Пайка металлов

Пайка металлов

Пайка металлов является вариантом процесса сварки. Как и другие методы сварки, пайка может использоваться для обеспечения постоянного соединения деталей и для наплавки металлических деталей.

Процесс наплавки металлических деталей с помощью припоя называется лужением.

Лужение может быть самостоятельным процессом, как при цинковании, нанесении алюминиевого покрытия и т.д. Или это может быть подготовительная операция перед окончательным и постоянным соединением соответствующих деталей.

Характерные особенности пайки

Следующие характерные особенности отличают пайку от других методов сварки:

1. Соединение металлических деталей пайкой достигается путём плавления и кристаллизации металлического наполнителя, либо вводимого между поверхностями соединения, либо самопроизвольно образующегося при их нагревании.
Во многих случаях пайки нет необходимости вставлять специальный металл или сплав между поверхностями паяемых деталей. Существуют некоторые процессы, в которых пайка может выполняться даже без использования таких операций.
Любой металлический сплав, образующий эвтектику или непрерывный ряд твёрдых растворов с минимальной температурой плавления, может быть спаян без какого-либо припоя (так называемый процесс реакционной пайки), просто нагревая его до минимальной температуры плавления, ниже, чем температура плавления соединяемых деталей. Поэтому степень деформации и окисления металлических деталей при пайке меньше, чем при сварке. Наиболее часто используются методы пайки, при которых специальный припой вставляется между поверхностями соединяемых деталей.
2. Присадочный металл (в данном конкретном случае припой) отличается по своему составу и свойствам от основного металла соединяемых деталей. Его температура плавления должна быть ниже, чем у неблагородных металлов или сплавов. В отличие от сварных деталей, металлические детали, спаянные легкоплавким припоем, могут быть отделены и затем спаяны после их перестановки или замены другими деталями.
Во время пайки соединяемые металлические детали могут частично подвергаться поверхностному плавлению в результате не их нагрева, а химической реакции (образование эвтектики и изменения состава, которые обусловлены диффузионными процессами во время пайки и которые вызывают снижение температуры плавления паяемых металлов или сплавов).
3. Заполнение пространства (зазора) между прилегающими поверхностями присадочным металлом частично происходит за счет действия капиллярных сил. При сварке припоем, частном случае сварки, это действие незначительно.

Пайка металлов определение

В силу вышеупомянутых особенностей, которые являются характерными и достаточными для определения, процесс пайки может быть определен следующим образом.

Пайка — это процесс обеспечения постоянного соединения или создания поверхности на металлических деталях с помощью металлического наполнителя, припоя, вводимого в жидком состоянии между соединяемыми поверхностями или разжижающегося при нагревании ниже температуры плавления основного металла или сплава.

Благодаря действию капиллярных сил жидкий присадочный металл заполняет зазор между поверхностями соединяемых деталей.
Это определение процесса пайки сильно отличается от других определений; например, оно не подразумевает использования припоя. Данное определение является чисто технологическим; оно обычно связывает основные операции по изготовлению паяного соединения с такими процессами обработки поверхности смежных деталей, как нанесение покрытия на металлические детали путем погружения их в ванны из расплавленных металлов или сплавов. Иногда эти операции требуются для повышения стойкости к коррозии или окислению или для улучшения других свойств соединяемых деталей. 

Трудности при определении типа соединения

Некоторые трудности могут возникнуть также при определении типа соединения двух металлов или сплавов, имеющих разные температуры плавления. Если соединение является результатом сплавления низкоплавкого металла без плавления другого металла (например, соединение алюминия со сталью или медью, содержащей примеси алюминия), такой процесс включает в себя характерные особенности как пайки, так и сварки.

Характерные особенности сварки преобладают, если соединение производится без вмешательства капиллярных сил. Этот особый процесс соединения также можно назвать сваркой припоем.

Сварка припоем — это процесс, при котором основной металл не расплавляется, соединение производится методами, характерными для процесса сварки, без вмешательства капиллярных сил.

Хотя методы пайки обычно делятся на два типа:
«мягкая» пайка и «жесткая» пайка (пайка), их характерные особенности чётко не определены: температурное разграничение между процессом «мягкой» и «жесткой» пайки неоднократно менялось.

Мягкая и жесткая пайка металлов

Используя термины «мягкая» и «жёсткая» пайка, применяют термин «жёсткая пайка» к пайке металлов и сплавов припоями, имеющими температуру плавления выше 600 °C (припои на серебряной, медной, никелевой или других основах). 

С другой стороны,

«мягкой пайкой» принято называть такие процессы, в которых используются припои из легкоплавких сплавов (на основе индия, антимония, олова, кадмия, свинца или цинка). Температура 450°C обычно принимается в многочисленных исследованиях по пайке в качестве верхнего предела температуры плавления мягких припоев.

Например, в Англии [и США] термин «пайка» используется для обозначения процесса «жёсткой» пайки, тогда как термин «пайка» используется только для «мягкой» пайки. Такая классификация процессов пайки затрудняет определение методов соединения, в которых используются припои на алюминиевой основе, температура плавления которых колеблется от 450° до 600°C.

В соответствии с определением, данным Международным институтом сварки,

Мягкая пайка применяется к процессам, в которых используются припои с температурой плавления ниже 450 °C.

В то время как

Жёсткая пайка относится к припоям, имеющим температуру плавления выше 450 °C.

Это произвольное определение, поскольку сплавы на основе цинка системы Zn-Cu-Al, которые используются или могут использоваться для пайки, имеют температуру плавления выше этого предела, хотя они классифицируются как «мягкие» припои.

Определить понятия твёрдых и мягких припоев в соответствии с их основными сплавами (тяжелыми или легкими сплавами) только увеличивает путаницу в классификации различных методов пайки. В соответствии с существующей практикой принято называть «мягкой» пайку тяжёлых сплавов, когда детали соединяются припоями с температурой плавления ниже 450 °C, и называть «жесткой» пайку деталей припоями с температурой плавления выше 600 °C.

Жёсткая пайка лёгких сплавов представляет собой процесс соединения металлических деталей с помощью припоев, содержащих более 70 процентов лёгких металлов, в то время как мягкая пайка представляет собой процесс соединения припоями с содержанием тяжелых металлов более 50 процентов.

Путаницы в определении терминов «мягкая» и «жёсткая» пайка

Было бы разумно разделить пайку на группы неблагородных металлов используемых сплавов для пайки. Пайку легкоплавкими припоями на основе металлов (In, Pb, Sn, Cd, Zn) можно было бы назвать пайкой легкоплавкими припоями, не ограничивая, однако, верхнюю температуру плавления паяного сплава.

В соответствии со способами приготовления, введения и действия паяльного сплава мы можем различать обычную и реакционную пайку. В первом способе пайки припой подаётся в жидком состоянии в пространство между смежными поверхностями без изменения его химического состава на протяжении всего процесса плавления. Процесс реакционной пайки основан на том факте, что присадочный металл между прилегающими поверхностями образуется в результате физических и химических процессов, происходящих при пайке.

Существенная особенность пайки металлов

Существенной особенностью пайки металла является металлическая связь между основным металлом и его металлическим наполнителем, которая обеспечивает жёсткое и прочное соединение. Для создания металлической связи диффузионные процессы имеют большое значение, поскольку без этих процессов невозможно обеспечить прочное соединение металлов и сплавов.

По мнению некоторых исследователей, при пайке многих металлов (особенно алюминия) с легкоплавкими сплавами не происходит взаимной диффузии между припоем и основным металлом, т.е. между ними нет сцепления, а только адгезия.

Хорошо известно, что надежное соединение алюминия с легкоплавкими припоями может быть выполнено только при температуре выше 250°C, когда скорость диффузии достигает высокого значения. Пайка алюминия и его сплавов при температурах ниже 250 ° C не может обеспечить соединения с жёстким и прочным соединением между металлическими деталями.

Технологическое значение пайки металлов

Особое технологическое значение имеет пайка металлов на таких материалах, как стекло и керамика. Поскольку связь на таких оксидах неметаллическая, адгезия металлов к оксидам отличается от металла к металлу. Процесс пайки оксидов к оксидам припоями, также образованными из оксидов, связан с химической реакцией, характерной для ионных соединений.

Пайка металлов в машиностроении

В настоящее время пайка широко применяется в различных отраслях промышленности. В машиностроении пайка помогает при ремонте и техническом обслуживании, а также при изготовлении лопастей и роторов для турбин и реактивных двигателей, при соединении трубопроводов, автомобильных деталей, полых стальных лопастей, радиаторов, рёбер цилиндра для воздушного охлаждения, велосипедных рам, промышленных сосудов, различных ячеистых материалов, составных инструментов, оборудования для производства и обработки газа, штамповой арматуры и т.д.

В электротехнической промышленности и производстве инструментов и устройств пайка часто является исключительным методом соединения металлических деталей; например, для изготовления:

  • волноводов, электрических ламп и радиоклапанов, телевизоров, различных узлов и установок, деталей электрооборудования (хомуты, наконечники и т. д.), вакуумных и электровакуумных устройств;
  • пайка также используется при сборке электрического и радиооборудования, для плавких предохранителей и т. д.;
  • кроме того, она находит все большее применение при соединении соединительных стержней (шин), проводников и т. д.
Пайка металлов

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Пролистать наверх