Лекція № 17

Навчальні питання:

1. Паяння металів. Сутність пайки. Паяння м'якими припоями. Паяння твердими припоями та їх різновиди.

2. Паяння алюмінієвих сплавів.

Навчальне питання 1. Паяння металів. Сутність пайки. Паяння м'якими припоями. Паяння твердими припоями та їх різновиди.

Фізична сутність паяння. Паяння металів — це процес з’єднання металевих виробів, який грунтується на властивості розплавленого присадного металу (припою), що має меншу, ніж основний метал, температуру плавлення, проникати в поверхневі шари основного металу, нагрітого до температури плавлення припою. Після остигання розплавленого припою створюється міцне нерознімне з’єднання. Залежно від температури плавлен­ня припою розрізняють паяння м’якими і твердими припоями.

Паяння м’якими припоями. До м’яких належать припої, температура плавлення яких не перевищує 400° С. Для паяння майже всіх металів використовують олов’яно-свинцеві припої марок ПОС 90, ПОС 40, ПОС ЗО, які містять відповідно 90, 40 і 30% олова і мають температуру плавлення 180—260° С. М’які припої забезпечують границю міцності 50—70 Мн/м² (5— 7 кГ/мм²).

Щоб захистити нагрітий основний метал і розплавлений при­пій від окислювання, а також розчинити утворювані оксиди і сприяти розтіканню рідкого припою по поверхні місця спаю­вання, застосовують такі флюси, як каніфоль і хлористий цинк або суміш хлористого цинку з хлористим амонієм. М’які припої виготовляють у вигляді прутків, дроту, порошку та ін.

Нагрівають деталі звичайно паяльниками, газовими пальни­ками, зануренням у розплавлений припій, покритий зверху флю­сом, тощо.

Паяння твердими припоями. Тверді припої мають темпе­ратуру плавлення понад 500° С. До них належать мідно-цинкові припої типу ПМЦ, олов’яно-кремнисті латунні типу ЛОК, срібні припої типу ПСр, мідно-фосфористі, мідно-кремнисті, мідно-ні­келеві, звичайні латунні припої і чиста мідь.

Тверді припої поділяють на тугоплавкі (з температурою плав­лення 875—1100°С) і легкоплавкі (з температурою плавлення, нижчою за 875° С). Границя міцності паяних з’єднань при паянні твердими припоями становить 60—500 Мн/м² (6—50 кГ/мм²). Найчастіше паяння твердими припоями виконують за допомогою зварювального пальника. Як флюси для паяння сталі і мідних сплавів використовують буру (Ма2В₄0₇), борну кислоту (Н₃В0₃) і їх суміші. Щоб під час паяння бура не закипала, її спочатку прожарюють.

Галузь застосування. Паянню добре піддаються всі вугле­цеві і леговані сталі, у тому числі нержавіючі та інструменталь­ні, тверді сплави, сірі і ковкі чавуни, кольорові метали і їх спла­ви, благородні метали. Значно гірше паяти алюміній і його сплави. Ці метали паяють безфлюсовим способом за допомогою тертя або спеціальних флюсів. Паяння за першим способом ви­конують цинковим або цинко-олов’яним припоєм, а окисні плівки під час паяння видаляють шабером чи дротяною щіткою. При другому способі, який забезпечує значно більшу міцність з’єд­нань, використовують активні флюси і як припій — мідно-крем­нієвий сплав на алюмінієвій основі.

Навчальне питання 2. Паяння алюмінієвих сплавів.

Алюміній та його сплави дуже швидко окислюються в процесі нагрівання, утворюючи досить стійкі окисли, що утруднюють ведення паяння. Тому процес паяння алюмінію та його сплавів багато чим відрізняється від процесів паяння інших металів. Тут застосовні тільки ті методи, при яких плівка окислів, що вкриває поверхню спаюваних частин, руйнується безпосередньо у момент паяння.

Відомі три методи паяння алюмінію та його сплавів:

-паяння з механічним руйнуванням окисної плівки;

-паяння з руйнуванням плівки окислів за допомогою ультразвукових коливань;

-паяння з хімічним руйнуванням окисної плівки.

Щоб мати доброякісне з’єднання спаюваних частин, треба насамперед підготувати поверхню: очистити її від бруду, провести знежирювання і травлення.

Метод паяння алюмінію з механічним видаленням окисної плівки« Хоч цей метод не можна вважати прогресивним, усе-таки ним ще часто користуються у практиці роботи слюсаря.

Підготовлені для паяння поверхні нагрівають до температури плавлення припою, потім у зоні шва наносять шар розплавленого припою і під ним шабером, паяльником чи стальною щіткою видаляють поверхневу плівку (проводять облудження). У міру видалення окисної плівки припій змочує алюміній і після охолодження дає міцний зв’язок.

У ряді випадків окисну плівку зіскоблюють безпосередньо паличкою припою, в який іноді вводять абразив. Такий спосіб паяння часто називають шаберним, або абразивним.

Метод паяння з механічним видаленням окисної плівки найзручніший для запаювання поверхневих дефектів в алюмінієвих виробах. Як припій для цього застосовують цинк, олово та їх сплави.

Для прискорення процесу паяйня цим методом використовують електричний паяльник, за допомогою якоґо окисна плівка видаляється механічно — вібруючою металевою щіткою.

Метод паяння алюмінію із застосуванням ультразвукових коливань. Окисну плівку з поверхні алюмінію можна успішно видаляти за допомогою ультразвуку. Викликані тим чи іншим способом у розплавленому припої коливання ультразвукової частоти спричиняються до порушення суцільності в шарі припою і періодичного виникнення і зникнення величезної кількості дрібних пухирців. У той момент, коли пухирець, що виникає безпосередньо на поверхні алюмінію, зникне, розплавлений припій з силою вдарявться об цю поверхню і руйнує окисну плівку; звільнена від окисів поверхня алюмінію негайно змочується розплавленим припоєм, що й забезпечує доброякісне паяння. При цьому способі паяння не обов’язково застосовувати флюси. З використанням ультразвуку відпадає потреба в попередньому зачищанні поверхні алюмінію перед паянням. Знежирювати поверхню треба.

У випадку паяння алюмінію із застосуванням ультразвуку звичайно використовують легкоплавкі припої на цинковій чи олов’яній основі з цинком, кадмієм та алюмінієм. У процесі паяння необхідно тримати кінець робочого стержня якнайближче до поверхні алюмінію, але по змозі не торкатися до неї. Під час залу- джування поверхні алюмінію на поверхні припою скупчуються дуже подрібнені часточки зруйнованої окисної плівки. Щоб мати в цьому випадку доброякісне паяне з’єднання, бажано зашлако- ваний шар припою видалити з поверхні чистою тканиною, а потім виконати паяння свіжим припоєм.

Застосування ультразвукових коливань для паяння алюмінію особливо доцільне в електро- і радіотехнічній промисловості, де небажано користуватися корозійноактивними флюсами.

Паяння з хімічним руйнуванням окисної плівки. Цей метод здійснюється при нагріванні за допомогою пальників, у печах та іншими способами. У випадку паяння виробів з алюмінію припоями на алюмінієвій основі спочатку пальником підігрівають місце спаю та пруток припою до температури 300—400° С. Потім кінець прутка припою занурюють у сухий порошкоподібний флюс типу 34А, а місце спаю додатково підігрівають так, щоб температура його була приблизно на 50° вища від температури плавлення припою. Швидко і з натиском проводять припоєм по місцю спаю, яке безперервно підігрівається. При цьому наявний на прутку припою флюс розтікається по поверхні алюмінію і розчиняє окисну плівку, а припій, розплавляючись при зіткненні з виробом, заповнює очищений флюсом шов, що паяється. Після паяння виріб старанно промивають для видалення залишку флюсу» щоб уберегти спаяну поверхню від корозії.

Інформаційні джерела:

1. Технологія конструкційних матеріалів./За ред. А.М. Сологуба. - К.: Вища школа, 1993 –

300 с.

2. Большаков В.І., Береза О.Ю., Харченко В.І. Прикладне матеріалознавство: Підручник. Дніпропетровськ: РВА „Дніпро VAL”.2000 – 290 с.

3. Технология конструкционних материалов. /Г.А. Прейс, М.А. Сологуб, И.А. Рожнецкий/ - К.: Вища школа 1991 – 391 с.

4. Дальский А.М. и др. Технология конструкционных материалов, М.: Машиностроение. 1990 - 351 с.