Пайка деталей

Пайку применяют при ремонте трубопроводов и контрольных прибором. В некоторых случаях ее используют при заделке трещин на неответственных корпусных деталях.

В процессе пайки деталей происходит соединение металлов при помощи расплавленного присадочного металла (припоя). Припои для пайки имеют меньшую температуру плавления, чем температура плавления основного металла. Поэтому в процессе пайки металл детали не плавится. Соединение происходит за счет взаимной диффузии. Высокая прочность соединения обеспечивается, когда припой легко растекается по поверхности детали, хорошо ее смачивает и активно вступает с металлом в диффузию. Этим требованиям  удовлетворяют сплавы цветных металлов эвтектического состава, которые имеют пониженную температуру плавления и минимальный интервал между температурами начала и конца плавления.

Различают две основные группы припоев:

• мягкие припои, имеющие температуру плавления ниже 300° С,
• твердые припои с температурой плавления выше 500°С.

Твердые припои обеспечивают более высокую механическую прочность соединения. При использовании твердых припоев предел прочности соединения при растяжении достигает 50 кг/мм2. При использовании мягких припоев предел прочности при растяжении не выше 12 кг/мм2.

В процессе пайки детали металл подвергается незначительному нагреву: поэтому не изменяются его химический состав, структура и механические свойства. В металле не возникают заметные внутренние напряжения. Пайке подвергаются все стали, чугуны, цветные металлы и их сплавы.

Пайку мягкими оловянно-свинцовистыми припоями (ПOC-18, ПОС-30 и IIOC-40) применяют для любых металлов, когда не требуется высокая прочность соединения.

Наиболее прочная пайка обеспечивается при использовании малооловянистых припоев ПОС-30, которые более глубоко диффундируют в соединяемые металлы. Это объясняется тем, что расплавленные малооловянистые припои хорошо растекаются и смачивают подогретую поверхность детали. Кроме того, имея большой температурный интервал затвердевания, малооловянистые припои более активно проникают в поры металла.

При пайке на поверхностях деталей образуется окисная пленка, затрудняющая смачивание металла припоем. Для растворения окислов, образующихся при нагревании металла, или для предохранения поверхности от окисления в процессе пайки применяют две группы флюсов: органические вещества (канифоль, стеарин) и неорганические соединения (хлористый цинк, хлористый цинк-аммоний), активно вступающие в химические реакции с окислами металлов.

Водные растворы хлористого цинка (ZnCl₂) и хлористого цинк-аммония (75% ZnCl₂ + 25% NH₄Cl) применяют при пайке сталь и меди. Канифоль используется при пайке меди и ее сплавов.

Процесс пайки начинают с подготовки деталей. Сначала поверхности деталей очищают от загрязнений и окислов, а затем тщательно подгоняют друг к другу, зазор между спаиваемыми деталями не должен превышать 0,1 мм. При таком зазоре между деталями более активно протекает диффузия припоя, и поэтому достигается большая прочность пайки.

После подгонки запаиваемые поверхности деталей нагревают до температуры плавления флюса (180—200° С), покрывают флюсом и облуживают припоем. Облуженные детали соединяют и припаивают паяльником, паяльной лампой (газовой горелкой) или погружением в расплавленный припой. Последний способ пайки более производителен, кроме того, значительно уменьшается расход припоя.

В процессе пайки поверхности припаиваемых деталей и припой рекомендуется нагревать до температуры, которая на 40—50° С превышает температуру плавления припоя. При использовании оловянно-свинцовистых припоев температура пайки равна 270—310° С. Если температура пайки ниже 270° С, то понижается интенсивность взаимной диффузии металла и припоя. При более высокой температуре активно окисляется металл. Поэтому в обоих случаях прочность пайки будет невысокая.

Пайку твердыми припоями применяют при ремонте трубопроводов из латуни и корпусных деталей, отлитых из чугуна, бронзы и алюминиевых сплавов. Для пайки деталей из латуни применяют припой ПМЦ-36 (t_пл = 800° С); для меди, бронзы и стали рекомендуется припой ПМЦ-42 (t_пл=885° С). Стальные детали можно паять также припоем Л-62 ( t_пл = 900° С).

Для пайки стали рекомендует припой ЛОК-62-06-04, который получают, добавляя в состав припоя Л-62 олова 0,6% и кремния 0,4%. Новый припой обеспечивает лучшие механические свойства и более плотный шов.

Для пайки пластин из быстрорежущей стали к режущему инструменту рекомендуются медноникелевые сплавы ГПФ и ГФК (табл. 8).

Таблица 8. Медноникелевые припои

Марка припоя	Состав в %						Температура плавления в °С
	Cu	Ni	Fе	Мn	Si	Zn
ГПФ ГФК	66-72 73-74	10-14 4-5	12-14 6-7	4,2-5, 0 4-5	1,0-1,8 3-4	- 6-8	1180-1280 1015-1150

Различают следующие способы пайки твердыми припоями: газовую, погружением, электрическую и в печах.

При способе газовой пайки ацетилено-кислородным пламенем применяют флюсы, которые активно воздействуют на окислы при температуре ниже температуры плавления припоя. При пайке медноцинковыми припоями обычно применяют буру (Na₂B₄О₇·10H₂O) или смесь буры с борной кислотой (Н₃ВО₃). Бура плавится при температуре 783° С, хорошо растекается по поверхности детали и энергично растворяет окислы металлов. При использовании флюса с содержанием борной кислоты рабочую температуру пайки повышают на 40—50° С.

При пайке серого чугуна в состав флюса вводят хлорит калия и перекись марганца. Эти вещества, являясь сильными окислителями, способствуют выжиганию графита. При этом увеличивается площадь металлической поверхности, хорошо смачиваемой припоем.

При пайке твердыми припоями соединяемые детали подгоняют так, чтобы зазоры между ними не превышали 0,05—0,08 мм. При таком зазоре под действием капиллярных сил пространство между деталями наиболее полно заполняется припоем. Затем поверхность, подлежащую пайке, зачищают до металлического блеска и обезжиривают 10%-ным раствором каустической соды или растворителем (бензин или нитрорастворитель РДВ).

В зависимости от формы детали или шва припой укладывают на подготовленную поверхность в виде пластины или прутка или вносит в шов в виде присадочного материала. Деталь нагревают до оплавления припоя, газовый способ пайки малопроизводителен и не экономичен, так как значительное количество припоя стекает с поверхности детали. Кроме того, вследствие окисления металла прочность пайки получается недостаточно высокой.

IIpи способе пайки погружением медноцинковый припой плавят и нагревают до нужной температуры в электротигле. Расплавленный припой покрывают слоем флюса. После сборки детали поверхности, не подлежащие пайке, защищают настой из мела или графита. Подготовленную деталь нa несколько минут погружают в припой. Затем деталь очищают от наплывов металла, удаляют остатки флюса и промывают в горячей воде.

При электрической пайке сопротивлением (контактной) используют сварочную контактную машину или специальный аппарат, который питается от низковольтного трансформатора. Для нагрева места пайки через деталь пропускают ток 500—1000 а. Наиболее удобным в работе является аппарат, состоящий из понижающего трансформатора и паяльных клещей. Деталь зажимают между графитовыми контактами, последние посредством гибкого провода подсоединяются к зажимам вторичной обмотки трансформатора.

Для пайки т. в. ч. используют ламповые высокочастотные генераторы ЛГПЗ-30, ЛГПЗ-60 и другие, работающие в диапазоне частот 150—000 кгц. При высокочастотной пайке деталь меньше подвергается короблению благодаря местному нагреву участка пайки. Кроме того, под действием сил электромагнитного поля расплавленный припой более интенсивно проникает в зазор между деталями, а также активизируется флюс. Процесс пайки производительный и экономичный.

Для нагрева деталей т. в. ч. от ламповых генераторов используют охлаждаемый водой индуктор, изготовленный из красномедной трубки со стенкой толщиной 1 — 1,5 мм. Наибольшее применение получили одно- и двухвитковые индукторы, позволяющие получить местный нагрев на малом участке.

В зависимости от размеров и конфигурации деталей зазор между индуктором и деталью изменяют в пределах 2—20 мм. Меньшие зазоры рекомендуются при пайке тонкостенных соединений простой формы. При малых зазорах индуктор изолируют асбестовым шнуром с последующей пропиткой жидким стеклом. Такая изоляция индуктора предохраняет деталь от возможных прижогов.

Пайка в электрических соляных ваннах (ВаС1₂ или NaCI) обеспечивает высокую прочность соединения, так как металл надежно защищен от окисления. Расход припоя значительно снижается по сравнению с газовой пайкой.

Прочность пайки в соляных ваннах во многом зависит от качества подготовки деталей. Детали после очистки и травления подгоняют, чтобы зазор в соединении не превышал 0,03 мм, при большом зазоре прочность пайки значительно ухудшается вследствие недостаточной диффузии припоя. На кромки собранной детали укладывают припой — проволоку диаметром 0,5   мм из электролитической меди.

Поверхности детали, не подлежащие пайке, покрывают пастой. Загрузку деталей в соляную ванну производят при температуре 1100—1150° С. Продолжительность выдержки деталей в ванне рекомендуется 2—3 мин.

Пайка деталей из алюминиевых сплавов встречает следующие затруднения:

1. При нагревании металла образуется окисная пленка (AI₂О₃), которую трудно удалить с поверхности детали. Кроме того, эта пленка не растворяется и не восстанавливается флюсами, применяемыми при пайке стали и меди.
2. Поверхности, запаянные легкоплавкими припоями, обладают низкой устойчивостью против коррозии.
3. Специальные флюсы, разработанные для пайки алюминиевых сплавов, активно удаляют пленку окислов только при высокой сплавов обычно производят тугоплавкими (твердыми) припоями.

Наибольшая прочность пайки алюминиевых сплавов достигается при использовании алюминиевых твердых припоев 34A и 36A, температура плавления которых 490—537° С.

Наиболее активно действующим является флюс следующего состава: LiCl 25-35%; KF 8-12%; ZnCl₂ 8-15% и KC1 - остальное. Фтористый калий можно заменять фтористым натрием (NaF). Температура плавления флюса равна 420° С. После механической подготовки поверхности, подлежащие пайке, обезжиривают 10%-ным раствором каустической соды и промывают водой. Затем поверхность, подлежащую пайке, облуживают припоем, наносят флюс и приступают к пайке. Закончив пайку, удаляют наплавы припоя и очищают металл от остатков флюса при помощи промывки чистой водой.