Материалы применяемые при пайке и лужении

Припои

Припоями называются металлы или сплавы, применяемые при пайке в качестве веществ, соединяющих в одно целое спаиваемые части.

По физическим свойствам припои разделяются на мягкие и твердые.

К мягким припоям относятся припои, температура плавления которых ниже 400°. Большинство припоев представляет собой сплав олова и свинца. Часто в их состав входят также сурьма, кадмий, висмут и др. Весьма редко (из-за дефицитности) в качестве припоя применяют чистое олово.

Мягкие припои применяются во всех областях промышленности: машиностроении, автомобильной и тракторной, авиационной, электромашиностроении, приборостроении, в ремонтном деле и т. д.

Температура плавления оловянно-свинцовых припоев лежит в пределах от 180 до 280° в зависимости от содержания в сплаве компонентов.

Оловянно-свинцовые припои выпускаются по ГОСТ 1499—54. Классификация оловянно- свинцовых припоев, их состав и назначение приведены в таблице 1.

Таблица 1

Оловянно-свинцовые припои по ГОСТ 1499-54

химический состав в процентах (свинец-остальное)

Оловянно-свинцовые припои изготовляются в виде проволоки, прутков, лент и трубок.

Предел прочности оловянно-свинцовых припоев при испытаниях на разрыв согласно ГОСТ 1499—54 лежит в пределах от 5 до 7 кг/мм2.

Припои со значительным содержанием олова дороги, так как олово является дефицитным металлом. В связи с этим в практике стараются применять малооловянистые, безоловянистые и другие более дешевые припои. Указанные припои по механическим качествам хуже оловянно-свинцовых припоев, но их все же широко используют для пайки латуни, ковкого чугуна и железа.

Химические составы малооловянистых и безоловянистых припоев приведены в таблице 2.

Таблица 2

Химический состав малооловянистых

и безоловянистых припоев

химический состав в процентах

Оловянно-свинцовый припой отливается в виде круглых стержней диаметром 8—12 мм или палочек длиной 25-30 см, шириной 1—2 см и толщиной 35 мм.

При отсутствии специальных форм припой разливают на ровные, слегка наклоненные плоские поверхности чугунных, каменных или мраморных плит. Припой на плите застывает тонким слоем. Застывшие листы разрезают на полосы, удобные для пайки.

Для ответственных и очень тонких паек применяют станиоль-оловянистую ленту толщиной в 0,1—0,05 мм.

Мягкие припои могут быть получены в виде порошка (при раздроблении струи жидкого припоя струей воды) или в виде трубки, начиненной флюсом (канифолью). Пайка трубчатым припоем дает возможность увеличить производительность труда на 30-50%. Использование трубчатых припоев позволяет более экономно расходовать олово и канифоль, а рабочее место имеет более культурный вид.

Твердые припои, применяемые в промышленности, можно разделить на пять групп:

  1.   медные;
  2.   медно-цинковые;
  3.  медно-фосфористые;
  4.  серебряные;
  5.  специальные припои.

Твердые припои плавятся при температуре свыше 500° и обеспечивают паяным соединениям прочность на разрыв до 50 кг/мм2.

Медные припои

Медные припои жидкотекучи, хорошо проникают в зазоры, обеспечивают высокую прочность и пластичность паяному шву. Медь рекомендуется применять при пайке в печах с защитной атмосферой. При газопламенной пайке применять медь не рекомендуется, так как образующийся в процессе горения водород способствует образованию в припое закиси меди с выделением паров воды, что часто приводит к образованию трещин в шве. Медь как припой широко применяется в промышленности для пайки твердых сплавов к державкам инструмента.

Медный припой обеспечивает прочность паяного соединения на сдвиг в среднем 12—13 кг/мм2.

Механические свойства и температура плавления медно-цинковых припоев зависят от процентного содержания в них меди.

Медно-цинковые припои

Медно-цинковые припои изготавливаются по ГОСТ 1534—42.

При пайке швов медно-цинковыми припоями получаются недостаточно плотные швы. Неплотность швов объясняется тем, что часть цинка, входящего в состав припоя, интенсивно испаряется, а часть превращается в окись цинка и выделяется в виде шлака. Чтобы избежать испарения цинка, в припои добавляют кремний, который создает условия для получения плотного шва. Кроме того, с прибавлением кремния в припой увеличивается эластичность паяного соединения. Прибавка в припой кремния снижает жидкотекучесть припоя, однако она восстанавливается прибавлением в припой олова.

Медно-фосфористые припои

Медно-фосфористые припои представляют собой сплав меди и фосфора. Температура плавления медно-фосфористого припоя зависит от содержания в припое фосфора. Припой, содержащий 5% фосфора, плавится при температуре 940°, а содержащий 10% фосфора — при температуре 850°. Самая низкая температура плавления медно-фосфористого припоя равна 707° (при содержании фосфора в сплаве 8,27%). В промышленности применяются припои с содержанием фосфора от 7 до 10%.

Медно-фосфористые припои широко применяются дли пайки меди и латуни, особенно в электропромышленности. Они явились заменителями серебряных припоев ПСр-25, ПСр-45. Недостатком данных припоев является то, что они непригодны для пайки черных металлов, так как они не смачивают спаиваемые поверхности и швы получаются чрезвычайно хрупкими.

Швы, выполненные медно-фосфористыми припоями на изделиях из меди и латуни, хорошо работают на разрыв, обладают высокой электропроводностью, однако при работе на изгиб, вибрацию, удар работают значительно хуже швов, выполненных серебряными припоями.

Медно-фосфористые припои изготовляются по ГОСТ 4515—48. В таблице 3 приведен химический состав медно-фосфористых припоев. Они изготовляются в виде прутков, полос, колец, мелкой стружки и пасты.

Таблица 3

химический состав медно-фосфористых припоев.

химический состав, %

Исходными материалами для медно-фосфористых припоев является чистая электролитическая медь по ГОСТ 859—41 и красный фосфор.

Серебряные припои

Серебряные припои состоят из сплава серебра, меди и цинка. Паяные швы, выполненные серебряными припоями, могут достигать прочности спаиваемых деталей, обладают высокой вязкостью, пластичностью и электропроводностью.

Серебряные припои широко применяются в машиностроении и аппаратостроении. Ими можно паять черные металлы, латунь, бронзу, медь и серебро.

Прочность, температура плавления и цвет серебряных припоев зависят, от содержания в них каждого из металлов, входящих в сплав. С увеличением в сплаве меди и уменьшением содержания серебра температура плавления повышается, а прочность припоя снижается.

Химический состав и назначение наиболее часто применяемых серебряных припоев, изготовляемых по ГОСТ 8190—56, приведены в таблице 4.

Таблица 4

Химический состав и свойства серебряных припоев

химический состав, %

 

Серебряные припои изготовляют в виде полосы или проволоки и применяются при пайке различных деталей и соединений, к которым не предъявляются высокие требования в отношении механической прочности.

Специальные припои

Специальные припои, помимо общих требований, предъявляемых к стандартным припоям, должны удовлетворять условиям, диктуемым технологией пайки деталей, спецификой материала спаиваемых элементов, термической обработкой, условиями работы деталей, температурой, при которой будет работать паяное соединение, и т. п. В таблице 5 приведены состав, температура плавления и назначение специальных высокопрочных припоев.

Таблица 5

Химический состав и температура плавления специальных высокопрочных припоев

содержание элементов, %

При пайке деталей сложных конфигураций применяют промежуточные припои. Они имеют температуру плавления 500—600° (ниже температуры плавления серебряных, припоев), что создает возможность паять сложные швы без расплавления ранее паянных соединений.

Припои для припайки пластинок твердого сплава должны иметь температуру плавления не менее как на 300° выше температуры нагревания инструмента в процессе работы. Припайка должна обеспечивать быстрый отвод тепла от сплава к инструменту.

Припои для припайки пластинок твердого сплава приведены в таблице 6.

 

Таблица 6

Припои для припайки пластинок твердого сплава

химический состав, %

Прочность припоев при повышении температуры резко снижается, что необходимо учитывать при выборе припоя для пайки пластин твердого сплава (таблица 7).

 

Таблица 7

Сравнительная прочность припоев

Предел прочности при растяжении в кг/мм2 при температуре

Из таблицы 7 видно, что латунные припои до температуры 400° обладают более высокой прочностью, чем медные, на основе чего их можно рекомендовать для пайки пластин твердого сплава, работающих в данном интервале температур. Латунные припои для работы в интервале температур свыше 400° непригодны.

При выборе припоя необходимо руководствоваться следующими соображениями:

  •  температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления спаиваемых деталей не менее чем на 60°;
  • если паяное соединение работает при высоких температурах, то температура плавления припоя должна быть выше температуры нагрева инструмента в процессе работы не меньше чем на 300°;
  • припой должен иметь температуру плавления такую, при которой получается самое прочное соединение с металлом;
  • припой в шве должен быть равнопрочным или близким по прочности к основному металлу;
  • припой должен быть жидкотекуч и обладать свойством хорошо заполнять зазоры между спаиваемыми деталями;
  • расплавленный припой и спаиваемые детали должны обладать свойством взаиморастворения как в жидком, так и в твердом состояниях;
  • расплавленный припой должен хорошо смачивать спаиваемые поверхности, не образовывать в паяном шве воздушных раковин и не выделять при расплавлении газов, вредно действующих на здоровье работающих;
  • во время пайки расплавленный припой не должен препятствовать непрерывному ведению процесса пайки;
  • припой и спаиваемые детали должны иметь примерно одинаковую коррозиоустойчивость;
  • при пайке соединений, являющихся электрическими проводниками, припой должен иметь примерно одинаковую электропроводность со спаиваемыми металлами;
  • при пайке дорогостоящих металлов, таких, как золото, серебро и др., припой но цвету не должен сильно отличаться от спаиваемых металлов;
  • припой не должен быть дорогим и дефицитным.

Подбирая припой, следует наряду с его физическими свойствами учитывать конструкцию сочленяемых деталей, а также вид, в какой целесообразнее применять припой и его дозировку.

Форма припоя должна соответствовать форме спаиваемого шва, а его расположение должно создавать наилучшие условия для всасывания в шов расплавившегося припоя за счет его капиллярности.

При пайке медью мелких деталей большими сериями припой наносят гальваническим способом.

При пайке должна быть точная дозировка припоя, которая обеспечивает хорошее качество пайки, устраняет необходимость последующей зачистки деталей и дает большую экономию припоя.