Способы подготовки поверхности металлов для пайки.
Одной из подготовительных операций перед пайкой является очистка поверхности шва от всех загрязнений, в том числе и от окисных пленок (окалины). Это обязательное требование связано с тем, что расплавленный припой не может смачивать загрязненную поверхность металла, а следовательно, не в состоянии и взаимодействовать с основным металлом.
В производственной практике применяют механические и химические способы очистки поверхности металлов.
Омыляемые жиры с поверхности удаляют с помощью щелочных растворов, а неомыляемые — при помощи органических растворителей, таких, как бензин, четыреххлористый углерод, дихлорэтан и др. Применяют и электролитическое обезжиривание. С целью ускорения процесс сопровождают ультразвуковым озвучиванием.
Заготовки после обезжиривания (для удаления окисных пленок) подвергают травлению серной, соляной или фосфорной кислотой. Для ускорения применяют электрохимический способ анодного и катодного травления.
Применяют и комбинированные способы одновременного обезжиривания и травления. С целью избежания повторного окисления поверхности время хранения очищенных деталей до пайки ограничивается.
Методы пайки.
Пайка в печах с восстановительной атмосферой.
Пайка в восстановительной газовой среде сопровождается реакцией восстановления окисной пленки газом. Для восстановления применяют водород, диссоциированный аммиак (2NH3↔N2 + 3H2) и различные горючие газы — светильный, водяной, генераторный и др.
Для пайки в среде водорода условию восстановительной среды соответствует неравенство PH2>PH2О, а окислительному процессу. Здесь РН и Рн2о—парциальные давления водорода и водяного пара.
На рис. 3-16 представлена схема печи непрерывного действия с роликовым подом 1. Печь состоит из трех зон — предварительной 4, пайки 6 и безокислительного охлаждения 9. Электронагреватели 7 расположены снизу и сверху роликового пода. Подача восстановительной атмосферы осуществляется через ввод 3, удаление отработанного газа — через вывод 10. Печь работает при избыточном давлении газа. Вход и выход снабжаются уплотняющими занавесками 2. Газ, выходящий через неплотности занавесок, поджигается. Этим исключается возможность проникновения кислорода воздуха в зону печи. Зона 9 снабжена водоохлаждаемой рубашкой 8. Каркас печи сварной, газонепроницаемый; футеровка 5 изготовлена из огнеупорного кирпича.
Нагревательные элементы изготовляются из нихрома, сплава Х20Н80ТЗ, молибдена, никельхромового сплава ЭИ626; керамика — из материалов типа силит, карборунд, дисилицид молибдена и др. Движение роликов пода — принудительное при помощи внешней цепной регулируемой передачи. Температура в зоне пайки и в защитной зоне поддерживается в заданных пределах автоматически.
Крупногабаритные детали устанавливаются непосредственно на роликовый под, а мелкие изделия транспортируются через рабочие зоны печи иа поддонах.
Для пайки относительно мелких изделий применяют печи конвейерного типа с непрерывно движущейся сетчатой нихромовой лентой. При небольшом объеме производства применяют электропечи с ручной подачей.
Рис. 3-16
К этим печам относятся туннельные и камерные печи с зонами пайки и охлаждения. Детали в печь проталкиваются на поддонах, решетах и т. п.
В восстановительной среде пайку производят и в специально приспособленных для этого контейнерах, устанавливаемых в обычных нагревательных печах, в которых контейнеры вместе с загруженными внутрь их изделиями нагреваются и выдерживаются при заданной температуре. Охлаждение контейнеров с изделиями производят с циркулируемой внутри их восстановительной атмосферой.
Применяют также нагрев металлического корпуса контейнеров токами высокой частоты, что позволяет сократить время пайки в десятки раз.
Высокочастотная пайка.
Благодаря целому ряду преимуществ широкое применение нашел метод высокочастотной пайки с индивидуальным нагревом каждого изделия, подвергаемого пайке. Применяют пайку ручную, полуавтоматическую и автоматическую.
При полуавтоматической пайке должно обеспечиваться точное фиксирование места спая детали по отношению к кондуктору, а сам процесс пайки происходит автоматически тремя способами: с автоматической выдержкой времени нагрева;
с выдержкой температуры нагрева; с выдержкой затраченной энергии.
Освоена также высокочастотная пайка в вакууме и в восстановительной атмосфере.
Пайка погружением.
Применяют два способа пайки погружением: погружение в расплавы солей и погружение в расплавы припоев.
При составе солевой смеси учитывают требуемую температуру пайки. Температура кипения отдельных компонентов солевой смеси не должна быть близкой к температуре пайки, с тем чтобы исключить возможность изменения рабочей температуры ванны.
Солевой состав ванны в большинстве случаев оказывает флюсующее воздействие на подвергаемые пайке поверхности, поэтому надобность в применении флюса отпадает. Флюс применяют только при пайке стальных деталей серебряным припоем. В табл. 3-16 приведены употребляемые при пайке составы солевых смесей ванн, температура плавления смесей и максимальная рабочая температура. Если температура пайки не превышает 950° С, то применяют печи-ванны с металлическим тиглем, а для более высоких температур — ванны с керамической футеровкой.
Таблица 3-16
От печей соляные ванны выгодно отличаются более быстрым нагревом соединений; так, например, для стальных деталей, по данным [57], разница во времени процесса пайки весьма значительна, что подтверждается кривыми рис. 3-17. Кривая 1 соответствует нагреву в печи, кривая 2 — в соляной ванне.
Если толщина соединяемых пайкой частей существенно различна, то перед погружением в ванну детали предварительно нагревают до 300—400° С. Пайку мелких деталей производят в кассетах или подобных им приспособлениях. Время выдержки деталей в ванне должно быть регламентировано, так как недовыдержка приводит к непропаянным частям шва, а перевыдержка — к вытеканию припоя из шва. Охлаждение деталей производят на воздухе. Для удаления остатков соли детали промывают в горячей воде.
В промышленности используются ванны с газовым и электрическим обогревом.
Электрические ванны с наружным обогревом изготовляют мощностью до 30 кВт, а электродные — однофазные, а трехфазные— до 100 кВт,
Пайка погружением в расплавленный припой применяется преимущественно при соединении частей изделий легкоплавкими припоями.
Зеркало ванны с расплавленным припоем обычно сверху покрыто слоем расплавленного флюса. Объем припоя в тигле должен быть таким, чтобы при погружении в него деталей не происходило существенного понижения температуры. Спаиваемые поверхности обычно подвергают лужению, что обеспечивает 100%-ную гарантию полной пропайки шва.
Рис. 3-17
При массовом процессе пайки погружением используются полуавтоматические и автоматические установки.
Контактная пайка.
В электроаппаратостроении широко применяется электрическая контактная пайка твердыми припоями при изготовлении контактов, токопроводов и др. При этом способе выделение тепловой энергии, как и при точечной электросварке, идет за счет переходного электрического сопротивления в местах стыка поверхностей спая. Применяют медные и графитовые электроды. Первые обеспечивают концентрированный нагрев места спая, тогда как при использовании графитовых электродов имеет место нагрев и окрестности места спая.
При контактной пайке не в защитной среде применяют флюсы в виде водных и спиртовых растворов или используют самофлюсующиеся припои.
Другие способы пайки.
При укладке электрического монтажа пайку производят паяльниками, при посредстве которых осуществляется весь процесс пайки легкоплавкими припоями, как-то: нагрев флюса, расплавление и накопление припоя, прогрев частей изделия в месте спая, внесение припоя в шов и удаление излишков припоя.
Напайку серебряных полос к контактам многоамперных автоматов и другие работы производят с помощью газопламенных ацетилено-кислородных горелок. Припой применяют в виде прутков, а флюс — порошкообразный.
Конструирование паяных изделий.
На рис. 3-18 представлены некоторые типичные швы паяных соединений (а — плоские внахлест; б — плоские встык; в — тавровые; г — трубчатые). Размер необходимой контактирующей площади шва зависит от условий работы соединения и прочностных свойств припоя.
Рис. 3-18
Если соединению пайкой подвергаются разнородные материалы, то учитывают разницу их коэффициентов расширения. Выявлено, например, что при пайке алюминия с магнием и медью, магния со сталью, титана с медью и никелем качественные паяные швы получаются лишь при наличии барьерных покрытий, предохраняющих от возникновения хрупких прослоек интерметаллоидов.
В образовании качественного паяного шва большую роль играет обеспечение при пайке заданного капиллярного зазора. Оптимальные значения ряда зазоров при пайке различными припоями приведены в табл. 3-17.
Коробление некоторых изделий в процессе пайки заставляет предусматривать правку и окончательную механическую обработку после пайки. При конструировании паяного соединения учитывают рациональное размещение припоев или удобство присадки припоя непосредственно в процессе пайки.
Таблица 3-17
Качество паяных изделий во многом зависит от контроля за строгим соблюдением хода технологического процесса на всех этапах производства. При этих условиях обычно ограничиваются внешним осмотром изделия, механическими испытаниями и проверкой герметичности швов, если последние испытания предусмотрены как обязательные.
Изделия, паянные в защитной атмосфере, должны иметь чистую и блестящую поверхность, а вдоль швов — галтели из припоя.
По аналогии со сварными конструкциями дефекты паяных изделий разделяют на дефекты заготовок и сборки под пайку, дефекты паяных швов и дефекты паяного изделия в целом.
