Соединение деталей пайкой
Соединение деталей пайкой – неразъемное соединение, заключающееся в том, что неразъемное соединение материалов получают с помощью расплавленного промежуточного металла (припоя), плавящегося при более низкой температуре, чем соединяемые детали.
Соединение материалов происходит в результате диффузии припоя и основного материала путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления их при кристаллизации шва (рис. 1).
Рис. 1. Паяные соединения: а – встык; б – внахлестку; в – встык со скошенными кромками; г, д – внакладку; е, ж – припаивание фланцев; з – в шпунт
В зависимости от температуры в контакте соединяемых материалов пайка подразделяется на низкотемпературную – 450° С и высокотемпературную – выше 450° С. Нагрев может производиться паяльником, токами высокой частоты, в печах, в пламени газовой горелки и т. д.
Припои характеризуются температурой начала и конца плавления (рис. 2).
Рис. 2. Классификация и виды припоев по температуре плавления
В качестве припоев используются цветные металлы и их сплавы, которые в зависимости от температуры плавления подразделяются на мягкие и твердые.
Мягкие припои, имеющие температуру плавления не выше 400-450° С, обладают невысокой механической прочностью, твердые припои – температура плавления свыше 450° С – имеют высокую механическую прочность.
В качестве мягких (легкоплавких) припоев применяют оловянно-свинцовые, висмутовые, кадмиевые и другие сплавы. Наиболее низкотемпературные припои содержат индий, висмут и кадмий с температурой плавления 70-145° С.
Основные материалы мягких припоев – сплавы олова и свинца. Их обозначение (например, ПОС 61) расшифровывается так: П – припой, ОС – оловянно-свинцовый, 61 – содержание олова в процентах. Основные характеристики мягких припоев и область их применения приведены в табл. 1 – 3.
Таблица 1. Свойства и назначение олова
| Марка | Характеристика, назначение |
| ОВ4-000 | Особо чистое, для полупроводниковой техники |
| О1 п.ч. | В пищевой промышленности, для лужения жести |
| О1 | Для лужения жести, изготовления припоев |
| О2 | Для изготовления баббитов, припоев, труб, фольги, лужения кухонной утвари |
Таблица 2. Припои оловянно-свинцовые (ГОСТ 21930-76)
| Марка | Температура плавления, °С | Удельное электрическое сопротивление, ρ·10е, Ом·м | Теплопроводность, Вт/(м·°С) | δ, % |
| Бессурмянистые | ||||
| ПОС 90 | 220 | 0,120 | 55 | 40 |
| ПОС 61 | 190 | 0,139 | 50 | 46 |
| ПОС 40 | 238 | 0,159 | 42 | 52 |
| ПОС 10 | 299 | 0,200 | 35 | 44 |
| ПОС 61М | 192 | 0,143 | 49 | 40 |
| ПОСК 50-18 | 145 | 0,133 | 55 | 40 |
| Малосурьмянистые | ||||
| ПОССу 61-0,5 | 189 | 0,140 | 50 | 42 |
| ПОССу 50-0,5 | 216 | 0,149 | 48 | 55 |
| ПОССу 40-0,5 | 235 | 0,169 | 42 | 50 |
| ПОССу 35-0,5 | 245 | 0,172 | 42 | 47 |
| ПОССу 30-0,5 | 255 | 0,179 | 38 | 45 |
| ПОССу 25-0,5 | 266 | 0,182 | 38 | 45 |
| ПОССу 18-0,5 | 277 | 0,198 | 35 | 45 |
| Сурьмянистые | ||||
| ПОССу 95-5 | 240 | 0,145 | 46 | 46 |
| ПОССу 40-2 | 229 | 0,172 | 42 | 48 |
| ПОССу 35-2 | 243 | 0,179 | 38 | 40 |
| ПОССу 30-2 | 250 | 0,182 | 34 | 40 |
| ПОССу 25-2 | 260 | 0,185 | 38 | 35 |
| ПОССу 18-2 | 270 | 0,206 | 34 | 35 |
| ПОССу 15-2 | 275 | 0,208 | 34 | 35 |
| ПОССу 10-2 | 285 | 0,208 | 34 | 30 |
| ПОССу 8-3 | 290 | 0,207 | 34 | 43 |
| ПОССу 5-1 | 308 | 0,200 | 35 | 40 |
| ПОССу 4-6 | 270 | 0,208 | 34 | 15 |
Таблица 3. Области применения оловянно-свинцовых припоев
| Марка | Применение |
| ПОС 90 | Лужение и пайка швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры |
| ПОС 61 | Лужение и пайка электроаппаратуры, точных приборов с высоко герметичными швами, где не допускается перегрев |
| ПОС 40 | Лужение и пайка электрорадиоаппаратуры, деталей из оцинкованного железа с герметичными швами |
| ПОС 10 | Лужение и пайка контактных поверхностей электрических аппаратов, приборов, реле |
| ПОС 61М | Лужение и пайка медной проволоки, печатных проводников в кабельной промышленности, электро- и радиоэлектронной промышленности |
| ПОСК 50-18 | Пайка деталей, чувствительных к перегреву |
| ПОССу 61-0,5 | Лужение и пайка электроаппаратуры, обмоток электрических машин, оцинкованных радиодеталей при жестких требованиях к перегреву |
| ПОССу 50-0,5 | Лужение и пайка авиационных радиаторов, пайка пищевой посуды с последующим лужением оловом |
| ПОССу 40-0,5 | Лужение и пайка жести, обмоток электрических машин, пайка радиаторных трубок, холодильных агрегатов, оцинкованных деталей |
| ПОССу 35-0,5 | Лужение и пайка свинцовых кабельных оболочек, электротехнических изделий неответственного назначения |
| ПОССу 30-0,5 | Лужение и пайка листового цинка, радиаторов |
| ПОССу 25-0,5 | Лужение и пайка радиаторов |
| ПОССу 18-0,5 | Лужение и пайка трубок теплообменников, электрических ламп |
| ПОССу 95-5 | Пайка трубопроводов, работающих при повышенных температурах |
| ПОССу 40-2 | Лужение и пайка холодильных установок, тонколистовой упаковки; припой широкого назначения |
| ПОССу 30-2 | Лужение и пайка в холодильном и электроламповом производстве, абразивная пайка |
| ПОССу 18-2 ПОССу 15-2 ПОССу 10-2 | Пайка в автомобилестроении |
| ПОССу 8-3 | Лужение и пайка в электроламповом производстве |
| ПОССу 5-1 | Лужение и пайка деталей, работающих при повышенной температуре |
| ПОССу 4-6 | Пайка белой жести, лужение и пайка деталей с закатанными и клепаными швами из латуни и меди шпатлевка кузовов автомобилей |
Твердые припои выполняют на серебряной основе (например, ПСр 72, где 72 – содержание серебра, %) или на меднолатунной и медно-никелевой основах. Серебряные припои применяют для пайки черных и цветных металлов, кроме сплавов алюминия и магния, а припои на медной основе – для пайки углеродистых и легированных сталей, никеля и его сплавов. Основные свойства твердых припоев приведены в табл. 4. В качестве твердых (тугоплавких) припоев применяют в основном три вида припоев: медно-цинковые ПМЦ и латунь Л-62, серебряные ПСР и медно-фосфористые марки ПМФ, обладающие хорошей жидкотекучестью и обеспечивающие высокое качество пайки.
Таблица 4. Свойства серебряных припоев (ГОСТ 19738-74)
| Марка | Температура плавления, °С | Удельное электрическое сопротивление, мкОм·см | Плотность, г/см3 | Марка | Температура плавления, °С | Удельное электрическое сопротивление, мкОм·см | Плотность, г/см3 |
| ПСр 72 | 779 | 2,1 | 10 | ПСр 15 | 640 | 20,7 | 8,5 |
| ПСр 50 | 779 | 2,5 | 9,3 | ПСр 40 | 590 | 7,0 | 9,25 |
| ПСр 70 | 715 | 4,1 | 9,8 | ПСр 37,5 | 725 | 37,2 | 8,9 |
| ПСр 65 | 695 | 8,6 | 9,45 | ПСр 62 | 650 | 25,5 | 9,6 |
| ПСр 45 | 665 | 10 | 9,1 | ПСр 23 | 304 | 20,4 | 11,4 |
| ПСр 25 | 740 | 7,7 | 8,7 | ПСр 2,5 | 295 | 21,4 | 11 |
| ПСр 12М | 793 | 7,4 | 8,3 | ПСр 2 | 235 | 16,7 | 9,5 |
| ПСр 10 | 822 | 7,3 | 8,4 | ПСр 1,5 | 273 | 19,1 | 10,4 |
| ПСр 71 | 645 | 4,3 | 9,8 |
Флюсы применяют для повышения качества пайки. Флюсом называют химически активное вещество, которое обладает способностью очищать в месте пайки соединяемые поверхности деталей и припоя от оксидов, предотвращения образования оксидов в процессе пайки, снижения поверхностного натяжения припоя и т. д. Флюс способствует лучшему затеканию расплавленного припоя в зазоры между соединяемыми деталями.
В качестве флюсов применяют смеси солей, растворы некоторых солей, кислот и органических соединений. Роль флюса при пайке могут выполнять также специальные газовые среды. Различают флюсы для легкоплавких и тугоплавких припоев, а также для пайки алюминиевых сплавов, коррозионно-стойких сталей и чугуна. Флюсы для мягких припоев – это хлористый цинк, нашатырь, канифоль, пасты и др. Флюсы для твердых припоев – это борнокислый натрий (бура), борная кислота и некоторые другие вещества. Большинство флюсов поступает в готовом для применения виде, а хлористый цинк (травленая кислота) готовят из технической соляной кислоты и металлического цинка, беря их в определенном соотношении. Флюсы увеличивают жидкотекучесть припоев при пайке.
Расчет на прочность паяных соединений производят по методике, изложенной для сварных соединений.
где А – площадь среза припоя.
Допускаемые напряжения на срез для оловянисто-свинцовых припоев [τ‘cр ] = 20 ÷ 30 МПа, для медноцинковых припоев [τ‘cр] = 175 ÷ 230 МПа.
Просмотров: 258
Соединение деталей с помощью пайки
Соединение деталей с помощью пайки
Категория:
Слесарно-механосборочные работы
Соединение деталей с помощью пайки
Процесс получения неразъемного соединения материалов с нагревом ниже температуры их автономного расплавления с помощью расплавленного промежуточного металла (припоя), плавящегося при более низкой температуре, чем соединяемые детали, — называется пайкой. Соединение материалов происходит в результате диффузии припоя и основного материала путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления их при кристаллизации шва.
В зависимости от температуры в контакте соединяемых материалов пайка подразделяется на низкотемпературную и высокотемпературную. При первой температуре нагрева не превышает 723 К (450 °С), а при второй – выше 723 К (450 °С). Нагрев может производиться паяльником, токами высокой частоты, в печах, в пламени газовой горелки и т. д.
В качестве мягких (легкоплавких) припоев применяют оло-вянно-свинцовые, висмутовые, кадмиевые и другие сплавы. Наиболее низкотемпературные припои содержат индий, висмут и кадмий, температура плавления которых 343-418 К (70-145 °С).
В качестве твердых (тугоплавких) припоев применяют в основном три вида припоев: медно-цинковые ПМЦ и латунь JI-62, серебряные ПСР и медно-фосфористые марки ПМФ, обладающие хорошей жидкотекучестью и обеспечивающие высокое качество пайки.
Припои характеризуются с учетом температуры начала и конца плавления. Данные некоторых припоев, широко применяемых при сборке неразъемных соединений в машино- и приборостроении, приведены в табл. 2.
Чтобы повысить качество пайки, применяют флюсы, которые растворяют окислы на поверхности металлов и защищают нагретые детали и жидкий припой от окисления. Флюсы увеличивают жидкотекучесть припоев при пайке.
Рис. 1. Паяные соединения: а — встык, б — внахлестку, в — встык со скошенными кромками, г, д — внакладку, е, ж — припаивание фланцев, з — в шпунт
По химическому составу флюсы делятся на две группы: кислотные и бескислотные. К первой группе относятся: флюсы, растворяющие окислы металла и хорошо очищающие место пайки (соляная кислота, хлористый цинк, бура и др.).
При паянии твердыми (тугоплавкими ) припоями в качестве флюса применяют обезвоженную порошковую буру или ее смесь с борной кислотой. Бура в расплавленном состоянии имеет хорошую текучесть и быстро растворяет окислы металлов, в особенности меди. Борная кислота снижает температуру плавления флюса с 1013 до 853 К (с 740 до 580 °С).
Для пайки легкоплавкими припоями используют раствор хлористого цинка (травленая соляная кислота) и хлористый аммоний (нашатырь). При пайке цинка или оцинкованных деталей место пайки смазывают разбавленной соляной кислотой.
Правильный выбор флюса при пайке имеет большое значение для высокого качества соединения. Его выбирают в зависимости от применяемого припоя и соединяемых металлов, а также характера сборочных работ. Флюс должен плавиться при температуре ниже температуры плавления припоя, чтобы во время пайки он находился в жидком состоянии и равномерно растекался по основному металлу. Флюсы образуют жидкую и газообразную защитную зону, предохраняющую поверхность металла и расплавленного припоя от окисления; растворяют и удаляют пленки окислов и загрязнения с поверхности.
Подготовка деталей к пайке и лужению заключается в следующем: поверхности деталей в местах соединений тщательно зачищают напильником, шабером, металлической щеткой или шлифовальной шкуркой с целью удаления загрязнений, ржавчины, окисных и жировых пленок, а иногда дополнительно обезжиривают бензином, спиртом или другими растворителями.
Пайка легкоплавкими припоями. При этой пайке зазор между соединяемыми кромками должен быть не более 0,2 — 0,4 мм. При таком зазоре жидкий припой проникает в него, лучше скрепляет кромки. Подготовленные поверхности покрывают флюсом непосредственно перед горячим лужением или пайкой. Детали нагревают паяльником, нагретым до температуры плавления припоя. Перегрев паяльника может привести к сильному окислению его рабочей поверхности и сгоранию припоя.
Как только шов прогреется до температуры плавления припоя, последний растечется и заполнит зазор между соединяемыми деталями. При охлаждении припой образует плотное соединение шва. Места пайки промывают в проточной или горячей воде, чтобы очистить их от остатков флюса. При подготовке деталей к пайке, если нужно получить герметичность шва, места пайки предварительно облуживают.
Лужение заключается в покрытии поверхностей тонким слоем расплавленного припоя, который защищает металл от окисления. Наиболее часто применяют горячее и гальваническое лужение.
Процесс лужения аналогичен процессу пайки. Поверхности деталей медленно нагревают до температуры 473 — 523 К (200 —250 °С), затем, на них насыпают флюс и припой в порошкообразном виде. Как только припой начнет плавиться, его растирают по поверхности чистой ветошью. Крупные детали облуживают по участкам. После лужения деталь тщательно промывают в горячей воде, чтобы удалить остатки флюса, который может вызвать коррозию луженого металла.
Пайку алюминия и его сплавов также разделяют на два вида: мягкими припоями с температурой плавления 423 — 623 К (150 —350 °Q и твердыми припоями с температурой плавления 698-863 К (425 – 590 °С).
Основным препятствием при пайке алюминия является окисная пленка на его поверхности, которая не растворяется и не восстанавливается обычными флюсами, используемыми при пайке других металлов. При удалении окисной пленки механическим путем она Мгновенно возникает вновь вследствие соединения поверхностного слоя алюминия с кислородом воздуха.
Рис. 2. Вибрационный ультразвуковой паяльник: 1 — наконечник, 2 — соленоид, 3 — вибратор, 4 — корпус, 5 – генератор
Применяют целый ряд других припоев и флюсов для пайки алюминия и его сплавов. Пайку алюминия и его сплавов мягкими (легкоплавкими) припоями выполняют ультразвуковым паяльником (рис. 30). Припоями при этом способе пайки могут быть сплавы на основе олова или цинка.
Ультразвуковой паяльник, вибрирующий в процессе пайки с ультразвуковой частотой (20 — 22 кГц), наконечником погружают в расплавленный припой, и под этим слоем паяльник разрушает окисную пленку; припой соединяется с очищенной поверхностью металла и облуживает ее. Применение ультразвукового паяльника облегчает и ускоряет процесс пайки алюминия и его сплавов мягкими легкоплавкими припоями и отчасти увеличивает коррозионную стойкость паяных соединений.
Пайка тугоплавкими припоями. При пайке тугоплавкими припоями образуется прочный шов, выдерживающий значительные нагрузки. Перед пайкой поверхности деталей обрабатывают механическим способом и подгоняют друг к другу так, чтобы зазор между ними был не более 0,04 — 0,08 мм. Кромки деталей должны иметь шероховатую поверхность (это улучшает сцепление припоя с основным металлом). Детали при пайке тугоплавкими припоями нагревают газовыми горелками, в электрических, пламенных и газовых печах.
Наиболее совершенным способом паяния является пайка токами высокой частоты. Сущность этого способа заключается в том, что подготовленные к пайке детали помещают в переменное электрическое поле токов высокой частоты, в результате поверхности деталей быстро нагреваются. Нагрев на этих установках создает возможность автоматизации процесса с устойчивыми режимами пайки. На высокочастотных установках могут быть применены и другие усовершенствования технологии: пайка в вакууме, в нейтральной защитной или в восстановительной среде, предохраняющей места пайки от окисления.
Реклама:
Читать далее:
Соединение деталей склеиванием
Статьи по теме:
Технология пайки проводов: последовательность выполнения
Каждому приходилось сталкиваться с проблемой разрыва проводов в технике. Обращаться с такой мелочью в мастерскую нерезонно, проще освоить технику пайки, что поможет осуществлять ремонт бытового оборудования в домашних условиях.
Суть технологии
Существует несколько методов пайки проводов, но для начинающих рекомендуется ручной способ. Такой вариант подходит для соединения металлических проводников, для пропилена и других пластиков используется другая технология.
Процесс пайки абсолютно доступный и понятный. Соединяемые концы обрабатываются специальным веществом, после чего фиксируются с помощью припоя. Температура плавления припоя должна быть ниже, нежели металлов, которые использованы в проводниках. Качественная спайка выдерживает вес, превышающий материал проводников.
Временем пайки считается период от разогрева припоя до полного его застывания. Общая продолжительность создания одного соединения составляет 4-5 минут.
Что понадобится для пайки
Для спаивания проводов понадобится паяльник, припой и флюс. Выполнять работы лучше на деревянной подставке. Для паяльника нужно заранее подготовить подставку, чтоб горячее жало не повредила поверхность стола.
Для зачистки подойдёт любой скребок, использовать наждачную бумагу с камешками крупной фракции нельзя. Перед выполнением работ поверхности нужно обезжирить, поэтому стоит подготовить ещё спиртовой раствор и ватные диски или палочки.
Для удобства следует приготовить также пинцет, защитные очки. Первый инструмент поможет состыковать тоненькие элементы, а очки предупредят травмирование глаз. В процессе пайки могут отскочить раскалённые пружинки или провода, что повлечёт разные проблемы. Защита обеспечит мастеру безопасность.
Последовательность выполнения пайки проводов
Технологический процесс спаивания двух металлических тонких проводников состоит из следующих этапов.
1. Зачистка поверхностей проводников, удаление коррозии, других загрязнений. Процесс выполняется аккуратно до блеска металла. Любой сторонний налёт сделает соединение ненадёжным.
2. Зачищенные концы проводников покрывают флюсом. Это специальное вещество, которое хорошо удаляет фрагменты окисла, а также предотвращает окисление проводов в процессе эксплуатации. При выборе флюса предпочтение стоит отдавать твёрдым и пастообразным веществам, жидкость в этом деле малопригодна.
3. С помощью паяльника расплавляется припой и ровным тонким слоем наносится на концы проводников. Припой должен хорошо соединиться к металлу.
4. Соединить провода временной скруткой или с помощью пинцета. В качестве альтернативы можно использовать тиски.
5. Нанесение флюса на стыковку для предупреждения образования ржавчины под припоем.
6. Расплавить паяльником припой и распределить вещество вокруг состыкованных концов проводников. Если фиксация оказалась слабой, рекомендуется подобрать другой вид припоя.
Завершаются работы очисткой жала паяльника и обработкой его неактивным флюсом (если оно луженое). Флюсованный инструмент поможет в дальнейшем выполнять качественную пайку. Хранить паяльник рекомендуется в закрытой коробке.
Популярные вопросы
Чем нужно зачищать концы проводов?
Использовать грубые абразивы для зачистки не рекомендуется. Их частицы застревают в поверхности, удалить полностью не представляется возможным. А при эксплуатации абразивы провоцируют развитие процесса окисления. Качественную зачистку обеспечат: скребок, нож, напильник, надфиль. При работе с токопроводящими проводами рекомендуется предварительно покрыть их активированным флюсом, остатки которого следует удалить по окончании пайки.
Какой мощности выбрать паяльник для бытовых нужд?
Мощность определяет функции инструмента. Если основная часть работ планируется с профилями и толстыми проводниками, то подойдёт устройство до 65 Вт. Пайку проводов диаметром до 0,6 мм осуществляют паяльником до 25 Вт.
Играет ли роль способ скрутки на прочность и функционал соединения?
Каждый способ имеет своё предназначение:
• простые скрутки подходят для одножильных и многожильных проводов, но их предварительно следует очистить от изоляционного слоя;
• бандажные соединения используются при работе с толстыми токоведущими проводами;
• желобковые выполняются с проводниками, имеющими легкоплавкую изоляцию;
• простая, но последовательно выполненная скрутка (британская) применяется для соединения токоведущих кабелей, имеющих сечение до 1,4 мм2.
Сколько времени нужно греть припой?
Некоторые при пайке берут припой на паяльник. Делать этого не нужно. Достаточно установить припой над скруткой проводников и прогреть его, едва касаясь жалом. Достаточно 3-4 секунды для плавления вещества.
По каким признакам можно понять, что пайка выполнена удачно?
На успешно выполненную работу указывают следующие признаки:
• слой припоя должен покрывать все концы проводников;
• цвет пайки должен быть блестящим, а не матовым;
• при механическом воздействии (лёгком!) соединение сохраняет целостность.
Требуется ли какая-либо подготовка нового паяльника к работе?
Да, жало нового инструмента необходимо очистить от окиси и покрыть оловом. Наконечник после нагрева трут о нашатырный камень, после чего расплавляют на нём каплю припоя. Завершается подготовка паяльника обычной чисткой жала.
Посмотрите видео «Как паять паяльником»
Поделиться:
Соединение контактов и проводов пайкой
Пайка — процесс соединения металлов в жестком состоянии припоями, которые при расплавлении затекают в зазор, смачивают спаиваемые поверхности, а при охлаждении, застывая, образуют паяный шов.
Пайка производится при температуре ниже температуры плавления материалов соединяемых деталей. Совместно с тем температура припоя, при помощи которого осуществляется пайка, должна быть несколько выше точки его плавления, а температура соединяемых деталей должна быть близка к температуре плавления припоя. Соблюдение этого условия нужно для получения таковой подвижности припоя, которая обеспечивает наполнение зазоров в швах меж контактными элементами и обтекание их поверхностей.
Металлургический способ соединения деталей с внедрением припоя, имеющего температуру плавления ниже 450°С, именуют мягенькой пайкой. Сцепление припоя с металлом получается благодаря адгезии припоя к металлу. Следует увидеть, что температура плавления припоя для мягенькой пайки 450°С принята условно.
Выполнение контактных соединений с внедрением припоя, имеющего температуру плавления выше 450°С, именуют жесткой пайкой. Соединение припоя с металлом в данном случае обусловливается как адгезией, так и диффузией припоя в металл.
При пайке практически не происходит расплавления соединяемых частей, потому паяные соединения легче чинить.
Пайкой производятся соединения фактически меж хоть какими схожими металлами либо сочетаниями различных металлов.К числу металлов, которые просто паяются, относится медь. Но добавление к меди легирующих частей затрудняет процесс пайки, потому что наличие в меди примесей изменяет характеристики окисных пленок, являющихся препятствием для образования надежного соединения. Вместе с этим примеси в сплавах меди реагируют в процессе пайки и образуют хрупкие соединения. В этой связи при выполнении контактных соединений следует кропотливо выбирать флюсы и припои.
Пайка алюминия связана с 2-мя основными трудностями. Во-1-х, на алюминии имеется тугоплавкая окисная пленка, во-2-х, алюминий обладает высочайшей теплопроводимостью при сравнимо низкой теплоемкости и огромным коэффициентом линейного расширения. Потому в процессе пайки дюралевых контактных частей нагрев должен быть локализован, выбор флюса следует создавать зависимо от легирующих присадок, введенных в металл.
Особенности разных соединяемых металлов либо их сочетаний предназначают как технологический процесс пайки, так и припои, флюсы, оборудование, используемое при пайке.
Структура паяных контактных соединений
Пайка имеет много общего со сваркой плавлением но меж ними имеются и принципные различия. Если при сварке основной и присадочный металлы находятся в сварочной ванне в расплавленном состоянии то при пайке основной металл не плавится.
Соединение пайкой в общем случае представляет собой комплекс металлургического и физико-химического процессов, протекающих на границе основного твердого металла с водянистым металлом — припоем. Зависимо от физико-химических параметров основного материала и припоя, также критерий и режима пайки спай, образующийся меж ними, имеет различное строение. Условием соединения основного металла с припоем, как понятно, является адгезия. При смачивании незапятанной железной поверхности припоем и следующем его затвердевании протекают последующие процессы.
Если составляющие, входящие в состав припоя, не ведут взаимодействие с главным металлом до растворения в нем, то меж припоем и этим металлом появляются межкристаллитные связи. Крепкость сцепления затвердевшего припоя с главным металлом близка к прочности собственного припоя. Это определяется тем, что припой заполняет все выпуклости и микроуглубления, образующие развитую поверхность сцепления, существенно превосходящую кажущуюся поверхность контакта.
В этом случае, когда при температуре пайки либо при более низких температурах может быть растворение 1-го металла в другом, кроме межкристаллитных связей происходит диффузия атомов припоя в паяемый металл и напротив. Обоюдная диффузия припоя и паяемого металла очень чувствительна к температуре. Потому развитие этого процесса находится в зависимости от температуры пайки и длительности нагрева. При определенных температурах паяемый металл и составляющие припоя образуют на границе соединения интерметаллические прослойки.
Структура контактного соединения, выполненного пайкой, представляет собой зону, состоящую из слоя литого припоя, равного зазору меж соединяемыми элементами и окруженного с обеих сторон продуктами взаимодействия припоя с основными металлами — прослойками интерметаллического типа различного состава — и областями обоюдной диффузии.
Структура паяного соединения: 1— соединяемые проводники; 2 — области коррозии; 3 — интерметаллические прослойки; 4 — припой; 5 — область диффузии
Пайка дюралевых проводов
Соединение и ответвление однопроволочных проводов сечением 2,5 — 10 мм2 пайкой производятся после того, когда концы жил за ранее соединены двойной скруткой так, чтоб в месте касания жил образовался желобок. Место соединения нагревают пламенем пропан-бутановой горелки либо бензиновой лампой до температуры начала плавления припоя. Потом с усилием натирают поверхности соединения палочкой припоя, введенной в пламя. В итоге трения желобок очищается от загрязнений и облуживается по мере прогрева соединения. Таким макаром запаивается все соединение.
Соединение и ответвление однопроволочных проводов пайкой
Соединение, оконцевание и ответвление изолированных дюралевых многопроволочных проводов пайкой создают после ступенчатой разделки контактных участков дюралевых жил и подготовительного их облуживания. Концы жил вставляют в особые формы, располагая их посреди и по центру трубчатой части таким макаром, чтоб они касались друг дружку. На жилы надевают защитные экраны для предохранения изоляции соединяемых жил от деяния пламени. При огромных сечениях жил дополнительно употребляют охладители. Внутренние поверхности форм за ранее окрашивают кокильной краской либо натирают мелом. Места ввода жил в форму уплотняют листовым либо шнуровым асбестом для предотвращения вытекания припоя.
Перед пайкой направленным пламенем нагревают среднюю часть формы, потом в пламя через литниковое отверстие вводят прут припоя, который, расплавляясь, заполняет форму до верха литникового отверстия.
На рисунке показано соединение, приготовленное к пайке. Разработан и употребляется метод пайки поливом припоя. При всем этом методе приготовленные жилы со скосами под углом 55° укладывают в. форму, оставляя зазор меж ними приблизительно 2 мм, другие операции подготовки жил к соединению подобны выполняемым при соединении сплавлением.
В тигле расплавляется и греется приблизительно до 600°С (во избежание резвого остывания) 7—8 кг припоя. Меж тиглем и местом заливки припоя устанавливают лоток для стекания припоя, который укрепляют к нагим частям жил. Припой заливается в форму через литниковое отверстие до того времени, пока не произойдет сплавление торцов жил и наполнение формы. Припой рекомендуется помешивать и счищать окисную пленку с торцов жил скребком. Продолжительность пайки не превосходит 1 — 1,5 мин.
Многопроволочные жилы с установленными на их формами, приготовленные к пайке: 1 — изоляция жилы, 2 — защитный экран, 3 — форма, 4 — жила, разбитая ступенчато, 5 — асбестовое уплотнение.
Соединение дюралевых жил кабеля пайкой поливом расплавленного припоя: а — вид процесса пайки, б — шаблон для дизайна концов жил; в — готовое соединение, 1 — припой, 2 — места пайки
Пайка медных проводников
Разработка соединения и оконцевания медных жил пайкой схожа. Пайка жил сечением 1,5 — 10 мм2 делается паяльничком, а сечением 16 — 240 мм2 — пропан-бутановой горелкой либо паяльной лампой; процесс пайки заключается в погружении в расплавленный припой либо поливе места пайки расплавленным припоем.
Соединение и ответвление медных жил сечением до 10 мм2 пайкой производится после подготовки их контактных концов. Жилы скручиваются, покрываются канифолью, место пайки подогревается паяльничком с расплавлением припоя в месте пайки либо методом погружения соединения в ванночку с припоем. После того как место соединения смочено припоем и им заполнены зазоры меж спаиваемыми концами, обогрев соединения прекращается.
Соединение и ответвление медных жил сечением 4 — 240 мм2 пайкой с применением контактной арматуры производится методом полива. Для этого припой в графитовых либо железных тиглях разогревают в электронной либо газовой печи до температуры 550—600оС.
Приготовленные к соединению либо оконцеванию жилы за ранее облуживаются, а позже вставляются в гильзу либо наконечник. Стык жил проводов размещается посреди гильзы. При оконцевании жила вставляется в наконечник таким макаром, чтоб ее конец находился заподлицо с торцом трубчатой части наконечника. Во избежание вытекания припоя на жилу меж концом гильзы (наконечника) и краем изоляции подматывают асбест. Соединение при пайке размещается горизонтально. Полив припоя продолжают до наполнения объема меж жилой и наконечником, но менее 1,5 мин. По окончании пайки следует немедля (пока не остыл припой) протереть гильзу тканью, смоченной паяльной мазью, сгоняя и разглаживая при всем этом подтеки припоя.
Соединение проводников из разнородных металлов пайкой делается по той же технологии, что и соединение 2-ух дюралевых жил. При подготовке концов дюралевых жил для пайки производится скос их концов под углом 55о или ступенчатая разделка, после этого концы облуживаются. Пайка ведется конкретным сплавлением в форме либо поливом за ранее расплавленным припоем. Соединение и ответвление дюралевых многопроволочных и однопроволочных жил может производиться и в медных луженых гильзах.
Технология контактных соединений пайкой
- Подробности
- Категория: Кабели
В случаях отсутствия возможности применения сварки и опрессования для соединения и оконцевания жил проводов и кабелей применяют пайку. Для пайки алюминиевых жил используют припой и флюсы и паяльник (для однопроволочных жил 2,5— 10 мм2) или пропано-кислородную горелку (для больших сечений). Пайку соединений и ответвлений однопроволочных алюминиевых жил сечений 2,5—10 мм2 выполняют двойной скруткой с желобком. С жил снимают изоляцию, зачищают до металлического блеска, нагревают пламенем пропан-кислородной горелки до начала плавления припоя. Потирая желобок палочкой припоя А, введенной в пламя, лудят жилы и заполняют желобок припоем, сначала с одной, а затем с другой стороны. После остывания место соединения изолируют.
Соединение и ответвление одно- и многопроволочных медных жил до 10 мм2 выполняют пропаянной скруткой без желобка. С жилы удаляют изоляцию на длину до 35 мм, зачищают ее наждачной бумагой, пропаивают паяльником в ванночке с расплавленным припоем ПОССу 40-0,5. После остывания место пайки изолируют. Соединение и ответвление медных одно- и многопроволочных жил 4—240 мм выполняют в гильзах пайкой способом полива: ответвления — в гильзах ГПО, соединения — в гильзах ГМ. После подготовки жил полив припоя производят в течение 1,5 мин. В течение этого времени гильза должна быть полностью облужена.
Соединение и ответвление алюминиевых проводов пайкой способом двойной скрутки с желобком
Соединение жил способом полива расплавленным припоем: 1 — паяльная ложка; крючок; 3 — подмотка асбестом; 4 — лоток; 5 — тигель; б — форма
Соединение и ответвление алюминиевых жил сечением 16— 240 мм2 с медными жилами выполняют так же, как соединение пайкой двух алюминиевых жил. При этом алюминиевую жилу разделывают ступенчато или со скосом под углом 55° к горизонтали. Концы алюминиевых жил сначала лудят припоем А, а затем припоем ПОССу, а концы медных жил и медные соединительные гильзы — припоем ПОССу. При ступенчатой разделке конца алюминиевой жилы пайку соединения производят непосредственным сплавлением припоя А в форму или способом полива припоем, при разделке алюминиевой жилы со скосом 55° — только способом полива припоем.
Оконцевание алюминиевых жил медными наконечниками выполняют так же, как и оконцевание алюминиевыми наконечниками. Медный наконечник предварительно лудят припоем ПОССу. Оконцевание производят также с подготовкой конца алюминиевой жилы со скосом под углом 55°. В этом случае конец подготовленной алюминиевой жилы вводят в гильзу наконечника скосом в сторону его контактной части так, чтобы жила была утоплена в гильзе наконечника на 2 мм. Зазоры уплотняют непосредственным сплавлением припоя на скошенную поверхность жилы. Оксидную пленку с торца жилы удаляют скребком под слоем припоя.
Соединение и ответвление алюминиевых жил в медных луженых гильзах выполняют припоем ПОССу 40. При этом концы провода предварительно лудят припоем марки А.
Соединение пайкой | Соединение токопроводящих жил проводов и кабелей
- Подробности
- Категория: Кабели
Содержание материала
Страница 2 из 4
При паянии, токопроводящих жил частицы расплавленного металла припоя проникают в нагретый металл жил, надежно соединяя их. Такое соединение может быть получено только при правильном выборе припоя и флюса и тщательной подготовке поверхностей спаиваемых жил. Преимущество ее перед сваркой в том, что она не требует расплавления жил, к недостаткам относится большой расход дорогостоящих припоев и флюсов.
Пайку медных жил сечением до 10 мм2 производят следующим образом. После снятия изоляции жилы зачищают до блеска и скручивают двойной скруткой так, как показано на рис. 7. При этом длина желобка 1 между рядом расположенными жилами должна быть не менее 20 мм для жил сечением до 4 мм2 и не менее 30 мм для жил сечением 6 и 10 мм2. После скрутки удаляют остатки пленки окиси с помощью флюса (порошок канифоли или раствор канифоли в спирте). Соляную кислоту использовать в качестве флюса нельзя — она разрушает не только пленку окиси, но и основной металл. После выполнения всех предварительных операций скрутку нагревают до температуры плавления припоя (ПОС-30 или ПОС-40 — припой оловянисто-свинцовый с 30 или 40% олова) — около 250 °С.
Рис. 7. Соединение проводов скруткой с последующей пропайкой
Пайку медных проводов сечением 16…240 мм2 выполняют в медных гильзах, имеющих отверстие на цилиндрической поверхности. После снятия изоляции, зачистки и обработки флюсом концы жил вводят с двух сторон в гильзу и уплотняют асбестовой подмоткой, препятствующей вытеканию припоя. На жилы надевают стальные экраны. Когда при нагреве температура гильзы достигнет нужной величины, в ее отверстие вводят пруток припоя и плавят его до полного заполнения гильзы.
Для пайки проводов больших сечений используют высокопроизводительный метод полива. Он заключается в том, что залуженные концы жил вводят в залуженную изнутри гильзу, а затем стальной ложкой в отверстие гильзы заливают припой, предварительно расплавленный в специальной кастрюле с газовым или электрическим подогревом.
Технология пайки алюминиевых проводов малых сечений такая же, как и медных сечением до 10 мм2, различие лишь в марках припоев и флюсов.
Для пайки алюминиевых проводов сечением до 10 мм2 применяют флюсы ВАМИ или АФ и специальные припои (чаще всего припой марки А, состоящий из олова, цинка и меди).
Пайка многопроволочных алюминиевых проводов сечением 16…240 мм2 требует предварительного облуживания всех проволок
жилы. Для этого освобожденный от изоляции конец провода разделывают так (рис. 8), чтобы центральная проволока и последующие повивы образовывали ступеньки длиной 10 мм, а последний, наружный повив — 40 мм. На край изоляции наматывают бандаж из асбестового шнура, жилу смазывают флюсом и нагревают до температуры плавления припоя. Затем прутком сильно натирают всю ступенчатую разделку, снимая окись пленки и покрывая проволоки жилы слоем припоя. 
Рис. 8. Подготовка к пайке многопроволочных жил: а— ступенчатая разделка многопроволочной жилы сечением 16—35 мм2, б— то же для жилы сечением 50… 95 мм2, в — то же для жилы сечением 120…150 мм» />
Быстрее и эффективнее эту операцию можно произвести, если одновременно с прутком натирать жилу стальной кисточкой. Облуженные жилы 4 (рис. 9) укладывают в разъемную металлическую форму 3 так, чтобы их центральные проволоки соприкасались. Перед этим в местах входа в форму на жилы накладывают асбестовое уплотнение 2, внутреннюю поверхность формы покрывают мелом. Когда обе половины формы собраны и закреплены проволочными бандажами, на жилы надевают экраны 1 и направленным пламенем нагревают среднею часть формы. В литниковое отверстие вводят пруток припоя, который, расплавляясь, заполняет форму до верха отверстия. Одновременно стальной мешалкой перемешивают припой и удаляют шлаки. После охлаждения экраны и обе половины муфты снимают, соединение покрывают лаком и изолируют.
Таким же образом можно соединять медные жилы с алюминиевыми, причем ступенчатую разделку медной жилы облуживают припоем ПОС-60, а алюминиевой — припоем А. 
Рис. 9. Пайка многопроволочной жилы
Виды пайки металлов согласно классификации ГОСТ, в том числе, методы без флюса, в печах и вакууме
Пайка металлов появилась задолго до изобретения электрической сварки. Ее использовали в Древнем Риме и Вавилоне, о чем говорят археологические раскопки.
За это время технологии усовершенствовались, и появились новые виды пайки, в которых для нагрева металла используется электрический ток, пламя газовой горелки, энергия лазера или иные источники тепловой энергии.
Капиллярный
Капиллярный вид пайки – самый распространенный. Многие, применяя его, даже не подозревают о таком названии. Суть технологии заключается в следующем.
Припой расплавляют, он нагревается и заполняет собой пространство между двумя подготовленными деталями. Смачивание поверхности деталей и удержание припоя происходит во многом благодаря эффекту капиллярности.
Капиллярный вид пайки распространен в быту и на различных производствах. Для его проведения потребуется паяльник или горелка. По сути, любой вид пайки можно считать в определенной мере капиллярным, поскольку в каждом присутствует капиллярное смачивание поверхностей заготовок жидким припоем.
Диффузионный
Этот вид паяния отличается от остальных длительностью процесса, поскольку на диффузию требуется время.
Припой внутри зоны шва выдерживается при определенной температуре дольше, чем, скажем, при обычном капиллярном виде пайке. Соединение двух заготовок происходит за счет диффузии припоя и спаиваемых металлов.
Сам процесс диффузии заключается в проникновении молекул одного вещества в структуру другого вещества. Спайка происходит на молекулярном уровне и дает возможность получить более прочный шов.
Диффузионный вид требует строго соблюдения температурного и временного режима. Температура нагрева в зоне пайки всегда выше, чем температура плавления припоя.
Контактно-реакционный
Вид пайки под названием «контактно-реакционный» или «реактивный» означает процесс сплавления при контакте двух деталей из разных металлов.
Происходит фазовый переход металла из твердого в жидкое состояние с последующим отвердением и сплавлением. Часто такое соединение осуществляют через тонкую прослойку, которая нанесена на одну из заготовок гальваническим или иным способом.
Используются легкоплавкие материалы – эвтектики. Так можно соединить серебро и медь, где между деталями будет образован медно-серебрянный сплав. Проводят пайку олова и висмута, серебра и бериллия, графита и стали.
Можно спаивать алюминий с другими материалами через прослойку меди или кремния. Соединение получается прочным, время пайки занимает доли секунд.
Реакционно-флюсовой
В основе реактивно-флюсового вида пайки лежит химическая реакция, при которой из флюса при соединении с металлом образуется припой. Это хорошо видно, когда между собой соединяются алюминиевые детали.
Для их стыковки применяется флюс на основе хлористого цинка. При нагреве цинк начинает взаимодействовать с алюминием, превращаясь в металлический припой.
Он заполняет собой все пространство зазора, делая место зоны пайки прочным соединением. При этом очень важно точно соблюсти пропорции наносимого флюса. Его должно быть много, чтобы чистый цинк в необходимом количестве мог выделиться из флюсового порошка.
Иногда при этом виде пайки приходится добавлять цинковый припой в небольших количествах, как дополнение к основному процессу. Обычно это делают, если две заготовки соединяются внахлест.
Пайка-сварка
Такое название технология получила потому, что сам процесс очень сильно напоминает сварку металла с присадочным материалом (проволокой или порошком).
Но в данном случае вместо присадки используется припой. Этот вид чаще всего используют для того, чтобы заделать дефекты и изъяны на поверхностях металлических деталей (литых).
Сам процесс можно проводить разными способами:
- пайка в печах;
- окунанием в ванну с жидким припоем;
- сопротивлением с помощью электрического тока;
- индукционным способом;
- радиационным;
- с помощью паяльников и газовых горелок.
Некоторые виды появились сравнительно недавно, еще исследуются и дорабатываются.
В печах
Первый вариант обеспечивает равномерное распределение припоя по дефектным участкам детали и равномерное прогревание, что особенно важно, когда приходится паять крупногабаритные заготовки со сложной конфигурацией.
При этом разогрев в печи может проходить одним из многих существующих способов, начиная от нагрева пламенем, и до сложно технологических процессов, таких как индукция, электросопротивление.
Конструкция самих печей отличается друг от друга лишь подами, на которые укладывают паяемые заготовки. Для крупных деталей используются печи, в которых под не движется, а для маленьких – подвижные в виде конвейеров на роликах.
Главная задача этого вида пайки – создать внутри печи специальную газообразную субстанцию. Пайка в печах может быть полностью механизирована, что ведет к повышению производительности труда. А для производств с массовым выходом готовой продукции это идеальный вариант.
Применение индукции и сопротивления
Что касается индукционного вида, то для него используют токи высокой частоты. Электричество пропускается через спаиваемые детали, отчего они и нагреваются.
Здесь реализуются два способа пайки: стационарная и с перемещением детали или индуктора. В случае соединения крупногабаритных заготовок используется вторая технология.
Способ пайки сопротивлением чем-то схож с индукционным видом. Просто в этой технологии ток пропускается и через заготовки, и через паяльный элемент. То есть, соединяемые детали становятся частью электрической цепи.
Проводят такой процесс в электролитах или в специальных контактных машинах, действие которых очень похоже на стандартную электросварку. Контактные машины обычно используются в производствах, где необходимо паять между собой изделия из тонкого листового металла.
Пайка же в электролитах используется сегодня не часто за счет сложности настройки параметров технологического процесса. Ведь процесс проходит по принципу теплового эффекта, возникающего между катодом (спаиваемые детали) и анодом.
Вокруг заготовок образуется водородная оболочка, у которой очень высокое электрическое сопротивление. Отсюда и выделение большой тепловой энергии.
Погружение в ванну
Пайка с погружением проводится или в среде расплавленного припоя или в массе специальных солей. Последний вид пайки – это быстро проводимая операция за счет непосредственного нагрева заготовок от солей, которые выполняют функции и нагревательного элемента, и флюса. Что касается погружения в припой, то необходимо отметить возможность полного или частичного погружения.
Радиационный метод
Радиационный вид пайки производится за счет мощного светового потока, который формируется кварцевой лампой, лазером или катодным расфокусированным лучом.
Технология появилась относительно недавно, но показала, что таким способом можно достигать высокого качества пайки двух металлических заготовок. К тому же появилась реальная возможность контролировать процесс и по степени нагрева, и по временным срокам. При этом лазер удаляет оксидную пленку с припоя и с металла, что гарантирует высокое качество паяного шва.
Газовая оболочка в зоне соединения, образорванная за счет нагрева металлов, дает возможность при соединении не использовать флюсы. Поэтому, когда сегодня говорят о пайке без флюса, подразумевают лазерную технологию.
Горелка и паяльник
Что касается пайки горелками, то чаще всего применяются две технологии, которые, по сути, ничем не отличаются одна от другой. Происходит просто нагрев двух деталей и припоя, уложенного между ними в зазор.
В первом способе – за счет сгорания газа, во втором – за счет образования плазмы (это сгораемый газ, который движется тонкой струей с большой скоростью). Необходимо отметить, что способ с газовыми горелками считается универсальным.
Горелки, испускающие поток плазмы, работают при высоком температурном режиме. А это позволяет паять между собой детали из титана, молибдена, вольфрама и прочие тугоплавкие материалы.
Сложность этой технологии заключается в том, что настроить электрическую дугу под определенную температуру нагрева (до определенной точности) практически невозможно.
Пайка паяльником используется давно. Если еще 5-10 лет назад можно было говорить только об электрических приборах или нагреваемых от огня, то сегодня предложений куда больше.
Хотелось бы отметить паяльники, работающие от ультразвука. То есть, сам ультразвук имеет отношение к процессу пайки лишь с позиции разрушения оксидной пленки.
Поэтому и появилась возможность паять различные металлы в воздушном окружении без флюсовых материалов. Непосредственно пайка происходит от нагрева припоя.
Вакуумный
Пайка в вакууме и сегодня еще используется не всегда и не везде. Сложность данного вида заключается в том, что необходимо в зоне паяния создать разряженную атмосферу без воздуха.
Как известно, присутствующий в воздухе кислород является причиной образования оксидной пленки, которая покрывает собою металлические заготовки и припой.
Пленка очень тугоплавка, при пайке теряются температурные градусы для нагрева соединяемых деталей. Поэтому все ученые до сих пор и ищут способы, как удалить оксидное покрытие или провести процесс без него. Пайка в вакууме – один из таких вариантов.
Препятствуют внедрению вакуумного вида в производство такие факторы:
- низкая производительность процесса, потому что приходится нагревать каждую отдельную деталь;
- таким способом можно паять лишь заготовки небольших размеров;
- сложность создания станков и дополнительного оборудования;
- сложность проведения процесса пайки.
Однако если говорить о космосе, где отсутствует атмосфера, то вакуумный вид считается весьма перспективным.
Селективный
Нельзя сказать, что селективный вид пайки принципиально отличается от капиллярного. Точно также в нем применяют припой и нагрев. Но расплавляют припой только в выборочных местах (локальных точках), на которые планируется прикрепить элементы.
Селективную пайку применяют в основном для изготовления плат и выводов штыревых компонентов. Она схожа с волновым методом, применяемым для пайки smd-чипов.
Установка селективной пайки – оборудование, относящееся к категории полуавтоматов. Оно не дешевое, но экономит расходные материалы почти в десять раз, по сравнению с волной, поэтому распространяется все шире и шире.
Температурный режим и материалы
Классификация процессов пайки основывается на методах проведения операций, условиях, при которых получают соединения, и на видах расходных материалов. Понятия и виды пайки подробно описывает ГОСТ 17325.
Пайку называют высокотемпературной или твердой, если припой разогревается до температуры 450 ℃ и выше. В противном случае приходится иметь дело с низкотемпературным видом (мягким).
Для низкотемпературного вида применяют легкоплавкие припои. К ним относятся сплавы олова и свинца, висмута, галлия, индия. К тугоплавким принадлежат медно-серебряные, медно-цинковые припои.
В связи с повелением новых материалов и требований экологической безопасности, технологии пайки постоянно меняются. Свинцовые припои применяют все меньше, устанавливают дымоуловители, разрабатывают лазерное и ультразвуковое оборудование.
Немалую роль в развитии пайки играет внедрение роботизированных систем, позволяющих значительно ускорить работу.