8 СОЕДИНЕНИЕ ПАЙКОЙ

8.1 Общие сведения Паяные соединения – это неразъёмные соединения. Соединение образуется в

результате сил молекулярного взаимодействия между поверхностями соединяемых элементов и присадочного материала, называемого припоем. Отличие пайки от сварки – отсутствие расплавления или высокотемпературного нагрева соединяемых деталей, поэтому в процессе пайки детали остаются твёрдыми. При пайке расплавленный припой растекается по нагретым поверхностям стыка деталей. Прочность паяного соединения существенно выше, чем припоя в связи с растворением в слое материала деталей и в связи с тем, что слой находится в стеснённом напряжённом состоянии между соединяемыми деталями.

Процесс пайки состоит из операций: прогрева соединяемых поверхностей, расплавления и растекания припоя и заполнения шва, охлаждения и кристаллизации.

Пайкой соединяют однородные и разнородные материалы: чёрные и цветные металлы, сплавы, керамику, стекло и т.д.

Припои должны быть легкоплавкими, хорошо смачивать соединяемые поверхности, обладать достаточно высокой прочностью, пластичностью, непроницаемостью. Коэффициенты линейного расширения материалов соединяемых деталей и припоев не должны сильно различаться. В табл. 8.1 приведены механические характеристики и области применения распространённых припоев. В табл. 8.2 представлены рациональные конструкции паяных соединений по ГОСТ

19249-73.

91

Таблица 8.1 – Механические характеристики и области применения распространённых припоев

Марка	Основа	в , МПа	Относительное			Назначение
припоя			удлинение ,%
				Пайка		стальных			изделий
Л 63	Медь	450	2
(проволока)				неответственного					назначе-
				ния;		пайка	сталей			с
				начартовкой			при	неравно-
				мерном нагреве
				Пайка			трубопроводов,
ПСр 40	Серебро	380–440	18–37
ПСр 45		370–510	16–35	патрубков и других деталей
				и узлов из конструкций и
				коррозионно-стойких сталей
				Пайка			трубопроводов,
ВПр 1	Медь	840–900	12–18
ВПр 2		330–440	22–46	лопаток		турбин		и	других
ВПр 4		690–760	9–13	деталей		из	коррозионно-
				стойких сталей
				Пайка		внутренних			швов
ПОС 90	Олово и	43	25
ПОС 61	свинец	41	34	медицинской			аппаратуры,
ПОС 50		36	32	деталей		электротехнической
				и	приборостроительной
				промышленности
Примечание.
	Буквы в обозначении марок припоя: П – припой; О – олово; С – свинец;

Ср – серебро; цифры после буквенного обозначения указывают содержание этих элементов (%).

92

Таблица 8.2 – Некоторые типовые конструкции паяных соединений (ГОСТ 19249-73)

Номер

Условное

Тип соединения

Форма поперечного сечения соединения

схемы

обозначение

соединения

1

ПН-1

Внахлёстку

2

ПН-2

3

ПН-3

4

ПН-4

Телескопическое

5

ПН-5

6

ПН-6

7

ПВ-1

Стыковое

8

ПВ-2

9

ПВ-3

Косое

10

ПВ-4

8.2 Расчёт прочности Расчёт прочности паяных соединений аналогичен расчёту сварных. Например,

для стыковых соединений (табл. 8.2, схемы 7 и 8)

		F
	b [				] ,

для нахлёсточных соединений (табл. 8.2, схемы 1…6)

		F
	b [				] ,

93

(8.1)

(8.2)

где [ ] и [ ] - допускаемые напряжения в паяном шве. Допускаемые напряжения при расчёте паяных соединений определяют как отношение предела прочности припоя к коэффициенту запаса прочности

	[		]	в	; [		]	в	,	(8.3)
				n				n

где [ ] и [ ] - допускаемые напряжения на растяжение (при расчёте стыковых соединений) и на срез (для нахлёсточных соединений);

в и в - предел прочности при растяжении (табл. 8.1) и срезе (табл. 8.3)

соответственно для паяного соединения;

n - коэффициент запаса прочности ( n =2,5–3 при статической нагрузке, n =3–5 при переменной нагрузке).

8.3 Примеры расчёта Пример 5. Определить допускаемую нагрузку на телескопическое соединение

(припой ПОС40) кронштейна подвески электрода химической ванны (медная плита). Материал деталей соединения - медь М3, рабочая температура 200С, конструкция соединения соответствует схеме 6 (см. табл. 8.2). Размеры соединения: b =20 мм;

D =40 мм; 1 =5 мм; 2 =40 мм.

Решение: 1. Определяем допускаемое напряжение на срез для припоя ПОС40 и соединяемых элементов из меди М3, используя данные табл. 8.3 и формулу (8.3).

в =27 МПа; n =3; [ ] nв 273 9 МПа.

2.Допускаемая нагрузка по формуле (8.2)

F b [ ] b D[ ] 20 3,14 40 9 22608 Н=22,6 кН.

Пример 6. Определить ширину шва (длину нахлёстки) паяного соединения латунного сильфона с патрубком вакуумной камеры припоем ПОС40. Максимальная нагрузка, действующая на сильфон в рабочем режиме, F =1,3 кН. Рабочая температура 200С. Конструкция соединения соответствует схеме 5 (см. табл. 8.2). Диаметр патрубка D =36 мм.

94

Решение: 1. Определяем допускаемое напряжение на срез для припоя ПОС40 при соединении элементов из латуни [см. табл. 8.2 и формулу (8.3)]

в =22 МПа;	n =3; [ ]	22	= 7,3 МПа.
		3

2. Ширина шва по формуле (8.2)

	b	F			F		1,3	103		1,58 мм.
		[	]		D[ ]		3,14	36 7,3

Принимаем b =2 мм.

95