Пайка нержавейки является достаточно трудоемкой процедурой, однако не вызовет особых проблем, если знать все особенности ее выполнения. Со значительно меньшим количеством трудозатрат можно паять нержавеющие стальные сплавы, которые содержат не более 25% хрома и никеля. Более того, пайка нержавейки с таким химическим составом позволяет получать надежные соединения изделий из разнородных металлов, исключая сплавы с магнием и алюминием.
Отремонтированная методом пайки велосипедная рама
Пайка нержавеющей стали, содержащей в своем составе значительное количество никеля, может вызывать определенную сложность. Это связано с тем, что в таких сплавах при нагреве до температуры 500–700° появляются карбидные соединения. Интенсивность формирования таких соединений зависит от продолжительности нагрева, поэтому пайку следует выполнять максимально оперативно.
Чтобы минимизировать риск образования карбидных соединений в структуре нержавейки при пайке, в состав сплава добавляют титан, а после формирования соединения изделие подвергают термической обработке. Следует очень аккуратно подходить к пайке наклепанных нержавеющих сталей, поверхность которых под воздействием нагретого припоя может покрываться трещинами. Чтобы избежать таких последствий, необходимо исключить нагрузку соединяемых деталей в процессе пайки. Кроме того, можно выполнить предварительный отжиг соединяемых изделий.
Для отжига используйте газовую горелку
На выбор припоя, при помощи которого можно паять нержавейку, оказывает влияние как химический состав сплава, так и условия технологического процесса. Так, если данный процесс осуществляется при повышенной влажности окружающей среды, то следует использовать серебряные сплавы, в состав которых входит незначительное количество никеля. Пайка в условиях печи, а также в относительной сухой атмосфере выполняется с использованием хромоникелевых и серебряно-марганцевых припоев.
Наиболее распространенным типом флюса, который применяется при пайке нержавейки, является бура, наносимая на место будущего соединения в виде пасты или порошка. Расплавление буры на поверхности соединяемых деталей способствует равномерному и наиболее аккуратному нагреву участка будущего шва до требуемой температуры – 850°. Только после того как требуемая температура нагрева достигнута, что можно определить по изменению цвета места будущего соединения до светло-красного, в стык между деталями вводится припой.
Флюс наносится равномерным слоем по всей поверхности, которую необходимо предварительно очистить
После окончания пайки на месте соединения присутствуют остатки флюса, которые удаляются путем промывки водой или пескоструйной обработки. Для выполнения такой процедуры нельзя использовать азотную или соляную кислоты, которые, хотя и эффективно очищают оставшийся на поверхности деталей флюс, оказывают негативное влияние как на основной металл, так и на использованный припой.
Как выполнить пайку в домашних условиях
С такими задачами, как соединение деталей из нержавейки при помощи пайки и пайка нержавейки с медью, нередко сталкиваются и в домашних условиях. Изделия, изготовленные из нержавеющей стали, активно используются в быту уже на протяжении многих лет, поэтому, когда они по каким-либо причинам приходят в негодность, у любого домашнего мастера возникает естественное желание отремонтировать их самостоятельно. Следует сразу сказать, что спаять детали из нержавейки не так уж и сложно, главное – строго придерживаться технологии, а также запастись соответствующими инструментами и расходными материалами.
Освойте технику пайки на простых соединениях, а затем пробуйте работать с более ответственными деталями
Перед тем как приступать к пайке нержавейки, очень желательно не только изучить теоретический материал по данному вопросу, но и более подробно познакомиться с правилами его выполнения при помощи обучающих видео.
Чтобы паять изделия из нержавейки, вам потребуются следующие инструменты и расходные материалы:
- паяльник, работающий от электричества, мощность которого составляет не менее 100 Вт;
- специальная паяльная кислота, которая будет использована в качестве флюса;
- напильник или наждачная бумага;
- припой, специально предназначенный для соединения стальных деталей, основу которого составляют олово и свинец;
- трос, изготовленный из стали;
- металлическая трубка.
Материалы и инструменты для пайки
Подбирая паяльник для работы с нержавейкой, следует остановить свой выбор именно на инструменте с мощностью 100 Вт. Использование более мощного устройства для выполнения таких работ просто нецелесообразно.
Сам процесс пайки деталей из нержавейки выполняется по следующему алгоритму.
- В первую очередь необходимо тщательно зачистить место будущего соединения, для чего используется наждачная бумага или напильник.
- После подготовки поверхностей соединяемых деталей на них необходимо нанести флюс, в качестве которого, как уже говорилось выше, используется паяльная кислота. Основная задача флюса состоит в том, чтобы обеспечить качественное лужение соединяемых деталей.
- После того как поверхности соединяемых деталей обработаны флюсом, необходимо выполнить их лужение, которое заключается в нанесении на них тонкого слоя припоя, состоящего из олова и свинца. Если выполнить лужение с первого раза не удалось, то необходимо повторить такую процедуру, предварительно разогрев соединяемые детали.
- Даже после нагрева изделий и их повторной обработки флюсом лужение может не увенчаться успехом – припой будет просто скатываться с поверхности деталей, а не ложиться на них тонкой пленкой. В таком случае необходимо воспользоваться кисточкой с металлическими жилами, которую несложно изготовить из трубки и стального троса. Перед использованием такой щетки на поверхность деталей также необходимо нанести флюс (паяльную кислоту) и только затем, нагревая место будущего соединения паяльником, зачищать его при помощи металлической кисточки. Такая несложная методика позволяет эффективно очистить поверхность нержавейки от окисной пленки, которая, как правило, и является основным препятствием для осуществления качественного лужения.
- После того как на соединяемые изделия удалось нанести тонкий слой олова, можно начинать их паять. Выполняется такая процедура при помощи паяльника и припоя, которым заполняют стык между деталями.
Сущность паяльной технологии
Пайкой называют соединение металлических деталей с помощью припоя, являющегося более легкоплавким металлом, который, будучи расплавленным, смачивает соединяемые поверхности.
Таким образом, процесс паяния связан с нагреванием и протекает при температуре, превышающей точку плавления припоя, но не достигающей температуры плавления соединяемого металла.
В процессе пайки соединяемые детали основного металла не изменяют форму, поскольку сами не подвергаются плавлению.
Прочность создаваемого соединения определяется механическими свойствами, которыми обладает припой для пайки. Когда стальные детали припаивают друг к другу, соединение всегда уступает по прочности основному материалу.
Главным препятствием для создания паяных соединений является окисел, образующийся на поверхности любого металла. Слой окисла не позволяет расплавленному припою равномерно смочить поверхность детали, поэтому металл должен предварительно зачищаться.
Для защиты поверхностей от окисления в процессе спаивания, применяются специальные вещества – флюсы. Для соединения разных материалов используются различные флюсы. Например, для того, чтобы спаять нержавейку, применяют буру. Флюсами для стали могут служить канифоль, паяльная кислота.
Основным процессом, сопровождающим создание паяного соединения, является нагрев заготовок. В зависимости от массы спаиваемых деталей и вида применяемого припоя, нагрев может осуществляться следующими способами:
- паяльником;
- газовой горелкой;
- высокочастотным индуктором;
- в специальных печах.
Например, проволоку небольшого диаметра можно легко прогреть обычным паяльником, при пайке стальных труб понадобится газовая горелка, а массивную заготовку придётся помещать в печь.
Типы припоев
Изделия из нержавеющих сталей можно паять как мягкими припоями, изготовленными на основе олова и свинца, так и твердыми типами присадочного материала, в состав которого входят более тугоплавкие металлы.
Мягкий припой за счет того, что его основу составляет олово, является легкоплавким материалом, отличающимся высокой пластичностью и жидкотекучестью в расплавленном состоянии. Что особенно важно при выполнении пайки изделий из нержавейки, он обладает хорошей раскислительной способностью.
Свойства мягких припоев
Более надежные соединения как в производственных, так и в домашних условиях позволяет получить пайка, выполняемая с использованием твердых припоев. Металлы, из которых их изготавливают, плавятся при более высокой температуре, чем олово, что и позволяет получать с их помощью надежные и долговечные соединения. Очень часто материалы данного типа производят на основе технического серебра, которого в их составе может содержаться до 30%.
Основные марки серебряных припоев
Одним из популярных типов твердого припоя является материал марки HTS-528, который успешно используется для пайки не только нержавейки, но и меди, латуни, бронзы, никеля и других металлов. Удобно, что он выпускается в виде прутка, поверхность которого уже покрыта слоем флюса. Работая с таким припоем в производственных условиях или дома, следует иметь в виду, что температура его плавления составляет 760°.
Припой HTS-528, представляет собой пруток, покрытый флюсом красного цвета. Помимо нержавейки подходит для чугуна и цветных металлов
Пайка металлов. Способы, материалы, припои, флюсы для пайки металлов
Формирование прочного и надежного соединения зависит от химического состава взаимодействующих металлов, температуры и продолжительности пайки, определяющих физико-химические и диффузионные процессы, протекающие между припоем и основным металлом. Чем выше температура процесса и его длительность, тем больше степень взаимной диффузии между расплавленным припоем и основным металлом и тем выше механическая прочность соединяемых деталей. Кроме того, прочность пайки зависит от величины зазора между паяемыми деталями. Так, при малых зазорах улучшается затекание припоя под действием капиллярных сил, вследствие чего значение временного сопротивления паяного соединения больше значения временного сопротивления самого припоя.
Припой прочно соединяется с поверхностью изделия только тогда, когда хорошо смачивает ее. Для этого поверхность должна быть тщательно очищена от загрязнений. Кроме этого, для удаления пленок оксидов с поверхностей паяемого материала и припоя и для предотвращения их образования при пайке используют паяльные флюсы. Флюсы, кроме того, способствуют лучшему затеканию припоя в зазор между соединяемыми деталями и растеканию по их поверхности. Некоторые припои, содержащие эффективные раскислители (бор, кремний, барий, щелочные металлы
иудтр.) мог ные пленки.
сами выполнять роль флюсов, переводя в шлак оксидКачество паяных соединений зависит от правильного выбора способа пайки, используемых основных и вспомогательных материалов, технологического процесса пайки.
Способы пайки.
Современные способы пайки принято классифицировать по следующим признакам: механизмам удаления оксидной пленки с поверхности паяемого материала, видам процессов образования припоя в зазоре, условиям заполнения зазора припоем, температурным и временным режимами кристаллизации паяного шва, температуре пайки и используемым источникам нагрева, наличию или отсутствию давления на паяемые деталив, роедмнеонности и очередности выполнения паяных соединений (рис. 3.76).
По механизмам удаления оксидной пленки
способы пайки делятся на флюсовые и бесфлюсовые.
Флюсовая пайка — пайка с применением флюса. При этом флюс может также участвовать в образовании самого припоя путем выделения компонентов, плавящихся при пайке.
Бесфлюсовая пайка — пайка без применения флюса, когда удаление оксидных пленок осуществляется в восстановительной или инертной газовой среде, вакууме, а также за счет применения ультразвука.
В первом случае удаление оксидов происходит при высоких температурах за счет их восстановления или самопроизвольного распада (диссоциации), а при ультразвуковой пайке их разрушение осуществляется за счет ультразвуковых колебаний, создаваемых в расплавленном припое, наносимом на соединяемый металл специальным паяльником.
По видам процессов образования припоя в зазоре
способы пайки подразделяются на пайку готовым припоем, контактно-реактивную и реактивно-флюсовую.
Рис. 3.76.
Классификация способов пайки
Пайка готовым припоем — способ пайки, при котором используется заранее приготовленный припой. В качестве припоя может использоваться металлический (полностью расплавляемый) или композиционный припой. В композиционном припое помимо металлической основы содержится тугоплавкий наполнитель (порошки, волокна, сетки), который сам не плавится, а при плавлении металла припоя образует разветвленную сеть капилляров, удерживающих под действием капиллярных сил его жидкую часть в зазоре между соединяемыми деталями.
Контактно-реактивная пайка — способ пайки, при котором жидкий припой образуется в результате межфазного взаимодействия и последующего контактного плавления соединяемых материалов или соединяемых материалов и прослойки промежуточного металла. К этому способу пайки относится сваркопайка. Сваркопайка — пайка разнородных материалов, при которой более легкоплавкий материал локально нагревается до температуры, превышающей температуру его плавления, и выполняет роль припоя.
Реактивно-флюсовая пайка — способ пайки, при котором припой образуется в результате химических реакций между основным металлом и флюсом. Например, при пайке алюминия с использованием флюса ZnCl3 в результате химической реакции восстановления
3ZnCl3 + 2Al ↔2AlCl3 + 3Zn
образуется цинк, который служит припоем.
По условиям заполнения зазора припоем
пайку можно разделить на капиллярную (ширина зазора
При капиллярной пайке припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. Соединение образуется в результате растворения металла основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. Некапиллярная пайка — способ пайки, при котором припой заполняет зазор под действием силы тяжести или прилагаемых извне сил (магнитных, электромагнитных и др.). К этому способу пайки относится пайкосварка. При пайкосварке форма кромок соединяемых заготовок подобна форме кромок при сварке плавлением. Соединение деталей осуществляется приемами, характерными для сварки, а в качестве присадочного металла используется припой,
который под действием силы тяжести заполняет зазор.
Способы пайки по температурным и временным режимам кристаллизации паяного шва
подразделяются на пайку с кристаллизацией при охлаждении и кристаллизацией при выдержке (диффузионная).
Температурный режим пайки с кристаллизацией при охлаждении состоит из нагрева припоя до температуры на 50…100 °С выше
температуры его плавления и последующего охлаждения соединения. Этот способ из-за относительно быстрого охлаждения характеризуется отсутствием диффузии в объеме взаимодействующих металлов.
Пайка с кристаллизацией при выдержке (диффузионная пайка) — способ пайки с изотермической выдержкой, при которой образование соединения сопровождается взаимной диффузией припоя и паяемого материала. Для диффузионной пайки характерна продолжительная выдержка при температуре образования паяного шва, а после завершения процесса — при температуре ниже солидуса припоя. В результате диффузии в шве образуются твердые растворы, что обеспечивает более однородный состав паяного шва и позволяет повысить его прочность и пластичность.
В зависимости от температуры пайки
различают низкои высокотемпературную пайку. При низкотемпературной пайке температура плавления припоя
t
плtпл ≥ 450 ° С. Целесообразность такого деления обусловлена тем, что используемые основные и вспомогательные материалы существенно отличаются по своим свойствам в зависимости от температуры процесса.
Способы пайки в зависимости от используемых источников нагрева
разделяют на пайку в печах, индукционную, погружением, газопламенную, плазменную и паяльниками.
При пайке в печах
соединяемые заготовки нагревают в специальных печах: электросопротивления, с индукционным нагревом, газопламенных и газовых. Припой заранее закладывают в шов собранного узла, на место пайки наносят флюс и затем изделие помещают в печь, где его нагревают до температуры пайки. Этот способ обеспечивает равномерный нагрев соединяемых деталей без заметной их деформации.
При индукционной
пайке паяемый участок нагревают в индукторе токами высокой частоты. Для предохранения от окисления изделие нагревают в вакууме или в защитной среде с применением флюсов.
Пайку погружением
выполняют в ваннах с расплавленными солями или припоями. Соляная смесь обычно состоит из 55 % K Сl и 45 % НС1. Температура ванны — 700…800 °С. При пайке погружением в ванну с расплавленным припоем покрытые флюсом детали предварительно нагревают до температуры 550 ° С. Пайку погружением в расплавленный припой используют для соединения деталей из стальных, медных и алюминиевых сплавов.
При газопламенной
пайке заготовки нагревают и припой расплавляют горелками для газовой сварки. В качестве горючих газов используют ацетилен, природные газы, водород, пары керосина и т. п.
При плазменной пайке
плазмотроном, обеспечивающим более высокую температуру нагрева, паяют тугоплавкие металлы — вольфрам, тантал, молибден, ниобий и т. п.
При пайке паяльниками
основной металл нагревают, а припой расплавляют за счет теплоты, аккумулированной в массе металла паяльника. Для низкотемпературной пайки применяют паяльники с периодическим и непрерывным нагревом и ультразвуковые. Паяльник с периодическим нагревом в процессе работы периодически подогревают посторонним источником теплоты. Для непрерывного нагрева используют электропаяльники. Паяльники с периодическим и непрерывным нагревом чаще используют для флюсовой пайки черных и цветных металлов легкоплавкими припоями с температурой плавления ниже 300…350 °С. Ультразвуковые паяльники применяют для бесфлюсовой пайки на воздухе и пайки алюминия. В этом случае оксидные пленки разрушаются за счет колебаний ультразвуковой частоты.
По наличию или отсутствию давления на паяемые детали
способы пайки подразделяются на пайку без давления и пайку под давлением (прессовая пайка). Прессовая пайка используется в тех случаях, когда необходимо обеспечить четкую фиксацию взаимного положения деталей и требуемую величину зазора. Для сжатия деталей с требуемым усилием применяют специальные приспособления — механические зажимы. При высоких температурах этот способ нередко является единственно возможным.
По одновременности выполнения паяных соединений
способы пайки делятся на одновременную пайку и ступенчатую. При одновременной пайке за один цикл нагрева в одном изделии (узле) выполняют несколько паяных соединений, а при ступенчатой — каждое последующее соединение выполняют после предыдущего.
Материалы, применяемые
припайке.
Материалы, применяемые при пайке, делятся на основные и вспомогательные. К основным материалам относятся припои, а к вспомогательным — паяльные флюсы, восстановительные, инертные газовые среды и вакуум.
Классификация припоев осуществляется по многим признакам, основными из которых являются химический состав и температура плавления. Классификация по химическому составу осуществляется по основным химическим элементам, входящим в их состав (оловянно-свинцовые, оловянные, свинцовые, медно-цинковые, серебряные, медные, палладиевые и др.).
По температуре плавления все припои подразделяют на припои для низкотемпературной пайки (t
плtпл ≤ 145 °С) и легкоплавкие (145 ° С tплtпл ≥ 450 °С): среднеплавкие (450 °С ≤
t
пл ≤ 1 100 °С), высокоплавкие (1 100 °С tпл ≤ 1 850 °С) и тугоплавкие (
t
пл ≥ 1 850 °С). Припои для низкотемпературной пайки используют в промышленности и в быту для пайки изделий, которые не подвергаются воздействию высоких температур и значительных механических нагрузок. Припои для высокотемпературной пайки применяют тогда, когда требуется высокая прочность и (или) работоспособность при больших температурах.
Припои
для низкотемпературной пайки.
К
особо легкоплавким припоям
с температурой плавления 45…145 °С относятся сплавы эвтектического состава, содержащие висмут, свинец, олово, кадмий. К таким сплавам относятся, например, сплавы Гутри (
t
пл = 45 °С), Вуда (
t
пл = 60,5 °С), Липовица (
t
пл = 70 °С), Д’Арсенваля (
t
пл = 79 °С), Розе (
t
пл = 93,7 °С), Ньютона (
t
пл = 96 °С), ПОСВ 33 (
t
пл = 130 °С), ПОСК 50-18 (
t
пл = 145 °С).
Особолегкоплавкие припои находят применение, когда опасен перегрев не только паяемого материала, но и материала деталей изделия, не подвергаемых пайке. Такие припои широко применяются в электронике, электротехнике, в частности, при изготовлении приборов противопожарного назначения. Припой ПОСВ 33 применяется для пайки плавких сигнальных предохранителей, а ПОСК 50-18 — для деталей из меди и ее сплавов, не допускающих местного перегрева, в частности, полупроводниковых приборов.
Наиболее распространенными легкоплавкими припоями
являются оловянно-свинцовые.
Маркировка оловянно-свинцовых припоев состоит из букв, обозначающих: П — припой, ОС — оловянно-свинцовый, Су — легированный сурьмой, и цифр, следующих после букв через дефис и обозначающих соответственно содержание олова и сурьмы. Буква М в марке припоя ПОС 61М обозначает легирующий элемент Cu
(1,2…2 %). Содержание свинца в марке не указывается и определяется по разности. Например, ПОССу 10-2: П — припой, ОС — оловянно-свинцовый, 10 % Sn, 2 % Sb, остальное — Pb.
Оловянно-свинцовые припои (ПОС 90, ПОС 61, ПОС 40, ПОС 18, ПОС 10 и др.) обладают высокими технологическими свойствами и весьма пластичны. Пайку этими припоями проводят обычно при нагреве паяльником. Минимальную температуру плавления (t
пл = 190 °C) и лучшие технологические свойства имеет припой ПОС 61. Его состав близок к эвтектическому в системе «олово – свинец». Наиболее тугоплавким является припой ПОС 10 (
t
пл = 299 °C). Такие оловянно-свинцовые припои применяются для пайки электрои радиоаппаратуры (контактные поверхности электрических аппаратов, приборов, реле), точных приборов с высокогерметичными швами, где недопустим перегрев.
Для повышения прочности в оловянно-свинцовые припои вводят сурьму (ПОССу 61-0,5, ПОССу 25-0,5, ПОССу 9-2, ПОССу 10-2,
ПОССу 4-4, ПОССу 4-6 и др.). Малосурьмянистые припои, содержащие 0,2…0,5 % Sb и обладающие повышенной пластичностью, обеспечивают получение герметичных швов и применяются для пайки оцинкованных и цинковых деталей. Такие припои применяются для пайки электроаппаратуры, обмоток электрических машин, оцинкованных радиодеталей при жестких требованиях к температуре, свинцовых кабельных оболочек электротехнических изделий неответственного назначения, радиаторов, теплообменников и др. Сурьмянистые припои, содержащие 2…6 % Sb, широко используются в различных отраслях техники, требующих повышенной прочности паяных соединений. Такие припои применяются для пайки холодильных устройств, деталей автомобилестроения, деталей с клепаными швами из латуни и меди и др.
Для уменьшения склонности меди к химической эрозии при пайке используют оловянно-свинцовый припой ПОС 61М, легированный медью в количестве (1,2…2 %), близком к его предельной растворимости при температуре пайки, но не ухудшающим технологических и специальных свойств припоя и паяных соединений. Припой ПОС 61М применяется для пайки тонких (толщиной менее 0,2 мм) медных проволок, фольги, проводников в кабельной, электрои радиоэлектронной промышленности.
К легкоплавким припоям также относятся серебряные припои
(ПСрО 10-90, ПСрОСу 8, ПСрМО 5, ПСрОС 3,5-95, ПСр 3,
ПСр 3Кд, ПСр 2 и др.), содержащие серебро в незначительных количествах (1…10 %), а также олово, свинец или кадмий. В качестве легирующих элементов легкоплавких серебряных припоев выступают сурьма, медь или цинк. Максимальная температура плавления этих припоев составляет от 183 до 342 °С.
Легкоплавкие серебряные припои применяются для пайки меди, никеля и медных и медно-никелевых сплавов с посеребренной керамикой, проводов, работающих во всех климатических условиях без защиты соединений лакокрасочными покрытиями, стальных и серебряных изделий.
Припои
для высокотемпературной пайки.
Припои для высокотемпературной пайки обеспечивают более прочные соединения, чем припои для низкотемпературной, т. к. вследствие высокой температуры нагрева более интенсивно происходит взаимная диффузия элементов основного металла и припоя. Однако переходное электросопротивление таких припоев ниже, чем низкотемпературных.
К среднеплавким припоям
с температурой до 1 100 °С относятся серебряные и меднок-цоивные припои.
К среднеплавким серебряным припоям относятся припои, в состав которых помимо серебра (10…70 %) в значительных количествах входят медь (ПСр 72, ПСр 50 и др.) или медь и цинк (ПСр 70, ПСр 45 и др.). Широкое применение находит припой ПСр 72, имеющий эвтектический состав с очень хорошими технологическими свойствами. Припои ПСр 45, ПСр 50, ПСр 70, ПСр 72 отличаются высокой пластичностью и технологичны. Такие припои применяются для пайки меди, медных и медно-никелевых сплавов, никеля, ковара, нейзильбера, латуней и бронз, а также железоникелевых сплавов с посеребренными деталями из стали, титана и титановых сплавов с нержавеющей сталью и т. п.
Некоторые припои, помимо этих элементов, содержатикйадм (ПСрКдМ 50-34-16 и др.), олово (ПСр 62 и др.), марганец (ПСр 37,5), фосфор (ПСр 25Ф) и др. Припои с кадмием применяются для пайки цветных металлов и стали, с марганцем — меди и медных сплавов с жаропрочными сплавами и нержавеющими сталями, с фосфором (самофлюсующиеся припои) — меди с бронзой,
меди с медью, бонрозонйзы с бр
и т. п.
Медно-цинковые припои (ПМЦ 36, ПМЦ 48, ПМЦ 54) используются для пайки меди, медных сплавов и сталей. Маркировка медно-цинковых припоев состоит из букв: П — припой, МЦ — медно-цинковый, и цифр, показывающих процентное содержание меди, остальное — цинк.
К высокоплавким припоям
с температурой плавления более
1 100 °С относятся припои на основе меди и палладия.
Чистая раскисленная медь М0, M1 весьма широко применяется для пайки углеродистых и легированных сталей, никеля и его сплавов. Она хорошо смачивает сталь и растекается по ней, имеет более высокую прочность, чем среднеплавкие припои, высокую пластичность и менее дефицитна, чем серебро. Температура пайки медью находится в интервале 1 100…1 200 °С.
Особенности взаимодействия меди с другими элементами позволяют создавать припои на ее основе с широким диапазоном температур пайки (700…1 200 ° С). Например, легирование меди палладием и никелем вызывает непрерывное повышение температуры плавления медного припоя.
Для пайки деталей, работающих при высоких температурах, особенно подвергающихся трению (вентили и т. п.), используют медные припои, содержащие 2,5…10 % Fe, с температурой ликвидуса 1 180…1 230 °С или содержащие 20…30 % Fe, с температурой ликвидуса 1 200…1 230 ° С. Припой, содержащий 75 % Сu и 25 % Ni (t
пл = 1 205 °С), используется для пайки вольфрама и молибдена. Припои с палладием, несмотря на их дороговизну и дефицитность, в последнее время находят широкое применение. Палладий, во-первых, менее дефицитен, чем другие металлы платиновой группы, во-вторых, образует непрерывный ряд твердых растворов
со многими металлами (Ag, Cu, Au, Fe, Co, Ni и др.).
Использование палладия в качестве основы или в качестве легирующего элемента позволяет получать припои с температурой ликвидуса от 810 °С до температуры плавления палладия (1 552 °С).
Припои на основе палладия и никеля, легированные хромом, имеют высокую жаростойкость. Наименьшая температура ликвидуса таких сплавов 1 250 ° С. Припой состава: 24 % Pd, 33 % Сr, 39 % Ni и 4 % Si используется для пайки жаропрочных сплавов.
Палладиевые припои применяют также для пайки керамики и графита со сталью и тугоплавкими металлами. Припой состава:
60 % Pd, 40 % Ni, легированный литием и бором, применяют для пайки графита с графитом или с тугоплавкими металлами — Mo, W или их сплавами. Паяные соединения, полученные с помощью таких припоев, работают в условиях нейтронного облучения в ядерных реакторах.
Припои на основе палладия и титана имеют температуру солидуса 1 440 °С, а соединения, паянные такими припоями, могут работать при температуре до 1 640 °С.
К тугоплавким припоям
с температурой плавления более 1 850 °С относятся припои на основе тугоплавких металлов. Так, для диффузионной пайки сплава тантала с содержанием 1 % W в качестве припоя применяют чистый титан. Припой в виде фольги укладывается в места соединений, а пайку производят в вакуумной печи при температуре 1 900 ºС и выдержкой 10 мин. Для капиллярной пайки применяют припой на основе Та с 40 % Hf. Пайку выполняют при температуре 2 205 º С с выдержкой 1 мин . Также для пайки тантала применяется припой, содержащий 20 % Та, 5 % Nb, 3 % W, остальное — Ti.
Для высокотемпературной пайки вольфрама используют припои с температурой плавления до 3 000 °С, в том числе чистые металлы (Ta, Nb, Ni, Cu) и сплавы (Ni–Ti, Ni–Cu, Mn–Ni–Co, Мо–В и др.).
Флюсы.
Классификация флюсов осуществляется по нескольким признакам, основными из которых являются температура пайки и природа активатора.
В зависимости от температурного интервала активности паяльные флюсы подразделяются на флюсы для низкотемпературной (
Флюсы для низкотемпературной пайки
по природе активатора подразделяются на канифольные, галогенидные, гидразиновые, анилиновые и др.
В качестве флюса применяют чистую канифоль. В ее составе преобладают смоляные кислоты (80…95 %), имеющие общую формулу C19H29COOH. Канифоль удаляет оксиды таких металлов, как медь, серебро, олово, и широко используется для пайки соединений, в том случае когда промыть изделие после пайки нельзя (остатки канифоли не вызывают коррозии). Кроме того, в качестве флюса используют раствор канифоли в спирте, а также с добавками хлоридов (ZnCl2 и др.), анилина С6H5NH2 и органических веществ,
например, гидразина N2H4, глицерина НОСН2–СНОН–СН2ОН и др. С их помощью можно паять не только медные сплавы, но также стали, оцинкованное железо, никелированное железо, конструкционные и коррозионно-стойкие сплавы.
Галогенидные флюсы используют для низкотемпературной пайки почти всех черных и цветных металлов. Чаще всего применяют хлористый аммоний NH4Cl и хлористый цинк ZnCl2, а также смеси, содержащие эти и другие хлориды.
Широкое применение находят флюсы на основе солянокислого гидразина N2H4·2HCl и анилина C6H5NH2, а также других органических веществ. Соли гидразина при нагреве разлагаются с выделением водорода и хлористого водорода HCl, создающими защитную и восстановительную атмосферы. Анилин обладает высокой флюсующей активностью, причем образующийся после пайки остаток защищает шов от коррозии.
Флюсы для высокотемпературной пайки
по природе активатора определяющего действия подразделяются на боридно-углекислые, галогенидные, фторборатные и др.
При пайке углеродистых сталей, чугуна и медных сплавов медно-цинковыми и серебряными припоями в качестве флюса используют борную кислоту H3BO3 и буру Na 2B4O7 в различных сочетаниях. При пайке легированных сталей и жаропрочных сплавов флюсующего действия буры и борной кислоты недостаточно, поэтому в состав флюса вводят галогениды. Чаще всего вводят фториды натрия NaF, калия KF, лития LiF и кальция CaF 2, а также фторбораты натрия NaBF4 и калия KBF4.
Флюсы для высокотемпературной пайки алюминиевых, магниевых и титановых сплавов состоят из различных хлоридов (ZnCl 2, NH4Cl и др.) и фторидов (NaF, KF и др.).
К вспомогательным материалам для пайки также относятся стоп-материалы, используемые при подготовке паяемой поверхности и наносимые на места, где нежелательно смачивание паяемого металла жидким припоем. Такие вещества подразделяют на стоппасты и покрытия, наносимые, например, гальваническим методом или распылением.
Технологический процесс пайки.
Технологический процесс пайки изделия состоит из ряда операций и переходов, посредством которых он может быть осуществлен в определенном порядке. Помимо основной операции пайки он включает ряд подготовительных и финишных операций, обеспечивающих требуемые геометрические, механические и коррозионные характеристики паяных соединений и изделий.
К предварительным операциям пайки относится подготовка паяных поверхностей, включающая, во-первых, удаление жиров, масел, грязи, окалины и толстых неметаллических, в том числе оксидных пленок, образовавшихся в процессе химикотермической обработки, которые не могут быть удалены при пайке с помощью флюсов или газовых сред, во-вторых, обеспечение требуемой степени шероховатости паяемых участков и оптимального направления рисок, образующихся при этом, необходимых для лучшего растекания и затекания припоя в зазор, в-третьих, правильное закрепление припоя и соединяемых деталей, внесение флюса.
К финишным операциям относятся удаление остатков флюсов, зачистка соединения от наплывов припоя, обработка изделия резанием, термообработка и контроль качества паяных соединений.
Паяное соединение и его типы. Паяное соединение
— элемент паяной конструкции, полученной пайкой. Паяное соединение состоит из паяного шва
1
и диффузионных зон
2
(рис. 3.77).
Паяный шов
— часть паяного соединения, закристаллизовавшаяся при пайке.
Диффузионная зона
— часть паяного соединения с измененным химическим составом паяемого материала в результате взаимной диффузии компонентов припоя и паяемого материала.
Рис. 3.77.
Паяное соединение
:
а — схема; б — внешний вид; 1 — паяный шов; 2 — диффузионная зона; 3 — зона термического влияния; 4 — спай; 5 — паяемый материал
К паяному соединению примыкает зона термического влияния 3
— часть паяемого материала
5
с измененными под влиянием нагрева при пайке структурой и свойствами. Пограничный слой между паяным материалом и швом в сечении паяного соединения называется
зоной сплавления
(
спаем
)
4.
Тип паяного соединения определяется взаимным расположением и формой паяемых элементов. Основными типами паяных соединений являются нахлесточное, стыковое, угловое, тавровое, соприкасающееся и комбинированное (рис. 3.78).
Рис. 3.77.
Типы паяных соединений
:
а — нахлесточное; б — телескопическое; в — стыковое; г — косостыковое; д — угловое; е — тавровое; ж — соприкасающееся; з — комбинированное
Нахлесточное паяное соединение (рис. 3.78, а
) является наиболее удобным для выполнения и обеспечивает наибольшую прочность. Увеличение длины нахлестки в сочетании с пластичными высокотемпературными припоями почти всегда позволяет достичь равнопрочности соединения с основным металлом. Разновидностью нахлесточного является телескопическое паяное соединение — соединение труб или трубы с прутком (рис. 3.78,
б
). В практике телескопические паяные соединения получили наиболее широкое применение для соединения фланцев или втулок с трубами, втулок со стержнем, труб с заглушками, компенсаторов и т. д.
Стыковые соединения (рис. 3.78, в
) при пайке используют реже, т. к. они не обеспечивают равнопрочность всего соединения. Для повышения прочности стыкового соединения его выполняют косостыковым (рис. 3.78,
г
). При таком соединении прочность стыка повышается и нередко достигается равнопрочность с основным металлом.
Угловое и тавровое паяные соединения (рис. 3.78, д
,
е
) применяют сравнительно редко, т. к. их прочность в значительной степени зависит от пластичности паяного шва, модуля упругости паяемого металла и формы поверхности шва.
Соприкасающееся паяное соединение — соединение, в котором паяемые элементы различной геометрической формы соединены по линии или в точках (рис. 3.78, ж
). Такие соединения допустимы при конструировании изделий, швы которых работают на сжатие или при небольших нагрузках.
Комбинированное паяное соединение — соединение, представляющее собой различные комбинации паяных соединений: нахлесточного, стыкового, косостыкового, таврового, телескопического, соприкасающегося (рис. 3.78, з
).
Пайка по сравнению со сваркой имеет следующие преимущества
:
1) она позволяет соединять всевозможные сплавы, в том числе плохо сваривающиеся, однородные и разнородные, а также соединять металл со стеклом, керамикой, графитом, полупроводниками;
2) за один прием можно получить протяженное соединение или сварить узел из множества заготовок. Последнее важно при массовом производстве и, кроме того, позволяет изготавливать сложные по конструкции узлы, которые невозможно сделать другими способами;
3) кромки деталей не оплавляются, поэтому при пайке можно сохранить размеры и форму деталей и паяного узла в целом;
4) многие паяные соединения можно распаивать, что важно при монтаже и ремонте в приборостроении.
Процесс пайки дешев, легко поддается механизации и автоматизации, особенно при массовом производстве. Все это обеспечило широкое применение пайки для изготовления сложных, тяжело нагруженных деталей в разных областях машиностроения (при производстве радиаторов автомобилей и тракторов, камер сгорания жидкостных реактивных двигателей, лопаток турбин, топливных и масляных трубопроводов и др.). В ремонтном производстве пайку используют для соединения или закрепления тонкостенных деталей и деталей из разнородных металлов, уплотнения резьбовых соединений, устранения пористости сварных швов чугунных и бронзовых отливок, заделки свищей, трещин и т. д.
Приготовление флюса
При пайке нержавейки следует очень внимательно отнестись к вопросу выбора готового флюса или рецептуре его самостоятельного изготовления. Классический состав флюса, который можно приготовить и дома, включает следующие компоненты:
- буру (70%);
- борную кислоту (20%);
- фтористый кальций (10%).
Для пайки изделий, отличающихся небольшими размерами, можно приготовить флюс, который будет состоять только из буры и борной кислоты, смешанных в одинаковой пропорции. Смешав компоненты флюса в сухом виде, его необходимо развести водой и уже полученным раствором обрабатывать место будущего соединения.
Полезные советы
Чтобы выполнить пайку нержавейки качественно, следует воспользоваться рекомендациями опытных специалистов.
- Мощность паяльника, который должен эффективно прогревать соединяемый металл, находится в интервале 60–100 Вт, но лучше остановить свой выбор именно на стоваттном устройстве. Для пайки габаритных деталей, например труб из нержавейки, потребуется не электрический паяльник, а газовая горелка.
- Выбирая электрический паяльник, лучше остановить свой выбор на моделях, оснащенных наконечниками, которые не обгорают.
- Наиболее экономичным и универсальным типом припоя, позволяющим получать качественные соединения изделий из нержавейки, являются оловянно-свинцовые прутки. В том случае, если паять предстоит посуду, которая будет контактировать с пищевыми продуктами или жидкостями, в качестве припоя лучше использовать чистое олово, которое не содержит в своем составе вредных примесей.
- Помещение, в котором выполняются работы по пайке, должно хорошо проветриваться.
- Выполняя пайку, следует обязательно использовать индивидуальные средства защиты, чтобы не навредить своему здоровью.
Конструктивной
Этот вид сталей характеризуется наличием хрома, применяемого в качестве легирующей добавки. Благодаря хрому сталь приобретает необходимые механические характеристики.
Однако наличие этого легирующего компонента существенно затрудняет процесс пайки, так как на поверхности конструкционных сталей образуется довольно прочная и с трудом разрушаемая плёнка окисла.
Припаять сталь с добавкой хрома можно, применяя активный флюс, содержащий кислоты. Кроме этого, для получения качественного результата, используются специальные приспособления, создающие защитную атмосферу в зоне осуществления пайки.
Кроме этого, стальную поверхность, подготовленную для пайки, покрывают слоем порошка, содержащего металлические компоненты. Этот защитный слой предотвращает окисление стальной поверхности и выгорание легирующих элементов в процессе нагревания.
Паяное соединение легированных сталей производится с применением твёрдых припоев, содержащих медь, серебро или никель.
Что еще следует знать о пайке нержавеющей стали
В тех случаях, когда к паяным соединениям изделий из нержавейки предъявляются особые требования, могут использоваться специальные марки припоев, к числу которых относятся материалы, изготовленные на основе никеля и фосфора, а также никеля, хрома и марганца. Припои второй группы используют, в частности, в тех случаях, когда пайка выполняется в среде защитного газа, состоящего из смеси аргона с трехфтористым бором. При выполнении пайки по такой технологии в качестве припоя может использоваться и чистая медь, которая хорошо смачивает металл и формирует надежное соединение.
При использовании медного припоя место пайки будет отличатся от нержавейки характерным желтым цветом
Припои, изготовленные на основе никеля, позволяют получать соединения, отличающиеся высокой прочностью. Между тем есть у таких материалов и недостатки, к которым следует отнести невысокую пластичность. Именно поэтому такой присадочный материал не используют для соединения элементов конструкций из нержавейки, которые будут подвергаться ударным и вибрационным нагрузкам в процессе своей эксплуатации. Кроме того, паяный шов из такого материала очень критично относится к низким температурам. Пайку припоями никелевой группы, которые плавятся при температуре, превышающей 1000°, можно выполнять в среде сухого водорода, аргона и в вакууме.
Таким образом, пайка изделий из нержавейки (габаритных труб, эксплуатируемых под давлением, посуды, предметов мебели или интерьера) имеет свои нюансы, которые обязательно следует учитывать при выборе как режимов пайки, так и расходных материалов. Существует множество справочников, руководствуясь которыми, можно оптимально подобрать все необходимые материалы и получить качественное, надежное и красивое паяное соединение.
Низколегированной
Низколегированная углеродистая сталь относится к сплавам железа, наиболее легко подвергаемым процессу пайки.
Это объясняется тем, что на поверхности сталей данного типа образуется сравнительно непрочная плёнка окислов, легко устраняемая применением обычных флюсов.
Процесс пайки чёрных металлов может проходить при относительно низкой температуре, не превышающей 450 ℃ в случае применения мягких и легкоплавких свинцово-оловянных припоев.
Для получения паяного соединения, обладающего большей твёрдостью и механической прочностью, следует применять более твёрдые тугоплавкие припои, например на основе меди. Такая пайка осуществляется при температуре до 750 ℃.
