Консп.лекций_ПАЙКА

предотвращения коррозии, ухудшения электрических параметров. Для очистки и промывки используют различные растворители и составы, способные растворять остатки флюсов и продукты флюсования, в массовом производстве желательно применение моющих средств, способных к регенерации.

Изготовление металлической консервной тары осуществляется на автоматических паяльных станках. Для этого используют белую консервную горячего и электролитического лужения листовую и рулонную жесть толщиной 0,17-0,38 мм из стали 08кп. При горячем лужении ее покрывают с двух сторон оловом толщиной 2,0 мм, а при электролитическом

– в 5 раз тоньше. На автоматических линиях производят штамповку, формовку и подгиб двух противоположных кромок, смазку их флюсом (раствором канифоли в спирте). После сцепления кромок и склепывания продольного шва изделие с постоянной скоростью перемещается вдоль паяльной части автоматической линии. Пайка продольного шва осуществляется с помощью вращающегося паяльного вала, погруженного до половины в ванну с расплавленным припоем ПОС10. Особенность процесса состоит в том, что вращающийся вал несет на себе сравнительно тонкий слой расплавленного припоя и, соприкасаясь с поверхностями корпуса, прогревает и пропаивает шов, а избыток припоя удаляется непрерывно вращающимся матерчатым диском и сбрасывается в специальное устройство. Для уменьшения потерь припоя от угара и предотвращения образования шлака и прочих загрязнений зеркало ванны зачищают флюсом на основе хлористого цинка.

Наряду с низкотемпературной пайкой погружением в расплавленный припой производят пайку изделий в средне - и высокоплавких припоях. Изделия, подготовленные к пайке, погружают частично или полностью, в случае частичного погружения изделий припой заполняет зазоры за счет капиллярного давления, при полном погружении заполнение зазоров происходит за счет капиллярных явлений и выдавливания воздуха и флюса жидким припоем под действием гравитационных сил.

Стальные изделия паяют в расплавах латунных припоев, покрытых слоем флюса толщиной от 12 до 25 мм, состоящего из 75% буры и 25% борной кислоты. Подготовленные под пайку изделия собирают с зазорами 0,03-0,1 мм прихватками сваркой. После предварительного подогрева до температуры 150-2000С их погружают в ванну, выдерживают 20-40с, в зависимости от массы изделия, при температуре 9500С. Предварительный нагрев необходим для полного удаления влаги, остатки которой могут привести к выбросу жидкого припоя из ванны, и для ускорения самого процесса пайки, а также уменьшения потерь припоя и флюса. При погружении изделий в расплавленные латуни происходит изменение состава ванны из-за частичного испарения цинка, поэтому для выравнивания состава в ванну периодически добавляют цинк (либо латунь с более высоким содержанием цинка). В результате неизбежного растворения железа в расплавленной латуни состав ванны периодически контролируют, не

131

допуская содержания железа свыше 1%, так как при более высоком его содержании стабильность процесса нарушается. Для уменьшения тепловых потерь над поверхностью ванны устанавливают тепловые экраны.

Пайку твердосплавных буровых коронок и резцов производят погружением в расплавленный припой Л63 на комплексномеханизированных линиях. Коронки диаметром 32-60 мм армируют твердыми сплавами ВК15 и ВК88, а резцы ВК6В. Корпуса колонок изготавливают из сталей 35ХГСА иУ8А. Корпус резца - сталь 45. В состав комплексно-механизированных линий входят роторный стол с подвесками, индуктор для предварительного нагрева инструмента, тигель с расплавленным припоем и флюсом, обогреваемый ТВЧ, механизмы подачи и дозирования припоя и буры в тигель, селитровая ванна с вращающимся барабаном для изотермической закалки инструмента, ванна для промывки в горячей воде, два пластинчатых транспортера, источники питания и пульты управления.

В тигле расплавленная бура покрывает припой толщиной 15-30 мм, уровень флюса поддерживается автоматически подачей прокаленной буры из бункера-дозатора. Припой подается в виде проволоки диаметром 2 мм из бухты специальным механизмом с автоматическим циклом дозирования в зависимости от его уровня. Технологический процесс пайки твердосплавного инструмента выполняется в такой последовательности: навешивают инструмент на подвески роторного стола, производят индукционный предварительный нагрев; паяют путем медленного погружения инструмента через слой расплавленной буры в латунь; извлекают инструмент из ванны и сбрасывают паяные изделия с подвесок на транспортер и подают к закалочной ванне; производят термообработку и промывку в ванне с горячей проточной водой. В массовом производстве более целесообразна операция флюсования в отдельной ванне (для экономии флюса) после предварительного подогрева изделия. По такой схеме часть флюса с изделием поступает в ванну с припоем, обеспечивая постоянную защиту зеркала расплава от окисления.

Погружением в расплавленный припой паяют также изделия из коррозионно-стойких сталей. Например для соединений лопаток из коррозионностойкой аустенитной стали с дисками, изготовленными из низкоили среднеуглеродистой стали, узлы погружают в расплав латуни, содержащей 30% цинка. Конструкции с максимальными зазорами 0,8 мм собирают, скрепляя стальной проволокой; предварительно подогретые узлы погружают в ванну с расплавленной бурой и затем перемещают в тигель с припоем. Узлы извлекают с задержкой в слое флюса для обеспечения стекания излишков расплавленного припоя; после охлаждения на воздухе оставшуюся пленку флюса удаляют травлением в растворе кипящей 3% азотной кислоты с добавлением ингибиторов.

Рассмотренные случаи пайки изделий погружением в расплавленный припой хотя и весьма эффективны, но имеют и недостатки, так как

характеризуются большим расходом припоев и требуют постоянного

132

контроля и корректировки состава ванн в результате растворнообменных процессов, протекающих между припоями и материалом изделий.

Пайка погружением в расплавленные соли. Изделия в соляных ваннах нагреваются непосредственно или косвенно. При непосредственном нагреве печи-ванны в зависимости от состава солей паяют с применением припоя и без припоя; в последнем случае роль припоя выполняют продукты реакции самой соли с паяемым металлом.

Печи - ванны по конструктивному оформлению подразделяются на тигельные, электродные однофазные с циркуляцией соли, прямоугольные электродные и электродные трехфазные. Печи - ванны состоят из металлического несущего корпуса, в котором помещена теплоизоляция, огнеупорная кладка с вмонтированными в нее электронагревателями. В нагревательное устройство помещен тигель с крышкой, а для измерения температуры расплава соли служит коленчатая термопара. Испарения, выделяющиеся в процессе работы, удаляются с помощью вытяжной вентиляции через зонты, монтируемые совместно с корпусом ванны.

Пайка погружением в расплавах солей используется при изготовлении конструкций из алюминия и сплавов с применением готовых припоев или плакированного слоя. Иногда используют реактивно - флюсовую пайку с образованием припоя в результате взаимодействия активных компонентов

солей с паяемыми материалами.
Качество соединений изделий,	изготовленных из алюминиевых
сплавов погружением в расплавы солей,	в значительной мере зависит от

состава ванны.

Для крупносерийной и массовой пайки изделий из алюминиевых сплавов, а также при большой плотности соединений в труднодоступных местах целесообразно применять пастообразные припои, изготовленные из порошков, замешанных на связке. Нанесение пастообразного припоя сокращает трудозатраты, особенно при механизированном процессе путем раздельной подачи смеси порошкообразного припоя и связующего раствора с помощью специального устройства.

Недостатком применения пайки алюминиевых узлов погружением в расплавы солей является сложность удаления остатков флюсов, которые весьма гигроскопичны и коррозионно активны, особенно при эксплуатации изделий в электропроводящих средах, поэтому после пайки изделие необходимо подвергать тщательной обработке. Значительно затруднено проведение этой операции при изготовлении изделий сложной формы с глубокими и глухими каналами и карманами, например в волноводах, резонаторах, теплообменных аппаратах. Этот недостаток в ряде случаев ограничивает применение пайки алюминиевых сплавов погружением в соли.

Преимущества пайки погружением в расплавленные припои и соли не всегда могут быть использованы при прямом нагреве в жидких средах, например в случаях пайки активных металлов, когда недопустим контакт со средой.

133

Поэтому процессы пайки изделий из таких металлов осуществляют с

косвенным погружением в расплавы солей; для этой цели герметичный контейнер с изделием, в который подается контролируемая среда, погружают в ванну с расплавленной солью, нагретой до заданной температуры. При таком способе можно осуществлять пайку не только в газовой среде, но и в вакууме. Важное преимущество пайки погружением - малая металлоемкость контейнера благодаря наличию на его поверхности пленки соли, защищающей от окисления. Это позволяет изготавливать контейнеры из тонколистовых (толщиной 0,3-1 мм) низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Постоянная защита контейнера от окисления коркой соли повышает срок его эксплуатации по сравнению с контейнерами, которые в процессе пайки контактируют с воздушной средой.

Возможность скоростного и равномерного нагрева контейнера в солях хорошо реализуется при пайке изделий из титана и его сплавов. Например, лопатки направляющего аппарата из сплава ВТ3-1 припоем ПСр72ЛМН паяют в проточном техническом аргоне с небольшим избыточным давлением в стальном контейнере погружением в ванну с расплавом хлористого бария

(BaCl2) при	температуре	8800С в течение 2 мин.	Ограничение
продолжительности процесса		позволяет не только	предотвратить

охрупчивание соединения, но и избежать роста зерен паяемого материала; это чрезвычайно важно в тех случаях, когда нет возможности применить контактно-реактивную диффузионную пайку по покрытиям из-за сложной конфигурации соединяемых элементов и трудности обеспечения необходимых минимальных зазоров даже за счет поджатия. Этим обусловлено применение серебряного припоя, температура ликвидус которого ниже температуры рекристаллизации сплава ВТ3-1, а температура солидус – выше температуры, обеспечивающей его смачивание и формирование соединения. При кратковременном контактировании припоя с паяемым металлом образуется барьер из тонкого слоя интерметаллидов, ограничивающий их дальнейшее взаимодействие и расширение хрупкой диффузионной зоны.

Литература

1. Петрунин И.Е., Маркова И.Ю., Екатова А.С. Металловедение пайки. М. Металургия 1976. – 264с.

2.Петрунин И.Е. Физико-химические процессы при пайке. М. «Высшая школа» 1972. –280с.

3.Петрунин И.Е., Лоцманов С.Н., Николаев Г.А. Пайка металлов. М. Металургия. 1973. –280с.

4.Лашко Н.Ф., Лашко С.В. Пайка металлов. М. Машиностроение, 1977.

–328с.

5.Лашко Н.Ф., Лашко С.В. Пайка металлов. М. Машиностроение, 1988.

–376с.

6.Лашко Н.Ф., Лашко С.В. Контактные металлургические процессы при пайке и напайке металлов. М. Металлургия, 1977. –245с.

134

7.Хансен М, Андерко К. Структура двойных сплавов. М. Металлургиздат, 1962. –1488с.

8.Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М. Химия 1974. –414с.

9.Никитин В.И. Физико-химическое явление при воздействии жидких металлов на твердые. М: Атомиздат 1967. –213с.

10.Вол А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем – М. Физматиздат 1962. –735с.

11.Корнилов И.И. и др. Металлохимические свойства элементов периодической системы. Монография – справочник. –М. Наука. 1966. –356с.

12.Справочник по пайке. Под ред. Петрунина И.Е. М: Машиностроение.

1984.-398с.

13.Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. Под ред. С.В. Вонсовского. Изд. 4-е –Л.: Наука. 1972. –427с.

14.Гржимальский П.П. Ильевский И.И. Технология и оборудование пайки. –М: Машиностроение. 1979. –240с.

15.Флемингс М. Процессы затвердевания пер. с англ. –М, Мир. 1977. –

424с.

16.Морачевский А.Г. Физико-химические свойства жидких металлов и

сплавов . –Л: изд. ЛПИ, 1986. –80с.

18. Лариков Л.Н., Исайчев В.И. Диффузия в металлах и сплавах. Справочник АН УССР Институт металлофизики – Киев. Наукова думка 1987. –509с.

19.ГОСТ 17349-79.Пайка. Классификация припоев.

20.ГОСТ 19248-73. Припои. Классификация.

21.ГОСТ 19250-73. Флюсы паяльные. Классификация.

22.ГОСТ 20485-75. Пайка. Контроль определения заполнения зазора припоем.

23.ГОСТ 19249-73. Соединения паяные. Основные типы и параметры. 24.ГОСТ 24715-81. Соединения паяные. Методы контроля качества. 25.ГОСТ 23178-78. Флюсы паяльные высокотемпературные

фторборатно- и боридно - галагенидные. Технические условия.

26.ГОСТ 17325-79. Пайка и лужение. Основные термины и определения.

Приложение

Контрольные вопросы

1.Определение процесса пайки в соответствии с ГОСТ 17325-79. Автономное плавление и особенности контактного плавления твердых поликристаллических тел.

2.Зависимость характера физико-химического взаимодействия материалов при пайке от положения металла в Периодической системе Менделеева.

3.Характер контактных процессов взаимодействия материалов при пайке при условии, что компоненты паяемого металла и припоя не растворимы ни в жидком, ни в твердом состоянии.

135

4.Характер контактных процессов взаимодействия материалов при пайке при условии, что компоненты паяемого металла и припоя ограниченно растворимы в жидком состоянии и не растворимы в твердом состоянии.

5.Характер контактных процессов взаимодействия материалов при пайке при условии, что компоненты паяемого металла и припоя неограниченно растворимы в жидком состоянии и ограниченно в твердом.

6.Характер контактных процессов взаимодействия материалов при пайке

при условии, что компоненты паяемого металла и припоя образуют неограниченные растворы в жидком и твердом состоянии.

7.Характер контактных процессов взаимодействия материалов при пайке при условии, что компоненты паяемого металла и припоя образуют устойчивое химическое соединение.

8.Характер контактных процессов взаимодействия материалов при пайке при условии, что компоненты паяемого металла и припоя образуют неустойчивое химическое соединение.

9.Основные характеристики совместимости паяемого металла и припоя в процессе пайки. Особенности физико-химического взаимодействия в процессе пайки.

10.Адгезионное взаимодействие между твердым паяемым металлом и расплавом припоя. Определение работы адгезии и работы когезии.

11.Характеристика процесса смачивания паяемого металла расплавом припоя. Условие равновесия капли жидкости на твердой поверхности. Уравнение Юнга.

12.Краевой угол смачивания, растекание припоев, капиллярное течение припоев.

13.Характеристика коэффициента растекания. Как экспериментально определить коэффициент растекания?

14.Развитие процессов диффузии при пайке. Характеристика поверхностной, граничной и объемной диффузии.

15.Характеристика коэффициента диффузии. От каких факторов зависит величина коэффициента диффузии?

16.Процесс растворения паяемого металла в расплаве припоя. Статические и динамические условия взаимодействия расплава припоя с паяемой поверхностью.

17.От каких факторов зависит константа скорости растворения?

18.Назначение технологического покрытия при пайке.

19.Роль процессов испарения при пайке. Припои с легко испаряющимися компонентами.

20.Классификация и характеристика спаев.

21.Условия образования и особенности бездиффузионного спая.

22.Условия образования и особенности растворно-диффузионного спая.

23.Условия образования и особенности контактно-реактивного спая.

24.Условия образования и особенности спая сращивания.

25.Условия образования и особенности диспергированного спая. Возможен ли диспергированный спай при пайке металла с неметаллом?

136

26.Условия образования и особенности металло-неметаллического спая.

27.Особенности процессов кристаллизации при пайке. Процессы ликвации при пайке.

28.Влияние условий кристаллизации на форму роста кристаллов в условиях пайки.

29.Влияние концентрационного переохлаждения на изменение фронта кристаллизации.

30.Классификация способов пайки по методам удаления оксидных пленок.

31.Специфика процессов флюсования при пайке.

32.Механизм флюсования при использовании галоидных флюсов (на примере действия раствора хлористого цинка).

33.Как «работают» на поверхности паяемого металла флюсы, сдержащие

фториды и фторбораты (например, KBF4, NaBF4)? 34.Роль нейтральной газовой среды и вакуума при пайке.

35. Роль активной газовой среды в процессе пайки. Как «работают» газообразные флюсы?

35. Какие искусственные газовые среды применяют при пайке?

37.Классификация способов пайки по условиям заполнения зазора и механизму образования паяного шва.

38.Капиллярная пайка готовым припоем. Определение, сущность.

39.Влияние размера зазора на структуру, химический состав шва, механические свойства соединения.

40.Контактно-реактивная пайка, определение, сущность. Влияние толщины покрытия (прокладки) и температуры пайки на качество паяных соединений.

41.Реактивно-флюсовая пайка, определение, сущность. Флюсы для реактивно-флюсовой пайки. Реактивно-флюсовая пайка изделий из сплавов алюминия.

42.Диффузионная пайка, определение, сущность. Возможности регулирования размера шва, скорости прохождения процесса пайки, исключение образования интерметаллидов.

43.Некапиллярная пайка, определение, сущность.

44.Пайка композиционным припоем, области применения.

45.Классификация припоев по химическому составу и технологическим свойствам.

46.Медные припои: применение, характеристика паяных соединений, недостатки.

47.Серебряные припои: область применения, характеристика паяных соединений.

48.Никелевые припои: область применения, характеристика паяных соединений.

49.Алюминиевые припои: область применения, характеристика паяных соединений.

50.Оловянно-свинцовые припои: область применения, характеристика паяных соединений.

137

51 Порошкообразные и пастообразные припои. Требования к связующим веществам пастообразных припоев.

52.Пайка в печах. Электропечи с контролируемыми средами. Оснастка для сборки деталей при печной пайке.

53.Оборудование для индукционной пайки. Примеры технологического процесса индукционной пайки.

54.Оборудование для пайки поогружением. Печи-ванны для пайки погружением в расплавы солей. Составы солевых ванн для пайки алюминиевых сплавов.

55.Конструирование паяных соединений. Характеристика соединений встык, вскос, нахлесточных, угловых и тавровых. Соединения трубных элементов.

56.Примеры конструирования паяных соединений. Способы подвода припоя и флюса.

57.Прочность паяных соединений. Влияние физико-химических и технологических факторов на прочность паяных соединений. Способы повышения прочности.

58.Влияние конструкционных факторов на прочность паяных соединений. Расчет на прочность стыковых, нахлесточных и телескопических соединений.

59.Подготовка поверхности паяемого металла под пайку. Предварительное нанесение технологических и барьерных покрытий, способы нанесения покрытий.

60.Сборка под пайку и способы внесения припоя. Приспособления для пайки.

61.Обработка деталей после пайки. Способы удаления остатков флюсования.

62.Технологический процесс пайки металлических материалов. Пайка сталей и чугуна.

63.Пайка меди и сплавов.

64.Пайка алюминия и сплавов.

65.Пайка титана и сплавов.

66.Пайка неметаллических материалов, особенности технологии.

67.Пайка металлов со стеклом, керамикой, ферритами, области применения.

68.Пайка полупроводников.

69.Пайка графита с металлами, области применения.

70.Дефекты паяных соединений.

138

139