Сварка припоями

Классификация методов пайки

Процесс пайки классифицируется по следующим параметрам: температуре, давлению, готовности припоя.

По температуре

В зависимости от температуры нагрева металлов различают пайку:

• высокотемпературную;
• низкотемпературную.

Границей, которая отделяет эти два способа, является значение температуры, равное 450 градусов.

По давлению

По этому параметру различают:

• пайку металлов с фиксированным зазором;
• прессовую пайку.

Первый способ является самым распространенным. Как и сварка под давлением, прессовая пайка была известна давно. Но широко применяться она стала только в последнее время. В результате такой технологии сокращается время пайки, повышается прочность паяных соединений.

По готовности припоя

Степень готовности припоя влияет на многие особенности процесса пайки. Припой может быть:

• изготовлен заранее;
• образовываться в процессе пайки в результате контактного (реактивного или твердо-газового плавления) либо восстановления металлов из составляющих флюса.

Сварка металлов: способы и виды

Общие сведения

Сварка представляет собой процесс получения (монтаж) неразъемного соединения путем установления межатомных связей между соединяемыми поверхностями металлов, их сплавов при общем или местном воздействии (нагреве), пластическом деформировании.

Сегодня существует достаточно много видов сварки (порядка ста). Известные виды классифицируются по физическим, технологическим, а также техническим свойствам и признакам. В зависимости от формы применяемой энергии по физическим признакам можно выделить три класса.

Классификация сварки:

• Термическая;
• Механическая;
• Термомеханическая.

Стоит отметить, что термический класс деталей представляет собой все виды соединения металлов и сплавов с применением тепловой энергии (плазменная, дуговая, газовая).

Механический класс представляет собой все виды сварки металлов, а также их сплавов, которые осуществляются посредством механической энергии (трением, холодная, ультразвуковая, а также сварка взрывом).

Термомеханический класс подразумевает под собой виды сварки металлов и сплавов, во время применения которых используется давление, а также тепловая энергия (диффузионная, а также контактная).

Классификация видов сварки производится по определенным техническим признакам:

• По непрерывности процесса (прерывистая, непрерывная);
• По способу защиты детали в области работы (в вакууме, в воздухе, под флюсом, в газе, в пене, с использование комбинированной защиты);
• По степени механизации (механизированная, ручная, автоматическая, автоматизированная);
• По характеру защиты детали в области действия дуги на поверхность твердых материалов (в контролируемой атмосфере, со струйной защитой);
• По типу защитного газа (в инертных или активных газах).

Стоит обратить внимание на то, что технологические признаки сварки устанавливаются для каждого вида в отдельности. В связи с этим требуется ознакомление с наиболее популярными видами обработки, а также соответствующим оборудованием.

Дуговая сварка

Соединение металлов с применением электрической дуги позволяет добиться соединения путем плавления. Нагрев свариваемых кромок деталей производится посредством теплоты электрической дуги.

На сегодняшний день используются четыре основных вида дуговой сварки металлов:

1. Ручная работа может производиться двумя способами: плавящимся и неплавящимся электродом. В первом случае во время работы применяются электроды, способные плавиться под воздействием электрической энергии. Подобный метод наиболее часто применяется при ручной работе. Таким образом, происходит возбуждение электрической дуги, после чего в результате этого происходит расплавление электрода и последующее расплавление кромки материала. В результате подобного воздействия электричества возникает ванна расплавленного материала. После охлаждения ванночка превращается в шов. Во втором случае с неплавящимся электродом происходит следующее: соединяемые кромки соприкасаются, после чего между электродом (графитовым или угольным) и изделием происходит возбуждение дуги; кромки изделия, а также присадочный материал нагревают до температуры плавления, в результате чего выполняется ванночка расплавленного материала (сплав). После затвердения материал (сплав) образует сварной шов. Подобный способ может воздействовать на любой цветной металл, а также его сплав.
2. Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом может выполняться посредством механизации основных движений, которые выполняет сварщик во время ручной обработки металлов или при воздействии на его сплав.
3. В защитном газе производится с помощью неплавящегося (вольфрамового) электрода, либо посредством применения плавящегося электрода. Сварной шов образуется в первом случае за счет расплавленных кромок. Таким образом, в случае необходимости в зону дуги подается присадочный материал. Второй случай предполагает подачу в область дуги электродной проволоки, которая в дальнейшем расплавляется, тем самым принимая участие в образовании шва деталей (также может воздействовать на сплав). Защита шва от образования на ней оксидной пленки достигается не без участия струи защитного газа, вытесняющего из рабочей области воздух.
4. Электрошлаковая обработка металлов, а также их сплавов достигается при помощи плавления кромок соединяемого материала, а также электрода посредством тепла от электрического тока во время прохождения через шлак. Помимо всего шлак способствует защите материала от воздуха, а, соответственно, от последующего окисления.

Технология пайки

Как и сварка металла, пайка включает в себя несколько технологических переходов, каждый из которых оказывает самое прямое влияние на качество результата.

Подготовка поверхности металла к пайке

Эта операция необходима для обеспечения взаимодействия основных металлов и припоев. В этом плане сварка менее требовательна к предварительной обработке поверхности. Цель подготовительных работ – удаление с поверхности деталей масел, жиров, окалины, грязи и тех оксидов, которые не поддаются удалению во время флюсования или воздействия активных газовых средств.

Подготовка поверхности включает в себя:

• механическая обработка;
• обезжиривание;
• удаление неметаллических пленок механическим или химическим способом. Последний состоит их нескольких операций: травления, промывки, нейтрализации остатков травильного раствора и сушки. Состав травильного раствора зависит от марки основного металла и припоя;
• нанесение на поверхность паяемого металла барьерных или защитных покрытий. Назначение операции – улучшение растекания припоя, взаимодействия его с основным металлом, повышение коррозионной стойкости соединения, (а иногда для предотвращения взаимодействия припоя с паяемым металлом). Покрытие может наноситься плакированием, гальваническим, вакуумным и другими способами;
• термообработка основного металла. Эта операция производится не всегда, но в некоторых случаях (для снятия внутренних напряжений и, как следствие, охрупчивания металлов под воздействием расплавленного припоя) детали перед пайкой проходят через процессы отжига или отпуска (таких мероприятий часто требует и сварка).

Операция пайки

Собственно пайка происходит согласно заданным циклам температур и времени, величиной приложения давления. Все эти параметры зависят от вида паяемого металла: алюминия, легких сплавов, стали, чугуна и пр.

Пайка и все, что нужно о ней знать

Пайка используется в качестве способа создания надежного соединения металлов и сплавов еще с давних времен. Металлические изделия, полученные в результате обработки, носились еще в Вавилоне, Риме, Древнем Египте, а также Греции. Безусловно, с тех пор и до нашего времени дошли лишь немногие технологические правила применения, но и данные правила сегодня далеко не всем известны. Таким образом, способы пайки следует знать каждому, кто желает или уже знает основы пайки.

Что такое пайка?

Пайка – процедура соединения материалов путем введения между паяемыми деталями припоя. Припой, выполняющий роль связующего материала, заполняет зазор между материалами, тем самым осуществляя монтаж деталей, после чего при застывании образует единый целый сплав, являющийся неразъемным соединением. Процедура позволяет воздействовать на какой-либо материал и его сплав.

Во время процедуры тиноль воздействует на металл и его сплав, производя нагрев до нужной температуры, которая выше температуры плавления основного материала. Так, припой приобретает жидкую консистенцию, после чего происходит смачивание поверхности паяемых деталей, тем самым позволяя заполнять собой зазоры между соединяемыми деталями. Далее следует растворение основного материала в тиноле, взаимная диффузия. При застывании выходит надежный монтаж двух деталей.

Монтаж деталей путем применения пайки по виду похож на сварочный монтаж, но суть процедуры в корне отличается от сварки. Рассмотрим отличия подробнее.

Отличия:

1. Основной материал во время работы не расплавляется до определенной температуры, как это происходит во время сварки.
2. Отсутствующее расплавление металла основы деталей позволяет соединять детали достаточно мелких размеров.
3. В первом случае разъединение, а также соединение деталей (монтаж/демонтаж) может производиться без ущерба для целостности материала (сплав или металл не страдает).
4. Процедура может воздействовать на разные металлы, сплав каждого из них, и даже на неметаллы во всяком сочетании.
5. Пайка уступает сварочному процессу по прочности соединений. Таким образом, монтаж деталей путем пайки, поддающихся значительным механическим нагрузкам, не всегда предпочтителен.

Виды соединения

Рассмотрим виды пайки, которые нужно знать, поскольку лужение и пайка, а также другие процессы могут производиться по-разному в зависимости от выбранного вида соединения деталей.

• Низкотемпературная. Преимущества: возможность обработки миниатюрных деталей, экономичность, простота использования.
• Высокотемпературная. Преимущества: доступен монтаж деталей, подвергающихся сильным механическим нагрузкам.
• Композиционная процедура воздействует на металл и сплав изделия, имеющего неравномерные или некапиллярные зазоры. Применяются композиционные припои.
• Готовым припоем – наиболее популярный способ.
• Реакционно-флюсовая пайка.

Вышеупомянутые методы работы сегодня уверенно применяются во многих отраслях, занимают свои ниши. В связи с этим говорить о предпочтении одного способа нецелесообразно.

Пайка алюминия

Алюминий длительное время считался непригодным для пайки, так как окисная пленка, образующаяся на его поверхности, отличается высокой химической стойкостью. Немалые сложности доставляет и его сварка. Все попытки паять алюминий припоями, используемыми для пайки стали или меди, заканчивались неудачей.

Сварка и пайка алюминия требует тщательной подготовки его поверхности:

• обезжиривание. В качестве обезжиривающего состава можно использовать:

— бензин;

— ацетон;

— раствор четырехкомпонентный, содержащий – гидроокиси натрия (20-50 г/литр воды), соды кальцинированной (15-50 г/л), тринатрийфосфата (250-50 г/л);

— раствор едкого натра (40-60 г/л).

Растворы подогреваются в ваннах. Рабочее место при этом должно быть оборудовано местной вытяжной вентиляцией в обязательном порядке, независимо от того, в промышленных или гаражных условиях выполняется операция.

В четырехкомпонентном составе алюминий обезжиривается в течение 2-3 минут при рабочей температуре 70-80 градусов. В растворе едкого натра детали обезжириваются тоже 2 — 3 минуты, но температура его должна быть не менее 40, но не более 60 градусов;

• сушка. Элементы, предназначенные для пайки, сушатся на воздухе в течение 10-2 минут.
• Удаление окисной пленки. Пленку можно удалять:

— механическим путем (алюминий и припой обрабатывают наждачной бумагой или металлической щеткой);

ü травление в тех же растворах, в которых проводилось обезжиривание;

ü промывка в воде температурой от 50 до 70 градусов в течение 30 – 40 секунд;

ü осветление в двадцатипроцентном растворе азотной кислоты (температура – от 17 до 28 градусов) в течение 10 – 20 секунд;

ü промывка в горячей (проточной) воде;

ü сушка в течение 20-30 секунд в сушильном шкафу при температуре от 80 до 100 градусов.

Такая технология в условиях производства не представляет сложности. Но в домашних мастерских организовать ее непросто. Поэтому народные умельцы «разрабатывают» свои способы подготовки алюминия к пайке. Одним из таких методов является использование специальной насадки на электропаяльник.

Подготовка поверхности с применением насадки

Насадка представляет собой цилиндрическую деталь, с одного конца которой сверлится глухое отверстие под жало паяльника, а второй конец заправляется на усеченный конус. На торце конуса нарезаются продольные зубья с острыми вершинами. Общая длина насадки составляет 70 мм. Вдоль отверстия под жало (диаметром 9 мм) прорезаются сквозные пазы – всего 4 штуки, расположенные диаметрально. Получается нечто, похожее на цангу.

Насадка применяется только для зачистки окисной пленки. Поэтому, если планируется паять много деталей, лучше подготовить два паяльника: один – для флюсования алюминия (с использованием вышеописанной насадки), второй – непосредственно для пайки.

Технология пайки с использованием насадки

• Зону пайки очистить механическим путем до свежего металла.
• На зубья насадки нанести канифоль и поднести ее к месту пайки.
• Наносить расплавленную канифоль на алюминий, одновременно выполняя возвратно-поступательные движения паяльником. При этом зубья насадки будут соскабливать вновь образовавшуюся окисную пленку, а флюс равномерно распределится по поверхности металла.
• Взять на электропаяльник каплю олова (его предварительно посыпают канифолью) и распределить ее по зоне пайки. Если луженая поверхность получится излишне шероховатой, при помощи разогретого жала излишки олова удалить.
• Таким образом подготовить все детали, подлежащие соединению. После этого можно приступать к пайке изделия.

Пайка конструкционных сталей

На поверхности стали тоже образуется окисная пленка, ее состав зависит от легирующих добавок, среды хранения, длительности нагрева и т.д. Для ее удаления применяются шлифовальные круги, наждачная бумага, пескоструйка и дробеструйка. Если есть потребность в обработке большого количества мелких деталей, целесообразно применять метод химической обработки – травления в водных растворах кислот. Например, для травления низкоуглеродистой стали используют 10-15%-ный раствор серной кислоты.

Технология подготовки поверхности стали

• Травление в растворе следующего состава:

— серная кислота – 1 объем;

— азотная кислота – 3 объема;

— фтористый натрий – 50 г/л.

Температура раствора – 17-28 градусов. Травление длится в течение 5-20 минут. Раствор помещается в керамическую ванну (или стальную, футерованную винипластом).

• Обработка (чернение) поверхности в растворе соляной кислоты (25-30%).
• Промывка в воде – проточной холодной.
• Промывка в горячей воде.
• Промывка в щелочном растворе для нейтрализации остатков кислоты (10-15%ный раствор соды).
• Сушка при температуре 100 градусов.

Пайку стали выполняют оловом или припоями оловянно-свинцовыми. Пайка оловом приводит к образованию твердого раствора олова с железом.

Пайка латунью

https://www.youtube.com/watch?v=lv01hh-brTI

Этот метод пайки стали применяется, в основном, при сборке художественных композиций из стали. Причем элементы круглого сечения для пайки латунью не подходят из-за небольшой площади соприкосновения. Флюсом служит бура, смоченная водой.

Техника пайки латунью

• Подготовленные элементы из стали соединяются между собой биндрой (проволокой стальной).
• Собранное таким образом изделие помещается в горн и разогревается докрасна.
• На место пайки наносится бура. Под действием температуры она плавится и растекается по зоне пайки.
• Не снимая слой буры, латунным прутком прикасаются к местам соединения.