Как и чем выполняется пайка мягкими припоями
Технологический процесс паяния мягкими припоями при ремонте деталей
Мягкими припоями называются легкоплавкие припои, температура плавления которых не выше 300° С.
Применяются мягкие припои при ремонте деталей из любых металлов и сплавов в тех случаях, когда соединение не требует особой прочности (предел прочности соединения при растяжении не превышает 10—11,5 кг/мм2).
Мягкие припои представляют собой сплавы олова и свинца в различных пропорциях (табл. 40) и поэтому они называются оловянносвинцовыми припоями.
Физикомеханические свойства оловянносвинцовых припоев зависят от их состава. Большей механической прочностью обладают припои с большим содержанием олова, а наилучшие пластические свойства имеют припои с малым содержанием олова.
Флюсы получают в готовом виде. Хлористый цинк может быть приготовлен путем растворения цинка в соляной кислоте.
Технологический процесс пайки мягкими припоями состоит из трех этапов: подготовки деталей к пайке, собственно пайки и обработки деталей после пайки.
Подготовка деталей к пайке заключается в зачистке поверхностей деталей в месте соединения от загрязнения и окислов, подгонке деталей друг к другу, флюсовании и лужении места спайки.
Зачистка мест спайки деталей производится напильником или наждачным полотном.
Лужение заключается в нанесении на места спайки тонкого слоя припоя (полуды), которая обеспечивает хорошее механическое сцепление припоя с основным металлом. Пайка может вестись и без предварительного лужения.
Пайка мягкими припоями может выполняться несколькими способами: паяльником, паяльной лампой или погружением деталей в расплавленный припой.
При пайке основной металл соединяемых деталей и сам припой должны быть нагреты до температуры на 40—50° С, превышающей верхнюю критическую точку плавления припоя.
В табл. 42 приведена температура плавления мягких припоев и температура пайки этими припоями.
Процесс пайки двух деталей мягким припоем при помощи паяльника следует проводить в такой последовательности:
1. Подогнать места спайки деталей друг к другу и зачистить поверхности, подлежащие пайке.
Подгонка проводится напильником, а зачистка мест пайки — напильником или наждачным полотном.
2. Смазать очищенные поверхности деталей флюсом.
3. Плотно прижать соединяемые детали друг к другу при помощи плоскогубцев, тисков или струбцин.
4. Нагреть паяльник до температуры 300—400° С.
5. Потереть конец нагретого паяльника о нашатырь.
6. Взять концом паяльника припой, для чего необходимо, вдавливая паяльник в припой, расплавить его (расплавленный припой пристанет к паяльнику).
7. Перенести расплавленный припой, приставший к паяльнику, на подготовленные поверхности соединяемых деталей, равномерно распределяя его по шву.
При пайке необходимо стремиться к тому, чтобы слой припоя в месте спайки был как можно тоньше, так как при этом прочность соединения будет выше.
8. Зачистить шов от наплывов припоя и промыть водой для удаления остатков флюса.
При пайке пользуются паяльниками, изготовленными из меди. Вес паяльника подбирают в зависимости от величины соединяемых деталей и размеров спайки.
Паяльник в процессе пайки необходимо периодически подогревать. Нагрев паяльника производят при помощи паяльной лампы или в специальной печи. Лучше пользоваться электропаяльником, который непрерывно подогревается электрическим током и таким образом в процессе работы имеет постоянную температуру.
При пайке способом погружения подготовленные детали, плотно прижатые друг к другу, опускают в ванну с расплавленным припоем. Поверхности, не подлежащие пайке, защищают путем нанесения на них слоя мела, растворенного в воде. Способом погружения припаивают трубки к верхней и нижней опорным пластинам радиатора при ремонте последнего. Пайка мягкими припоями при ремонте автомобилей и тракторов широко применяется при восстановлении водяных и масляных радиаторов, топливных баков, бензо и маслопроводов, деталей электрооборудования. Мягкие припои используются также для подготовки (лужения) вкладышей и втулок подшипников под заливку баббитом, а в отдельных случаях мягкими припоями заделывают вмятины на деталях кузовов легковых автомобилей. Для пайки деталей из цинковых сплавов применяется припой следующего состава: свинца 32% (по весу), олова 50%, кадмия 18%. Этим же припоем можно припаивать к деталям из цинкового сплава детали из стали, меди, бронзы и латуни.
этого, спаиваемые поверхности деталей из цинкового сплава непосредственно перед пайкой смачиваются нетравленой соляной кислотой. Пайка ведется обычным паяльником. Для удаления кислоты с поверхности паяной детали места пайки промывают раствором соды, а затем теплой водой.
Пайка мягкими припоями
Пайка — процесс жесткого соединения нескольких металлических деталей с помощью оловянно-свинцовых сплавов.
Пайка мягкими припоями используется главным образом для создания герметичного шва, соединения деталей, где не требуется большой механической прочности.
Рассмотрим последовательность выполнения приемов пайки мягкими припоями.
1. Поверхность детали очищают от грязи и ржавчины шабером, напильником или надфилем до металлического блеска. Шлифовальную шкурку применять нельзя, так как содержащийся в ней клей загрязняет поверхность для пайки.
2. Спаиваемые поверхности подгоняют до плотного соединения с помощью гибки, правки и опиливания.
3. Волосяной кисточкой наносят жидкий флюс, распределяя его на подготавливаемой к пайке поверхности тонким слоем (рис. 262). Наносить большое количество флюса не следует, так как при соприкосновении с горячим паяльником он разбрызгивается. Твердый флюс (канифоль) наносят на поверхность после предварительного подогрева места пайки паяльником путем растирания с одновременным его плавлением.
Рис. 262. Нанесение флюса на шов
Применяют два вида паяльников — обычные и электрические.
Стержень паяльника изготовляют из красной меди, обладающей большой теплопроводностью для передачи тепла детали, подлежащей пайке, с подогревом ее поверхности до температуры плавления припоя. Рабочая (клинообразная) часть паяльника должна быть чистой и иметь слегка притуплённую вершину без заусенцев.
Заправка рабочей части производится плоским личным напильником, как показано иа рис. 263, а.
Обычный паяльник нагревают в основном на газовой горелке, паяльной лампе, в кузнечном горне, в муфельной печи.
При нагревании паяльник располагают к пламени задней частью. Это положение способствует лучшему аккумулированию тепла массой паяльника и устраняет поджог рабочей части. Степень нагрева паяльника определяют по бледно-зеленому пламени, отходящему от него. Если паяльник нагрет докрасна, его надо снять, немного охладить и очистить рабочую часть паяльника от окалины напильником.
Более совершенной конструкцией являются электропаяльники, которые во время работы поддерживают постоянную температуру нагрева.
Рабочую часть паяльника погружают (на мгновение) в сосуд с хлористым цинком для очистки от окислов и окалины (рис. 263, б). Другой способ очистки и лужения рабочей части паяльника состоит в погружении в канифоль и растирании припоя на жале паяльника.
Очищенную рабочую часть вводят в соприкосновение с концом прутка припоя, забирая на жало паяльника две-три капли расплавленного припоя (рис. 263, в).
Жало вводят в кусок нашатыря, делая по нему горизонтальны движения до тех пор, пока конец паяльника не будет облужен. Эт. слой полуды даст возможность сохранить на плоскости определена количество припоя для пайки и защитит поверхность паяльника от окисления.
Для нагревания и при небольших перерывах в работе электропаяльник кладут на специальную подставку (рис. 264).
Рис. 264. Подставка для электропаяльника
На облуженный паяльник забирают от прутка две-три капли припоя и подносят к месту пайки, покрытому флюсом. Деталь при этом должна быть расположена швом вверх. Как только место прикосновения прогреется и припой будет растекаться, медленно и равномерно перемещают паяльник без отрыва вдоль шва в одном направлении, давая возможность припою заполнить зазор (рис. 265).
Рис. 265. Прием пайки шва мягким припоем
Наносить припой надо тонким и равномерным слоем без пропуска. При остывании припой имеет чистую блестящую поверхность. На слабо прогретую поверхность припой ложится комками и плохо связывается с поверхностью пайки. После окончания пайки выступающие приливы осторожно опиливают напильником, а поверхность шва зачищают шкуркой.
В процессе кислотной пайки на поверхность детали были нанесены флюсы, которые могут вызвать дополнительное окисление или коррозию. Для удаления остатка флюса всю поверхность детали промывают в теплой воде и просушивают.
Проверку качества пайки проводят по отсутствию пропусков раковин и на герметичность. Для этого в запаянный сосуд наливают воду и проверяют шов на водонепроницаемость.
Pereosnastka.ru
Обработка дерева и металла
Пайка мягкими припоями делится на кислотную и бескислотную. При кислотной пайке в качества флюса употребляют хлористый цинк или техническую соляную кислоту, при бескислотной пайке — флюсы, не содержащие кислот: канифоль, терпентин, стеарин, паяльную пасту и др. Бескислотной пайкой получают чистый шов; после кислотной пайки не исключена возможность появления коррозии.
Пайка мягкими припоями включает подготовку изделий к пайке, подготовку паяльника, расплавление припоя, охлаждение и очистку шва.
Подготовив изделий к пайке. Прочное паяное соединение может быть получено только в том случае, если место пайки предварительно очищено от грязи, жиров, продуктов коррозии и окисных пленок, которые сильно мешают растеканию припоя и его проникновению в шов. Поверхность изделий перед пайкой зачищают, обезжиривают, травят, промывают, сушат и собирают.
Механическую очистку поверхности изделий от окислов, ржавчины и окалины выполняют наждачной бумагой, напильниками, металлическими щетками, шлифовальными кругами, стальной или чугунной дробью.
Химическое обезжиривание в щелочных ваннах является наиболее простым и эффективным способом; заключается оно в обработке изделий в тонко размолотой венской извести, разведенной водой до кашицеобразного состояния, которую кистью наносят на изделие, тщательно протирают и смывают водой.
Обезжиривание в органических растворителях применяют для удаления толстого слоя масла с изделий со сложными поверхностями, с внутренними полостями и глубокими отверстиями. Для этого применяют ацетон, бензол, скипидар, бензин, метиловый, этиловый спирт и др.
Химическое травление применяют в тех случаях, когда имеющиеся на поверхности изделия пленки окислов и других соединений обезжириванием не удаляются и препятствуют образованию прочного соединения припоя с паяемым металлом. Травление осуществляют погружением изделий в растворы серной, соляной, фосфорной и других кислот.
Очистка с помощью ультразвука резко сокращает процесс очистки деталей от жировых загрязнений. Этот способ применяют в случаях, когда другие способы не обеспечивают нужную чистоту поверхности. В ультразвуковых ваннах в качестве очищающей среды используют органические растворители, щелочные растворы, горячую воду, мыльный раствор и др.
Подготовка паяльника заключается прежде всего в заправке его под углом 30 — 40° и очищении от следов окалины. Затем обушок паяльника нагревают, следя, чтобы его рабочая часть находилась в некоптящей зоне пламени и нагрев осуществлялся до определенных температур: до 250 —300 °С при пайке мелких деталей и до температуры 340 —400 °С при пайке крупных. Следят, чтобы паяльник не перегрелся. Перегрев паяльника выше 500 °С повышает окалинообразование и затрудняет лужение наконечника. Если паяльник недостаточно нагрет, то припой на спаиваемых поверхностях быстро остывает и превращается в кашеобразную массу. Такая пайка очень непрочна.
Признаком перегрева является появление зеленоватого пламени и быстрое сгорание канифоли с выделением дыма вместо ее плавления. О нормальном нагреве паяльника судят по легкому покраснению обушка. При перегреве паяльник снимают с огня, дают ему немного остыть, зажимают в тисках и опиливают плоским напильником рабочий конец дочиста с обеих сторон и снимают с ребер заусенцы. Во время длительной пайки периодически очищают рабочую часть паяльника от окалины стальной щеткой и напильником.
Нагретый паяльник быстро снимают с огня, очищают от окалины погружением в хлористый цинк, затем набирают с прутка 1—2 капли припоя и двигают паяльником по куску нашатыря, пока конец паяльника не покроется ровным слоем припоя. Затем протравливают места пайки.
Паяльник накладывают на место спая, немного придерживая его на одном месте для прогрева детали, затем медленно и равномерно перемещают по месту спая. При этом расплавленный припой стекает с паяльника и заполняет зазоры шва (0,05-0,15 мм).
Для предохранения соседних со швом участков детали от нагрева их покрывают мокрыми тряпками или погружают в воду. После охлаждения паяный шов очищают, промывают, протирают сухой ветошью.
Нагретый паяльник нельзя класть на стол или верстак: он быстро отдаст тепло и загрязнится. Паяльник кладут на подставку (рис. 2, а). Рабочее место паяльщика показано на рис. 2, б, в.
При массовом изготовлении деталей пайку осуществляют погружением в ванну с расплавленным припоем.
Прием пайки встык показан на рис. 3, а, внахлестку — на рис. 3, б, тонкой пластины с толстой внахлестку — на рис. 3, в, внутренних швов труб — на рис. 361, г и толстых проводов — на рис. 3, д.
Особенности пайки сосудов для хранения горючих жидкостей. Пайка сосудов (бочек, бидонов) для горючих жидкостей или газов во избежание взрыва требует особых мер предосторожности.
Прежде всего сосуды тщательно промывают. Перед пайкой их доверху наполняют водой и выдерживают некоторое время, чтобы пары остатков горючего вытеснились полностью. Слив воду, приступают к пайке.
Когда пайка закончена и изделие полностью охладилось, со шва снимают излишек припоя, изделие промывают и высушивают в сушилке сухими опилками или сжатым воздухом.
Пайку труб выполняют в следующем порядке: очищают напильником или шабером место пайки, наносят кисточкой флюс на место спая, прикладывают нагретый и облуженный паяльник и пруток припоя к месту спая, расплавляют припой, равномерно и медленно непрерывно перемещают паяльник по линии шва, давая припою заполнить шов. После окончания пайки и полного остывания трубы удаляют флюс, промывают трубу с теплой воде.
Особенности пайки некоторых металлов и сплавов. Низкоуглеродистые стали хорошо подвергаются пайке как мягкими, так и твердыми припоями. В качестве мягких припоев применяют оловянно-свинцовые припои, а в качестве флюса — хлористый цинк или канифоль.
Высокоуглеродистые и инструментальные стали можно паять медно-цинковыми и серебряными припоями.
Пайку чугунных деталей выполняют латунными и серебряными припоями. Перед пайкой детали очищают от окислов, масла и обрабатываемую поверхность зачищают механическим способом. Затем в месте спая кислородно-ацетиленовым пламенем с избытком кислорода выжигают свободный графит, детали прогревают и очищают от окислов и покрывают бурой. Нагревание можно производить паяльной лампой, не допуская нагрева детали выше 900 °С.
После окончания пайки чугунные детали отжигают: нагревают до температуры 700 —750 °С, выдерживают при этой температуре в течение 20 — 25 мин, затем охлаждают на воздухе. Доброкачественный шов получается в том случае, когда поверхности спаиваемых деталей до пайки, покрывают медью.
П айка нержавеющих сталей сопряжена с некоторыми трудностями, так как вследствие химического воздействия кислорода на легирующие элементы при нагреве происходит окисление поверхности стали. В целях удаления окислов и дальнейшего предупреждения их образования применяют различные флюсы (например, буру). Нержавеющие стали паяют припоем ПСр45.
Медь и ее сплавы, хорошо паяются всеми способами.
Пайка алюминия является весьма трудной операцией. Это связано с тем, что алюминий очень быстро окисляется на воздухе, покрываясь очень тонкой пленкой окиси, которая трудно поддается пайке.
Лучшие результаты пайки алюминия дает применение ультразвуковых паяльников, которые создают в расплавленном припое колебания ультразвуковой частоты (от 20 кГц до 1 ГГц), частички припоя увлекаются, ударяют о поверхность алюминии и разрушают окисную пленку. Для ультразвуковой пайки применяют припой на цинковой или оловянной основе с добавлением кадмия и алюминия.
При химическом способе окисная пленка разрушается активными флюсами. В качестве флюса применяют смесь из 10% фтористого натрия, 8% хлористого цинка, 32% хлористого лития и 50% хлористого калия. Место пайки и пруток припоя подогревают до температуры 300 — 400 °С. Припой погружают в порошкообразный флюс, а место пайки дополнительно подогревают до температуры несколько большей температуры плавления припоя. Проводя припоем с нажимом и быстро по подогреваемому шву, флюсом удаляют окисную пленку.
Припой плавится и заполняет шов. Для удаления остатков флюса изделие после пайки промывают.
Мягкими припоями называются легкоплавкие припои с температурой плавления ниже 400 °С. Эти припои имеют малую механическую прочность: предел прочности при растяжении обычно не превышает 5—7 кГ/мм2. Пайку мягкими припоями можно применять почти для всех металлов в разнообразных сочетаниях, в том числе и для таких легкоплавких, как цинк, свинец, олово и их сплавы. Наиболее употребительные мягкие припои обычно содержат значительное количество олова.
Мягкие припои изготовляют в виде прутков, болванок, проволоки (обычно диаметром 3 мм), трубок, набитых флюсом (вес флюса составляет около 5% веса припоя), порошка и пасты из порошка припоя с флюсом. Поверхности спая должны быть хорошо очищены механическими и химическими средствами или предварительно облужены. Флюсы при пайке мягкими припоями, как правило, необходимы. Для флюсов применяются сравнительно слабо действующие на металл органические вещества или неорганические соединения, действующие сильнее и разъедающие металл. К первой группе веществ можно отнести канифоль, хорошо очищающую медь и латунь от окислов, и стеарин, особенно подходящий для пайки свинца и свинцовых сплавов.
Мягкая пайка производится паяльниками и газовыми горелками, погружением в ванны и т. д. Наиболее распространена пайка паяльниками. Рабочую часть паяльника изготовляют из меди; форма паяльника должна соответствовать форме соединения, а вес — размерам изделия и толщине металла, чтобы паяльник мог, не охлаждаясь значительно, нагреть кромки до необходимой температуры. Нагреваются паяльники на горнах, паяльных лампах и газовых горелках. Для непрерывной работы к паяльникам могут быть пристроены бензиновые или газовые горелки. Наиболее удобны в работе распространенные на производстве паяльники с электрическим нагревом, которые обеспечивают наивысшую производительность и наилучшие условия труда. Горелки для мягкой пайки работают на дешевых промышленных или природ-’ ных горючих газах, сжигаемых с воздухом.
Распространенным способом пайки является погружение деталей в металлические ванны с расплавленным припоем. Удобны котелки для расплавленного припоя с электрическим нагревом. Иногда, например для свинцовых труб и кабельных оболочек, производится пайка растиранием. Место пайки обливают расплавленным припоем и формуют в полурасплавленном состоянии растиранием ветошью или паклей. При мягкой пайке алюминия растирание в несколько иной форме применяется для разрушения пленки окиси алюминия, которую не могут растворить флюсы при низких температурах мягкой пайки. На нагретое до температуры пайки место наносят припой и растирают проволочной щеткой или скребком до облуживания поверхности, после чего добавляют необходимое количество припоя (технически чистый цинк или различные легкоплавкие сплавы цинка, олова, иногда с добавкой алюминия).
Прочность мягких припоев незначительна, поэтому соединения, подвергающиеся значительной нагрузке, рекомендуется до пайки прочно скреплять точечной сваркой, заклепками, развальцовкой, фальцовкой, шпильками и т. д., припой в этом случае служит преимущественно для уплотнения шва и придания ему герметичности.
Пайка как метод соединения металлов, является одним из самых распространенных и в то же время мало изученных производственных процессов.
Сведения по пайке большей частью отрывочны, необъективны и часто вводят в заблуждение. В настоящем руководстве Комитет пайки при Американском обществе сварщиков обобщил имеющиеся данные по мягкой пайке, стараясь дать их в ясной и сжатой форме.
Согласно определению Американского общества сварщиков, пайка представляет собой процесс соединения металлов нагревом с использованием присадочного металла (обычно цветного), температура плавления которого ниже, чем основного металла. Присадочный материал распределяется в зазоре между соответствующим образом подогнанными деталями noft действием капиллярных сил.
По температурному признаку пайку принято подразделять на мягкую (ниже 427 °С) и твердую (свыше 427 °С).
Твердая пайка была подробно рассмотрена в.«Руководстве по твердой пайке», выпущенном Американским обществом сварщиков
Материал в данном руководстве изложен в порядке, который, по мнению составителей, является наиболее удобным для понимания основных положений технологического процесса. Специалист в области пайки для получения ответов на интересующие его вопросы может обратиться к разделам о пайке соответствующих металлов и в случае необходимости может возвратиться к основным принцип&м пайки.
Выбор флюса, припоя и способа нагрева в значительной степени определяется свойствами металлов, подлежащих пайке. Паяемый металл обычно выбирают исходя из специальных требований: электропроводности, веса, коррозионной стойкости и т. д. Возможность легкой пайки металла, сплава или металла с каким-либо покрытием часто определяется активностью флюса, который может быть применен. Если металл паяется трудно, то следует применить более активный флюс или прибегнуть к специальным флюсам и припоям. Некоторые металлы настолько трудно паяются с применением любых флюсов, что целесообразно применить какой-нибудь другой способ соединения.
Приведенная ниже таблица дает представление о возможностях пайки металлов, сплавов и металлов с покрытиями с применением различных флюсов.
Большинство металлов паяется без затруднения, если технология правильна. Выбор припоя, флюса, способов очистки и нагрева определяется условиями работы изделия. Более полно технологический процесс пайки рассматривается в главах, посвященных соединению отдельных металлов.
Для того чтобы при использовании процессов, описанных в данном руководстве, получить качественное соединение, необходимо выполнять следующие требования.
1. Конструкция соединения. Соединение должно быть сконструировано в соответствии с требованиями пайки.
2. Очистка поверхности. Соединяемые поверхности должны быть тщательно очищены, чтобы припой мог омачивать основной металл.
3. Нанесение флюса. Флюс должен удалять оставшиеся следы окисной пленки и предотвращать образование новых окислов в процессе пайки.
4. Фиксация. В процессе нагрева и охлаждения должно сохраняться правильное относительное расположение деталей. С этой целью применяют специальные приспособления или зажимы, либо скрепляют отдельные детали обжатием, клепкой или другим способом.
5. Нагрев и введение припоя. Выбранный способ пайки должен обеспечивать необходимые температуру пайки, распределение тепла, скорости нагрева и охлаждения, соответствующие свойствам паяемого металла и требованиям, предъявляемым к готовому изделию.
6. Удаление остатков флюса. Если применяется некоррозионный флюс, то зачистка после пайки необязательна. Остатки коррозионного флюса необходимо удалять.
Пайка мягкими припоями — очень древний способ соединения металлов, но наряду с ними в последние годы в промышленности внедрены новые методы пайки, вследствие широкого распространения узлов из мелких деталей и возросших требований к их надежности.
В этой книге составители стремились дать самые последние и точные сведения, но вполне понятно, что для специалиста какой-либо узкой области руководство может служить только в качестве отправной точки для решения стоящих перед ним задач. Можно надеяться, что пользование данным руководством предупредит ненужные опыты и дорогостоящие ошибки.
Мягкие припои применяют в основном для пайки изделий, неиспытывающих больших механических перегрузок и воздействия высоких температур. Предел прочности паяных соединений, выполненных мягкими припоями, не превышает 7 кгс/мм2. К мягким припоям относят сплавы на основе олова и свинца и имеющие низкую температуру плавления (ниже 400—450 °С).
Для получения доброкачественного соединения при пайке мягкими припоями необходимо строго выполнить следующие операции:
— очистить поверхность деталей, подлежащих пайке, от грязи, жиров и окисных пленок;
— облудить участки пайки деталей одним из способов: погружением в расплавленный припой, электролитическим (гальваническим) или паяльником;
— собрать и зафиксировать спаиваемые детали;
— покрыть места пайки флюсом;
— нанести припой непосредственно в места соединения деталей и произвести пайку одним из способов;
— зачистить паяный шов механическим способом, промыть и просушить;
— произвести контроль паяного соединения.
Пайку мягкими припоями осуществляют различными способами: паяльником, паяльной лампой или горелкой, погружением деталей в ванну с расплавленным припоем.