Пайка металлов

     Пайка металлов — процесс соединения металлов в твердом состоянии посредством расплавленного сплава (припоя), температура плавления которого ниже температуры плавления соединяемых деталей. Припой, смачивая поверхности деталей, за счет возникающей межатомной связи и диффузии соединяет их после охлаждения и затвердения.

     Качество, прочность и эксплуатационная надежность паяного соединения в первую очередь зависят от правильного выбора припоя. Припои должны обладать следующими свойствами: иметь температуру плавления ниже температуры плавления спаиваемых деталей; в расплавленном состоянии хорошо смачивать паяемый материал и легко растекаться по его поверхности, обеспечивать достаточно высокие сцепляемость, прочность, пластичность и герметичность паяного соединения.

     В процессе пайки спаиваемые поверхности и припой окисляются, в результате чего припой не сцепляется с деталями. Применение химических веществ, называемых флюсами, предохраняет детали и припой от окисления, создает условия для качественного спаивания. Кроме припоев и флюсов для паяния необходимы паяльники. Их подразделяют на паяльники внешнего нагрева и электрические. Паяльники внешнего нагрева изготавливают из высококачественной меди. Нагревают их на огне газовой горелки или паяльной лампы и затем используют в работе. Электрические паяльники нагревают при помощи спирали из металла с высоким электрическим сопротивлением, обмотанной вокруг жала паяльника. Промышленность выпускает широкий ассортимент электрических паяльников разной мощности: 10, 16, 25, 40, 65, 100 и 125 Вт. Это, как правило, паяльники непрерывного нагрева. Некоторые модели оснащены сменными паяльными стержнями, отличающимися по длине и площади сечения. Перед паянием жало паяльника необходимо подготовить. Его тщательно очищают напильником от окислов, придают ему клиновидную форму. После этого паяльник подвергают лужению. Для этого разогретое жало паяльника опускают в раствор хлористого цинка (флюс) и сразу же после этого касаются куска припоя. Поверхность жала должна в результате покрыться тонким равномерным слоем припоя.

     Спаиваемые детали также требуют предварительной обработки, которая заключается в очистке от слоя окислов и лужении. Припои для паяния металлов подразделяют на твердые (тугоплавкие и высокопрочные — температура плавления выше 500°С) и мягкие (легкоплавкие, обладающие меньшей прочностью, — температура плавления ниже 500°С).

     Теперь ознакомимся с флюсами. По степени активности они бывают трех видов: некоррозионные, слабокоррозионные и коррозионные. Некоррозионные флюсы способны растворить пленку окислов лишь на меди и ее сплавах, что и определяет область их применения. Самый распространенный некоррозионный флюс — канифоль.

     Слабокоррозионные флюсы более активны по сравнению с предыдущими, однако после паяния с их применением необходимо тщательно удалить остатки флюса во избежание дальнейшей коррозии изделия. К этим флюсам относятся некоторые органические кислоты, минеральные масла, глицерин и др.

     Коррозионные флюсы — самые активные. Их используют преимущественно для паяния черных и цветных металлов со стойкой окисной пленкой. Эти флюсы могут приводить к коррозии металла вокруг паяного соединения, поэтому после окончания пайки изделие тщательно очищают от остатков флюса и промывают водой или спиртом. Наиболее распространенным флюсом этого типа является хлористый цинк, к которому добавляют нашатырный спирт и канифоль.

     Весьма удобны в работе флюсы-пасты. Они не растекаются по поверхности изделия и удобны в хранении. Основной компонент флюсов-паст — канифоль или хлористый цинк (в зависимости от требуемой активности), а загуститель — вазелин. Высокоактивную флюс-пасту можно приготовить из следующих компонентов: канифоль — 100 г, олеиновая кислота — 45 г, стеариновая кислота — 30 г, пальмитиновая кислота — 25 г. Канифоль сплавляют с кислотами при температуре 100°С, но не выше. Для этих целей целесообразно применять водяную баню.

     Флюс для паяния цинка и оцинкованных изделий можно приготовить из концентрированной серной кислоты, разбавленной двумя частями воды. Вместо кислоты можно использовать 50 % -ный раствор едкого натра или калия. Паяние алюминия осуществляют при помощи специальных высокоактивных флюсов. Это связано с тем, что на поверхности алюминия и его сплавов образуется прочная пленка окислов, препятствующая соединению припоя с основным металлом. Флюсы для паяния алюминия приготавливают на основе фтористых солей и хлористого лития. Если же этих флюсов нет, окисную пленку разрушают во время паяния.

     Наиболее просты флюсы № 8 и № 9, однако они менее активны, нежели те, что содержат фтористые соединения. Паяют алюминий припоями, которые содержат олово, алюминий, цинк, кадмий. При самостоятельном изготовлении припоя сначала плавят цинк, потом добавляют остальные компоненты. Чтобы в процессе приготовления припоя цинк не выгорал, на поверхность его расплава насыпают порошкообразный древесный уголь.

     И наконец, ознакомимся с паянием твердыми припоями. Паяние твердыми припоями требует нагревания до температуры свыше 350°С в месте спаивания. Эту операцию производят, как правило, при помощи газового, ацетиленового или бензовоздушного паяльника (горелки). Твердые припои бывают на цинково-оловянной основе (ЦО), алюминиевой основе (ВПТ), медной основе (ПМЦ), на серебряно-медной основе (ПСр). Для паяния стали и меди предназначены латунные припои Л63 и Л68, а чугуна — ЛКН-56-03-6, МцН-48-10, которые содержат никель.

     Для работы с твердыми припоями используют специальные флюсы, основой которых является бура. В качестве флюса можно использовать и чистую буру, без дополнительных компонентов. Применяется она в основном для паяния стали. Перед использованием буру прогревают при температуре 400—450°С или плавят, после чего растирают в порошок. Делают это для удаления кристаллизационной воды, в обилии содержащейся в буре.