Реферат: Пайка
Содержание
/> <td/>2
3
3
3
4
4
4
4
4
5
5
5
5
6
6
6
6
7
7
8
9
/>1. Физическая сущность пайки
Капиллярная пайка
Диффузионная пайка
Контактно-реактивная пайка
Реактивно-флюсовая пайка
Пайка-сварка
/>2. Материалы для пайки
Припой
Паяльные флюсы
3. Способы пайки
Пайка в печах
Индукционная пайка
Пайка сопротивлением
Пайка погружением
Пайка с радиационным нагревом
Экзофлюсовая пайка
/> Газопламеннаяпайка
Пайка паяльниками
/>4. Типы паяных соединений
/>5. Подготовка деталей кпайке
Используемая литература
1. Физическая сущность процесса пайки.
Пайкой называется технологическийпроцесс соединения металлических за-
готовок без их расплавления посредством введения между нимирасплавленного промежуточного металла-припоя. Припой имеет температуруплавления более низкую, чем температура соединяемых металлов, и заполняет зазор между соединяемыми поверхностями за счет действия капиллярных сил. Приохлаждении припой кристаллизуется и образует прочную связь между заготовками. Впроцессе пайки наряду с нагревом необходимо удаление окисных пленок споверхности паяемых металлов.
Образование соединения безрасплавления кромок обеспечивает возможность распая, т. е. разъединения паяемыхзаготовок без нарушения исходных размеров и формы элементов конструкции.
Качество паяного шва во многомзависит от прочности связи припоя с металлом основы. В результате смачиваниятвердой металлической поверхности между припоем и основным металлом возникаетмежатомная связь. Эта связь может образоваться при растворении металла основы врасплавленом припое с образованием жидкого раствора, распадающегося припоследующей кристаллизации; за счет диффузии составляющих припой элементов восновной твердый металл с образованием твердого раствора; за счет реактивной диффузиимежду припоем и основным металлом с образованием на границе интерметаллическихсоединений; за счет бездиффузионной связи в результате межатомноговзоимодействия.
Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов:
А)Предварительная подготовка паяемых соединений;
Б)Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемыхдеталей;
В)Удаление окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса;
Г)Введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя;
Д)Взаимодействие между паяемыми деталями и припоем;
Е)Кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми деталями;
Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы. В качестве припояиспользуются чистые металлы (они плавятся при строго фиксированной температуре)и их сплавы (они плавятся в определенном интервале температур).
Разница между температурами начала плавления и полного расплавленияназывается интервалом кристаллизации. При осуществлении процесса пайкинеобходимо выполнение температурного условия:
t1 > t2 > t3 > t4
гдеt1 –температура начала плавления материала детали
t2 – температура нагрева детали при пайке;
t3 – температура плавления припоя;
t4 – рабочая температура паянного соединения;
По особенностям процесса и технологиипайку можно разделить на капиллярную, диффузионную, контактно-реактивную, реактивно-флюсовуюи пайку-сварку.
Капиллярнаяпайка. Припой заполняет зазор междусоединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. Нарис.1 показана схема образования шва. Соединение образуется за счет растворенияосновы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. Капиллярную пайкуиспользуют в тех случаях, когда применяют соединение внахлестку. Однакокапиллярное явление присуще всем видам пайки./>
Диффузионная пайка. Соединениеобразуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов,причем возможно образование в шве твердого раствора или тугоплавкихинтерметаллов. Для диффузионной пайки необходима продолжительная выдержка притемпературе образования паяного шва и после завершения процесса при температурениже солидуса припоя.
Контактно-реактивная пайка.При пайке между соединяемыми металлами или соединяемыми металлами и прослойкойдругого металла в результате контактного плавления образуется сплав, которыйзаполняет зазор и при кристаллизации образует паяное соединение. На рис.2показана схема контактно-реактивной пайки.
/>
Реактивно-флюсовая пайка. Припойобразуется за счет реакции вытеснения между основным металлом и флюсом.Например, при пайке алюминия с флюсом 3ZnCl2+ 2Al = 2AlCl3+ Zn восстановленный цинк является припоем.
Пайка-сварка. Паяноесоединение образуется так же, как при сварке плавлением, но в качествеприсадочного металла применяют припой.
Наибольшее применение получилакапиллярная пайка и пайка-сварка. Диффузионная пайка и контактно-реактивнаяболее трудоемки, но обеспечивают высокое качество соединения и применяются,когда в процессе пайки необходимо обеспечить минимальные зазоры. Качествопаяных соединений (прочность, герметичность, надежность и т. д.) зависит отправильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, величинызазоров, типа соединения.
2. Материалы для пайки.Припой. Припои для пайки, заполняющие зазор врасплавленном состоянии между соединяемыми заготовками, должны отвечатьследующим требованиям:
1) температура их плавления должна быть ниже температурыплавления пая-
емых материалов;
2) они должны хорошо смачивать паяемый материал и легкорастекаться по
его поверхности;
3) должны быть достаточно прочными и герметичными;
4) коэффициенты термического расширения припоя и паяемогоматериала не
должны резко различаться;
5) иметь высокую электропроводность при паянии радиоэлектронных и токопроводящих изделий.
Припои классифицируют последующим признакам:
А) Химическому составу;
Б) Температуре плавления;
В) Технологическим свойствам;
По химическому составу припоиделятся на свинцово-оловянные, серебряные, медно-фосфорные, цинковые, титановыеи др.
Все припои по температуреплавления подразделяют на низкотемпературные (tпл<500оС),или мягкие припои, и высокотемпературные (tпл>500оС),или твердые припои. Припои изготовляют в виде прутков, проволок, листов, полос,спиралей, колец, дисков, зерен и т. д., укладываемых в место соединения.
К низкотемпературным, илимягким припоям относятся оловянно-свинцовые, на основе висмута, индия, кадмия,цинка, олова, свинца. К высокотемпературным или твердым припоямотносятся медные, медно-свинцовые, медно-никелевые, с благородными металлами(серебром, золотом, платиной).
По техническим свойствам делятсяна самофлюсующиеся (частично удаляют окислы с поверхности металла) икомпозиционные (состоят из тугоплавких и легкоплавких порошков, позволяющих производить пайку с большими зазорами между деталями).
Изделия из алюминия и его сплавовпаяют с припоями на алюминевой основе с кремнием, медью, оловом и другимиметаллами.
Магний и его сплавы паяют сприпоями на основе магния с добавками алюминия, меди, марганца и цинка.
Изделия из коррозионно-стойкихсталей и жаропрочных сплавов, работающих при высоких температурах(>500оС),паяют с припоями на основе железа, марганца, никеля, кобальта, титана, циркония,гафния, ниобия и палладия.
Паяльные флюсы. Эти флюсыприменяют для очистки поверхности паяемого металла, а также для сниженияповерхностного натяжения и улучшения растекания и смачиваемости жидкого припоя.
Флюс (кроме реактивно-флюсовойпайки) не должен химически взаимодействовать с припоем. Температура плавленияфлюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюс в расплавленном игазообразном состояниях должен способствовать смачиванию поверхности основногометалла расплавленным припоем. Флюсы могут быть твердые, пастообразные, жидкиеи газообразные.
Флюсы классифицируют попризнакам:
— Температурному интервалу пайки на низкотемпературные (t<4500C) и высокотемпературные(t>4500C);
— Природе растворителя на водные и неводные;
— Природе активатора на канифольные, галогенидные,фтороборатные, анилиновые, кислотные и т.д.;
— По агрегатному состоянию на твердые, жидкие ипастообразные
Наиболее распространеннымипаяльными флюсами являются бура
(Na2B4O7) и борная кислота (H3BO3), хлористый цинк (ZnCl2),фтористый
калий (KF) и другие галоидные солищелочных металлов.
3. Способы пайки.
Способы пайки классифицируют в зависимости отиспользуемых источников нагрева. Наиболее распространены в промышленности пайкав печах, индукционная, сопротивлением, погружением, радиационная, горелками,экзофлюсовая, паяльниками, электронагревательными металлами и блоками.
Пайка в печах. Нагревают соединяемыезаготовки в специальных печах: электросопротивления, с индукционным нагревом,газопламенных и газовых. Припой заранее закладывают в шов собранного изделия,на место пайки наносят флюс и затем помещают в печь, где это изделие нагреваютдо температуры пайки. Припой расплавляется и заполняет зазоры междусоединяемыми заготовками. Процесс пайки продолжается несколько часов.
Этот способ обеспечивает равномерный нагревсоединяемых деталей без заметной их деформации.
Крупные детали паяют в камерных печах снеподвижным подом; большую партию мелких деталей – в печах с сетчатымконвейером или роликовым подом. Пайка в печах позволяет механизировать паяльныеработы и обеспечивает стабильное качество изделий и высокую производительностьтруда.
Индукционная пайка. Паяемый участокнагревают в катушке-индукторе. Через индуктор пропускают т. в. ч., в результатечего место пайки нагревается до необходимой температуры. Для предохранения отокисления изделие нагревают в вакууме или в защитной среде с применениемфлюсов. Индуктор выполнен в виде петли или спирали из красной меди. Формы иразмеры индуктора зависят от конструкции паяемого изделия. Различают дверазновидности пайки с индукционным нагревом: стационарную и с относительнымперемещением индуктора или детали.
Пайка сопротивлением. Соединяемыезаготовки нагревают теплотой, выделяющейся при прохождении электрического токачерез паяемые детали и токопроводящие элементы. Соединяемые детали являютсячастью электрической цепи. Нагрев сопротивлением можно осуществлять наконтактных сварочных машинах. С нагревом в контактных сварочных машинах паяютпри изготовлении тонкостенных изделий из листового материала или при соединениитонкостенных элементов с толстостенными.
Пайка погружением. Этупайку выполняют в ваннах с расплавленными солями или припоями. Соляная смесьобычно состоит из 55% KCl и 45% HCl.Температура ванны 700-800оС. На паяемую поверхность, предварительноочищенную от грязи и жира, наносят флюс, между кромками или около местасоединения размещают припой, затем детали скрепляют и погружают в ванну.Соляная ванна предохраняет место пайки от окисления. Перед погружением в ваннус расплавленным припоем, покрытые флюсом детали нагревают до 550оС.Поверхности, не подлежащие пайке, предохраняют от контакта с припоемспециальной обмазкой из графита с добавками небольшого количества извести.Пайку погружением в расплавленный припой используют для стальных, медных иалюминиевых твердых сплавов, деталей сложных геометрических форм. На этотпроцесс расходуется большое количество припоев. Разновидностью пайкипогружением является пайка бегущей волной припоя, когда расплавленный припойподается насосом и образует волну над уровнем расплава. Паяемая детальперемещается в горизонтальном направлении. В момент касания ванны проходитпайка. Бегущей волной паяют в радиоэлектронной промышленности при производствепечатного радиомонтажа.
Пайка с радиационным нагревом.Пайку выполняют за слет излучения кварцевых ламп, расфокусированногоэлектронного луча или мощного светового потока от квантового генератора(лазера).
Конструкцию, подлежащую пайке,помещают в специальный контейнер, в котором создают вакуум. Послевакуумирования контейнер заполняют аргоном и помещают в приспособление, с двухего сторон устанавливают для обогрева кварцевые лампы. После окончания нагревакварцевые лампы отводят, а приспособление вместе с деталями охлаждают. Приприменении лазерного нагрева сосредоточенная в узком пучке тепловая энергияобеспечивает испарение и распыление окисной пленки с поверхности основногометалла и припоя, что позволяет получать спаи в атмосфере воздуха безприменения искусственных газовых сред. При радиационном способе пайки лучистаяэнергия превращается в тепловую непосредственно в материале припоя и паяемыхдеталей. Этот способ пайки непродолжителен.
Экзофлюсовая пайка. Восновном этим способом паяют коррозионно-стойкие стали. На очищенное местосоединения наносят тонкий порошкообразный слой флюса. Соединяемые поверхностисовмещают, на противоположные стороны заготовок укладывают экзотермическуюсмесь. Смесь состоит из разных компонентов, которые укладывают в форме пастыили брикетов толщиной в несколько миллиметров. Собранную конструкциюустанавливают в приспособлении и помещают в специальную печь, в которойпроисходит зажигание экзотермической смеси при 500oC.
В результате экзотермическихреакций смеси температура на поверхности металла повышается и происходитрасплавление припоя. Этим методом паяют соединения внахлестку и готовые блокиконструкций небольших размеров.
Газопламенная пайка. Паяемыезаготовки нагревают и расплавляют припой газосварочными и плазменнымигорелками. Газовые горелки обладают наибольшей универсальностью. В качествегорючих газов используют ацетилен, природные газы, водород, пары керосина ит.п.
При использовании газового пламениприпой можно заранее помещать у места пайки или вводить в процессе пайкивручную. На место пайки предварительно наносят флюс в виде жидкой пасты,разведенной водой или спиртом; конец прутка или припоя также покрывают флюсом.
Нагревают также паяльными лампами,которые по существу являются газовыми горелками, работающими на жидком топливе.Паяльные лампы используют для работы в полевых условиях или в ремонтныхмастерских.
Плазменной горелкой,обеспечивающей более высокую температуру нагрева, паяют тугоплавкие металлы –вольфрам, тантал, молибден, ниобий и т.п.
Пайка паяльниками. Основнойметалл нагревают и припой расплавляют за счет теплоты, аккумулированной в массеметалла паяльника, который перед пайкой или в процессе ее подогревают. Длянизкотемпературной пайки применяют паяльники с периодическим нагревом, снепрерывным нагревом, ультразвуковые и абразивные. Рабочую часть паяльникавыполняют из красной меди. Паяльник с периодическим нагревом в процессе работыпериодически подогревают от постороннего источника теплоты. Паяльники спостоянным нагревом делают электрическими. Нагревательный элемент состоит изнихромовой проволоки, намотанной на слой асбеста, слюды или на керамическуювтулку, устанавливаемую на медный стержень паяльника. Паяльники с периодическими непрерывным нагревом чаще используют для флюсовой пайки черных и цветныхметаллов мягкими припоями с температурой плавления ниже 300-350оС.
Ультразвуковые паяльникиприменяют для бесфлюсовой низкотемпературной пайки на воздухе и для пайкиалюминия легкоплавкими припоями. Окисные пленки разрушаются за счет колебанийультразвуковой частоты.
Абразивные паяльники.Такими паяльниками можно паять алюминиевые сплавы без флюса. Окисная пленкаудаляется в результате трения паяльника об обрабатываемую поверхность.Абразивный паяльник в отличие от электропаяльника имеет рабочий стержень,изготовленный прессованием из порошка припоя и измельченного асбеста.
4. Типы паяных соединений.
Основными типами паяныхсоединений являются стыковые и внахлестку. Остальные разновидности соединенийявляются комбинациями перечисленных. Например, плоские элементы могут бытьсоединены внахлестку (рис. 3, а), ступенчатым (рис. 3, б), гребенчатым (рис.3, в), косостыковым (рис 3, г), стыковым (рис.3, д) и тавровым (рис. 3, е)соединениями.
/>
Стыковое соединение применяют втех случаях, когда изделие работает не в жестких условиях и от него нетребуется герметичности; соединение внахлестку – во всех остальных случаях,причем чем больше площадь перекрытия паяемых заготовок, тем выше будет прочностьпаяного шва.
Криволинейные поверхностисоединяют между собой и с плоскими поверхностями в сотовых конструкциях, впанелях с гофрированными проставками и т.п. Эти соединения используют всамолетостроении и для изготовления теплообменников.
К паянным соединениям взависимости от назначения изделия, кроме общих требований, могут бытьпредъявлены и специальные по герметичности, электропроводности, коррозионнойстойкости и т.п. Сборные части изделий перед пайкой должны быть прочносое6динены между собой для предотвращения перекосов и относительных смещений.Способы соединения подбирают экспериментальным путем в зависимости отконструкции изделия.
5. Подготовкадеталей к пайке.
1. Механическаяобработка (подгонка деталей друг к другу и создание шероховатости с помощьюшкурки)
2. Обезжириваниеповерхностей, подготавливаемых для пайки (едким натром (5-10 г/л), углекислымнатрием (15-30г/л), тирнатрийфосфатом (30-60 г/л), эмульгатор ОП-7 (0,5 г/л)).Детали в растворе выдерживают при температуре 50-600С в течение15-20 минут. После обработки щелочью детали последовательно промывают горячейи холодной водой, а затем сушат.
Используемая литература.
1.Дальский А. М., Арутюнова И. А., Барсукова Т. М.Технология конструкционных материалов. Учебник для технических вузов. М.,«Машиностроение», 1977.
2. Технический портал радиолюбителей России www.cqham.ru