Чем отличается пайка и сварка металлов

Технологические особенности пайки металлов: отличия от сварки

Пайка – это технологический процесс, главной особенностью которого является соединение деталей без их расплавления. Сохранение целостности структуры благотворно влияет на физические свойства и технические характеристики металла.

Преимущества и недостатки

Прежде чем говорить о том, что такое пайка, рассмотрим основные плюсы и минусы технологии. К достоинствам относят:

Специалисты выделяют три недостатка.

Отличия от сварки

Неподготовленному человеку очень сложно увидеть разницу между сваркой и пайкой, ведь соединительный шов практически не имеет визуальных различий. Между тем, принципы действия данных технологий кардинально отличается. Итак, чем отличается сварка металлических деталей от паяния?

Основное отличие заключается в воздействии на поверхность. При сварке на заготовку воздействует электрическая дуга, возникающая при разрыве замкнутой цепи. Под действием высокой температуры создается зона расплава, в которой перемешиваются базовый металл и флюс. При застывании образуется сварочный шов. При пайке зона соединения состоит исключительно из легкоплавкого припоя, без фракций основного изделия. Температура плавления расходных материалов недостаточна для изменения агрегатного состояния заготовок.

Для выполнения сварочных работ необходимо дорогостоящее оборудование, которое зависит от типа сварки. В некоторых случаях необходимы вспомогательные приспособления, такие как подающий механизм для полуавтоматических аппаратов. Оборудование для запаивания отличается простой и низкой стоимостью. Этим и обусловлена популярность пайки при выполнении восстановительного ремонта в домашних условиях.

Вот чем сварка отличается от пайки. Несмотря на массу достоинств, рассматриваемая технология не получила должного распространения, ввиду низкой прочности на отрыв. Для надежного крепления детали стыкуют с перекрытием по плоскости.

ГОСТ 17325-79. Пайка и лужение: основные термины и определения

Данный межгосударственный стандарт устанавливает четкие термины и определения, которые надлежит применять в технической документации. Он охватывает все сферы рассматриваемых технологий: от общих понятий до дефектов соединений.

Алфавитный указатель терминов переведен на английский и немецкий языки.

Стандарт имеет статус действующего.

[stextbox – это процесс, считающийся предшествующим пайке. После обработки на поверхности образуется тонкий слой олова.[/stextbox]

Где применяется?

Технология пайки занимает почетное второе место по частоте использования для соединения материалов. Первенство принадлежит сварке. Однако существуют сферы, где по определенным причинам невозможно применить сварочное оборудование и достойной альтернативы пайке не существует. Утверждение справедливо для следующих отраслей промышленности:

[stextbox применяют в тех случаях, когда прочие виды соединения, такие как клепка, склеивание или болтовое, невозможно применить по каким-либо причинам. Важным условием является отсутствие требований по высокой прочности контакта.[/stextbox]

Разновидности

Скелетная

Скелетной называется технология, при которой под слоем припоя рассматривается базовая поверхность. Характеризуется экономным потреблением металла для пайки и удобством визуального контроля. Применяется при работе в электротехнической сфере, в частности для соединения проводов.

Волновая

Данный вид пайки применяют для крепления элементов на печатные платы. Волновой метод был разработан в 50-х годах ХХ века, с активным внедрением электронных схем в различные приборы бытового и промышленного назначения. На массовом производстве действуют полностью автоматизированные линии.

[stextbox из разновидностей волновой, является селективная пайка. Она характеризуется избирательностью воздействия припоя. Ее применяют для обработки элементов, монтируемых в отверстия.[/stextbox]

Холодная

Холодная пайка – это метод, при котором соединение образуется за счет взаимного проникновения элементов друг в друга. Скорость реакции зависит от температуры и продолжительности контакта. Одна из самых простых схем для пайки. Применяется для соединения полиэтиленовых и полипропиленовых изделий.

В бытовых условиях холодный метод применяются для монтажа линолеума и ремонта труб из полиэтилена.

К рассматриваемой технологии имеет косвенное отношение.

Бессвинцовая

Современная технология, которая начала активно развиваться после ужесточения требований по экологической безопасности. В настоящее время все Японские производители электроники полностью отказались от использования свинцовых припоев. В качестве рабочего сплава в бессвинцовом методе применяют комбинацию олова, серебра, цинка и меди. Соотношение и добавочные элементы зависят от сферы деятельности.

Контактная

Вид пайки, при котором соединяют детали с различными составами. Технологический цикл включает в себя кратковременное изменение агрегатного состояния контактной области. Для надежного скрепления часто используют прослойку, которая помогает добиться нужного результата. Несоблюдение данного правила ведет к тому, что прочность контакта будет очень низкой. Расходные материалы называют эвтектиками. Так можно соединить медь с алюминием, где между деталями будет алюминиево-медный сплав. Отличительная особенность – высокая скорость реакции.

Высокотемпературная

Отличительная особенность данного способа спаивания – высокая температура воздействия на заготовку. В результате соединение будет обладать устойчивостью к перепадам температур, а также высоким показателем крепости. За качестве придется платить – данный метод считается наиболее сложным, с технологической точки зрения.

[stextbox отдельных случаях температура должна достигать 1000 Сº. По этой причине при высокотемпературной пайке невозможно использовать обычные паяльники – требуются более мощные генераторы тепловой энергии.[/stextbox]

Индукционная

В качестве источника тепла используется высокочастотный ток, который воздействует на соединяемые изделия. Генератор являются специальные индукторы, которые можно изготовить самостоятельно. Существуют установки стационарного и мобильного типа.

Во избежание активации окислительных процессов, работы проводят в вакуумной среде. Разрешено соединять детали при атмосферном воздухе, при условии использования специальных самофлюсующихся припоев.

Инфракрасная

Еще один современный способ, в основе которого лежит принцип нагрева заготовок электромагнитными волнами. Нагревательные элементы изготавливают из кварца или керамики.

Инфракрасная паяльная станция – сложный прибор, стоимость которого не позволяет применять его в бытовых условиях. Основное преимущество заключается в том, что электромагнитные волны невидимого спектра не представляют угрозы здоровью человека.

Капиллярная

Наиболее распространенный способ спайки изделий. Суть технологии заключается в том, что при увеличении температуры пропой, нанесенный на поверхность, расплавляется и занимает все пространство между соединяемыми деталями.

Метод используется как в быту, так и на производстве. В основе любого метода лежит капиллярная технология, как сама идея пайки – нанесение на поверхность горячего припоя.

Способы нагревания

Существует несколько способов нагрева расходных материалов. В домашних условиях наиболее часто применяют следующие приспособления:

Припои

От грамотного подбора припоя зависит конечный результат. Для изготовления чаще используют различные сплавы, чем чистый металл. Основными характеристиками являются:

Первый параметр влияет на прочность сцепления изделий. Второй – на сферу применения, ведь температура плавления припоя должна быть ниже, чем у базового металла.

Исходя из этого, пропой делят на две группы:

Для ремонта ювелирных украшений используют специальный золотой припой.

Форма выпуска зависит только от изготовителя. Он может иметь вид стержня, сухого порошка, гранул или таблеток.

Флюсы

Его – защита контактной поверхности от оксидной пленки. Качественный флюс должен удалить следы ржавчины перед работой, а также препятствовать появлению свежих следов коррозии. Они отличаются по следующим параметрам:

Наиболее популярными флюсами являются:

При необходимости можно изготовить кислоту для пайки своими руками.

Особенности паяния

Особенности технологического процесса зависят от характеристик соединяемых элементов. Рассмотрим некоторые типы металлов.

Сталь

Пайку стали выполняют припоями на оловянной основе, без каких-либо исключений. Перед выполнением работ следует предварительно подготовить поверхность, с помощью механической обработки. Очищенные детали обезжиривают. После этого элементы стыкуются с зазором не более 3 мм. Отличительной особенностью работы со сталью – способ нагрева припоя. Он должен получать тепло не от горелки, а от самих заготовок. По окончанию работ с поверхности необходимо удалить остатки расходных материалов.

Чугун

Обработке поддается любой тип чугуна, за исключением белого. Данный металл содержит графит, который снижает адгезию. Поэтому в качестве флюса необходимо использовать борную кислоту.

[stextbox работе с чугуном запрещено превышать температурный порог 750 Сº. В противном случае начнется необратимый процесс изменения структуры металла.[/stextbox]

Титан

Пайку титана считают одной из самых сложных работ. Это связано с его поверхностным слоем, который насыщен различными газами. В качестве предварительной подготовки используют травление или пескоструйную обработку.

Специалисты рекомендуют проводить спайку в вакуумной среде, для повышения качества соединения. Для работы без защиты используйте серебряный флюс.

Работы проводятся при температуре 900 Сº.

Нихром

Данный металл не доставляет проблем. Нихром — это сплав никеля и хрома. Он отличается пластичностью и высокой жаростойкостью. Его температура плавления находится в диапазоне 1100-1400 Сº, что позволяет выбрать любой подходящий припой.

Серебро

Пайку серебра под силу выполнить не только профессиональному ювелиру, но и обычному человеку, который не сталкивался с ремонтом украшений. Для спайки используют тугоплавкий серебряный припой и буру, в качестве флюса.

По завершению работы можно обработать изделие лимонной кислотой или йодом. В первом случае украшение посветлеет, а во втором – приобретет темный оттенок.

Золото

Ремонт дорогостоящих украшений – тонкий процесс. В случае порчи золотых изделий рекомендуем обратиться к квалифицированному специалисту. Для выполнения соединения необходимы специальные приспособления и особый припой.

Ради разовых работ покупать дорогостоящее оборудование нецелесообразно.

Данный металл абсолютно не требователен к флюсам. Лучше всего подойдет хлорид цинка или спиртовой раствор канифоли. А вот с припоем нужно быть аккуратнее: олово повышает хрупкость соединения, свинец придает вязкость, поэтому рекомендуем использовать составы на серебряной основе.

Рабочая температура не должна превышать 900 Сº.

Заключение

Пайка металлов – ответственный процесс, который позволяет соединить между собой детали с различным составом. При выполнении работ особое внимание следует уделять припою – его температура плавления должна быть ниже, чем у базового металла.

[stextbox Головань Игорь Алексеевич Опыт работы 20 лет: «Я начал заниматься ремонтов радиаторов в 1999 году. Тогда все было проще – автомобилей не так много, материал заранее известен, поэтому подобрать расходники не было проблемой. Сейчас задача усложнилась – очень часто в технической документации не указывают тип металла, приходится искать информацию по разным форумам – в больших городах с этим всегда проще, транспорта ведь больше. В работе использую паяльник и горелку, сделанные своими руками, хотя есть и заводской инструмент для особо тонких работ».[/stextbox]

Источник

Отличия пайки от сварки

Многие путают думая, что пайка и сварка металлов это одно и то же. Однако они сильно заблуждаются, ведь основное отличие пайки от сварки в том, что при пайке металл не расплавляется.

Технология пайки кардинально отличается от сварки в виду особенностей и специфики применяемого оборудования. Для сварки металлов применяется куда более сложное оборудование, чем для пайки.

Однако это еще ничего не значит, и порой выпаять микросхему или перепаять зарядное гнездо в телефоне гораздо сложнее, чем сварить забор из профильной трубы. В чем особенности и отличия пайки от сварки? Какое оборудование применяется для этих двух технологических процессов?

В чем отличия пайки от сварки

Как было сказано выше, основное отличие пайки от сварки в том, что при пайке металлы не расплавляются. Их соединение происходит по-другому, с помощью припоя. О том, что такое припой и для чего он нужен, вы можете узнать в другой статье сайта svarkapajka.ru.

При сварке же происходит расплавление металлов и их соединение друг с другом на молекулярном уровне. Это делает соединение более надежным, крепким и долговечным, хотя и меняет структуру металла в целом.

Поэтому можно сказать так: пайка даёт возможность соединять мелкие детали без какого-либо вреда. При этом прочность соединения во многом зависит от припоя, а также способа соединения спаиваемых элементов. Для сварки используются инверторы и газовое оборудование, для пайки — паяльные станции, горелки и паяльники.

Где применяется пайка, а где сварка металлов

Пайка занимает второе место по популярности соединения металлов после сварки. Она нашла широкую востребованность во многих областях, а в некоторых, и вовсе, пайка занимает лидирующую позицию.

Например, невозможно представить сегодня IT-промышленность без пайки. Здесь пайка широко применяется для соединения электросхем и радиодеталей. Без неё не получится спаять медные трубы на отопление и водоснабжение. Широко пайка применяется и при кузовном ремонте.

Сварка же металлов в основном востребована в строительной сфере, однако не меньшую популярность в последнее время она завоевала и в быту. В основном применяется она для соединения черных металлов, а также там, где нужно собирать большие металлоконструкции.

Виды пайки

В техническом плане очень сложно определить классификацию пайки из-за немалого количества параметров. Пайка подразделяется не только по способу заполнения зазоров припоем, но и по типу кристаллизации шва, методу удаления оксидной пленки, а также по многим другим параметрам.

Поэтому основная классификация пайки характеризуется температурой плавления припоя. По данному параметру существующие виды пайки можно классифицировать следующим образом.

Источник

Основы пайки и сварки: какой способ выбрать для соединения металлов?

Пайка сварка

Главная » Статьи » Пайка сварка

Сварка и пайка на сегодняшний день являются наиболее популярными и действенными способами соединения металлов, их сплавов.

Люди, которые знают основы пайки и умеют производить монтаж каких-либо металлических изделий путем пайки, как правило, знают основы сварки, как альтернативного варианта воздействия на материал, а также его сплав.

Несмотря на это сварка все же отличается от пайки. В связи с этим каждый способ достоин тщательного рассмотрения.

Сварка металлов: способы и виды

Общие сведения

Сварка представляет собой процесс получения (монтаж) неразъемного соединения путем установления межатомных связей между соединяемыми поверхностями металлов, их сплавов при общем или местном воздействии (нагреве), пластическом деформировании.

Сегодня существует достаточно много видов сварки (порядка ста). Известные виды классифицируются по физическим, технологическим, а также техническим свойствам и признакам. В зависимости от формы применяемой энергии по физическим признакам можно выделить три класса.

Стоит отметить, что термический класс деталей представляет собой все виды соединения металлов и сплавов с применением тепловой энергии (плазменная, дуговая, газовая).

Механический класс представляет собой все виды сварки металлов, а также их сплавов, которые осуществляются посредством механической энергии (трением, холодная, ультразвуковая, а также сварка взрывом).

Термомеханический класс подразумевает под собой виды сварки металлов и сплавов, во время применения которых используется давление, а также тепловая энергия (диффузионная, а также контактная).

Классификация видов сварки производится по определенным техническим признакам:

Стоит обратить внимание на то, что технологические признаки сварки устанавливаются для каждого вида в отдельности. В связи с этим требуется ознакомление с наиболее популярными видами обработки, а также соответствующим оборудованием.

Дуговая сварка

Соединение металлов с применением электрической дуги позволяет добиться соединения путем плавления. Нагрев свариваемых кромок деталей производится посредством теплоты электрической дуги.

На сегодняшний день используются четыре основных вида дуговой сварки металлов:

Пайка и все, что нужно о ней знать

Пайка используется в качестве способа создания надежного соединения металлов и сплавов еще с давних времен. Металлические изделия, полученные в результате обработки, носились еще в Вавилоне, Риме, Древнем Египте, а также Греции.

Безусловно, с тех пор и до нашего времени дошли лишь немногие технологические правила применения, но и данные правила сегодня далеко не всем известны.

Таким образом, способы пайки следует знать каждому, кто желает или уже знает основы пайки.

Что такое пайка?

Пайка – процедура соединения материалов путем введения между паяемыми деталями припоя. Припой, выполняющий роль связующего материала, заполняет зазор между материалами, тем самым осуществляя монтаж деталей, после чего при застывании образует единый целый сплав, являющийся неразъемным соединением. Процедура позволяет воздействовать на какой-либо материал и его сплав.

Во время процедуры тиноль воздействует на металл и его сплав, производя нагрев до нужной температуры, которая выше температуры плавления основного материала.

Так, припой приобретает жидкую консистенцию, после чего происходит смачивание поверхности паяемых деталей, тем самым позволяя заполнять собой зазоры между соединяемыми деталями.

Далее следует растворение основного материала в тиноле, взаимная диффузия. При застывании выходит надежный монтаж двух деталей.

Чем отличается пайка то варки?

Монтаж деталей путем применения пайки по виду похож на сварочный монтаж, но суть процедуры в корне отличается от сварки. Рассмотрим отличия подробнее.

Виды соединения

Рассмотрим виды пайки, которые нужно знать, поскольку лужение и пайка, а также другие процессы могут производиться по-разному в зависимости от выбранного вида соединения деталей.

Вышеупомянутые методы работы сегодня уверенно применяются во многих отраслях, занимают свои ниши. В связи с этим говорить о предпочтении одного способа нецелесообразно.

Преимущество пайки по сравнению со сваркой металлов

Пайка — один из наиболее известных методов соединения металлов. Однако применявшиеся до последнего времени способы пайки вследствие низкой производительности, недостаточной надежности соединения, сложности технологического процесса и других недостатков использовали относительно редко.

В последнее время появились новые методы пайки, использующие различные виды электрического нагрева: т. в. ч., электронный луч, нагрев в термических печах, пайка с применением ультразвука и др.

Эти методы нагрева в сочетании с такими защитными средами, как вакуум, инертные и восстановительные газы (водород, СО. и др.

), специальные припои, не требующие флюсов, позволили значительно улучшить качество паяных изделий и повысить производительность процесса пайки.

Новые методы пайки дают возможность использовать деталь в изделиях без последующей механической обработки.

С помощью новых методов пайки можно соединять тугоплавкие металлы и металлы, обладающие особыми свойствами.

Из таких металлов могут быть изготовлены в условиях вакуума тонкостенные конструкции, подвергающиеся воздействию высоких температур. Пайка в современном состоянии удовлетворяет всем требованиям производства с точки зрения экономики, так как использование паяных соединений способствует уменьшению трудоемкости и снижению стоимости изделия.

Пайка стала одним из важнейших технологических процессов соединения металлов во многих отраслях металлообрабатывающей промышленности. Паяные соединения надежно работают в ответственных изделиях в авиационной, радиотехнической, автомобильной, приборной и других отраслях промышленности.

Пайкой называется процесс получения неразъемного соединения материалов с нагревом ниже температуры их автономного расплавления путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления их при кристаллизации шва.

Пайку металлов следует проводить при определенной температуре и в средах, обеспечивающих хорошее смачивание припоем металла и взаимную диффузию жидкого припоя и металла соединяемого изделия. При этом должны быть созданы условия для возникновения капиллярных явлений.

Последние обеспечивают проникновение жидкого припоя в зазоры между соединяемыми изделиями. Припой проникает в зазоры между соединяемыми деталями, при охлаждении кристаллизуется и образует прочную связь.

Нагревать изделие и расплавлять припой можно дугой, теплотой, выделяющейся в электрическом контакте, в печах сопротивления, индукционным методом, электронным лучом, газовым пламенем, погружением в соляные ванны или жидкие припои и т. п.

Пайка имеет ряд преимуществ по сравнению со сваркой. Во многих случаях при пайке расходуется меньшее количество теплоты. Пайка не вызывает существенных изменений химического состава и механических свойств основного металла.

Как правило, остаточные деформации в паяных соединениях значительно меньше, чем в сварных. Поэтому возможно соблюдение точных размеров паяных конструкций без дополнительной обработки. Пайкой соединяются углеродистые и легированные стали, чугун, цветные металлы и сплавы, благородные металлы и т. д.

, а также разнородные материалы. Процесс пайки легко механизируется и автоматизируется.

Большинство способов пайки осуществляют с применением различных припоев и лишь в тех случаях, когда в процессе пайки между металлами могут образоваться легкоплавкие эвтектики, пайка возможна без специального припоя.

К припоям предъявляют ряд требований общего характера. Припой должен хорошо растекаться по поверхности основного металла, смачивать и растворять его, легко заполнять зазоры между деталями, обеспечивать необходимую прочность соединения и т. п.

Припои применяют в виде лент, паст, прутьев. Особенно распространены припои в виде проволочных контуров и прокладок из фольги, штампуемых в соответствии с поверхностью соединяемых частей.

Широкое применение в качестве припоев получили высокотемпературные припои — сплавы на основе серебра, алюминия, меди и др., обладающие, как правило, температурой плавления выше 450—500° С (723—773 К).

Медно-цинковые припои ПМЦ 36, ПМЦ 48, ПМЦ 54 имеют предел прочности σв = 21 35 кгс/мм2 (206,0 — 343,2 МН/м2), относительное удлинение до 26%, рекомендуются для пайки изделий из меди, томпака, латуни, бронзы. Серебряные припои имеют температуру плавления 740—830° С (413—1103 К).

Согласно ГОСТ 8190—56 марки припоев разделяют в зависимости от содержания в сплавах серебра, которое изменяется в пределах от 10 (ПСр 10) до 72% (ПСр 72). В них также содержатся цинк, медь и в небольшом количестве свинец.

Эти припои применяют для пайки тонких деталей, соединения медных проводов и в случаях, когда место спая не должно резко уменьшать электропроводность стыковых соединений.

Низкотемпературные припои имеют температуру плавления ниже 450—400° С (723—673 К). Они обладают небольшой прочностью. Их применяют для пайки почти всех металлов и сплавов в разных их сочетаниях. В большинстве случаев низкотемпературные припои содержат значительный процент олова.

Низкотемпературные оловянно-свинцовые припои (ГОСТ 1499—70) имеют верхнюю критическую точку плавления 209—327° С (482—600 К). Олово имеет точку плавления 232° С (505 К).

Его предел прочности при растяжении 1,9 кгс/мм2 (18,6 МН/м2), относительное удлинение 49%, НВ 6,2 кгс/мм2 (60,8 МН/м2). Оловянно-свинцовые припои ПОС-90, ПОС-61, ПОС-40 и др.

применяют при пайке медных аппаратов, авиационных радиаторов, изделий из латуни и железа, медных проводов и т. д.

Образование качественного паяного соединения в значительной степени зависит от возможности наиболее полного удаления с поверхности металла окисных, адсорбированных газовых и жидких пленок.

В практике пайки для удаления поверхностных пленок применяют различного рода флюсы, восстановительную атмосферу или вакуум.

В последнее время для этой цели успешно используют механическое разрушение пленок с помощью ультразвуковых упругих колебаний.

Флюсы при пайке имеют несколько назначений. Они защищают основной металл и припой от окисления, растворяют или восстанавливают образовавшиеся окислы, улучшают смачивание поверхностей, способствуют растеканию припоев. Флюсы можно применять в твердом, жидком и газообразном виде (в виде порошков, паст, растворов газов).

Роль флюса выполняют некоторые специальные газовые атмосферы и вакуум, которые также могут способствовать восстановлению окислов и улучшению условий смачивания. Флюсующее действие оказывают в некоторых случаях отдельные составляющие, входящие в состав припоев.

Например, фосфористые припои не требуют флюсов при пайке медных сплавов.

Пайку можно вести при общем или местном нагреве конструкции. При общем нагреве изделие помещают в печь или погружают в соляную или металлическую ванну. В этих условиях изделие прогревается равномерно. Такой процесс целесообразен для пайки изделий относительно небольших размеров. При местном нагреве подогревают лишь часть конструкции в зоне спая.

Пайка при помощи паяльника. Наиболее известный и широко используемый метод пайки низкотемпературными припоями — пайка паяльниками. В усовершенствованных конструкциях паяльников обеспечивается механизированная подача припоя и его дозировка.

Пайка газовым пламенем. Газовым пламенем паяют вручную и механизированным способом. Источником нагрева служит пламя обычных горелок с применением в качестве горючего относительно невысококалорийного газа, например пропана. Газовое пламя лишь частично предохраняет место спая от окисления, поэтому рекомендуется применение флюсов и паст.

Рис.109. Основные виды индукторов для пайки:1—индуктор;2—детали;3—припой

В некоторых случаях флюсы подаются в газообразном состоянии непосредственно в пламя. При газовой пайке возможно применение высокотемпературных и легкоплавких припоев.

Для крупных деталей иногда применяют процесс пайки, называемый «сварка бронзой». В этом случае припоем служат латунные стержни, изделие нагревают кислородно-ацетиленовой горелкой. Сначала ею подогревают кромки, насыпают флюс, облуживают их тонким слоем припоя, а затем заполняют припоем весь объем разделки. Сварку бронзой используют при ремонте чугунных и стальных деталей.

Классификация способов сварки и пайки

СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

Сварка и пайка представляют собой процессы создания неразъемных соединений деталей, важнейшие операции сборки деталей в узлы и целые конструкции. Сегодня в промышленность внедрены десятки способов сварки и пайки, появляются новые способы, совершенствуются старые. Но прежде чем эти способы соединения заняли свое место в современной технике, они прошли долгий путь развития.

Способ получения неразъемных соединений деталей путем сварки и пайки был известен людям в глубокой древности. В египетских пирамидах были найдены золотые изделия, которые имели паяные оловом соединения.

Значительного совершенства в древности достигла кузнечная сварка. При кузнечной сварке металл нагревается до состояния пластичности, а затем проковывается в местах соединения. Этот способ сварки позволил создать кольчугу – средство защиты воина. Кольчуга состоит из 10-20 тысяч сварных колец.

Но быстрое развитие сварки началось только в конце XIX в. Наши соотечественники Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов первыми в мире применили электрическую дугу для сварки металлов.

Интенсивная разработка новых способов сварки и пайки и их внедрение в промышленность начались позднее – в середине XX в. В это время возникла необходимость соединять элементы конструкций толщиной от нескольких микрометров до нескольких метров из весьма разнообразных материалов.

Чтобы получить прочное соединение твердых тел, нужно обеспечить взаимодействие их поверхностных атомов. Для этого последние необходимо сблизить настолько, чтобы между ними могли возникнуть межатомные связи, т. е. на расстояние порядка атомных радиусов.

В жидкостях это достигается сравнительно легко, за счет подвижности частиц, но сблизить атомы твердых тел значительно труднее. Поверхность твердого тела даже после тщательной обработки имеет неровности – выступы и впадины, размеры которых по сравнению с размерами атома огромны.

При соединении поверхностей двух твердых тел их фактическое соприкосновение происходит лишь в отдельных точках.

Возможность сцепления атомов соприкасающихся металлов затрудняется еще и тем, что в обычных условиях их поверхности всегда покрыты пленками оксидов, адсорбированных газов, всевозможных загрязнений. Эти пленки как броня защищают поверхности металлов от взаимодействия.

Существующие в настоящее время способы сварки можно подразделить на две основные группы (по состоянию соединяемых кромок в процессе сварки).

К первой группе относятся способы, при которых металлы свариваются в твердом состоянии при совместной пластической деформации, часто одновременно с дополнительным нагревом (способы сварки давлением).

Ко второй группе относятся способы, при которых металлы в месте соединения расплавляются (способы сварки плавлением).

Промежуточное положение между сваркой плавлением и сваркой давлением занимает пайка. Соединяемые кромки деталей в процессе пайки не расплавляются, т. е. находятся в твердом состоянии, как при сварке давлением.

Между соединяемыми кромками изделия вводится промежуточный металл – припой, который плавится при более низкой температуре, чем соединяемые металлы.

Припой в жидком виде заполняет зазор между поверхностями соединяемых деталей под действием капиллярных сил, а, застывая, кристаллизуется, образуя прочные связи.

Не все известные способы сварки и пайки применяются при изготовлении электронных приборов. На рис. 25 показаны те из них, которые в основном используются при производстве приборов этого класса.

Механические испытания сварных и паяных соединений. Механические испытания соединений – эффективные методы контроля и оценки качества сварных и паяных соединений при обработке технологии сборки изделий. Основные методы определения механических свойств …

Оценка качества соединений и приборов методами неразрушающего контроля

Контроль внешним осмотром. Одним из основных средств отбраковки потенциально ненадежных изделий является контроль соединений внешним осмотром. Такой контроль позволяет, например, выявлять следующие дефекты, возникающие при сборке микросхем: отслоение металлизации контактных …

Общие сведения о контроле качества изделий электронного машиностроения

Высокие требования, предъявляемые к электронным приборам, предопределяют использование разнообразных и надежных методов контроля качества сварных и паяных соединений. Большинство известных методов оценки качества сварных и паяных соединений используют при контроле …

Пайка металлов

Лекция № 18

18.1. Теоретические основы пайки металлов

Пайкой называется процесс соединения металлов в твердом состоянии припоями, которые при расплавлении смачивают паяемые поверхности, заполняют капиллярный зазор между ними и образуют паяный шов при кристаллизации.

Из определения следует, что процесс образования паяного соединения связан с нагревом. Для получения спая наряду с нагревом необходимо обеспечить еще два основных условия:

1) удалить с поверхности металла в процессе пайки окисную пленку.

2) ввести в соединительный зазор между ними расплавленный связующий металл.

При кристаллизации вступившего во взаимодействие с паяемыми металлами более легкоплавкого связующего металла, образуется паяное соединение.

Процесс пайки имеет много общего со сваркой, и, прежде всего со сваркой плавлением, но, несмотря на внешнее сходство между ними имеются принципиальные различия:

1) Если при сварке плавлением свариваемый и присадочный металл в сварочной ванне находится в расплавленном состоянии, то при пайке паяемый металл не плавится. Образование соединения без кромок паяемых деталей является основной особенностью процесса пайки.

2) При пайке формирование шва происходит путем заполнения припоем капиллярного зазора между соединяемыми деталями, т.е. процесс пайки связан с капиллярным течением присадочного материала, что не имеет места при сварке плавлением.

3) Пайка в отличие от сварки плавлением может быть осуществлена при любых температурах, лежащих ниже температуры плавления основного металла.

Эти различия имеют своим следствием иную, чем при сварке плавлением, природу процессов, протекающих при образовании паяного шва.

18.2. Классификация процессов пайки.

Пайку можно классифицировать: во-первых, по сущности физико-химических процессов, протекающих при формировании паяных швов, и, во-вторых, по разновидностям технологии пайки, связанным с применяемыми для нагрева источниками тепла или оборудованием.

Рис. 18.1. Классификация методов пайки

По сущности физико-химических процессов к основным разновидностям или методам пайки относятся:

1) капиллярная пайка;

2) диффузионная пайка;

1) Капиллярной пайкой называется метод пайки, при котором припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями деталей и удерживается в нем за счет капиллярных сил.

Во всех случаях, когда в паяном соединении имеется перекрытие элементов детали (нахлестка) возможна капиллярная пайка.

Однако капиллярные явления присущи всем методам пайки, поэтому данный термин является условным, обозначающим процессы пайки, связанные с течением припоев под действием капиллярных сил.

Рис. 18.2. Схема капиллярной пайки:

а – до пайки; б – после пайки.

2) Диффузионной пайкой называется метод пайки при высоких температурах, отличающийся длительной выдержкой, проводимой с целью упрочнения соединения за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов.

При диффузионной пайке в зависимости от сечения основного металла и припоя, во-первых, возможно взаимное растворение припоя и основного металла с образованием в шве твердого раствора, благодаря чему существенно повышается пластичность и прочность паяного соединения – атомно-диффузионная пайка; во-вторых, в процессе диффузионной пайки возможно образование в шве весьма тугоплавких, но как правило хрупких интерметаллидов, возникающих при протекании реакционной диффузии, которые приводят к повышению температуры плавления металла шва и, следовательно, к повышению жаропрочности паяемых соединений – реакционно-диффузионная пайка..

Так, например, при пайке W припоем системы Pt-B с температурой плавления 8550С, протекает реакция:

3W + Pt B ® PtW + W2B

с образованием в шве сплава с температурой плавления выше 20000С.

3) Контактно-реакционной пайкой называется метод пайки, при котором между соединяемыми металлами и припоем протекает активная реакция с образованием в контакте между ними нового более легкоплавкого сплава эфтектического состава или твердого раствора с минимумом на кривой Ликвидуса. Образовавшийся легкоплавкий сплав заполняет зазор и при кристаллизации образует паяное соединение. Случай взаимодействия между соединяемыми металлами имеет место, например, при пайке меди с серебром без нанесения припоя.

Рис. 18.3. Схема контактно-реактивной пайки:

а – до пайки; б – после пайки.

4) Реакционно-флюсовой пайкой называется метод пайки, при котором припой образуется за счет реакции вытеснения между основным металлом и флюсом. Реакционно-флюсовая пайка может осуществляться в двух вариантах: без внедрения припоя и с дополнительным введением припоя.

Реакционно-флюсовую пайку без введения припоя можно продемонстрировать на примере пайки алюминия с флюсом, содержащим большое количество хлористого цинка. При пайке на соединяемые поверхности алюминиевых деталей наносится избыточное количество флюса. При нагреве между хлористым цинком и алюминием протекает реакция:

3Zn Cl2 + 2Al = 2Al Cl3 + 3Zn

Восстановленный из хлорида цинк является в данном случае припоем. Он осаждается на поверхности алюминия, затекает в зазор и соединяет паяемые детали.

5) Пайкой-сваркой называется метод пайки, при котором паяные соединения образуются способами, характерными для сварки плавлением, но с применением припоя в качестве присадочного материала. Пайка-сварка делится на пайку без оплавления кромок соединяемых деталей и с оплавлением кромок одной из соединяемых деталей, изготавливаемой из более легкоплавкого металла.

Рис. 18.4. Схема образования шва при пайке-сварке:

а – без оплавления кромок деталей; б – с оплавлением кромок одной детали.

1. В чем состоит отличие процессов пайки от сварки?

2. В чем состоит сущность наплавки?

3. Какие условия кроме нагрева необходимо обеспечить для получения спая?

4. Как можно классифицировать пайку по сущности физико-химических процессов?

5. В чем состоит сущность диффузионной пайки?

Соединения

Соединения представляют собой разнообразные способы закрепления деталей и любых других элементов.

Эта способы соединения, называемые также креплением, подразделяются:
разъемные — неподвижные механические соединения, позволяющие неоднократно соединять и затем разъединять детали, составляющие узел;
неразъемные — жесткие постоянные соединения, не позволяющие разбирать детали после их соединения. Для отделения деталей друг от друга необходимо разрушить соединение.

— вид соединения деревянных деталей под углом друг к другу.
Различают следующие типы соединений:

При вязке углов требуется тщательная подгонка деталей. Сборка производится склеиванием. Иногда применяется крепление нагелями или шурупами.
Углы вяжут при изготовлении мебели, ящиков и т. п.

— технологический процесс образования неразъемного соединения металлических деталей, с помощью введенного в зазор между ними третьего расплавленного металла — припоя.

— это металл или сплав металлов, с температурой плавления меньшей, чем температуры плавления металлов соединяемых деталей. Припои разделяют по температуре плавления.

Они бывают легкоплавкие, с температурой плавления не выше 450°С, среднеплавкие, температура плавления которых лежит в интервале 450 — 600°С и высокоплавкие, с температурой плавления выше 600°С.

Также флюс увеличивает текучесть расплавленного припоя. Каждый вид флюса эффективен в определенном интервале рабочих температур, при превышении рабочей температуры флюс сгорает.
Для прогрева места спаивания и расплавления припоя используется паяльник. Рабочей частью паяльника является жало — наконечник из меди, который нагревается от внешнего источника.

Источником нагрева жала паяльника может служить пламя паяльной лампы либо горелки или электрический ток.
Перед тем, как начать пайку, необходимо залудить жало паяльника. Лужение производится следующим образом: жало зачищается от окислов с помощью напильника, нагревается и опускается во флюс. Затем разогретым и покрытым флюсом жалом расплавляют припой.

Попеременно, погружая жало паяльника во флюс и в расплавленный припой добиваются равномерного покрытия жала припоем.
Перед началом пайки залуживаются поверхности деталей, подлежащих пайке. Сам процесс пайки заключается в прогреве паяльником спаиваемых поверхностей деталей и припоя в зазоре между ними.

В процессе остывания припой кристаллизуется, образовывая твердое неразъемное соединение деталей.

— технологический процесс, в результате которого получают неразъёмное соединение элементов конструкций машин и сооружений в результате локального прогрева (вплоть до плавления), пластических деформаций или совокупным действием и того и другого. Физические основы сварки заключаются в таком взаимном сближении свариваемых тел, при котором начинают работать силы межмолекулярного и межатомного притяжения.

В зависимости от состояния материалов в зоне соединения деталей все способы сварки разделяются на сварку плавлением и сварку давлением.

При сварке плавлением материалы соединяемых деталей в зоне сварки нагреваются до температуры плавления и в расплавленном состоянии взаимно растворяясь, соединяются в одно целое. К этому способу сварки можно отнести дуговую и аргонодуговую сварку, плазменную и микроплазменную, электронно-лучевую и лазерную сварку.
При сварке давлением материалы соединяемых деталей под влиянием внешних сил взаимно деформируются. При этом образуется прочное соединение. Сварка давлением — контактная и холодная, конденсаторная и термокомпрессионная, ультразвуковая и диффузионная.
Выбирают тот или иной способ сварки в зависимости от физико-химических особенностей соединяемых материалов, условий, в которых проводится сварка и конструкции сварного соединения.

— неразъемный способ соединения деталей при помощи клея.
В отличие от соединения сваркой, пайкой или склепыванием при склеивании не увеличивается масса конструкции. Склеивать можно практически любые конструкционные материалы.

Достоинством склеивания является равномерность распределения напряжений по склеиваемой поверхности. Сама склеиваемая поверхность в большинстве случаев является герметичной.

К недостаткам клеевых соединений можно отнести уменьшение прочности соединения при высоких и низких температурах, в агрессивных и влажных средах.

Основой процесса склеивания является межмолекулярные взаимодействия частиц материалов склеиваемых деталей и клея. Для качественного клеевого соединения необходима качественная подготовка сопрягаемых поверхностей деталей и хорошее смачивание этих поверхностей клеевым составом.

Клеи представляют собой реактивные смеси разнообразных химических соединений или синтетические высокополимерные смолы.

Отвердевание клея происходит или в результате химической реакции между разными компонентами клея или в процессе сушки.

Тип клеевого соединения выбирается таким образом, чтобы основными нагрузками были нагрузки на сдвиг, при минимальных остальных нагрузках. Клеевой шов должен иметь как можно большую поверхность, при этом толщина пленки клея должна быть равномерной не превышать 0,2мм.

Прочность соединения обусловливается прочностью отвержденного клея, прочностью склеиваемых материалов и видом соединения.

Клей должен обладать следующими свойствами: нейтральностью к склеиваемым материалам, водостойкостью и стойкостью к воздействию различных сред, стойкостью к нагреванию и охлаждению, невосприимчивостью к резким перепадам температур.

Клей должен просто наноситься на поверхность и хорошо растекаться в зазорах между соединяемыми поверхностями. Приготовленный клей должен обладать продолжительной жизнеспособностью, возможностью склеивать при комнатной и повышенной температуре.

Прочность соединения в значительной мере определяется качеством подготовки поверхностей. Поверхности склеиваемых деталей тщательно пригоняют друг к другу и очищают от загрязнений. В некоторых случаях увеличивают поверхность склеивания, увеличивая шероховатость поверхности.

Иногда формируют промежуточные слои, которые имеют повышенную адгезию к склеиваемой поверхности, а клея к ним. В ряде случаев перед склеиванием на поверхность металла наносят защитное антикоррозийное покрытие.

Подготовку поверхности выполняют механическим, физическим или химическим способами.

Кистью наносят на поверхность жидкотекучей клей, а шпателем — клей в виде пасты. Для хорошего смачивания поверхностей склеиваемых деталей порошкообразные клеи перед употреблением разжижают. Для этого детали нагревают, и их поверхности, подлежащие склеиванию, посыпают клеящим порошком.

После нанесения клея, склеиваемые детали соединяют, прижимают друг к другу с определенным давлением и фиксируют в определенном положении до затвердевания клея. Величина давления, зависящая от марки клея должна быть постоянной на все время, пока клей не затвердеет.

Во время процесса затвердевания клея, детали помещаются в специальные печи, обеспечивающие определенную температуру и равномерный нагрев.

Для нагрева соединяемых деталей используют сушильные камеры и шкафы, детали обдувают теплым воздухом, используют рефлекторные и контактные электронагреватели, токи высокой частоты и инфракрасное излучение.

— заключается в соединении предварительно просверленных листов посредством вставленных в них заклепок, у которых одна головка сформована, а вторая формуется после установки.

Стержень заклепки препятствует боковому сдвигу листов и подвергается действию перерезывающих сил, стремящихся срезать стержень, который также называют телом или корпусом. Головки заклепок притягивают листы друг к другу и препятствуют их отрыву.

В настоящее время соединение заклепками осуществляется лишь тогда, когда совмещаемые детали не свариваются по причине несвариваемости металла, больших деформаций, которые возникают при сварке, или же склепывание более быстро и экономично чем сварка.

Сверловку отверстий под заклепки делают несколько большего диаметра, чем диаметр заклепки. Чем меньше зазор, тем меньше изгиб заклепок. При использовании заклепок небольшого диаметра, совокупный зазор должен быть не более 0,5мм. При наличии доступа к внутренней поверхности следует устранить заусенцы, которые образовались при сверлении.

Шаг заклепочного шва — это межосевое расстояние двух смежных заклепок, расположенных на одной линии. Для обычных работ шаг равен (6 – 10) диаметрам заклепки.
Закраина шва — это расстояние между осью заклепочного шва и краем листа.

Если диаметр заклепки меньше 6мм, то это расстояние равно 2 диаметрам.

Установка заклепок производится в таком порядке:
– пропуская по 5 — 6 отверстий вставляют болты, которыми предварительно скрепляют листы.

Выступающая часть стержня заклепки должна составлять 3/4 — 7/8 ее диаметра.

Если некоторые отверстия сильно не совпадают, то их нужно либо повторно засверлить, либо обработать разверткой; – устанавливают заклепку головкой со стороны более тонкого листа;

– подставляют массивную наковальню под головку заклепки. Для круглых головок используют клепальную подставку (а), защищающую головку заклепки от деформирования;

– надевают осаживащую оправку на стержень заклепки и несколько раз ударяют по ней молотком, при этом листы плотнее сжимаются;
– после снятия осаживающей оправки наносят удары молотком по торцу стержня заклепки. Деформируясь, заклепка сначала заполняет зазоры в отверстии, а затем формирует вторую головку (б). Расклепывая заклепки с потайными головками, деформации, производимые молотком, вызывают смятие и заполнение входной зенковки.;
– ударяя молотком по краям заклепки под некоторым углом, принимаются оформлять вторую головку заклепки (г);
– клепальной оправкой, установленной на головку, завершают формирование головки заклепки (в);
– вынимают предварительно вставленные болты и на их места вставляют заклепки.

— соединение нескольких досок в щит.
Наиболее простое сплачивание производят путем склеивания.

Для этого кромки досок тщательно обрабатывают фуганком, смазывают клеем и сжимают в цвинках до затвердевания клея. После того, как клей затвердеет, получают щит требуемой ширины.

Для увеличения прочности сплачивания, перед склеиванием вставляют шпонки.
Доски пола или перегородок сплачивают в шпунт или в фальц.

— соединение деталей из древесины для увеличения их общей длины.
Самый простой вид сращивания — внакладку на гвоздях. В более ответственных местах используются другие виды сращивания. Для придания большей прочности в месте сращивания применяют склеивание.

— неразъемное соединение с помощью фальца тонких металлических листов встык. Изготовление соединения осуществляют в следующем порядке:

на листе металла оставляют припуск для фальцевого шва, который определится: 3L + 2h (L — ширина фальцевого шва, h — толщина листа). Ширина шва L находится в пределах 10h для очень тонких листов и 6h для более толстых листов;

прочерчивают линии сгибов на соединяемых кромках (одна ширина L); загибают кромки листов на 90°, а затем и до образования U-образного профиля. При этом необходимо отслеживать, чтобы срезы кромок были строго прямолинейны, и на отбортованных кромках не было гофр;

соединяют отбортованные листы друг с другом;

соединенные листы укладывают на массивное основание и производят подсечку фальцевого шва с помощью фальцмейселя; вначале подсечку листов производят с двух концов листа, а затем последовательными проходами подсекают остальную часть фальца.

Источник