Московский государственный автомобильно-дорожный институт.

Основы пайки

Студент: Троицкий А. П.
Группа: 1КМ1


Москва 2001.

План реферата

1.     Основы теории пайки металлов……………………1

2.     Технология пайки…………………………………...2

3.     Флюсы ………………………………………………3

4.     Припои………………………………………………4

5.     Подготовка деталей к пайке………………………..5
1.              
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;

t_{4 –} 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 (t<450⁰C) и высокотемпературные (t>450⁰C);

-         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 t<450⁰C и высокотемпературные t>450⁰C.  

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).