Загрузка...Применение пайки твердыми припоями
Применение пайки твердыми припоями
Область применения пайки твердыми припоями определяется ее промежуточным положением между низкотемпературной пайкой и сваркой. Везде, где требуется получить более прочное соединение, чем это можно сделать с использованием мягких припоев, способное к тому же работать в условиях высоких температур, и в то же время сохранить структуру соединяемых металлов, не допустить их разупрочнения и деформации (как это имеет место при сварке), применяют высокотемпературную пайку.
Пайка твердыми припоями является основным способом при изготовлении металлорежущего инструмента с твердосплавными пластинами. Припаивание последних обеспечивает достаточную прочность соединения и не оказывает отрицательного воздействия на твердость и геометрию режущих пластин.
Резцы
Изготовление всевозможных сосудов из цветных металлов и нержавеющих сталей, соединение стальных и медных трубопроводов, работающих под высоким давлением или повышенной температуре в различных системах — холодильных, теплообменных и пр. — также не может обойтись без пайки твердыми припоями.
Широко используется высокотемпературная пайка при ремонте автомобилей — радиаторов, трубопроводных систем двигателя и трансмиссии, кузовов, различных деталей — везде, где нельзя или нежелательно применять сварку.
Целесообразно использование высокотемпературной пайки для соединения между собой тонкостенных деталей, работающих при значительных нагрузках и упругих деформациях.
Для ремонта медных и латунных бытовых изделий, подвергающихся в процессе эксплуатации высоким температурам, высокотемпературная пайка является способом ремонта не имеющим альтернативы. Таких, например, как старинный самовар, растапливаемый дровами. В этом случае мягкие припои не могут применяться из-за неспособности выдерживать высокую температуру нагрева.
Источники нагрева при высокотемпературной пайке
В качестве источников нагрева при высокотемпературной пайке может использоваться любое оборудование, которое позволяет нагревать паяемые детали несколько выше температуры плавления используемых припоев. Эта температура может колебаться в пределах 450-1200°C. При использовании тугоплавких материалов, таких как латунь или технически чистая медь, требуется нагрев, превышающий 1000°C, при использовании среднеплавких припоев требуется температура нагрева в 700-800°C.
Основными источниками нагрева при высокотемпературной пайке являются газовые горелки различных типов, индукторы и печи. Применяется также нагрев электросопротивлением. В быту чаще всего твердыми припоями паяют с помощью горелок.
Припои
Основная заслуга в образовании прочных и термоустойчивых соединений при высокотемпературной пайке принадлежит меди. Она не только входит практически во все твердые припои, но в большинстве из них выполняет главную роль, являясь основой припоев.
Иногда используют в качестве припоя и технически чистую медь. Однако гораздо чаще используют пайку медными припоями, представляющими собой соединения меди с другими металлами — цинком, серебром, кремнием, оловом и пр. Каждый из этих элементов вносит свою лепту в технологические свойства припоев. Почти все они снижают температуру плавления (у чистой меди она составляет 1083°C).
При высокотемпературной пайке используются медно-цинковые, медно-фосфорные, серебряные припои и латуни.
Твердый припой
Твердый припой покрытый флюсом
Медно-цинковые припои. Существует большое количество медно-цинковых припоев (ПМЦ-35, ПМЦ-39, ПМЦ-50, ПМЦ-54, ПМЦ-57 и пр.). Цифры указывают процентное содержание меди. Их используют для пайки бронзы, меди, стали. Недостатком чисто медно-цинковых материалов является плохая работа в условиях ударных, вибрационных и изгибающих нагрузок. Чтобы убрать или снизить этот недостаток используют легирование их другими металлами (например, латуни можно рассматривать как легированные медно-цинковые припои). Легированные медно-цинковые припои используются, в частности, при пайке твердосплавных резцов.
Медно-фосфорные припои. Медно-фосфорные припои (ПМФ-7, ПМФ-9, ПМФОЦр-6-4-0,03) представляют собой сплав меди с фосфором. Следующая за буквами цифра указывает на процентное содержание фосфора. Припой ПМФОЦр-6-4-0.03, кроме меди и фосфора, содержит олово и цирконий.
Медно-фосфорные припои относятся к среднеплавким (700-850°C), обладают высокой текучестью и хорошей коррозионной устойчивостью к агрессивным средам. Используются для пайки меди и ее сплавов (бронзы, латуни, мельхиора). Можно их использовать и в качестве заменителя серебряных припоев при ремонте ювелирных изделий.
Пайка сталей и чугуна медными припоями, содержащими фосфор, не применяется из-за повышенной хрупкости соединения и его неспособности переносить ударные, вибрационные и изгибающие нагрузки. Это вызвано образованием по границе шва пленки фосфитов.
Отличительную особенность медно-фосфорных припоев является то, что они являются самофлюсующимися. При пайке ими медных изделий, применение флюса не обязательно.
Латуни. Широкое распространение в качестве припоев получили латуни, которые являются сплавом меди с цинком. Латуни Л62 и ЛОК-62-06-04 дают прочные паяные соединения. ЛОК-62-06-04 отличается от Л62 наличием олова и кремния, обеспечивающих более высокие технологические свойства припоя. Олово увеличивает жидкотекучесть и снижает температуру плавления, а соединения кремния предохраняют цинк от окисления и испарения. Латуни применяются при пайке меди, стали, чугуна.
Серебряные припои. Серебро является отличным материалом для пайки. Серебряным припоям, которые представляют собой в основном сплав серебра с медью и цинком, принадлежит первое место по растеканию, смачиваемости, прочности и антикоррозионности. Не будь они такими дорогими, можно было бы отказаться от всех остальных припоев, используя только серебряные. Благо они обладают универсальностью и способны паять практически любой металл.
Припои на основе серебра обозначаются буквами ПСр (ПСр-15, ПСр-25, ПСр-45, ПСр-65, ПСр-70). Марки ПСр-15 и ПСр-25 используются для пайки не очень ответственных деталей. Если требуется получить особо качественное соединение, используют припой ПСр-45, имеющий 45% серебра, 30% меди и 25% цинка. ПСр-45 обладает отличными качествами — вязкостью, ковкостью, жидкотекучестью, устойчивостью против коррозии, способностью выдерживать вибрацию и удары. Припой ПСр-65 не уступает ПСр-45, но слишком дорог.
Серебряными припоями можно паять практически любой металл — медь и ее сплавы, серебро, стали и пр. Однако в силу их дороговизны пайку серебряными припоями применяют только там, где это экономически целесообразно, в частности, для соединения нержавеющих сталей, относящихся к разряду труднопаяемых и требующих припоев, обладающих хорошей смачиваемостью и позволяющих избежать коррозии, которая может возникнуть в спае.
Флюсы
Основным компонентом флюсов для пайки твердыми припоями являются борные соединения — бура (Na2B4O7), борная кислота (H3BO3), борный ангидрид (B2O3). Для усиления активности борных флюсов, например при пайке нержавеющих и жаростойких сталей, в них добавляются соединения фтора — фтористый кальций, фтористый калий. Применяются специальные флюсы, регламентированные ГОСТ 23178-78 — под марками ПВ200, ПВ201, ПВ209, ПВ209Х, ПВ284Х. В первые два входят борная кислота, бура и фтористый кальций. Они используются для пайки нержавеющих и конструкционных сталей и жаропрочных сплавов. Флюс ПВ209 состоит из фтористого калия, борного ангидрида, калия тетрафторбората. Флюсы ПВ209Х, ПВ284Х состоят из борной кислоты, гидроксида калия, плавиковой кислоты. Флюсы ПВ209, ПВ209Х, ПВ284Х можно использовать для пайки меди и ее сплавов, нержавеющих и конструкционных сталей.
Пайка меди и ее сплавов может производиться с помощью чистой буры, которая является универсальным флюсом для высокотемпературной пайки.
Бура
Используются различные формы выпуска флюсов — жидкости, порошок, кусочки (кристаллы буры, например). Чтобы облегчить их дозирование (избыток флюса так же нежелателен, как и недостаток), используют объединение их с припоем. Делается это разными способами — добавлением в виде порошка в сыпучие формы припоев, обмазкой прутков припоя или помещением внутрь трубочки из припоя, совместным прессованием таблетированных форм.
Паяние твердыми припоями. Дефекты при пайки
Пайка твердыми припоями обеспечивает более прочное соединение спаиваемых частей заготовки. Высокая пластичность и ковкость припоя, глубоко проникающего в основной металл, позволяет выдерживать значительные механические напряжения в спаиваемых местах при последующей обработке полученных заготовок как методами резания, так и методами пластической деформации (прокат, ковка, гибка и т. п.).
Подготовка места спая к паянию
Вследствие того, что припой и материал заготовки имеют значительно меньшую разность температур плавления, этот способ паяния требует выполнения подготовительных операций в большем объеме, чем при паянии мягкими припоями.
Очистка поверхности
Все, что было сказано об очистке поверхности при подготовке к пайке мягкими припоями, справедливо по отношению к подготовке поверхностей к пайке твердыми припоями. Необходимо обеспечить абсолютную чистоту того места, где будет производиться паяние. Весьма отрицательное влияние на успешность паяния оказывают не только пленки окислов, но и жировые и масляные загрязнения на поверхности заготовки, поэтому и то, и другое должно тщательно удаляться.
Пригонка
Все соединяемые паянием части заготовки, в которых возможны остаточные напряжения в результате предшествующей подготовки, должны быть отожжены, так как в противном случае может возникнуть перекос соединяемых паянием частей заготовки, что может привести к неполному заполнению места спая припоем. Все спаиваемые пустотелые детали должны иметь отверстие для выхода воздуха, так как при нагреве может произойти вспучивание или разрыв поверхности соединяемых частей изделия. При паянии твердым припоем должен быть выдержан определенный зазор между соединяемыми частями заготовки для заполнения его расплавленным припоем. Величина этого зазора не должна превышать 0,2 мм.
Фиксация заготовок
Если при паянии мягкими припоями, как правило, обходятся без стационарной фиксации взаимного положения соединяемых заготовок и вполне достаточно их удержания пинцетом или другими ручными фиксаторами, то при паянии твердыми припоями, когда процесс нагрева требует достаточно большого временного интервала, заготовки следует надежно крепить во взаимном расположении друг к другу. Такое крепление целесообразно осуществлять приспособлениями, оснащенными фиксирующими устройствами и слабо отводящими тепло от соединяемых деталей в процессе нагрева. К материалам, наиболее часто используемым в таких устройствах при паянии твердыми припоями, относятся уголь и асбест. Одним из способов фиксации спаиваемых заготовок является связывание проволокой. Это, как правило, требует достаточно больших затрат времени, поэтому во всех возможных случаях связывание заготовок проволокой целесообразно заменять закреплением их зажимами. Для связывания заготовок пользуются стальной отожженной проволокой диаметром 0,2… 0,5 мм. При использовании обвязочной проволоки следует учитывать следующие ее недостатки:
• стальная проволока при нагревании расширяется значительно меньше, чем фиксируемые ею заготовки;
• при нагревании железная окалина может восстановиться, что приведет к диффузии железа в металл соединяемых заготовок (при паянии цветных металлов и сплавов), что изменит физико-механические свойства соединяемых заготовок. Помимо того, возможно припаивание обмоточной проволоки к поверхности соединяемых заготовок;
• при местном перегреве проволока подвергается пережогу и может полностью перегореть, тогда ее фиксирующее действие преждевременно прекращается.
Нанесение флюса и припоя
При пайке твердыми припоями флюсы выполняют ту же функцию, что и при пайке мягкими припоями; их выбор зависит от материала соединяемых заготовок.
Ниже приводятся флюсы, используемые в зависимости от материала соединяемых деталей.
Медь, бронза и сталь . …… Бура (100%)
Латунь, бронза, серебро….. Бура плавленая (72%), поваренная соль
(14%), поташ кальцинированный (14%)
на режущий инструмент…. Бура плавленая (50%), фтористый калий
(40%), борная кислота (10%)
и жаропрочная сталь………. Бура плавленая (50%), борная кислота,
разведенная в растворе хлористого цинка (50%)
ганцево-кислый калий (2%)
Алюминий и его сплавы… Хлористый литий (26… 3 5 %), фтористый
калий (12… 16%), хлористый цинк (8… 25 %), хлористый калий (40… 59%)
Твердыми припоями являются медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр) припои. В обозначении марок припоев цифра показывает процентное содержание меди и серебра. Твердый припой выбирается в зависимости от материала соединяемых деталей. Марки медно-цинковых и серебряных припоев в зависимости от материала спаиваемых заготовок приведены ниже:
Инструменты для нагрева места спая
Нагрев заготовок при паянии твердыми припоями осуществляется газовыми и бензиновыми горелками, в муфельных печах, соляных ваннах, токами высокой частоты, а также в электрических контактных машинах. Для создания газового и бензинового пламени используют специальные устройства — горелки.
Применение бензиновых и керосиновых паяльных ламп при паянии твердыми припоями нецелесообразно в связи с тем, что они не обеспечивают равномерный нагрев припоя и заготовки.
Основные правила паяния твердыми припоями
1. Перед процессом паяния необходимо проверить работоспособность и исправность источника нагрева места спая.
2. Следует проверить качество очистки места спая, плотность пригонки спаиваемых поверхностей, а также прочность прикрепления к месту пластин припоя.
3. Необходимо протравливать место пайки раствором соляной кислоты.
4. Следует соблюдать рациональную технологию паяния:
• припой или место спая с прикрепленной пластиной припоя нужно нагреть в пламени горелки или в муфельной печи до температуры, близкой к температуре плавления припоя;
• припой следует расположить в месте спая, обильно посыпать или смазать его флюсом и продолжать разогрев места спая до полного расплавления припоя и заполнения им швов паяемого соединения.
5. Качество паяния следует проверить:
• визуально — на отсутствие непропаянных мест;
• на прочность — легким простукиванием спаянным местом о твердый предмет — на отсутствие трещин.
Правила безопасности труда при паянии
1. Запрещается пользоваться неисправными инструментами и приспособлениями.
2. Запрещается прикасаться к неисправным инструментам и нагретым частям инструмента паяния.
3. Нельзя наклоняться близко к месту паяния.
4. Работу следует выполнять под вытяжным колпаком.
5. Для удерживания спаиваемого изделия необходимо использовать плоскогубцы или кузнечные щипцы.
6. При пайке тугоплавкими припоями нужно работать в рукавицах и очках.
7. Следует тщательно мыть руки с мылом после окончания работ.
Типичные дефекты при паянии, причины их появления и способы предупреждения приведены в табл. 5.2.
Типичные дефекты при паянии, причины их появления и способы предупреждения
Плохая зачистка места спая. Паяние производилось недостаточно нагретым паяльником
Вновь зачистить непропаянное место и пропаять заново, соблюдая все правила
Паяние производилось недостаточно нагретым паяльником
Прогреть паяльник до достаточной температуры и пропаять весь шов
Использовано слишком обильное количество припоя
При паянии методом введения прутка легкоплавкого припоя в место спая продвигать пруток вместе с паяльником с такой скоростью, чтобы расплавленный припой равномерно, но не чрезмерно заполнял зазор в месте спая. При пайке тугоплавким припоем убирать пруток при заполнении шва в месте спая расплавленным припоем. Зачистить место спая напильником
Излом в месте спая
Негерметичность спаянного сосуда
Зачистить место течи и пропаять его заново
Припой не смачивает поверхность паяемого металла
Недостаточная активность флюса. Наличие на поверхности оксидной пленки, жировых или других загрязнений
Увеличить количество флюса или добавить в него фтористые соли. Улучшить очистку поверхности
Припой при хорошей смачиваемости шва не затекает в зазор
Подобрать оптимальный размер зазора
Значительная разница в коэффициентах теплового расширения припоя и материала соединяемых частей
Подобрать припой, соответствующий материалу спаиваемых заготовок
Смещения и перекосы в паяных соединениях
Некачественная фиксация взаимного положения заготовок перед пайкой
Исключить смещение соединяемых заготовок при кристаллизации (застывании) припоя
Пайка деталей
Пайку применяют при ремонте трубопроводов и контрольных прибором. В некоторых случаях ее используют при заделке трещин на неответственных корпусных деталях.
В процессе пайки деталей происходит соединение металлов при помощи расплавленного присадочного металла (припоя). Припои для пайки имеют меньшую температуру плавления, чем температура плавления основного металла. Поэтому в процессе пайки металл детали не плавится. Соединение происходит за счет взаимной диффузии. Высокая прочность соединения обеспечивается, когда припой легко растекается по поверхности детали, хорошо ее смачивает и активно вступает с металлом в диффузию. Этим требованиям удовлетворяют сплавы цветных металлов эвтектического состава, которые имеют пониженную температуру плавления и минимальный интервал между температурами начала и конца плавления.
Различают две основные группы припоев:
- мягкие припои, имеющие температуру плавления ниже 300° С,
- твердые припои с температурой плавления выше 500°С.
Твердые припои обеспечивают более высокую механическую прочность соединения. При использовании твердых припоев предел прочности соединения при растяжении достигает 50 кг/мм2. При использовании мягких припоев предел прочности при растяжении не выше 12 кг/мм2.
В процессе пайки детали металл подвергается незначительному нагреву: поэтому не изменяются его химический состав, структура и механические свойства. В металле не возникают заметные внутренние напряжения. Пайке подвергаются все стали, чугуны, цветные металлы и их сплавы.
Пайку мягкими оловянно-свинцовистыми припоями (ПOC-18, ПОС-30 и IIOC-40) применяют для любых металлов, когда не требуется высокая прочность соединения.
Наиболее прочная пайка обеспечивается при использовании малооловянистых припоев ПОС-30, которые более глубоко диффундируют в соединяемые металлы. Это объясняется тем, что расплавленные малооловянистые припои хорошо растекаются и смачивают подогретую поверхность детали. Кроме того, имея большой температурный интервал затвердевания, малооловянистые припои более активно проникают в поры металла.
При пайке на поверхностях деталей образуется окисная пленка, затрудняющая смачивание металла припоем. Для растворения окислов, образующихся при нагревании металла, или для предохранения поверхности от окисления в процессе пайки применяют две группы флюсов: органические вещества (канифоль, стеарин) и неорганические соединения (хлористый цинк, хлористый цинк-аммоний), активно вступающие в химические реакции с окислами металлов.
Водные растворы хлористого цинка (ZnCl 2 ) и хлористого цинк-аммония (75% ZnCl 2 + 25% NH 4 Cl) применяют при пайке сталь и меди. Канифоль используется при пайке меди и ее сплавов.
Процесс пайки начинают с подготовки деталей. Сначала поверхности деталей очищают от загрязнений и окислов, а затем тщательно подгоняют друг к другу, зазор между спаиваемыми деталями не должен превышать 0,1 мм. При таком зазоре между деталями более активно протекает диффузия припоя, и поэтому достигается большая прочность пайки.
После подгонки запаиваемые поверхности деталей нагревают до температуры плавления флюса (180—200° С), покрывают флюсом и облуживают припоем. Облуженные детали соединяют и припаивают паяльником, паяльной лампой (газовой горелкой) или погружением в расплавленный припой. Последний способ пайки более производителен, кроме того, значительно уменьшается расход припоя.
В процессе пайки поверхности припаиваемых деталей и припой рекомендуется нагревать до температуры, которая на 40—50° С превышает температуру плавления припоя. При использовании оловянно-свинцовистых припоев температура пайки равна 270—310° С. Если температура пайки ниже 270° С, то понижается интенсивность взаимной диффузии металла и припоя. При более высокой температуре активно окисляется металл. Поэтому в обоих случаях прочность пайки будет невысокая.
Пайку твердыми припоями применяют при ремонте трубопроводов из латуни и корпусных деталей, отлитых из чугуна, бронзы и алюминиевых сплавов. Для пайки деталей из латуни применяют припой ПМЦ-36 (t пл = 800° С); для меди, бронзы и стали рекомендуется припой ПМЦ-42 (t пл =885° С). Стальные детали можно паять также припоем Л-62 ( t пл = 900° С).
Для пайки стали рекомендует припой ЛОК-62-06-04, который получают, добавляя в состав припоя Л-62 олова 0,6% и кремния 0,4%. Новый припой обеспечивает лучшие механические свойства и более плотный шов.
Для пайки пластин из быстрорежущей стали к режущему инструменту рекомендуются медноникелевые сплавы ГПФ и ГФК ( табл. 8 ).
Таблица 8 . Медноникелевые припои
Температура
плавления в °С
Различают следующие способы пайки твердыми припоями: газовую, погружением, электрическую и в печах.
При способе газовой пайки ацетилено-кислородным пламенем применяют флюсы, которые активно воздействуют на окислы при температуре ниже температуры плавления припоя. При пайке медноцинковыми припоями обычно применяют буру (Na 2 B 4 О 7 ·10H 2 O) или смесь буры с борной кислотой (Н 3 ВО 3 ). Бура плавится при температуре 783° С, хорошо растекается по поверхности детали и энергично растворяет окислы металлов. При использовании флюса с содержанием борной кислоты рабочую температуру пайки повышают на 40—50° С.
При пайке серого чугуна в состав флюса вводят хлорит калия и перекись марганца. Эти вещества, являясь сильными окислителями, способствуют выжиганию графита. При этом увеличивается площадь металлической поверхности, хорошо смачиваемой припоем.
При пайке твердыми припоями соединяемые детали подгоняют так, чтобы зазоры между ними не превышали 0,05—0,08 мм. При таком зазоре под действием капиллярных сил пространство между деталями наиболее полно заполняется припоем. Затем поверхность, подлежащую пайке, зачищают до металлического блеска и обезжиривают 10%-ным раствором каустической соды или растворителем (бензин или нитрорастворитель РДВ).
В зависимости от формы детали или шва припой укладывают на подготовленную поверхность в виде пластины или прутка или вносит в шов в виде присадочного материала. Деталь нагревают до оплавления припоя, газовый способ пайки малопроизводителен и не экономичен, так как значительное количество припоя стекает с поверхности детали. Кроме того, вследствие окисления металла прочность пайки получается недостаточно высокой.
IIpи способе пайки погружением медноцинковый припой плавят и нагревают до нужной температуры в электротигле. Расплавленный припой покрывают слоем флюса. После сборки детали поверхности, не подлежащие пайке, защищают настой из мела или графита. Подготовленную деталь нa несколько минут погружают в припой. Затем деталь очищают от наплывов металла, удаляют остатки флюса и промывают в горячей воде.
При электрической пайке сопротивлением (контактной) используют сварочную контактную машину или специальный аппарат, который питается от низковольтного трансформатора. Для нагрева места пайки через деталь пропускают ток 500—1000 а. Наиболее удобным в работе является аппарат, состоящий из понижающего трансформатора и паяльных клещей. Деталь зажимают между графитовыми контактами, последние посредством гибкого провода подсоединяются к зажимам вторичной обмотки трансформатора.
Для пайки т. в. ч. используют ламповые высокочастотные генераторы ЛГПЗ-30, ЛГПЗ-60 и другие, работающие в диапазоне частот 150—000 кгц. При высокочастотной пайке деталь меньше подвергается короблению благодаря местному нагреву участка пайки. Кроме того, под действием сил электромагнитного поля расплавленный припой более интенсивно проникает в зазор между деталями, а также активизируется флюс. Процесс пайки производительный и экономичный.
Для нагрева деталей т. в. ч. от ламповых генераторов используют охлаждаемый водой индуктор, изготовленный из красномедной трубки со стенкой толщиной 1 — 1,5 мм. Наибольшее применение получили одно- и двухвитковые индукторы, позволяющие получить местный нагрев на малом участке.
В зависимости от размеров и конфигурации деталей зазор между индуктором и деталью изменяют в пределах 2—20 мм. Меньшие зазоры рекомендуются при пайке тонкостенных соединений простой формы. При малых зазорах индуктор изолируют асбестовым шнуром с последующей пропиткой жидким стеклом. Такая изоляция индуктора предохраняет деталь от возможных прижогов.
Пайка в электрических соляных ваннах (ВаС1 2 или NaCI) обеспечивает высокую прочность соединения, так как металл надежно защищен от окисления. Расход припоя значительно снижается по сравнению с газовой пайкой.
Прочность пайки в соляных ваннах во многом зависит от качества подготовки деталей. Детали после очистки и травления подгоняют, чтобы зазор в соединении не превышал 0,03 мм, при большом зазоре прочность пайки значительно ухудшается вследствие недостаточной диффузии припоя. На кромки собранной детали укладывают припой — проволоку диаметром 0,5 мм из электролитической меди.
Поверхности детали, не подлежащие пайке, покрывают пастой. Загрузку деталей в соляную ванну производят при температуре 1100—1150° С. Продолжительность выдержки деталей в ванне рекомендуется 2—3 мин.
Пайка деталей из алюминиевых сплавов встречает следующие затруднения:
- При нагревании металла образуется окисная пленка (AI 2 О 3 ), которую трудно удалить с поверхности детали. Кроме того, эта пленка не растворяется и не восстанавливается флюсами, применяемыми при пайке стали и меди.
- Поверхности, запаянные легкоплавкими припоями, обладают низкой устойчивостью против коррозии.
- Специальные флюсы, разработанные для пайки алюминиевых сплавов, активно удаляют пленку окислов только при высокой сплавов обычно производят тугоплавкими (твердыми) припоями.
Наибольшая прочность пайки алюминиевых сплавов достигается при использовании алюминиевых твердых припоев 34A и 36A, температура плавления которых 490—537° С.
Наиболее активно действующим является флюс следующего состава: LiCl 25-35%; KF 8-12%; ZnCl 2 8-15% и KC1 — остальное. Фтористый калий можно заменять фтористым натрием (NaF). Температура плавления флюса равна 420° С. После механической подготовки поверхности, подлежащие пайке, обезжиривают 10%-ным раствором каустической соды и промывают водой. Затем поверхность, подлежащую пайке, облуживают припоем, наносят флюс и приступают к пайке. Закончив пайку, удаляют наплавы припоя и очищают металл от остатков флюса при помощи промывки чистой водой.
Пайка алюминиевых сплавов твердыми припоями
Алюминий и алюминиевые сплавы можно соединять большим разнообразием процессов пайки. Разделяют высокотемпературную пайку или пайку твердыми припоями и низкотемпературную пайку или пайку мягкими припоями. В английском языке для этих видов пайки применяют различные термины – brazing и soldering соответственно.
К твердым относят припои с температурой плавления ликвидус, то есть окончания плавления, выше 450 °С, а также ниже температуры солидус, то есть начала плавления, основного металла. Пайка мягкими припоями отличается от пайки твердыми припоями точкой плавления припоя – мягкие припои плавятся ниже температуры 450 °С.
Отличие твердой пайки от сварки
Пайка твердыми припоями отличается от сварки тем, что при ней не происходит существенного подплавления основного металла. Таким образом, температура пайки твердыми припоями находится между температурами сварки и пайки мягкими сплавами. Кроме того, паяные твердыми припоями алюминиевые конструкции обычно находятся между сварными и паяными мягкими припоями также и по прочности, и сопротивлению коррозии.
Флюсы, температуры ликвидуса и солидуса
Пайка алюминиевых сплавов твердыми припоями стала возможной благодаря разработке флюсов, которые разрушают оксидную пленку, не повреждая при этом нижележащий металл и припои, которые также являются алюминиевыми сплавами.
Припои на основе алюминия, применяемые для пайки алюминиевых сплавов, имеют температуры ликвидуса намного более близкие к температуре солидуса основного металла, чем при пайке большинства других металлов. По этой причине припайке твердыми припоями необходим жесткий контроль температуры. Температура пайки должна быть примерно на 40 °С ниже температуры солидуса основного металла. В отдельных случаях при точном контроле температуры и коротком цикле пайки, эта разница может даже 5 °С. Большинство алюминиевых сплавов паяют твердыми припоями при температурах от 560 до 615 °С.
Алюминиевые сплавы для твердой пайки
Термически необрабатываемыми деформируемыми сплавами, которые паяются лучше всех, являются сплавы серии 1ххх и 3ххх, а также сплавы серии 5ххх с низким содержанием магния. Сплавы с более высоким содержанием магния паяются труднее.
Обычно хорошо паяются термически упрочняемые сплавы серии 6ххх, например, 6063 и 6061. Алюминиевые сплавы серий 2ххх и 7ххх имеют низкие температуры плавления и поэтому их трудно паять, за исключением таких относительно низколегированных сплавов как 7004 и 7005.
Из литейных алюминиевых сплавов хорошо паяются сплавы 356.0, 357.0, 359.0, 443.0, 710.0, 711.0 и 712.0.
Пайка алюминия твердыми припоями обычно ограничена толщиной изделий не более 0,4 мм. Однако при пайке окунанием и вакуумной пайке без флюса толщина изделия может достигать 0,03 мм.
Промышленные твердые припои
Промышленные твердые припои для пайки алюминия и алюминиевых сплавов содержат от 7 до 12 % кремния. Пониженные точки плавления получают – при некоторой потере в коррозионной стойкости – путем добавок меди и цинка. Твердые припои относятся к алюминиевым деформируемым сплавам серии 4ххх. Самыми известными из них являются сварочные сплавы 4343, 4047 и 4145.
Выбор твердого припоя
При пайке с применение горелки обычно применяют припой с температурой ликвидус как можно ниже от температуры солидус основного металла. Поскольку в этом случае температурный контроль затруднен, то большая разница температур плавления снизит вероятность случайного подплавления основного металла.
Когда необходимо получить плотный паяный шов выбирают припой с коротким интервалом плавления – минимально разницей между температурой ликвидус и солидус. Например, сплав 4047 имеет интервал между температурами твердого и жидкого состояний всего 5,5 °С. Этот припой почти эвтектический и быстро превращается из жидкого в твердый и сильно сокращает время пайки, что часто очень благоприятно сказывается на качестве паяного шва. Такой припой особенно подходит для тонких паяных швов.
