Материаловедение

Для высокотемпературной  пайки применяются припои на основе меди и серебра и ряда других металлов. Они дают большую прочность паяному  шву и высокую допустимую температуру  для теплоносителя. При использовании  припоя на основе меди и фосфора  или меди с фосфором и серебром, при спаивании медных деталей  флюс не применяется.

При спаивании между  собой элементов из разных сплавов  меди: медь с бронзой или медь с латунью или бронза с латунью  – всегда необходимо применение флюса. Также обязательно применение флюса  при использовании припоя с большим  количеством серебра (более 5%). Высокотемпературную  пайку с помощью горелки должен выполнять квалифицированный и  опытный специалист.

Это способ соединения медных труб дает самый прочный шов  по механическим и температурным  параметрам. Позволяет делать отводы на уже установленной системе, без  ее демонтажа. Основной метод соединения в солярных системах и распределительных  газопроводах.

При соединении труб высокотемпературной пайкой, всю  систему можно замоноличивать методами допустимыми в медной сантехнике. Особенность данного соединения – при высокотемпературной пайке металл размягчается. Чтобы потеря прочностных свойств была минимальной, охлаждение соединения при пайке должно быть естественным – воздушным.

По мере старения металла, как утверждают практики, медь переходит в более твердое  состояние и прочность отожженного  металла повышается. При охлаждении соединения водой при высокотемпературной  пайке, происходит интенсивный отжиг  металла и переход его в  мягкое состояние. Поэтому такой  метод охлаждения при высокотемпературной  пайке не применяется. 

Флюс

Флюсы – это активные химические вещества, применяемые для  улучшения растекания жидкого припоя по паяемой поверхности, для очистки  поверхности основного металла  от окислов и иных загрязнений (соляная кислота, хлористый цинк, борная кислота , бура) и для образования защитного покрытия и недопущения окисления при пайке (канифоль, воск, смола). Естественно при этом учитываются виды соединяемых металлов и припоев.

Для качественного  соединения металлов при пайке припой должен растечься под действием  капиллярных сил и «смочить»  основной металл. Прочным шов получается при защите пайки от кислорода  воздуха. Хорошее смачивание происходит только на совершенно чистой, не окисленной поверхности. Поэтому для получения  качественной пайки обычно выбирают многокомпонентные флюсы с многосторонним действием.

В зависимости от температурного интервала активности различают низкотемпературные (до 450°С) флюсы (растворы канифоли в спирте или  растворителях, гидразин, древесные  смолы, вазелин и др.) и высокотемпературные (более 450°С) флюсы (бура и её смесь  с борной кислотой, смеси хлористых  и фтористых солей натрия, калия, лития).

При пайке, с учетом предварительной механической очистки, можно использовать минимальное  количество флюса, который активно  взаимодействует с металлом. После  пайки тщательно счищают его  остатки . После монтажа трубопровода проводят технологическую промывку, для окончательного удаления остатков. Если после пайки остатки флюса не удалять, то это со временем может вызвать коррозию в соединении.

44. Припои и их применение. Виды припоев

Классификация припоев.

Припоем называется металл или сплав, выполняющий роль связки при соединении твердых металлических  тел методом паяния. В настоящее  время число активно применяемых  припоев очень велико. Раньше припои делили на 2 класса:

Мягкие (на оловянной и свинцовой основах)

Твердые (преимущественно на медной и серебряной основах)

С появлением большого количества новых припоев (например на цинковой или алюминиевой основах) принятая ранее классификация потеряла смысл.

Наиболее рационально  делить все припои на классы по температуре  плавления:

Легкоплавкие (с температурой плавления ниже 400-500С, к ним относятся: на оловянной, свинцовой, кадмиевой, висмутовой и цинковой основах).

Тугоплавкие (с температурой плавления выше 400-500С, к ним относятся: на медной, серебряной, золотой, алюминиевой, магниевой и никелевой основах). 

Требования предъявляемые к припоям:

температура плавления  припоя должна быть меньше температуры  плавления паяемых металлов;

расплавленный припой должен хорошо смачивать паяемый  металл и легко растекаться по его поверхности;

в расплавленном  состоянии припой должен обладать высокой жидкотекучестью, необходимой для хорошего заполнения шва;

прочность и пластичность припоя должны быть достаточно высокими;

в паре с паяемыми металлами припой должен быть коррозионно-устойчивым;

коэффициент термического расширения припоя не должен резко  отличаться от коэффициента расширения металла основы;

припои, применяемые  для паяния токопроводящих изделий, должны иметь высокую электропроводность;

металлы, входящие в  состав припоя, не должны быть дефицитными  и чрезмерно дорогими.

По прошествии определенного времени на практике были выделены следующие группы сплавов, применяемых в качестве припоев:

свинцово-оловянные  сплавы, как в чистом виде, так  и с присадкой сурьмы, кадмия, серебра и др.;

сплавы на цинковой основе с алюминием, оловом и медью;

сплавы на медной основе с цинком, оловом, никелем, марганцем, фосфором и серебром;

сплавы на серебряной основе с медью, цинком, оловом, кадмием, марганцем, фосфором и никелем;

сплавы на алюминиевой  основе с кремнием и медью.

Одним из основных элементов  электромонтажных и радиомонтажных работ является пайка. Качество монтажа  во многом определяется правильным выбором  необходимых припоев и флюсов, применяемых при пайке проводов, сопротивлений, конденсаторов и  т. п.

Для облегчения этого  выбора ниже приводятся краткие сведения о твердых и легких припоях  и флюсах, пользовании ими и  их изготовлении.

Пайка представляет собой соединение твердых металлов при помощи расплавленного припоя, имеющего температуру плавления  меньшую, чем температура плавления  основного металла.

Припой должен хорошо растворять основной металл, легко  растекаться по его поверхности, хорошо смачивать всю поверхность  пайки, что обеспечивается лишь при  полной чистоте смачиваемой поверхности  основного металла.

Для удаления окислов  и загрязнений с поверхности  спаиваемого металла, защиты его  от окисления и лучшего смачивания припоем служат химические вещества, называемые флюсами.

Температура плавления  флюсов ниже, чем температура плавления  припоя. Различают две группы флюсов: 1) химически активные, растворяющие пленки окиси, а часто и сам  металл (соляная кислота, бура, хлористый  аммоний, хлористый цинк) и 2) химически  пассивные, защищающие лишь спаиваемые поверхности от окисления (канифоль, воск, стеарин и т. п.). .

В зависимости от химического состава и температуры  плавления припоев различают  пайку твердыми и мягкими припоями. К твердым относятся припои с  температурой плавления выше 400°С, к легким — припои с температурой плавления до 400°С. 

Основные материалы, применяемые для пайки.

Олово — мягкий, ковкий металл серебристо-белого цвета. Удельный вес при температуре 20°С - 7,31. Температура плавления 231,9°С. Хорошо растворяется в концентрированной соляной или серной кислоте. Сероводород на него почти не влияет. Ценным свойством олова является его устойчивость во многих органических кислотах. При комнатной температуре мало поддается окислению, но при воздействии температуры ниже 18°С способен переходить в серую модификацию (“оловянная чума”). В местах появления частиц серого олова происходит разрушение металла. Переход белого олова в серое резко ускоряется при понижении температуры до —50°С. Для пайки может применяться как в чистом виде, так и в виде сплавов с другими металлами.

Свинец — синевато-серый  металл, мягкий, легко поддается  обработке, режется ножом. Удельный вес при температуре 20°С 11,34. Температура плавления 327qC. На воздухе окисляется только с поверхности. В щелочах, а

также в азотной и органических кислотах растворяется легко. Стоек против воздействий серной кислоты и сернокислых соединений. Применяется для изготовления припоев.

Кадмий — серебристо-белый  металл, мягкий, пластичный, механически  непрочный. Удельный вес 8,6. Температура  плавления 321°С. Применяется как  для антикоррозийных покрытий, так  и в сплавах со свинцом, оловом, висмутом для легкоплавких припоев.

Сурьма — хрупкий  серебристо-белый металл. Удельный вес 6,68. Температура плавления 630,5°С. На воздухе не окисляется. Применяется  в сплавах со свинцом, оловом, висмутом, кадмием для легкоплавких припоев.

Висмут — хрупкий  серебристо-серый металл. Удельный вес 9,82. Температура плавления 271°С. Растворяется в азотной и горячей  серной кислотах. Применяется в сплавах  с оловом, свинцом, кадмием для  получения легкоплавких припоев.

Цинк — синевато-серый  металл. В холодном состоянии хрупок. Удельный вес 7,1. Температура плавления 419°С. В сухом воздухе окисляется, во влажном воздухе покрывается пленкой окиси, которая предохраняет его от разрушения. В соединении с медью дает ряд прочных сплавов.. Легко растворяется в слабых кислотах. Применяется для изготовления твердых припоев и кислотных флюсов.

Медь — красноватый  металл, тягучий и мягкий. Удельный вес 8,6 - 8,9. Температура плавления 1083 С. Растворяется в серной и азотной  кислотах и в аммиаке. В сухом  воздухе почти не поддается окислению, в сыром воздухе покрывается  окисью зеленого цвета. Применяется  для изготовления тугоплавких припоев  и сплавов.

Канифоль —продукт переработки смолы хвойных деревьев Более светлые сорта канифоли (более тщательно очищенные) считаются лучшими. Температура размягчения канифоли от 55 до 83°С. Применяется как флюс для пайки мягкими припоями. 

Мягкие припои.

Пайка мягкими припоями получила широкое распространение, особенно при производстве монтажных  работ. Наиболее часто применяемые  мягкие припои содержат значительное количество олова. В табл. 1 приведены  составы некоторых свинцово-оловянных  припоев.

При выборе типа припоя необходимо учитывать его особенности  и применять в зависимости  от назначения спаиваемых деталей. При  пайке деталей, не допускающих перегрева, используются припои, имеющие низкую температуру плавления.

Наибольшее применение находит припой марки ПОС-40. Он применяется  при пайке соединительных проводов, сопротивлений, конденсаторов. Припой ПОС-30 используют для пайки экранирующих покрытий, латунных пластинок и других деталей. Наряду с применением стандартных  марок находит применение и припой ПОС-60 (60% олова и 40% свинца).

Мягкие припои изготовляются  в виде прутков, болванок, проволоки (диаметром до 3 мм) и трубок, наполненных  флюсом. Технология указанных припоев  без специальных примесей несложна и вполне осуществима в условиях мастерской: свинец расплавляют в  графитовом или металлическом тигле  и в него небольшими частями добавляют  олово, содержание которого определяют в зависимости от марки припоя. Жидкий сплав перемешивают, снимают  нагар с поверхности и расплавленный припой выливают в деревянные или стальные формочки. Добавление висмута, кадмия и других присадок не обязательно.

Для пайки различных  деталей, не допускающих значительного  перегрева, применяются особо легкоплавкие припои, которые получают добавлением  в свинцово-оловянные припои висмута  и кадмия или одного из этих металлов.

При использовании  висмутовых и кадмиевых припоев  следует учитывать, что они обладают большой хрупкостью и создают  менее прочный спай, чем свинцово-оловянные. 

Твердые припои.

Твердые припои создают  высокую прочность шва. В электро- и радиомонтажных работах они используются значительно реже, чем мягкие припои.

В зависимости от содержания цинка изменяется цвет припоя. Эти припои применяются для пайки  бронзы, латуни, стали и других металлов, имеющих высокую температуру  плавления. Припой ПМЦ-42 применяется  при пайке латуни с содержанием 60—68% меди. Припой ПМЦ-52 применяется  при пайке меди и бронзы. Медно-цинковые припои изготовляются путем сплавления меди и цинка в электропечах, в  графитовом тигле. По мере расплавления меди в тигель добавляют цинк, после  расплавления цинка добавляется  около 0,05% фосфорной меди. Расплавленный  припой разливается в формочки. Температура  плавления припоя должна быть меньше температуры плавления припаиваемого металла. Кроме указанных медно-цинковых припоев, находят применение и серебряные припои.