Технология пайки
18.12.2017
Основы теории пайки металлов Пайка - сложный физико-химический процесс получения соединения в результате Взаимодействия твердого паяемого (основного) и жидкого присадочного металла (припоя) Паяное соединение неоднородно по строению и составу. Паяный шов включают в себя спаи, диффузионные зоны и место припоя кристаллизовавшегося в зазоре между деталями с прикристаллизованными ионами.
Спай – переходный слой, образующийся в результате вследствие физико- химического взаимодействия расплавленного припоя с паяемым металлом. Контактная поверхность плавится в результате теплообмена с припоем. Диффузионная зона – результат взаимной диффузии припоя и паяемого металла. Прикристаллизованная зона – результат концентрирования в области спая тугоплавких компонентов при кристаллизации расплава. Прочностные характеристики паяного соединения определяется возникновением химических связей между пограничными слоями припоя и паяемого металла (адгезией), а также сцеплением частиц внутри припоя или паяемого металла между собой (когезией). Особенности процесса кристаллизации вызваны: . Малым зазором (0,05…0,07 мм) между деталями; . Различием химических составов припоя и паяемого металла; . Кратковременностью физико-химических взаимодействий между соединяемыми металлами расплавом припоя и газовой средой. Вследствие малого зазора, в процессе пайки между деталями образуется незначительное количество жидкого припоя, активно взаимодействующего с паяемыми металлами. В жидкий припой, вследствие диффузии, попадают примеси, а в металл переходят некоторые компоненты припоя. Изменение жидкой фазы приводит к изменению структуры металла шва и температуры кристаллизации. Кристаллизацию шва рассматривают как двустороннее, направленное к центру, заращивание зазора. Характер кристаллизации определяется скоростью остывания и величиной зазора. При пайке получают соединения с межатомными связями с помощью нагрева их до температуры ниже температуры их автономного плавления, смачиванием поверхностей расплавом припоя с дальнейшим затеканием его в зазор и кристаллизацией. При этом имеет место взаимодействие: Паяемый материал- расплав припоя – расплав флюса при температуре ниже плавления паяемых материалов. 2. Технология пайки Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов: A. Предварительная подготовка паяемых соединений; B. Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей; C. Удаление окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса; D. Введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя; E. Взаимодействие между паяемыми деталями и припоем; F. Кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми деталями; Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы. В качестве припоя используются чистые металлы (они плавятся при строго фиксированной температуре) и их сплавы (они плавятся в определенном интервале температур). Разница между температурами начала плавления и полного расплавления называется интервалом кристаллизации. При осуществлении процесса пайки необходимо выполнение температурного условия: t1 > t2 > t3 > t4 где t1 – температура начала плавления материала детали t2 – температура нагрева детали при пайке; t3 – температура плавления припоя; t4 – рабочая температура паянного соединения; 3. Флюсы Флюсы применяются для удаления окисной пленки с поверхности основного металла и припоя, а также для недопущения окисления при пайке. Флюсы могут быть: a) Твердыми: b) Жидкими; c) Пастообразными; В процессе нагревания соединяемых металлов твердый флюс плавится, смачивает поверхности деталей и припоя и взаимодействует с окисной пленкой. Флюс должен взаимодействовать с окисной плёнкой прежде, чем расплавится припой. Флюсы могут содержать вещества, которые: . Вступают во взаимодействие с окисной пленкой, образуя шлаки, легко растворимые во флюсы; . Растворяют окисную пленку . Вступают в реакцию замещения с окислами труднопаяемого металла и образуют оксиды легкорастворимые во флюсе. Флюсы классифицируют по признакам: - температурному интервалу пайки на низкотемпературные (t4500C); - Природе растворителя на водные и неводные; - Природе активатора на канифольные, галогенидные, фтороборатные, анилиновые, кислотные и т.д.; - По агрегатному состоянию на твердые, жидкие и пастообразные 3.1Пример флюса Для низкотемпературной пайки меди используют канифоль. Канифоль - твёрдое стекловидно6е вещество с температурой плавления 1250С, получаемое из сосновой смолы. Флюсовый эффект связан с содержанием в ней абиетиновой кислоты, растворяющей окислы меди. При температуре 300-4000С канифоль разлагается с выделением углерода и водорода. Вследствие этого окислы меди интенсивно восстанавливаются. 4. Припои Припоями называются металлы и их сплавы, применяемые для пайки и лужения (лужение- процесс нанесения на паяемые детали тонкого слоя припоя для улучшения смачиваемости деталей при пайке) и имеющие температуры плавления паяемых металлов. Припои должны отвечать следующим требованиям: - Обладать высокой жидкотекучестью и смачивающей способностью; - Интенсивно проникать в зазор между деталями; - Обеспечивать прочную связь металлов в зоне спая при статических и знакопеременных нагрузках; - Иметь высокую коррозийную стойкость. Припои классифицируют по следующим признакам: a) Химическому составу; b) Температуре плавления; c) Технологическим свойствам; По химическому составу припои делятся на свинцово-оловянные, серебряные, медно-фосфорные, цинковые, титановые и др. По температуре плавления делятся на низкотемпературные t4500C. По техническим свойствам делятся на самофлюсующиеся (частично удаляют окислы с поверхности металла) и композиционные (состоят из тугоплавких и легкоплавких порошков, позволяющих производить пайку с большими зазорами между деталями). Применение различных типов припоев: Свинцовые припои с содержанием серебра до 3% имеют термостойкость, чем свинцово-оловянистые и применяются при пайке медных и латунных деталей, работающих при температуре до1500С. Серебряные припои с медью и цинком применяются при высокотемпературной пайке стали, меди и её сплавов. Они обладают повышенной тепло- и электропроводностью и высокой пластичностью, прочностью и коррозионной устойчивостью. Медно-фосфорные припои применяются как заменители серебряных припоев при пайке стали и меди. Они обладают высокой жидкотекучестью и самофлюсующимися свойствами. Швы прочные, но не эластичные в условиях низких температур. Для высокотемпературной пайки стали и меди также применяются также медно- цинковые припои. Стали можно паять чистой медью и сплавами на основе никеля. 4.1 Пример припоя Для низкотемпературной пайки широко используются свинцово- оловянистые припои, обладающие высокими технологическими свойствами и обеспечивающие высокую прочность и коррозионную стойкость соединения. 5.Подготовка деталей к пайке и пайка. 1. Механическая обработка (подгонка деталей друг к другу и создание шероховатости с помощью шкурки) 2. Обезжиривание поверхностей, подготавливаемых для пайки (едким натром (5-10 г/л), углекислым натрием (15-30г/л), тирнатрийфосфатом (30-60 г/л), эмульгатор ОП-7 (0,5 г/л)). Детали в растворе выдерживают при температуре 50-600С в течение 15-20 минут. После обработки щелочью детали последовательно промывают горячей и холодной водой, а затем сушат. 3. Нагрев и пайка осуществляется паяльником, паяльными клещами, газовым пламенем, в печах, током ВЧ, электронным или лазерным лучом (паяльником можно паять только тонкостенные детали при температуре до 3500С).
Как паять паяльником, обучение