Паяние

Паянием называется процесс получения неразъемного соедине­ния различных металлов при помощи расплавленного промежуточного металла, плавящегося при более низкой температуре, чем соединяе­мые металлы.

Паяние (пайка) широко применяется в разных отраслях промыш­ленности. В машиностроении паяние применяется при изготовлении лопаток и дисков турбин, трубопроводов, радиаторов, ребер двигате­лей воздушного охлаждения, рам велосипедов, сосудов промышленного назначения, газовой аппаратуры и т. д. В электропромышленности и приборостроении паяние является в ряде случаев единственно воз­можным методом соединения деталей. Паяние применяется при изго­товлении электро- и радиоламп, телевизоров, деталей электромашин, плавких предохранителей и т. д.

К преимуществам паяния относятся: незначительный нагрев сое­диняемых частей, что сохраняет структуру и механические свойства металла; чистота соединения, не требующая в большинстве случаев последующей обработки; сохранение размеров и форм детали; доста­точно высокая прочность соединения.

Современные способы позволяют паять углеродистые, легированные и нержавеющие стали, цветные металлы и их сплавы.

Промежуточный металл или сплав, применяемый при пайке, назы­вают припоем.

Качество, прочность и эксплуатационная надежность паяного сое­динения в первую очередь зависят от правильного выбора припоя. Не все металлы и сплавы могут выполнять роль припоев.

Припои должны обладать следующими свойствами:

  • иметь температуру плавления ниже температуры плавления спаива­емых материалов;
  • в расплавленном состоянии (в присутствии защитной среды, флюса или в вакууме) хорошо смачивать паяемый материал и легко расте­каться по его поверхности;
  • обеспечивать достаточно высокие прочность, пластичность и герме­тичность паяного соединения;
  • в паре с паяемыми материалами не образовывать коррозионно не­стойкой пары;
  • иметь коэффициент термического расширения, близкий к коэффи­циенту паяемого материала.

В результате длительного практического отбора и многочисленных научных исследований были подобраны группы припоев, обладаю­щих оптимальным сочетанием свойств.

Припои, в зависимости от температуры плавления, делятся на лег­коплавкие (мягкие), имеющие температуру плавления до 500° , и тугоплавкие (твердые), имеющие температуру плавления выше 500° С (рис. 421).

Классификация припоев по температуре плавления
Классификация припоев по температуре плавления

Легкоплавкие припои

Легкоплавкие припои широко применяются во всех отраслях промышленности и в быту и представляют собой сплав олова со

свинцом. Различные количественные соотношения олова и свинца опре­деляют свойства припоев.

Оловянно-свинцовые припои по сравнению с другими обладают рядом преимуществ: высокой смачивающей способностью, хорошим сопротивлением коррозии. При пайке этими припоями свойства сое­диняемых металлов не изменяются или почти не изменяются.

Легкоплавкие припои служат для пайки стали, меди, цинка, свин­ца, олова и их сплавов, серого чугуна, алюминия, керамики и сте­кла.

Пайку легкоплавкими припоями применяют в тех случаях, когда нельзя нагревать металл до высокой температуры или при невысокой требовательности к прочности паяного соединения. Соединения, паян­ные легкоплавкими припоями, достаточно герметичны.

Легкоплавкие припои выпускаются в виде чушек, проволоки, литых прутков, зерен, лент фольги, трубок (с внутренней набивкой канифолью) диаметром от 2 до 5 мм, а также в виде порошков и паст из порошка с флюсом.

Легкоплавкие припои можно приготовить и непосредственно в це­хе или мастерской. Для этого в металлических ковшах расплавляют олово и старый припой, затем добавляют небольшие кусочки свинца хорошо размешивают. Для того чтобы припой не выгорал, поверхность посыпают толченым древесным углем.

Для получения специальных свойств к оловянно-свинцовым при­поям добавляют сурьму, висмут, кадмий, индий, ртуть и другие металлы.

Оловянно-свинцовые припои по ГОСТ 1499-70 изготавливаются следующих марок:

бессурьмянистые — ПОС 90, ПОС 61, ПОС 10, ПОС 61М и ПОСК 50-18;

малосурьмянистые — ПОССу 61-0,5, ПОССу 50-05, ПОССу 40-05, ПОССу 35-0,5, ПОССу 30-05. ПОССу 25-0,5 и ПОССу 18-0,5;

сурьмянистые — ПОССу 95-5, ПОССу 40-2, ПОССу 35-2,ПОССу 30-2, ПОССу 25-2, ПОССу 18-2, ПОССу 15-2, ПОССу 10-2, ПОССу 8-3, ПОССу 5-1 и ПОССу 4-6.

Припои изготавливаются в виде чушек (Ч), проволоки (Пр), ленты (Л), прутков трехгранных (Пт) и круглых (Пк), трубок, напол­ненных флюсом (Т), порошка (Пор).

Низкотемпературные припои применяют при паянии тонких оловянных предметов, при паянии стекла с металлической армату­рой, деталей, которые особенно чувствительны к нагреву, а также в тех случаях, когда припой должен выполнять роль температурного пре­дохранителя (в электрических тепловых приборах и др.).

Тугоплавкие припои

Тугоплавкие (твердые) припои представляют собой тугоплавкие металлы и сплавы. Из них широко применяются медно-цинковые и серебряные припои. Для получения определенных свойств и температуры плавления в эти сплавы добавляют олово, мар­ганец, алюминий, железо и другие металлы.

Добавка в небольших количествах бора повышает твердость и проч­ность припоя, но повышает хрупкость паяных швов.

Соединения, паянные медью и припоями на ее основе, имеют высо­кую коррозионную стойкость, и большинство из них выдерживает высокие механические нагрузки.

Температура пайки припоями на мед­ной основе составляет 850-1150° С.

Эти припои применяются для получения соединений, которые долж­ны быть прочными при высоких температурах, вязкими, стойкими про­тив усталости и коррозии. Этими припоями можно паять сталь, чугун, медь, никель и их сплавы, а также другие металлы и сплавы с высокой температурой плавления.

Твердые припои делятся на две основные группы: медно-цинковые и серебряные.

Согласно ГОСТу медно-цинковые припои выпускают трех марок:

  • ПМЦ-36 для паяния латуни с содержанием 60-68% меди;
  • ПМЦ-48 — для паяния медных сплавов, содержащих меди свыше 68% ;
  • ПМЦ-54- для паяния бронзы, меди, томпака и стали.

Медно-цинковые припои плавятся при 700-950°С.

В марке буква П обозначает слово «припой», МЦ-медно-цинковый, а цифра — процент меди. Эти припои поставляются в виде зерен.

Зерна припоев по величине разделяются на два класса:

  • класс А — зер­на величиной от 0,2 до 3 мм,
  • класс Б — зерна величиной от 3 до 5 мм.

Серебряные припои изготавливают следующих марок: ПСр72; ПСр71; ПСр70; ПСр65; ПСр62; ПСр50; ПСр5ОКд; ПСр45; ПСр44; ПСр40; ПСр37,5; ПСр25Ф; ПСр15; ПСр12М; ПСр10; ПСр3; ПСр3Кд; ПСр2,5; ПСр2; ПСр 1,5.

Обозначение расшифровывается так: буква П обоз­начает «припой», буква Ср — серебро, Кд — кадмий, М — медь, Ф — фосфор, число — процент серебра. Выпускаются припои в виде полос (кроме ПСр44, выпускаемого в виде слитков) и проволоки (кромеПСр 12 и ПСр 10).

Серебряные припои плавятся при температуре от 600 до 970°С.

Серебряные припои применяют для паяния черных и цветных металлов и сплавов. Они обеспечивают довольно высокую прочность, а также коррозионную стойкость паяного шва.

Наиболее употребительные серебряные припои ПСр70, ПСр45, ПСр25 и ПСр12М.