Сутність процесу і матеріали для пайки. Способи пайки

ГЛАВА VI. ПАЙКА МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

1. СУТНІСТЬ ПРОЦЕСУ І МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ПАЙКИ

Пайкою називається процес одержання нероз'ємного з'єднання заготівель з нагріванням нижче температури їхнього автономного розплавлювання шляхом змочування, розтікання і заповнення зазору між ними розплавленим припоєм і зчеплення їх при кристалізації шва. Утворення з'єднання без розплавлювання основного металу забезпечує можливість розпаю виробу.

По міцності паяні з'єднання уступають звареним. Паяти можна вуглецеві і леговані сталі всіх марок, тверді сплави, кольорові метали, сірі і ковкі чавуни. При пайку метали з'єднуються в результаті змочування і розтікання рідкого припою по нагрітих поверхнях і затвердіння його після охолодження. Міцність зчеплення припою з поверхнями, що з'єднуються, залежить від фізико-хімічних і дифузійних процесів, що протікають між припоєм і основним металом.

За умовою заповнення зазору пайку можна розділити на капілярну і некапілярну. По механізму утворення шва капілярна пайка підрозділяється на пайку з готовим припоєм, коли затвердіння шва відбувається при охолодженні; контактно-реактивну пайку; реактивно-флюсову; дифузійну. ДО й некапілярних способів відносяться пайка-зварювання і зварювання-пайка.

При капілярній пайці припой заповнює зазор між поверхнями, що з'єднуються, і утримується в ньому за рахунок капілярних сил (мал. 5.51) З'єднання утвориться за рахунок розчинення основи в рідкому припої і наступної кристалізації розчину. Капілярну пайку використовують при з'єднанні внапуск.

При дифузійній пайці з'єднання утвориться за рахунок взаємної дифузії компонентів припою і матеріалів, що паяються, причому можливо утворення у шві твердого розчину або тугоплавких тендітних інтерметалідів. Для дифузійної пайки необхідна тривала витримка при температурі утворення паяного шва і після завершення процесу —при температурі нижче солідуса припою.

Рис. 5.51. Схема капілярної пайки: а — перед пайкою; б — після пайки; 1 — припой

Рис. 5.52. Схема контактно-реактивної пайки:

а — перед пайкою; б — після пайки, 1 — мідь, 2 — срібло; 3 — евтектичний сплав міді зі сріблом

При контактно-реактивній пайці між металами, що з'єднуються, або металами, що з'єднуються, і прошарком проміжного металу в результаті контактного плавлення утвориться сплав, що заповнює зазор і при кристалізації утворить паяне з'єднання (мал. 5.52).

При реактивно-флюсовому паянні припой утвориться за рахунок реакції витиснення між основним металом і флюсом. Наприклад, при пайку алюмінію з флюсом 3ZпСl₂ + 2Аl = 2АlСl₃ + 3Zn відновлений цинк служить припоєм. Реактивно-флюсову пайку можна вести без припою і з припоєм.

При пайці-зварюванні з'єднання утвориться так само, як при зварюванні плавленням, але в якості припадочного металу застосовують припої (мал. 5.53),

При с в а р к е п а й к е   з'єднують різнорідні матеріали з застосуванням місцевого нагрівання, при якому більш легкоплавкий матеріал нагрівається до температури плавлення і виконує роль припою.

Найбільше застосування одержали капілярна пайка і пайка-зварювання. Дифузійна і контактно-реактивна пайки більш трудомісткі, але забезпечують висока якість з'єднання.

Якість паяних з'єднань (міцність, герметичність  надійність і ін.) залежать від правильного вибору основного металу, припою, флюсу, способу нагрівання, величини зазорів, типу з'єднання.

Припою —належний добре розчиняти основний метал, мати змочувальну здатність, бути дешевим і недефіцитної.

Рис. 5.53. Схема пайки-зварювання:

а — без оплавлення крайок деталей, б- з оплавленої крайок однієї деталі; 1 - до пайки; 2 — після пайки

Припої являють собою сплави кольорових металів складного складу. Усі припої за температурою плавлення підрозділяють на особливо легкоплавкі (температура плавлення <145 °С), легкоплавкі (температура плавлення 145< 450 °С), середньо-плавкі (температура плавлення 450<:1100°С) і тугоплавкі (температура плавлення > 1050 °С). До особливо легкоплавким і легкоплавкої припоям відносяться олов'яно-свинцеві, на основі вісмуту, індію, кадмію, цинку, олова, свинцю. До середньо плавких і високо плавких припоїв відносяться мідні, мідно-цинкові, мідно-нікелеві, зі шляхетними металами (сріблом, золотом, платиною). Припої виготовляють у виді прутків, дротів, аркушів, смуг, спіралей, дисків, кілець,  зерен і т.д., що укладаються в місце з'єднання.

Виробу з алюмінію і його сплавів паяють із припоями на алюмінієвій основі з кремнієм, міддю, оловом і іншими металами. Магній і його сплави паяють припоями на основі магнію з добавками алюмінію, міді, марганцю і цинку. Вироби з корозійностійких сталей і жароміцних сплавів, що працюють при високих температурах (вище 500 °С), паяють тугоплавкими припоями на основі заліза, марганцю, нікелю, кобальту, титана, цирконію, гафнію, ніобію і паладію.