают на манер небольшой пирамиды. Это позволит полнее контролировать прогрев. Чуть менее острый конус позволит работать с проводниками средней величины. Если паяльный аппарат лишен защитного покрытия, требуется его лужение, что исключает коррозионные процессы и стремительный износ. Еще советы по подготовке к пайке:

  • удалять с проводов изоляцию;
  • снимать лаки и краски (при необходимости — кислотами или флюсами);
  • добиться хорошего контакта соединяемых деталей;
  • потренироваться определять степень разогрева обрабатываемого места.
Читайте также:  Пайка, клейка - Резьбовые соединения, пайка и клейка
Оцените статью
Про пайку
Добавить комментарий