Что является припоем при сварке пайке
Перейти к содержимому

Что является припоем при сварке пайке

  • автор:

Пайка и Сварка

Пайка как основной метод соединения металлов происходит по причине капиллярного действия расплавленных металлов. Процессы пайки можно подразделять на две категории: с помощью твердых и мягких припоев. Говоря о пайке твердыми припоями, подразумевают использование припоев, плавящихся выше 540 С, мягкими — ниже этой температуры.

При работе твердыми припоями при нагреве паяемых металлов расстояние между их молекулами увеличивается, между ними появляются микроскопические зазоры. Припой получает возможность протечь между соединяемыми металлами и в зазоры между молекулами. При охлаждении металлов и припоя две детали остаются соединенными вместе. Часто сплавы, используемые в качестве припоев, содержат в своем составе спаиваемый металл, чтобы соединение получилось практически незаметным.

Мягкие припои производятся на основе «белых металлов»: олова, свинца и висмута. Температура пайки недостаточна для «разрыхления» молекул. Сила их сцепления с поверхностью зависит от способности «приплавляться» к микроскопическим неровностям на металле. Так как сила сцепления мягких припоев обусловлена сцеплением с поверхностью, швы не заполняются ими заподлицо и остаются незаметными.

Успех пайки зависит от пяти основных этапов:

  • Подгонка: все спаиваемые поверхности должны быть тщательно подогнаны друг к другу. Припой не предназначен для заполнения брешей.
  • Чистота: успешное соединение деталей требует безупречно чистой поверхности, иначе припой не растечется должным образом.
  • Флюс: необходимо некоторое вещество, которое не даст кислороду прореагировать с поверхностью металла и загрязнить ее оксидами.
  • Нанесение припоя: на место стыка необходимо наносить подходящий припой и в должном количестве.
  • Нагрев: соединяемые металлы нагреваются лишь чуть выше температуры растекания применяемого припоя.

Осваивая лазерную сварку, ювелир должен понимать некоторые основные принципы процесса сварки, в частности, отличие от пайки. Основное отличие процесса сварки от процесса пайки в том, что при сварке материал, подлежащий свариванию, тоже плавится. При плавке основного материала для сваривания важно проникнуть в шов с правильной энергией луча и ее распределением, чтобы должным образом соединить две детали. Используемые в нашей промышленности лазеры имеют подобные настраиваемые возможности, управляющие различными аспектами совокупной энергии лазера и способом ее подачи.

Первое, что должен осуществить лазерный луч — это физическое проникновение в сварочный шов. Лазер должен соединить вместе два фрагмента металла. Для этого могут потребоваться разные характеристики энергии. Например, трехмиллиметровый платиновый ободок кольца требует для сварки энергию, отличную от той, которая нужна для застежки из желтого золота 18 кт. Прохождение пучка в сварочный шов называется проникновением. Проникновение достигается управлением физической силой лазерного пучка, обычно регулируемой в доступных на рынке лазерных установках через напряжение. Напряжение регулирует силу фотонов (материи) в световом пучке. Напряжение — это лишь одна из характеристик выходного лазерного пучка. Лазер должен обладать достаточной энергией для достижения пучком места сварки, а для этого нужно преодолеть сопротивление металла вокруг сварочного шва и проникнуть сквозь сопротивляющийся металл для доступа к внутренним поверхностям шва.

После проникновения к месту действия, лазерный пучок должен сохранять достаточную мощность для осуществления собственно сварочного действия (плавки окружающего металла). Другая управляемая характеристика мощности лазера — это продолжительность облучения металла в течение одного импульса (продолжительность импульса). Она регулируется на большинстве установок отрезками, измеряемыми и выражаемыми в милисекундах. Металл, по мере облучения лазером, нагревается до точки плавления и растекается по шву, заполняя его и соединяя фрагменты способом, не оставляющим шов. Продолжительность импульса можно использовать для проникновения через плавку, вместо силового проникновения, достигаемого через большое напряжение. Однако, более продолжительные импульсы могут выжечь некоторые металлы, оставляя ямки и делая их более хрупкими. Увеличение продолжительности импульса делает область плавки глубже и шире.

Лазерный пучок для проникновения требует иных аспектов мощности, чем для плавки. Напряжение и продолжительность импульса прямо пропорциональны величине мощности (измеряемой в джоулях) лазерного пучка, то есть увеличение напряжения, либо продолжительности импульса увеличивают входную мощность пучка, а уменьшение любого из этих параметров уменьшает общую мощность пучка.

Что делает лазер лазером?

Когерентный свет может быть сфокусирован намного точнее некогерентного (рассеянного), что позволяет обеспечивать очень высокую концентрацию световой энергии на очень малой площади. Эта энергия, отнесенная к единице площади, в 1000 раз выше, чем энергия на поверхности солнца.

Высокая температура, достигаемая при концентрации энергии, достаточна для локального разогрева металла до точки его плавления и выше.

Фактически на локальное плавление металла затрачивается очень малая часть энергии лазера. Лазер – идеальный инструмент для работы со всеми видами изделий из драгоценных металлов и сплавов, включая изделия с драгоценными вставками, чувствительными к температурным воздействиям.

Лазер, используемый в ювелирной промышленности, является твердотельным лазером и функционирует по классической схеме. Конденсаторная батарея используется для накопления энергии, которая расходуется на генерацию сильного светового импульса в лампе накачки. Этот свет попадает на Nd YAG-кристалл. Кристалл преобразовывает белый свет от лампы накачки в когерентный лазерный луч, который многократно умножается в резонаторе (кристалл, отражающее зеркало, отклоняющее зеркало). Процесс управляется бортовым микрокомпьютером. Высокая температура, возникающая в процессе генерации луча, поглощается деионизированной водой, охлаждаемой в дальнейшем в воздушно-водном теплообменнике.

Через систему линз лазерный луч попадает в рабочую камеру. Процесс сварки контролируется непосредственно через стереомикроскоп.

Чем лучше настроены все узлы лазера, тем выше качество и результат сварки и выше ресурс работы машины.

Энергия лазерного луча расплавляет металл в точке его контакта с металлом. Размер пятна и глубина проникновения луча в металл зависят от трёх основных параметров:

  1. Напряжение (мощность) – чем выше, тем глубже проникновение;
  2. Время (длинна) импульса – чем дольше, тем шире и глубже, тем больше расплавленного металла;
  3. Диаметр луча – чем больше, тем больше площадь сварки (пятна) но и ниже концентрация энергии на единице площади поверхности.

Для различных металлов эти параметры определяются в зависимости от их физико-химических свойств. Например, низкопробные золотые сплавы (белого и желтого цвета) просто и легко свариваются.

Высокопробные сплавы желтого золота (22К и выше), серебряные и медные сплавы свариваются намного хуже из за высокой отражательной способности и высокой теплопроводности.

Сварочный лазер должен иметь качественный (хорошо отьюстированный) луч. В этом случае результат сварки будет оптимальным, даже тогда, когда область сварки выходит за фокальную плоскость оптических приборов лазера.

Точная юстировка (настройка) оптики на всех участках прохождения луча улучшает его качественные параметры. Для достижения наилучшего результата при производстве лазера необходимо провести предварительные юстировочные работы.

Следует принять во внимание, что некоторые так называемые «производители лазеров» просто покупают отдельные компоненты различных поставщиков и механически их собирают. Весьма часто на их производственных участках изготавливаются только корпуса приборов.

Только отличная юстировка луча обеспечивает высококачественный результат и высокий ресурс работы.

Пайка и сварка – сравнение процессов.

Главная цель разработки лазеров для использования в ювелирной промышленности состояла в том, чтобы сэкономить время, уменьшить уровень брака и улучшить качество производимых изделий. Весьма часто, готовые ювелирные изделия отбраковываются из за дефектов, которые не могут быть устранены традиционными технологическими методами.

При пайке различия в цвете и твердости металла припоя ухудшают дизайн изделия и его механические свойства. Кроме того, после этой операции необходимо проводить отбеливание изделия с последующей полировкой.

При сварке нет необходимости в применении припоя. В этом случае используется присадочная проволока из металла, аналогичного металлу изделия, и нет разницы ни в цвете, ни в твердости. Нет так же необходимости отбеливания изделия с его последующей полировкой. Все эти аспекты делают лазер абсолютно необходимым инструментом для ремонта ювелирных изделий.

Элементы изделий, чувствительные к высоким температурам, такие, например, как ювелирные вставки (драгоценные и другие камни), а также пружинные элементы могут быть повреждены при ремонтных операциях, связанных с пайкой. Поэтому эти элементы предварительно должны быть удалены. Эти процедуры достаточно трудоёмки. Кроме того, камни, иногда достаточно дорогие, могут быть повреждены в результате раскрепки изделия. Пружинные элементы могут потерять свои механические свойства в результате отжига, при нагреве изделия под пайку. После пайки эти элементы необходимо установить на изделие – закрепить вновь вставки или завести пружины.

В случае лазерной подварки дефектов нет необходимости выкреплять камни и демонтировать пружинные элементы, так как высокотемпературное воздействие энергии лазерного луча сконцентрировано только в месте заварки дефекта и не нагревает всё изделие. Соответственно не нужно вновь крепить камни и заводить пружины.

В связи с этим лазер имеет существенное преимущество перед всеми остальными видами сборки, при этом значительно сокращается операционное время сборки, поскольку не требуется использование открытого пламени для пайки и целого ряда промежуточных технологических операций и приспособлений для их проведения.

Типовое применение лазера в ювелирной промышленности.

  • Подварка дефектов (пор, раковин) с применением присадочной проволоки идентичного сплава.
  • Подварка дефектов (пор, раковин) с применением присадочной проволоки идентичного сплава для изделий со вставками из драгоценных камней и элементов, чувствительных к нагреву.
  • Подварка дефектов (пор, раковин) с применением присадочной проволоки идентичного сплава для изделий с пружинными элементами. Без отжига последних.
  • Сборка или ремонт уже полированных частей.
  • Сборка или ремонт изделий с закрепленными вставками из драгоценных камней, чувствительных к нагреву.
  • Все виды монтировочных работ без применения фиксирующих приспособлений (биндеры, фиксирующие пинцеты и т.д.)
  • Ремонт антикварных изделий без снятия/порчи патины.
  • Ремонт дефектов закрепки – крапанов и других видов кастов без предварительной раскрепки камней, включая драгоценные.
  • Сборка трудоемких изделий с большим количеством мелких элементов без предварительной монтировки в гипсе.
  • Сборка браслетов.
  • Ремонт и сборка полых изделий с толщиной стенки менее 0,2 мм.
  • Сварка шинок колец при операции уменьшения размера.
  • Удаление гравировки методом подварки.
  • Соединение различных металлов (золото/платина, золото/титан и т.д.)
  • Сборка и ремонт элементов часов, в том числе из титана и нержавеющих сталей.
  • Ремонт матриц и пуансонов для штамповки.

Газопламенная пайка металлов

Пайка металлов технологический процесс получения неразъемных соединений металлов нагревом до расплавления более легкоплавкого присадочного металла — припоя, заполняющего зазор между соединяемыми деталями. Основной металл при пайке не плавится, а нагревается до температуры расплавления припоя.

В качестве источников теплоты при пайке используют газокислородное и газовоздушное пламя, электронагрев, индукционный нагрев, паяльники. К преимуществам пайки относятся отсутствие расплавления и незначительный нагрев основного металла. Эти преимущества позволяют получать высококачественные соединения не только однородных металлов, но и разнородных металлов и сплавов.

Согласно ГОСТ 17325-79, различают две основных вида пайки:

  • высокотемпературную
  • низкотемпературную

Температура плавления припоев для высокотемпературной — свыше 550°С, а для низкотемпературной — ниже 550°С. В основу высокотемпературных припоев входят медь (Сu), цинк (Zn), серебро (Ag), а низкотемпературных — свинец (Pb), олово (Sn), сурьма (Sb). Пайке поддаются чугун, низкоуглеродистая и легированная сталь, медь , никель, алюминий и их сплавы и др.

Источником нагрева при газопламенной пайке является сварочное пламя. В качестве основного инструмента используют сварочную горелку. При пайке крупногабаритных изделий применяют многопламенные горелки. Припои выпускают в виде проволоки, прутков, полос, порошковой проволоки, порошков и пасты. Для получения надежного паяного соединения припои должны удовлетворять следующим требованиям:

  • температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления основного металла;
  • расплавленный припой в сочетании с флюсом должен быть жидкотекуч, хорошо растекаться, проникая в щели зазора, и хорошо смачивать металл;
  • припой и металл должны взаимно диффундировать и образовывать сплав;
  • припой должен обладать одинаковой или более высокой, чем основной металл, коррозионной стойкостью;
  • припой должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к внешнему виду изделий, и не содержать дорогих и дефицитных компонентов.

Все припои для высокотемпературной пайки можно разбить на следующие группы:

  • медные;
  • медно-цинковые;
  • серебряные;
  • медно-фосфористые.

Медные припои применяют для пайки стали преимущественно в печах с защитной атмосферой.

Медно-цинковые — при пайке стали, чугуна, меди, бронзы и никеля. Лучшие результаты дает припой марки ЛОК 62-06-04, содержащий 60-63% Сu; 0,3-0,4% Sn; 0,4-0,6% Si, остальное — цинк (Zn). Температура плавления припоя 905°С, предел прочности 450 МПа.

Серебряные припои можно применять при пайке всех черных и цветных металлов, кроме алюминия и цинка, имеющих более низкую температуру плавления, чем припой. Температура плавления серебряных припоев 720- 870°С. В зависимости от содержания серебра серебряные припои выпускаются марок от ПСр10 до ПСр70.

Медно-фосфористые припои находят широкое применение в электропромышленности. Их используют только для пайки меди и латуни. Припои для низкотемпературной пайки готовят на основе оловянно-свинцовых сплавов различного состава. В зависимости от содержания Sn используют припои марок от ПОС 90 (89-90% Sn) до ПОС 18 (17-18% Sn). Для низкотемпературной пайки применяют также сурьмянистые припои марки ПОСС-4-6. Для пайки алюминия в качестве низкотемпературных припоев рекомендуются сплавы: 50% Zn, 45% Sn, 5% Аl и 25% Zn, 70% Sn, 5% Al. Паяные низкотемпературными припоями соединения обладают низкой коррозионной стойкостью, что ограничивает их применение для деталей, работающих в воде или влажном воздухе.

Для высокотемпературной пайки алюминия и его сплавов рекомендуются припои с температурой плавления 577°С, содержащие 10-12% Si, 0,7% Fe, остальное — Al, и припой с температурой плавления 525°С состава 28% Cu, 6% Si, 66% Al. При газопламенной пайке применяются флюсы в виде порошков, пасты и газа. Основой большинства флюсов при твердой пайке является бура Na2B4O7. Для усиления действия флюса к буре часто добавляют борную кислоту, благодаря которой флюс становится более густым и вязким, требующим повышения рабочей температуры. Для понижения рабочей температуры флюса, что особенно важно для легкоплавких припоев, вводят хлористый цинк ZnCl2, фтористый калий KF и другие щелочные металлы.

Перед пайкой соединяемые детали тщательно очищают от загрязнений, окалины, оксидов, жира и др. Порошкообразные флюсы насыпают тонким слоем на очищенные кромки, причем часто применяют предварительный подогрев кромок, с тем чтобы частицы флюса плавились, прилипали к металлу и не сдувались пламенем горелки при пайке. Порошкообразный флюс наносят также па конец прутка припоя. Пасты и жидкие растворы наносят на поверхность соединяемых деталей кистью или обмакивают в них припой. При пайке наибольшее применение получили нахлесточные соединения. Зазор между соединяемыми поверхностями должен быть минимальным, а при пайке серебряными припоями — 0,05-0,03 мм. Техника пайки подготовленного соединения сводится к нагреву их до температуры плавления припоя, введения и расплавления припоя. Обычно пайку выполняют нормальным пламенем.

При пайке медно-цинковыми припоями рекомендуется применять пламя с избытком кислорода. Нагрев ведут широкой частью пламени. Для равномерного прогрева горелкой совершают колебательные движения вдоль шва. После того как флюс, предварительно нанесенный на кромки, расплавится и заполнит зазоры, а изделие прогреется до необходимой температуры, начинают вводить припой. Для гарантии полного заполнения зазора припоем горелкой еще некоторое время подогревают место спая после прекращения подачи припоя. После окончания пайки спай должен медленно остывать, остатки флюса после пайки необходимо тщательно удалять. Для полного удаления флюсов изделие погружают в 10%-ный раствор серной кислоты с последующей промывкой водой. Брак, возникший при пайке, может быть исправлен. Для этого необходимо нагреть деталь до температуры плавления припоя, разъединить спаянные элементы, после чего заново зачистить соединяемые поверхности и повторно произвести пайку.

Процесс пайки и заливки металлов: последовательность и отличия от сварки

Пайка является широко распространенным процессом, как при изготовлении, так при ремонте деталей. Этот способ известен людям уже 3-5тыс. лет. При раскопках находят паянные медно-серебрянным припоем трубы, украшения, оружие. Пайка незаменима в радиоэлектронике, ракето-, самолето-, автотракторостроении. С помощью пайки изготовляются трубопроводы, радиаторы , электрооборудование и др. Процесс пайки легко поддается механизации и автоматизации.

Пайка — процесс соединения металлических поверхностей, находящихся в твердом состоянии, расплавленными припоями, которые заполняют зазор между поверхностями и образуют паянный шов при кристаллизации.

Пайка выполняется в следующей последовательности:

  • — нагрев спаиваемых деталей до температуры, близкой к температуре плавления припоя;
  • — расплавление припоя и нанесение его на предварительно обработанные детали ;
  • — заполнение припоем шва ; растворение основного металла в расплавленном шве и взаимная диффузия металлов;
  • — кристаллизация шва.

Другие страницы по теме

«Пайка»

  • Газовые горелки для пайки..
  • Методы пайки (способы).
  • Видео пайка.
  • Пайка медных труб, видео.
  • Пайка стали

Для выполнения пайки необходимо, чтобы частицы расплавленного припоя вступали в прочный контакт с поверхностями соединяемых деталей.

Капля расплавленного припоя растекается (см.рис.1) по поверхности до определенного предела.

Пайка возможна, когда припой хорошо смачивает твердое тело. Если жидкость не смачивает твердое тело , то пайка невозможна. Хорошего смачивания можно добиться соответствующей подготовкой поверхности ( механическая обработка для удаления окислов, обезжиривание для удаления жировых загрязнений) и подбором припоя и флюса . При хорошем смачивании заполняются все зазоры и поры и обеспечивается прочное соединение деталей.

Рис.1.Смачивание поверхности детали припоем .

Хотя процесс пайки является родственным сварке, но есть принципиальные отличия:

  1. Образование шва при пайке происходит за счет заполнения расплавленным припоем капиллярного зазора между поверхностями и взаимной диффузии металлов.
  2. При пайке не плавится основной металл, а только припой, а при сварке плавится свариваемый и присадочный материал. Шов образуется без расплавления кромок паяемых деталей.

Прочность соединения деталей при пайке ниже чем при сварке, но во многих случаях является достаточной для конкретных изделий. При этом пайка имеет некоторые технологические преимущества перед сваркой:

  1. Дает возможность соединения разнородных металлов и даже металла с неметаллом.
  2. Простота технологического процесса, хорошие условия для автоматизации и механизации пайки, высокая производительность труда.
  3. Температура нагрева детали при пайке значительно ниже, чем при сварке, при пайке нет значительных остаточных деформаций и не происходит коробления , не расплавляются кромки и не изменяется структура и механические свойства соединяемых деталей.

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

Скачать бесплатно

Нормы расхода сварочных материалов

Пайка и заливка металлов

Пайка является широко распространенным процессом, как при изготовлении, так при ремонте деталей. Этот способ известен людям уже 3…5 тысячь лет. При раскопках находят паянные медно — серебренным припоем трубы, украшения, оружие. Пайка является незаменимым процессом в радиоэлектронике, самолето- и ракетостроении, автотракторостроении. С помощью пайки изготовляются радиаторы, трубопроводы, электрооборудование и др. Процесс пайки легко поддается механизации и автоматизации.

Пайкой называется процесс соединения металлических поверхностей, находящихся в твердом состоянии, расплавленными припоями, которые заполняют зазор между поверхностями и образуют паянный шов при кристаллизации.

Пайка выполняется в следующей последовательности: нагрев спаиваемых деталей до температуры, близкой к температуре плавления припоя; расплавление припоя и нанесение его на предварительно обработанные детали ; заполнение припоем шва ; растворение основного металла в расплавленном шве и взаимная диффузия металлов, кристаллизация шва.

Для выполнения пайки необходимо, чтобы частицы расплавленного припоя вступали в прочный контакт с поверхностями соединяемых деталей. Капля расплавленного припоя растекается ( рис. 2.45) по поверхности до определенного предела. Пайка возможна, когда припой хорошо смачивает твердое тело. Если жидкость не смачивает твердое тело, то пайка невозможна. Хорошего смачивания можно добиться соответствующей подготовкой поверхности ( механическая обработка для удаления окислов, обезжиривание для удаления жировых загрязнений) и подбором припоя и флюса. При хорошем смачивании заполняются все зазоры и поры и обеспечивается прочное соединение деталей.

Хотя процесс пайки является в некоторой степени родственным сварке, но имеет ряд отличий:

1. При пайке не плавится основной металл, а только припой, в то же время при сварке плавится свариваемый и присадочный материал. Шов образуется без расплавления кромок паяемых деталей.

2 Образование шва при пайке происходит за счет заполнения расплавленным припоем капиллярного зазора между поверхностями и взаимной диффузии металлов.

Прочность соединения деталей при пайке ниже чем при сварке, но во многих случаях является достаточной для конкретных изделий. При этом пайка имеет некоторые технологические преимущества перед сваркой:

  1. 1. Дает возможность соединения разнородных металлов и даже металла с неметаллом.

2. Температура нагрева детали при пайке значительно ниже, чем при сварке, то при пайке нет значительных остаточных деформаций и не происходит коробления, не расплавляются кромки и не изменяется структура и механические свойства соединяемых деталей.

  1. Простота технологического процесса, хорошие условия для автоматизации и механизации пайки, высокая производительность труда.

Существуют следующие методы пайки:

  1. 1. Капиллярная пайка. Припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями. Припой и металл при этом химически не взаимодействуют. Это наиболее распространенный метод пайки.
  2. 2. Диффузионная пайка — длительная выдержка при высокой температуре. Происходит упрочнение шва за счет взаимной диффузии компонентов припоя и основного металла. Химического взаимодействия нет, образуется твердый раствор.
  3. 3. Контактно-реактивная пайка. В этом случае между соединяемыми деталями или между деталями и припоем протекают активные реакции с образованием в контакте легкоплавкого соединения.
  4. 4. Реактивно-флюсовая пайка. Шов образуется за счет реакции вытеснения между флюсом и основным металлом.
  5. 5. Пайка — сварка, шов образуется способами сварки, но в качестве присадочного материала используется припой.

Выбор методов пайки определяется химическими свойствами припоя, флюса и металла и режимом пайки ( температура, время и т.д.) В зависимости от источника тепла осуществляется пайка следующими способами:

4-пайка погружением в расплавленный припой ;

6-пайка газовыми горелками.

В качестве припоя используются чаще всего сплавы металлов.

Основные требования к припоям:

  1. 1. Иметь температура плавления как минимум на 50…100 °С ниже температуры плавления паяемых металлов.
  2. 2. Обеспечивать хорошее смачивание металла и хорошее заполнение шва пайки.
  3. 3. Образовывать прочные, пластичные и корррозионно- устойчивые швы.
  4. 4. Иметь коэффициент линейного расширения не отличающийся резко от коэффициента линейного расширения паяемых металлов.

Припои делятся на две группы: мягкие, температура плавления которых ниже 500 °С, и твердые — выше 500 °С.

Мягкая пайка дает относительно невысокую механическую прочность, используется для деталей, работающих при невысокой температуре и небольших вибрационных ударных нагрузках: радиаторы, топливные баки, электрические провода и т.д. Наиболее распространенные оловянно-свинцовые ( олово в чистом виде как припой не используется) припои ( цифра в названии припоя означает содержание в нем олова): ПОС-18 (17 …18% олова, 2…2,5% сурьмы и 79…81% свинца) используется для пайки неответственных деталей ; ПОС-30 и ПОС-40 — для швов, имеющих достаточную прочность и надежность, ПОС-50 и ПОС-61 — для деталей, швы у которых не должны окисляться при работе ( электрооборудование и др.).

Твердая пайка выполняется в том случае, когда необходимо иметь прочный шов или шов, работающий при высоких температурах ( топливо- и маслопроводы, контакты реле,…). К твердым припоям относятся: медные, медно-цинковые, латунные, алюминиевые и серебряные. Медно-цинковые припои ( первая цифра в названии припоя означает содержание меди в припое, остальное цинк и небольшое количество примесей): ПМЦ-36 — для пайки латунных изделий ; ПМЦ-48 — для деталей из медных сплавов, не подвергающихся ударным нагрузкам и изгибу; ПМЦ-54 — для пайки меди, бронзы и стали, не подвергающихся ударным нагрузкам.

Для получения эластичного и прочного соединения используются в качестве припоев латуни Л-62 и Л-68. ( сплав меди с цинком — до 80%, с добавками алюминия, свинца, никеля — до 10%).

Для пайки ответственных конструкций используются серебряные припои: ПСр-12 (12 %серебра, 36%меди, не более 1,5% примесей, остальное цинк); ПСр-45 для пайки латуни, меди и бронзы ( контакты проборов электрооборудования) ;ПСр-70 для пайки электрических проводов, требующих низкого электрического сопротивления в местах пайки.

Для пайки деталей из алюминия и его сплавов используются алюминиево -кремниевые припои ( силумины) и алюминиево — медные сплавы (34 А и 35А). Припой 35А имеет более высокие механические качества и выше температуру плавления, чем 34А.

Для удаления с поверхности окисных пленок и защиты их от дальнейшего окисления служат флюсы, которые или растворяют окислы, или химически взаимодействуют с окислами и которые в виде шлака всплывают на поверхность шва. Также флюсы способствуют улучшению смачивания поверхностей пропоем. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя.

При пайке мягкими припоями применяются нашатырь ( или хлористый аммоний), водный раствор хлористого цинка и хлористого аммония с концентрацией 20…50%. Соляную кислоту в качестве флюса не используют, а применяют водный раствор хлористого цинка, который получают травлением водного раствора соляной кислоты цинком:

HCl + Zn2® Zn Cl2 +H2.

Для исключения дальнейшей коррозии паяных деталей применяют канифоль, которую необходимо наносить на место пайки, но не на паяльник, т.к. при перегреве на паяльнике она может потерять свои флюсующие свойства.

При пайке твердыми припоями в качестве флюса используют буру или смесь её с борной кислотой и борным ангидридом. Подбором количества борного ангидрида изменяют температуру плавления флюса.

Паяние деталей мягкими припоями выполняется чаще всего с помощью паяльников ( медных и электрических), а твердыми припоями — газовыми горелками или индукционным нагревом. Рабочая часть паяльника натирается нашатырем для удаления окислов, облуживается. Поверхность шва обезжиривается флюсом, паяльником расплавляется и переносится припой на место пайки и равномерно распределяется по ней.

Детали ходовой части строительных и дорожных машин имеют очень большой износ. В этом случае для восстановления их целесообразно применять заливку жидким металла ( литейную сварку), т.к. другие способы ( автоматическая наплавка, постановка бандажей и т.д.) не дают хорошего качества и очень дороги.

Деталь нагревают и помещают в кокиль, тоже нагретый до 200…250 °С. Через летники заливают в кокиль жидкий чугун или сталь, которые заполняют пространство между изношенной деталью и стенкой кокиля, происходит сварка металла, компенсирующая износ. Для деталей ходовой части последующей механической обработки не требуется. По сравнению с другими способами стоимость восстановления снижается в два …три раза, а долговечность находится на уровне новой детали.

Газопламенная пайка металлов

Газопламенная пайка металлов отличается от сварки тем, что в качестве присадочного материала (припоя) берут материал, имеющий температуру плавления меньшую, чем у основного металла. Припой может быть мягким и твердым.

Мягким припоем называют сплавы, температура которых ниже 450°С. Прочность соединений, получаемая мягкими припоями низкая и в зависимости от материала, выбранного в качестве припоя, находится в пределах 2—20 кг/мм2. Чаще всего в качестве мягкого припоя используют оловянно-свинцовые сплавы, химический состав и область применения которых представлены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики оловянно-свинцовых сплавов

Марка припоя Химический состав (по массе), % Область применения
Олово Сурьма Свинец Примеси (не более)
ПОС-90 ВО-90 До 0,15 Остальное 0, 294 Пайка деталей и узлов, подвергающихся в дальнейшем гальванич ее к мм. покрытия к
ПОС-61 59-61 До 0,8 Остальное 0, 314 Пайка и горячее лужение меди я ее сплавов, стали и других соединений допускающих нагрев до 175 °С
ПОС-50 49-50 До 0,8 Остальное 0,314 Пайка меди, латуни, бронзы, стали
ПОС-40 39-40 1,5-2,0 Остальное 0, 314 Пайка и горячее лужение меди и ее сплавов, стали (в том числе и оцинковамной) к других соединений допускающих нагрев до 2 00 ºС
ПОС-30 29-30 1,5-2,0 Остальное 0,424 Пайка меди я её сплавов, оцинкованного и луженного железа
ПОС-18 17-18 2,0-2,5 Остальное 0,424 Пайка соединений меди я ее сплавов, а также стальных неответственных деталей, лужение
ПОС-4-6 3-4 5-6 Остальное 0,424 Лужение меди ее сплавов, стальных деталей

При пайке мягкими припоями медных деталей используют канифоль или хлористый цинк, пайку стальных деталей выполняют только хлористым цинком или раствором соляной кислоты. Источником тепла при такой пайке могут служить паяльные лампы и все виды газовых горелок. Мелкие детали паяют паяльником.

Твердыми припоями называют сплавы на основе меди, алюминия, никеля и др., создающие соединение с пределом прочности свыше 30 кгс/мм2. Соединение, полученное с помощью твердых припоев, по своим физико-механическим свойствам мало отличается от сварочных. Выбор вида припоя зависит от прочности, которую необходимо создать неразъемному соединению, и вида материалов, из которых состоят детали, подвергающиеся пайке. Этот вид пайки ведут газопламенными горелками, создавая температуру, необходимую для плавления припоя, то есть мощностью пламени немного ниже мощности, используемой при газопламенной сварке. Для пайки меди и ее сплавов и стальных деталей преимущественно пользуются медно-цинковыми припоями, состав которых приведен в таблице 2.

Таблица 2. Медно-цинковые припои

Марка припоя Химический состав (по массе), %
Медь Цинк Олово
ПМЦ-36 36 Остальное
ПЩ-48 48 Остальное
Л-62 62 Остальное
ЖЖ-62-06-04 62 Остальное 0,6

Медно-цинковые припои лучше греть слегка окислительным пламенем. Образовавшиеся в этом случае тугоплавкие оксиды меди покрывают жидкий припой и защищают цинк от испарения.

Жаропрочные и нержавеющие стали паяют нейтральным пламенем, это избавит их от образования карбидов хрома, которые вызывают межкристаллитную коррозию. В случаях пайки медных или стальных деталей с повышенными требованиями к электропроводности соединения пользуются серебряно-медно-цинковыми припоями, в которых вместо олова содержится серебро. Пайку можно выполнять обычными горелками, но лучших результатов можно добиться, используя специальный сетчатый мундштук. Алюминий паяют алюминиевыми припоями, состав которых приведен в таблице 3.

Таблица 3. Алюминиевые припои

Марка припоя Химический состав (по массе), % Область применения
Алюминий Медь Кремний Цинк Марганец
П 590А 89 10 1 Пайка различных соединений из алюминия и его сплавов
Силумин 87,2 До 0,8 11,7 До 0,3 Пайка алюминия и его сплавов АМц, АВ
П750А 80 20 Пайка алюминия и его сплавов АМц
П 550А 65,5 27 6 1,5 Пайка алюминия и его сплавов АМц, АМг, АВ
34А 66 28 6 Тоже
П 480А 20 15 64,4 0,6 Пайка алюминия и его сплавов АМц, АМг,Д16, Д20, АЛ2, АП9, АЛ11 и др.
П 425А 20 15 65 То же

Кромки деталей, предназначенных для пайки, готовят так же, как и для сварки. Техника пайки напоминает газовую сварку (рис.1 и 2). Кромки деталей разогревают до температуры, при которой плавится флюс. После покрытия кромок флюсом продолжают нагрев до температуры плавления припоя. Горелку держат так, чтобы плавился припой, а пламя не попадало на металл, так как это может повлечь за собой его расплавление. Когда припой расплавится, его выравнивают колебательными движениями горелки, после чего прекращают газопламенную обработку соединения. Остывая, припой кристаллизуется, образуя прочное соединение. Швы большой протяженности паяют участками.

Рис.1. Пайка изделий из труб: 1 — горелка; 2 — припой; 3 — изделие. Рис. 2. Пайка цилиндрических изделий: 1 — горелка; 2 — припой; 3 — изделие.

Если спаивают детали одинаковой толщины, нагрев кромок должен быть одновременным. При разных толщинах кромки нагревают вначале более толстую, а затем ту, которая тоньше. Но в любом случае температура кромок должна быть одинаковой. Соединения пайкой могут быть внахлестку, встык или в «ус». Наиболее прочное соединение получается при пайке внахлестку, поэтому применяется оно чаще всего. Сборка деталей перед пайкой играет очень большую роль. Чем меньше зазор между спаиваемыми деталями, тем выше будет качество пайки.

Пайка — определение, процесс, типы, плюсы и минусы

Пайка — это процесс соединения двух или более металлических поверхностей путем подачи расплавленного металла в место соединения. Расплавленный металл имеет более низкую температуру плавления, чем соединяемые детали, чтобы предотвратить их расплавление.

Хотя пайка является одним из самых старых методов соединения, она по-прежнему используется сегодня по веской причине.

Что такое пайка?

Пайка соединяет металлические поверхности вместе с помощью присадочного металла, имеющего низкую температуру плавления. В процессе используется капиллярное действие, при котором однородный жидкий поток присадочного материала соединяется с основным металлом.

Уникальное качество процесса пайки заключается в том, что он сохраняет механические свойства металлов, что полезно в таких областях, как пайка серебра или других подобных металлов.

Процесс пайки

Одним из наиболее важных этапов процесса соединения металлов является очистка поверхности основного металла. Наждачная бумага или проволочная щетка являются отличными инструментами для удаления загрязнений.

Операция пайки начинается с правильного позиционирования, необходимо рассчитать зазоры между швами, чтобы жидкий присадочный металл достиг поверхностного натяжения с заготовкой. Обычно используется горелка для медленного нагрева металлической поверхности заготовки и присадочного металла до температуры пайки.

По мере того как присадочный металл расплавляется, капиллярное действие позволяет ему проходить через узкие пространства, образуя таким образом связь между поверхностями основных металлов.

Паяные соединения формируются по мере остывания вместе со сборкой.

Вот металлы, которые часто соединяются пайкой:

  • Алюминий;
  • Чугун;
  • Магний;
  • Медь и медные сплавы;
  • Серебро.

Требования к присадочному металлу

  • После застывания расплавленного флюса и присадочного металла паяное соединение должно обладать ожидаемыми механическими свойствами.
  • Температура пайки должна эффективно обеспечивать надлежащий поток жидкости из расплавленного припоя в соединение.
  • Присадочные металлы должны иметь надлежащие условия смачивания для создания прочных связей.

Разница между твердой и мягкой пайкой, а также сваркой

В целом, техника пайки в каждом из данных случаев практически идентична. Единственное исключение состоит в том, что используя при пайке мягкие припои, следует придерживаться температуры не более отметки в 450 градусов Цельсия. Тогда, как производя пайку припоем твердой категории, эта температура существенно превышает 450 градусов, в некоторых случаях эта цифра может быть даже удвоена или утроена, с целью получения качественных и прочных соединений.

При сварке помимо присадочного металла расплавляются заготовки. Это позволяет создавать более прочные соединения, чем при пайке. Такие процессы, как сварка TIG, MIG и электродуговая сварка, работают при гораздо более высоких температурах.

Пайкосварка является разновидностью сварки MIG/MAG. Разница заключается в температуре плавления присадочной проволоки, которая значительно ниже, чем основной металл. Присадочный металл осаждается, чтобы заполнить зазоры посредством капиллярного действия. При этом не происходит значительного сплавления основного металла, но оно может происходить в ограниченном количестве.

Популярные модели лазерных сварочных аппаратов:

Лазерный источник 1500 Вт Raycus. Лазерный источник Raycus.

Узнайте цену

Мощность лазера 1500 Вт. Лазерный источник Raycus.

Узнайте цену

Мощность лазера 2000 Вт. Лазерный источник Raycus.

Узнайте цену

Различные методы пайки

При пайке используются различные методы нагрева для различных целей и применений. Тепло может быть приложено либо непосредственно к соединению (локализованный), либо ко всей заготовке (диффузный нагрев).

Методы локализованного нагрева:

Пайка с нагревом пламенем — горючий газ образуется при сжигании ацетилена, пропана или водорода с воздухом для нагрева и расплавления присадочного металла. При использовании этой техники требуется флюс для защиты соединения, которое впоследствии необходимо зачистить. Пайка с нагревом пламенем в основном используется для небольших производственных узлов, где вес металла неравномерен.

Индукционная пайка — высокочастотный переменный ток подается в катушку для достижения температуры пайки, которая нагревает заготовку и расплавляет присадочный материал.

Пайка сопротивлением — тепло выделяется за счет электрического сопротивления паяемого сплава, что идеально подходит для высокопроводящих металлов. Этот метод нагрева лучше всего подходит для создания простых соединений между металлами.

Техники диффузного нагрева:

Пайка в печи — Для доведения печи до нужной температуры используется газовый обжиг или нагревательные элементы. Присадочный металл наносится на соединяемые поверхности, затем весь узел помещается в печь и доводится до температуры пайки. Пайка в печи позволяет точно контролировать циклы нагрева и охлаждения металлов. Процесс часто выполняется в вакууме для защиты паяемого сплава от атмосферных условий. При этом также отпадает необходимость в защите флюсом.

Пайка погружением — деталь или узел погружается в ванну с расплавленным присадочным металлом. Для предотвращения окисления на детали наносится паяльный флюс.

Преимущества:

  1. Можно соединять разнородные металлы, в отличие от большинства методов сварки.
  2. Высокая производительность.
  3. Потребляет меньше энергии, чем сварка.
  4. Получение более чистых соединений по сравнению с большинством сварочных процессов.
  5. Цветные металлы не плавятся, сохраняя свою форму и механические свойства.
  1. Более слабые результаты по сравнению со сварными соединениями.
  2. Невозможно соединить компоненты, работающие при высоких температурах.
  3. Требуются плотные, равномерные зазоры между швами для достижения капиллярного эффекта.
  4. Нечистые или загрязненные металлы могут стать причиной негерметичности соединений.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Глава 11.2. Материалы для пайки / 11.2.1. Пайка металлов

Пайка — это соединение материалов с помощью припоя, который, находясь в жидком состоянии, смачивает соединяемые материалы, а затем в результате кристаллизации (затвердевания) образует неразъемное соединение. При пайке температура нагрева соединяемых материалов ниже температур их плавления, т.е. они находятся в твердом состоянии (в отличие от сварки).

Основные материалы, применяемые при пайке металлов, — это припои, вспомогательные материалы — флюсы.

Припой — это материал для пайки или лужения с температурой плавления ниже, чем у паяемых материалов.

Флюсы защищают от окисления соединяемые металлы и припой в процессе пайки, они не входят в состав образующегося паяного соединения.

Припои и флюсы обязательно должны обладать смачиваемостью по отношению к соединяемым материалам, т.е. способностью растекаться по поверхности металла, а не собираться в виде капли, как ртуть на поверхности стекла. Смачиваемость характеризуют краевым углом смачивания. Это угол 0 между плоскостью основного металла, на котором находится капля жидкости, и касательной к капле в месте ее контакта с плоскостью основного металла (рис. 11.3). При θ > 90° смачивание происходит, при 180° ≥ θ ≥ 90° смачивания нет.

Рис. 11.3. Смачиваемость металла припоем: а — припой смачивает металл (θ 90°)

Различают низко- и высокотемпературную пайку, граничная температура между ними — 450 °С. Такое деление обосновано тем, что материалы и технологическое оснащение для низко- и высокотемпературной пайки существенно различаются.

Компания Укринтех предлагает качественные разрывные испытательные машины в Харькове, Киеве, Украине от производителя UIT.

Припой для пайки металлов: информация только по существу

Припой для пайки – низкотемпературный металл или сплав, предназначением которого является заполнение зазоров между соединяемыми путем пайки металлами. Основной целью рассматриваемого материала является получение качественного, прочного и надежного монолитного соединения. По сути, припой – наполнитель, температура плавления которого значительно меньше температуры плавления основного металла.

Прочность и качество пайки по большей части зависит от тиноля. Таким образом, параметры соединения определяют выбор наиболее подходящего припоя для того или иного металла (стали, латуни, меди, чугуна и т. п.). Может производиться пайка мягкими припоями, а также пайка твердыми припоями.

Припой для пайки

Как выбрать припой для пайки?

По химическому составу они подразделяются на свинцово-оловянные, медно-фосфорные, цинковые, титановые, серебряные и другие. По температуре плавления они разделены на низкотемпературные (до 450 гр. С), а также высокотемпературные (температура плавления выше 450 гр. С). Если вам нужен припой для пайки алюминия, то с большой вероятностью подойдет тот, который предназначен для соединения медных деталей, так как они нередко бывают универсальными.

Также выбор осуществляется в зависимости от метода обработки металла, тонкости работы. Например, пайка волной припоя – метод соединения, применяемый чаще в пайке плат, когда плата прямолинейно проводится сквозь гребень волны, тем самым требуя соответствующего «наполнителя». Таким образом, волна остается свободной от окислов.

Выбор осуществляется в зависимости от характеристик соединяемого металла (меди, алюминия, стали, чугуна), нормы расхода так называемого наполнителя для соединения металлических изделий. Обратите внимание на то, что у каждого припоя для конкретных металлов существуют свои нормы расхода, которые желательно знать. Узнать информацию относительно нормы расхода можно из специальной таблицы. Например, для пайки труб из меди применяются соответствующие тиноли – для соединения меди, а также сплавов меди.

В роли основы тинолей, необходимых для пайки меди, а также ее сплавов применяется часто композиционный состав тиноля: медь-цинк, медь-фосфор, медь-никель, медь-кадмий. С целью получения нужных свойств в композиции могут добавляться: марганец, олово, железо, алюминий и другие материалы.

Стоит отметить, что соединения, производимые посредством применения материалов на основе меди, способны выдерживать значительные механические нагрузки. Медно-цинковые материалы для пайки могут похвастать сравнительно низкой температурой плавления. При высоком содержании цинка (более 40%) они могут становиться пластичными.

В связи с этим подобные материалы следует использовать преимущественно для скрепления металлических деталей, не подвергающихся механическим нагрузкам, ударам, изгибам. Также при выборе припоя, необходимого для пайки, следует обращать внимание на нормы расхода припоя. Обратите внимание на то, что нормы расхода припоя могут быть разными в зависимости от обрабатываемого металла (стали, меди и др.), а также других параметров работы.

Классификация припоев

Припои подразделены на три основные группы в зависимости от температуры плавления:

  • Мягкие. Предназначены для пайки обладают температурой плавления до 400°С;
  • Температура плавления твердых составляет свыше 500°С;
  • Полутвердые – материалы, обладающие температурой плавления в диапазоне от температуры плавления чистого олова до 400°С.

Говоря о том, чем паять, мягким или твердым припоем, стоит сказать, что оба владеют пределом прочности до 50-70 МПа при растяжении. Они применяются в большинстве случаев для токоведущих частей, которые не являются одновременно несущими конструкциями аппаратов и машин. Работа с металлами мягким, а также на половину твердым материалом производится посредством паяльника, либо при помощи погружения металлических деталей в расплавленный тиноль.

Относительно твердых тинолей, предназначенных для пайки, то они имеют предел прочности до 500 МПа, используются в качестве тинолей первой категории прочности во время пайки токоведущих частей, допускающих высокое нагревание деталей, которые воспринимают основную механическую нагрузку. Работа производится с помощью электроконтактного способа, с применением графитовых или электродов из меди, а также не без участия электрической сварки. Детали незначительных размеров допустимо соединять металл автогеном.

Система обозначения

В большинстве случаев обозначение (маркировка) припоя начинается с буквы «П», которая символизирует первую букву определения. Числовые обозначения в маркировке припоя показывают на содержание компонентов, и идут после буквы «П». Содержание компонентов тиноля указывается в процентах (округленно).

Стоит также обратить внимание на то, что буква или буквосочетание, стоящие в конце маркировки тиноля, указывает на то, что данный компонент составляет содержание припоя (оставшееся).

  • А – состав содержит алюминий;
  • Ж – состав содержит железо;
  • И — состав содержит индий;
  • К или Кд – в состав входит кадмий;
  • М – состав содержит медь;
  • О – в состав входит олово;
  • С — в состав входит свинец;
  • Ср – в состав входит серебро;
  • Су – в состав входит сурьма;
  • Ф – состав содержит фосфор;
  • Ц – в состав входит цинк.

Сфера применения

В разных отраслях народного хозяйства применяются различные материалы для пайки, на основе разнообразных металлов: меди, олова, цинка, сурьмы и т. д. Чаще всего тиноли можно встретить в форме чашек, проволоки, анодов, трубок, листов. Наиболее распространенными являются, пожалуй, мягкие, а также бессвинцовые тиноли для пайки различных металлов: стали, меди.

Мягким припоем чаще всего можно воспользоваться в электричестве, микроэлектронике. Мягкий материал имеет широкое разнообразие форм, химических составов.

hpricpastaМягкий припой

Среди множества форм следует выделить основные, наиболее распространенные:

  • Цилиндры;
  • Пасты;
  • Литые;
  • Стержни;
  • Порошки;
  • Проволочные;
  • Стержни;
  • Полосы и фольга;
  • Формованные.

Если вы решились воспользоваться мягким припоем, знайте, что его температура плавления достаточно высокая (в пределах 400-500 гр. С). Пожалуй, самым популярным является на сегодняшний день сплав свинца и олова, однако могут применяться и другие сплавы.

Несмотря на преимущества классических тинолей, в будущем с большой вероятностью лидерство получат бессвинцовые материалы, поскольку они имеют одно очень выгодное преимущество – экологичность, к которой так все стремятся. Таким образом, в состав так называемого наполнителя не входит вредный для организма и здоровья человека свинец.

Огромного внимания заслуживает тот факт, что подобное преимущество в будущем позволит использовать экологический материал в пайке практически повсеместно, где обрабатываемые и соединяемые материалы будут безвредно контактировать с продуктами питания, питьевой водой, с человеком. Не сложно догадаться, что экологичность позволит значительно расширить круг применения данного бессвинцового материала.

Тиноль для стали и меди

Пайка меди, стали может осуществляться твердым припоем, поскольку для соединения стали и меди требуется высокая температура плавления тиноля в пределах 840-880 гр. С. Твердым припоем помимо стали и меди также может производиться пайка такого металла, как томпак. При выборе припоя для соединения стали, меди следует проявляться высокую осторожность и внимательность. Не стоит забывать том, что нормы расхода припоя — достаточно важно в работе. Стоит отметить, что есть специальная таблица, в которой указаны нормы расхода на соединяемые металлические детали.

Расход припоя во время пайки

Нормы расхода – отдельная тема для разговора. Существующие для подсчета нормы расхода серебряного тиноля формулы позволяют взглянуть на величины, которые не соответствуют такому понятию, как нормы расхода материала в процессе газовой обработки.

В результате ряда проведенных экспериментов по соединению серебряным тинолем ПСр-45 стали известны нормы расхода: на один квадратный сантиметр соединяемых деталей при обработке металла вполне хватает 0,3 грамм материала.

Такой нормы расхода материала должно хватать для пайки качественного и долговечного соединения металлических деталей из стали, меди, а также других металлов. Стоит отметить, что применение тиноля свыше нормы расхода не даст более качественный результат.

Так, можно дать совет и порекомендовать следующую формулу для вычисления нормы расхода серебряного тиноля для работы с газовой горелкой: Gпр=0,3Fпр, где Gпр — данные нормы расхода низкотемпературного материала в граммах двух поверхностей, а Fпр является площадью спаиваемых поверхностей в сантиметрах квадратных.

Во время соединения иными серебряными тинолями нормы расхода на сантиметр квадратный площади будут меняться соответственно изменениям удельного веса тиноля. Данный способ подсчета нормы расхода для пайки не является абсолютно точным, поскольку технологии не в силах точно определить выход тиноля на поверхность в зоне создания соединения металлических деталей, а, следовательно, становится допустимой какая-либо ошибка в определении площади и нормы расхода материала в процессе пайки стали и др. металлов. Помимо всего, потери материала зависят по большей части от квалификационного уровня паяльщика, и определение нормы расхода становится делом сугубо индивидуальным.

Похожие статьи

  • Безопасность при сварочных работах: что следует знать?
  • Припой для пайки медных труб: что необходимо знать?
  • Виды сварки меди и природные особенности металла
  • Как выбрать температуру для пайки?

Что является припоем при сварке пайке

Рейтинг: / 3

Разделение пайки на низкотемпературную и высокотемпературную носит, в некоторой степени, условный характер. По своей физической природе пайка твердыми припоями не отличается от пайки мягкими. Как и последняя она представляет собой процесс образования неразъемного соединения двух металлов с помощью третьего (называемого припоем), температура плавления которого ниже температуры плавления соединяемых металлов.

Пайка твердыми припоями

Низкотемпературная и высокотемпературная пайки представляют собой явления одной сущности. Их технология, используемые материалы и оборудование, характеристики получаемого соединения существенно различаются. Основанием для разделения этих способов принято считать пограничную температуру плавления припоев 450°C.

Отличия высокотемпературной пайки от низкотемпературной

Что отличает высокотемпературную пайку от низкотемпературной, кроме температуры плавления припоев? Прежде всего, значительно более высокая прочность паяного соединения, обусловленная большей прочностью твердых припоев в сравнении с мягкими.

Спаянная рама велосипеда

Важным отличием высокотемпературной пайки от низкотемпературной является повышенная термоустойчивость соединения. Поскольку температура плавления твердых припоев значительно выше температуры плавления мягких, соединение, выполненное высокотемпературной пайкой, способно работать при более высоких температурах, сохраняя все свои свойства. Во многих случаях при выборе способа пайки, эта особенность является определяющей.
Но есть и то, в чем пайка твердыми припоями уступает пайке мягкими припоями. Относительно высокая температура может вызывать структурные изменения в некоторых металлах. Такое, в частности, наблюдается в чугуне, в котором при пайке могут возникать закалочные структуры, приводящие к повышенной хрупкости металла в зоне шва.
Высокая температура плавления твердых припоев предъявляет свои требования к источникам нагрева. Они должны обеспечивать расплавление припоев, температура плавления которых достигает иногда 1000°C. Это исключает использование при высокотемпературной пайке удобных паяльников, являющихся основным инструментом при пайке мягкими припоями.
Резюмируя вышесказанное, можно подвести итог сравнения высокотемпературной и низкотемпературной паек.

К достоинствам первой относится высокая прочность и термоустойчивость соединения, к недостаткам — сложность технологического процесса, обусловленная необходимостью прогрева паяемых деталей до относительно высоких температур.

Применение пайки твердыми припоями

Область применения пайки твердыми припоями определяется ее промежуточным положением между низкотемпературной пайкой и сваркой. Везде, где требуется получить более прочное соединение, чем это можно сделать с использованием мягких припоев, способное к тому же работать в условиях высоких температур, и в то же время сохранить структуру соединяемых металлов, не допустить их разупрочнения и деформации (как это имеет место при сварке), применяют высокотемпературную пайку
Пайка твердыми припоями является основным способом при изготовлении металлорежущего инструмента с твердосплавными пластинами. Припаивание последних обеспечивает достаточную прочность соединения и не оказывает отрицательного воздействия на твердость и геометрию режущих пластин.

  • Изготовление всевозможных сосудов из цветных металлов и нержавеющих сталей, соединение стальных и медных трубопроводов, работающих под высоким давлением или повышенной температуре в различных системах — холодильных, теплообменных и пр. — также не может обойтись без пайки твердыми припоями.
  • Широко используется высокотемпературная пайка при ремонте автомобилей — радиаторов, трубопроводных систем двигателя и трансмиссии, кузовов, различных деталей — везде, где нельзя или нежелательно применять сварку.
  • Целесообразно использование высокотемпературной пайки для соединения между собой тонкостенных деталей, работающих при значительных нагрузках и упругих деформациях.
  • Для ремонта медных и латунных бытовых изделий, подвергающихся в процессе эксплуатации высоким температурам, высокотемпературная пайка является способом ремонта не имеющим альтернативы.Таких, например, как старинный самовар, растапливаемый дровами. В этом случае мягкие припои не могут применяться из-за неспособности выдерживать высокую температуру нагрева.

Источники нагрева при высокотемпературной пайке

В качестве источников нагрева при высокотемпературной пайке может использоваться любое оборудование, которое позволяет нагревать паяемые детали несколько выше температуры плавления используемых припоев. Эта температура может колебаться в пределах 450-1200°C. При использовании тугоплавких материалов, таких как латунь или технически чистая медь, требуется нагрев, превышающий 1000°C, при использовании среднеплавких припоев требуется температура нагрева в 700-800°C.
Основными источниками нагрева при высокотемпературной пайке являются газовые горелки различных типов, индукторы и печи. Применяется также нагрев электросопротивлением. В быту чаще всего твердыми припоями паяют с помощью горелок.

Припои

Основная заслуга в образовании прочных и термоустойчивых соединений при высокотемпературной пайке принадлежит меди. Она не только входит практически во все твердые припои, но в большинстве из них выполняет главную роль, являясь основой припоев.
Иногда используют в качестве припоя и технически чистую медь. Однако гораздо чаще используют пайку медными припоями, представляющими собой соединения меди с другими металлами — цинком, серебром, кремнием, оловом и пр. Каждый из этих элементов вносит свою лепту в технологические свойства припоев. Почти все они снижают температуру плавления (у чистой меди она составляет 1083°C).
При высокотемпературной пайке используются медно-цинковые, медно-фосфорные, серебряные припои и латуни.

Твердый припой покрытый флюсом

Медно-цинковые припои

Существует большое количество медно-цинковых припоев (ПМЦ-35, ПМЦ-39, ПМЦ-50, ПМЦ-54, ПМЦ-57 и пр.). Цифры указывают процентное содержание меди. Их используют для пайки бронзы, меди, стали. Недостатком чисто медно-цинковых материалов является плохая работа в условиях ударных, вибрационных и изгибающих нагрузок. Чтобы убрать или снизить этот недостаток используют легирование их другими металлами (например, латуни можно рассматривать как легированные медно-цинковые припои). Легированные медно-цинковые припои используются, в частности, при пайке твердосплавных резцов.

Медно-фосфорные припои

Медно-фосфорные припои (ПМФ-7, ПМФ-9, ПМФОЦр-6-4-0,03) представляют собой сплав меди с фосфором. Следующая за буквами цифра указывает на процентное содержание фосфора. Припой ПМФОЦр-6-4-0.03, кроме меди и фосфора, содержит олово и цирконий.
Медно-фосфорные припои относятся к среднеплавким (700-850°C), обладают высокой текучестью и хорошей коррозионной устойчивостью к агрессивным средам. Используются для пайки меди и ее сплавов (бронзы, латуни, мельхиора). Можно их использовать и в качестве заменителя серебряных припоев при ремонте ювелирных изделий.
Пайка сталей и чугуна медными припоями, содержащими фосфор, не применяется из-за повышенной хрупкости соединения и его неспособности переносить ударные, вибрационные и изгибающие нагрузки. Это вызвано образованием по границе шва пленки фосфитов.
Отличительную особенность медно-фосфорных припоев является то, что они являются самофлюсующимися. При пайке ими медных изделий, применение флюса не обязательно.

Латуни

Широкое распространение в качестве припоев получили латуни, которые являются сплавом меди с цинком. Латуни Л62 и ЛОК-62-06-04 дают прочные паяные соединения. ЛОК-62-06-04 отличается от Л62 наличием олова и кремния, обеспечивающих более высокие технологические свойства припоя. Олово увеличивает жидкотекучесть и снижает температуру плавления, а соединения кремния предохраняют цинк от окисления и испарения. Латуни применяются при пайке меди, стали, чугуна.

Серебряные припои

Серебро является отличным материалом для пайки. Серебряным припоям, которые представляют собой в основном сплав серебра с медью и цинком, принадлежит первое место по растеканию, смачиваемости, прочности и антикоррозионности. Не будь они такими дорогими, можно было бы отказаться от всех остальных припоев, используя только серебряные. Благо они обладают универсальностью и способны паять практически любой металл.
Припои на основе серебра обозначаются буквами ПСр (ПСр-15, ПСр-25, ПСр-45, ПСр-65, ПСр-70). Марки ПСр-15 и ПСр-25 используются для пайки не очень ответственных деталей. Если требуется получить особо качественное соединение, используют припой ПСр-45, имеющий 45% серебра, 30% меди и 25% цинка. ПСр-45 обладает отличными качествами — вязкостью, ковкостью, жидкотекучестью, устойчивостью против коррозии, способностью выдерживать вибрацию и удары. Припой ПСр-65 не уступает ПСр-45, но слишком дорог.
Серебряными припоями можно паять практически любой металл — медь и ее сплавы, серебро, стали и пр. Однако в силу их дороговизны пайку серебряными припоями применяют только там, где это экономически целесообразно, в частности, для соединения нержавеющих сталей, относящихся к разряду труднопаяемых и требующих припоев, обладающих хорошей смачиваемостью и позволяющих избежать коррозии, которая может возникнуть в спае.

Флюсы

Основным компонентом флюсов для пайки твердыми припоями являются борные соединения — бура (Na2B4O7), борная кислота (H3BO3), борный ангидрид (B2O3). Для усиления активности борных флюсов, например при пайке нержавеющих и жаростойких сталей, в них добавляются соединения фтора — фтористый кальций, фтористый калий. Применяются специальные флюсы, регламентированные ГОСТ 23178-78 — под марками ПВ200, ПВ201, ПВ209, ПВ209Х, ПВ284Х. В первые два входят борная кислота, бура и фтористый кальций. Они используются для пайки нержавеющих и конструкционных сталей и жаропрочных сплавов. Флюс ПВ209 состоит из фтористого калия, борного ангидрида, калия тетрафторбората. Флюсы ПВ209Х, ПВ284Х состоят из борной кислоты, гидроксида калия, плавиковой кислоты. Флюсы ПВ209, ПВ209Х, ПВ284Х можно использовать для пайки меди и ее сплавов, нержавеющих и конструкционных сталей.
Пайка меди и ее сплавов может производиться с помощью чистой буры, которая является универсальным флюсом для высокотемпературной пайки.

Бура

Используются различные формы выпуска флюсов — жидкости, порошок, кусочки (кристаллы буры, например). Чтобы облегчить их дозирование (избыток флюса так же нежелателен, как и недостаток), используют объединение их с припоем. Делается это разными способами — добавлением в виде порошка в сыпучие формы припоев, обмазкой прутков припоя или помещением внутрь трубочки из припоя, совместным прессованием таблетированных форм.

Технология высокотемпературной пайки

В приведенном примере в качестве паяемых деталей выбраны части гаечного ключа. В качестве припоя — материал, представляющий собой пруток, покрытый флюсом. Необходим также высокоактивный флюс, подходящий для нержавеющих сталей. Инструментом нагрева является газовая горелка.
Пайка выполняется в такой последовательности

Сварка и пайка алюминия. Припои и флюсы.

Изделия, очищенные и подготовленные для пайки, не должны храниться продолжительное время во избежание окисления. Их следует возможно скорее загружать в печь или контейнер с обеспечением защитной среды. Особенное внимание должно быть уделено удалению воздуха при пайке высоколегированных сталей и сплавов, содержащих легкоокисляемые элементы. Удаление воздуха может достигаться вакуумированием или продуванием защитного газа — аргона. При продувании температура должна повышаться постепенно, начиная от комнатной до 800—900 С (1073— 1173 К). Этот процесс требует значительного расход аргона. Вакуумирование более рационально, так как при этом значительно снижается расход аргона. Большое значение при пайке имеет контроль температуры нагрева изделия; перегрев может оказать вредное влияние.

Общее время пребывания припоя в расплавленном состоянии состоит из времени:

где t1 — время нагрева от температуры плавления припоя до температуры пайки; t2 — время выдержки при пайке; t3 — время охлаждения от температуры пайки до температуры кристаллизации припоя.

В случае взаимодействия припоя с основным металлом t1 и следует, возможно, сокращать. После окончания процесса панки необходимо удалить флюс, очистить окисленные поверхности, устранить наплывы и участки растекания припоя, в особенности в тех местах, которые подлежат последующей обработке. Требование удаления флюса вызвано возможным отрицательным влияние его, например появлением коррозии (в алюминиевых сплавах).

Флюсы (для пайки алюминиевого сплава) удаляют промывкой горячей и холодной водой при условии последующей обработки в растворе хромового ангидрида. Флюсы на основе буры образуют на поверхности твердую корку. Их удаляют механическим путем или погружением деталей в горячую воду. Паяные швы на алюминиевых сплавах обрабатывают металлической щеткой и вторично промывают от флюсов, могущих остаться в порах швов. Растекающийся припой удаляют механическим, химическим или электромеханическим способами.

Для контроля качества паяных соединений применяют разные методы. Существенное значение имеет внешний осмотр швов. Швы проверяются на прочность, плотность, электропроводность. Паяные швы можно контролировать физическими методами: рентгеновским просвечиванием, применением радиоактивных изотопов, прозвучиванием.

Кроме испытания паяных образцов без их разрушения, нередко применяют испытания с доведением их до разрушения. Результаты, полученные при испытаниях до разрушения нескольких образцов, позволяют установить механические свойства серии аналогичных изделий.

К углеродистым и низколегированным сталям относится стали, имеющие температуру плавления 1450—1520 С (1723—1793 К). При низкотемпературной пайке сталей применяются главным образом оловянно-свинцовые припои с активными флюсами. Перед пайкой рекомендуется детали облуживать. Это ускоряет процесс пайки и позволяет обеспечивать высокие механические свойства соединений.

Более часто для пайки сталей применяют высокотемпературные медно-цинковые припои с добавкой серебра (температура плавления 940—700 С (1213—973 К). Однако вследствие легкого испарения цинка эти припои не применяют для вакуумной панки. Их целесообразно использовать при пайке в среде с низкими окислительными свойствами, например продуктов неполного сгорания азотно-водородной смеси с флюсом в виде буры, борного ангидрида и т. д. Для пайки углеродистых сталей в качестве припоя применяют также чистую медь, в особенности при пайке в печах в среде водорода. Медь хорошо растекается, заполняет малые зазоры. При этом прочность соединений превосходит прочность самой меди.

К высоколегированным сплавам относятся коррозионно-стойкие аустенитные стали 0Х18Н9, 12Х18Н9 со стабилизирующими добавками — титаном, ванадием, ниобием и т. д., кислотоупорные хромистые стали Х17, Х25 и другие ферритного класса, жароустойчивые никелевые сплавы, например, имеющие около 80% Ni и др.

Указанные сплавы могут паяться легкоплавкими припоями с применением активных флюсов. Однако пайка легкоплавкими припоями указанной группы сплавов технически нецелесообразна. Рациональнее применять для их соединений высокотемпературные припои (табл. 1).

В соответствии с маркой припоя применяются флюсы с различными составляющими. Некоторые припои при быстром нагреве т. в. ч. теряют свои составляющие.

Высоколегированные сплавы и стали можно паять в среде аргона, водорода, в вакуумных печах, Недостаток пайки в аргоне — не вполне удовлетворительная растекаемость припоя. Для улучшения растекаемости во флюсы вводят добавки, например литий. Пайка в атмосфере водорода требует высокой его чистоты; использование водорода всегда сопряжено с некоторой опасностью взрыва.

Пайка в вакууме дает хорошие результаты при применении припоев, не содержащих легко испаряющихся элементов (цинка и др.). При пайке указанных выше материалов могут возникать поры вследствие испарения некоторых составляющих припоя, например, цинка: непровары в результате неудовлетворительного смачивания расплавленным припоем соединяемых частей или недостаточной очистки поверхностей; трещины при проникновении жидкого припоя между границами зерен основного металла. Особенно часто образуются трещины при пайке медно-цинковыми и медно-серебряными припоями. Применением более высокотемпературных припоев можно избежать растрескивания паяных соединений.

Таблица 1. Состав припоев, %

prm image002

Применение никелевых припоев иногда сопровождается образованием подрезов основного металла в местах перехода к швам. Это происходит вследствие того, что припой этого рода имеет способность растворять основной металл. Чтобы избежать этого явления, следует вести технологический процесс пайки при возможно более низкой температуре.

При помощи пайки хорошо соединяются изделия из чистой меди и медных сплавов. Чистая медь хорошо паяется при нагреве в вакуумных печах, а также в атмосфере хорошо очищенного водорода без каких-либо примесей кислорода. Медно-цинковые сплавы, содержащие 4—38% Zn, при длительном нагреве теряют его (цинк испаряется), поэтому латунные детали перед пайкой целесообразно покрывать медью.

Пайка широко применяется для соединений различных бронз; алюминиевых, содержащих 5—10% Аl; бериллиевых, применяемых в приборостроении и имеющих в своем составе 2—2,5% Be; хромовых, содержащих около 0,5% Сr; оловянных, применяемых при обработке давлением, содержащих олово, а также фосфор и др.

Медь и ее сплавы легко паяются при применении низкотемпературных припоев с использованием канифольных флюсов, не вызывающих коррозии. Нередко перед пайкой поверхности деталей облуживают чистым оловом слоем толщиной 0,005 мм на стали и 0,0075 мм на меди. Низкотемпературные припои не обеспечивают высокой прочности паяных соединений, поэтому рекомендуется пайка в печах высокотемпературными твердыми припоями. Целесообразно применение медно-фосфорных и серебряных припоев и флюсов на основе буры с добавлением фтористых соединений. Алюминиевые бронзы хорошо паяются серебряными припоями с никелем, который препятствует проникновению в припой алюминия и повышает производительность технологического процесса.

Титан и его сплавы паяют в электрических печах, т. в. ч., газопламенным горелками. Наилучшие механические свойства спая достигаются при пайке ТВЧ. Это объясняется тем, что в результате сокращения термического цикла при этом способе пайки отсутствует рост зерна, приводящий к охрупчиванию соединений. При пайке титановых сплавов целесообразно применять серебряные припои, имеющие температуру плавления ниже температуры рекристаллизации титана и выше температуры, требуемой для удовлетворения условий смачивания припоем паяных деталей.

Очень важная задача производства — соединение пайкой различного рода керамических материалов и окислов друг с другом и с металлами. Возможны разные случаи: металлы более тугоплавки, нежели керамика, при этом соединение обеих деталей происходит в твердом состоянии, контакт обеспечивается необходимым давлением, применением покрытий. В последнем случае соединение достигается при температурах ниже температуры плавления каждой из соединяемых деталей.

Особенно благоприятные условия для соединения, когда металлы имеют температуру плавления ниже температуры плавления керамики и в результате своих специфических химических свойств склонны к образованию связи с последней. Гак, например, титан и цирконий имеют большое сродство к кислороду и образуют твердые растворы со многими металлами и окислами. Окислы титана и циркония весьма тугоплавки. При некоторых условиях эти металлы восстанавливают окислы металлов, образующих керамику, и присоединяют к себе освобожденный кислород. Такое восстановление, необходимое для прессовой пайки, следует проводить в условиях вакуума или в среде аргона.

Серьезные затруднение пайки керамик с металлами — существенная разница в их температурных коэффициентах расширения, в результате чего в соединениях образуются остаточные напряжения значительной величины. В неблагоприятных случаях, при недостаточной пластичности материалов в них возникают трещины. Для устранения этого явления иногда между соединяемым металлом и керамикой прокладывают пластины из пластичного металла, например молибдена. При пластических деформациях последнего опасность возникновения трещин в керамике значительно уменьшается.

С помощью специальных присадочных металлов можно получать качественные соединения не только однородных элементов, например Al2O3 + Al2O3, но и разнородных. Сплавы, содержащие сильные карбидообразующие элементы — молибден, тантал, титан, цирконий и др., — хорошо смачивают графит.

Припои и флюсы для пайки

Большинство способов пайки осуществляют с применением различных припоев и лишь в тех случаях, когда в процессе пайки между металлами могут образоваться легкоплавкие эвтектики, пайка возможна без специального припоя.

К припоям предъявляют ряд требований общего характера. Припой должен хорошо растекаться по поверхности основного металла, смачивать и растворять его, легко заполнять зазоры между деталями, обеспечивать необходимую прочность соединения и т. п.
Припои применяют в виде лент, паст, прутьев. Особенно распространены припои в виде проволочных контуров и прокладок из фольги, штампуемых в соответствии с поверхностью соединяемых частей.

Широкое применение в качестве припоев получили высокотемпературные припои — сплавы на основе серебра, алюминия, меди и др., обладающие, как правило, температурой плавления выше 450—500 С (723—773 К). Медно-цинковые припои ПМЦ 36, ПМЦ 48, ПМЦ 54 имеют предел прочности σв = 21-35 кгс/мм2 (206,0—343,2 МН/м3), относительное удлинение до 26%, рекомендуются для пайки изделий из меди, томпака, латуни, бронзы. Серебряные припои имеют температуру плавления 740—830 С (413—1103 К). Согласно ГОСТ 8190-56 марки припоев разделяют в зависимости от содержания в сплавах серебра, которое изменяется в пределах от 10 (ПСр 10) до 72% (ПСр 72). В них также содержатся цинк, медь и в небольшом количестве свинец. Эти припои применяют для пайки тонких деталей, соединения медных проводов и в случаях, когда место спая не должно резко уменьшать электропроводность стыковых соединений.

Низкотемпературные припои имеют температуру плавления ниже 450—400 С (723—673 К). Они обладают небольшой прочностью. Их применяют для пайки почти всех металлов и сплавов в разных их сочетаниях. В большинстве случаев низкотемпературные припои содержат значительный процент олова.

Низкотемпературные оловянно-свинцовые припои (ГОСТ 1499—70) имеют верхнюю критическую точку плавления 209—327° С (482—600 К). Олово имеет точку плавления 232 С (505 К). Его предел прочности при растяжении 1,9 кгс/мм2 (18,6 МН/м2), относительное удлинение 49%, НВ 6.2 кгс/мм2 (60,8 МН/м2). Оловянно-свинцовые припои ПОС-90, ПОС-61, ПОС-40 и др. применяют при пайке медных аппаратов, авиационных радиаторов, изделий из латуни и железа, медных проводов и т. д.

Образование качественного паяного соединения в значительной степени зависит от возможности наиболее полного удаления с поверхности металла окисных, адсорбированных газовых и жидких пленок. В практике пайки для удаления поверхностных пленок применяют различного рода флюсы, восстановительную атмосферу или вакуум. В последнее время для этой цели успешно используют механическое разрушение пленок с помощью ультразвуковых упругих колебаний.

Флюсы при пайке имеют несколько назначений. Они защищают основной металл и припои от окисления, растворяют или восстанавливают образовавшиеся окислы, улучшают смачивание поверхностей, способствуют растеканию припоев. Флюсы можно применять в твердом, жидком и газообразном виде (в виде порошков, паст, растворов газов). Роль флюса выполняют некоторые специальные газовые атмосферы и вакуум, которые также могут способствовать восстановлению окислов и улучшению условий смачивания. Флюсующее действие оказывают в некоторых случаях отдельные составляющие, входящие в состав припоев. Например, фосфористые припои не требуют флюсов при пайке медных сплавов.

Флюсы сварочные

Флюсами называют специально приготовленные неметаллические гранулированные порошки с определенным размером зерен.

Назначение флюсов – расплавляясь, они создают шлаковый купол над зоной дуги, а после химико-металлургического воздействия образуют шлаковую корку на поверхности, в ней остаются окислы, вредные примеси и газы.

Флюсы делят на неплавящиеся, керамические и плавильные.

Керамические флюсы.

Изготавливают так же, как и электродное покрытие.

Сухие компоненты шихты замешиваются в жидком стекле. Полученную массу измельчают путем продавливания. Потом прокаливают, просеивают для получения частиц определенного размера.
Частицы сухой смеси могут быть скреплены за счет спекания. Происходит это при повышенных температурах без расплавления. Затем гранулируют до необходимого размера.

Не плавильные флюсы приготавливаются в виде механической смеси. Наиболее распространенны керамические флюсы. По составу близки к составу основного покрытия.
Легирование металла флюсом достигается путем введения в их состав ферросплавов.
Сочетание легирующих элементов может быть различно, а это позволяет получать практически любой состав металла шва.

Это наиболее характерная особенность керамических флюсов.

Химический состав шва также зависит от параметров сварки.

Чтобы определить, как изменились свойства шва, надо замерить твердость в различных местах.

Наиболее критичная зона – зона сплавления и околошовная зона. Керамические флюсы имеют и свои недостатки: малая прочность, вследствие чего в процессе транспортировки или эксплуатации меняют свою грануляцию.

Часто применяют для сварки высоколегированных и специальных сталей, а также для наплавочных работ.

Плавильные флюсы.

Сплавы оксидов и солей металлов. Процесс их изготовления включает следующие стадии:

1. Расчет и подготовка шихты.
2. Выплавка флюса.
3. Грануляция.
4. Сушка, если использовалась мокрая грануляция.
5. Просеивание.

Предварительно измельченные части флюса загружают в дуговые или плавильные печи. После расплавления и выдержки до окончания реакции при температуре 1400 C флюс выпускают из печи.

При сухой грануляции флюс выливается в металлические формы. После остывания отливка дробится, при этом используются валки. Размер частиц 0,1-3 мм. Затем флюсы просеивают.

Сухая грануляция применяется для гигроскопических флюсов, содержащих большое количество фтористых и хромистых солей.

Преимущество этих флюсов в том, что они могут быть использованы несколько раз.

Используют для сварки алюминиевых и титановых сплавов.

Мокрый способ грануляции: расплавленный флюс выпускается из печи достаточно тонкой струей и попадает в емкость с проточной водой. В ряде случаев используют дополнительную струю воды.
Далее идет просеивание.

Получают различную грануляцию. Флюс сушат при температуре 250-300 C, а после дробят, если возникает необходимость. После этого просеивают.

Флюс представляет из себя неровные зерна светло-серого, красно-бурого и коричневого цвета.

Транспортируют в герметичной таре, полиэтиленовых мешках, бочках.

Плавильный флюс не может содержать легирующих элементов в чистом виде, так как они окисляются в процессе изготовления. Поэтому легирование происходит путем восстановления окислов флюсов.

В основу классификации флюсов по химическому составу положено содержание в нем оксидов и солей.

Различают окислительные флюсы, имеющие оксид марганца и кремния в составе.

Для получения определенных свойств флюса, в его состав вводят другие компоненты – плавиковый шпат, более прочные оксиды.

Чем больше во флюсе оксида марганца и кремния, тем сильнее он может легировать металл данными элементами, но тем больше он будет окислять этот металл.

Плавильные флюсы применяются для сварки углеродистых и низколегированных сталей.

Безокислительные флюсы практически не содержат оксидов марганца и кремния, в их состав входят фториды, используются для сварки высоколегированных сталей.
Также безокислительные флюсы могут состоять из фтористых и хлоридных солей и элементов, не содержащих кислород.
Используют для сварки высокоактивных металлов – алюминия и титана.

В связи с широким применением флюсов, есть ГОСТ на основные марки: ГОСТ 9087-81 «Флюсы сварочные плавильные».
Регламентирует химический состав.

Различают стекловидный и пемзовидный характер зерна.
Строение зерна зависит от состава расплава флюса, степени его перегрева.
В зависимости от этого, флюс может получаться плотным, прозрачным, пористым, рыхлым.
Следует учитывать, что пемзовидный флюс при том же химическом составе, имеет в полтора-два раза меньший вес, чем стекловидный.

Данные флюсы хуже защищают металл от воздействия воздуха, но обеспечивают хорошее формирование шва при больших плотностях тока и скоростях сварки.

Буквы в обозначениях флюсов:

  • М – мелкий
  • С – стекловидный
  • П – пемзовидный
  • СП – смешанный

Сварка под флюсом

На первый взгляд может показаться, что одно из основных преимуществ сварки под флюсом — возможность получения большой глубины проплавления свариваемого металла — противоречит условиям сварки тонколистовой стали. Однако при определенных условиях сварка под флюсом допускает регулирование глубины проплавления металла, начиная от долей миллиметра, и поэтому хорошо известные ее достоинства могут быть использованы для сварки тонколистовой стали.

Успешное внедрение в производство сварки под флюсом изделий из тонколистовой стали стало возможным, главным образом, благодаря применению тонкой сварочной проволоки. Известны примеры сварки тонколистовой стали и обычной электродной проволокой диаметром, например, 4 мм. Однако в этом случае удавалось сваривать сталь толщиной не менее 3—4 мм при условии весьма тщательной сборки изделия.

Для сварки тонколистовой стали большое значение имеет применение приспособлений, облегчающих точную сборку изделия и обеспечивающих надежное поджатие к свариваемому стыку медной или флюсомедной подкладки, флюсовой подушки и т. п. Опыт показывает, что производительность автоматической сварки изделий из тонколистовой стали со сравнительно короткими швами зависит не столько от машинной скорости сварки, сколько от затрат времени на подготовительные и вспомогательные операции. Поэтому важной задачей является разработка эффективно действующих сборочных и сборочно-сварочных приспособлений.

Чем меньше величина тепловой энергии, передающейся от дуги основному металлу в процессе сварки, тем меньше глубина его проплавления и, следовательно, тем более тонкий металл можно сваривать без прожогов. Тепловая энергия, передаваемая основному металлу, может быть уменьшена за счет уменьшения мощности дуги или увеличения скорости ее перемещения по свариваемому соединению.

Для сварки тонколистовой стали в основном применяют уменьшение мощности дуги, а не увеличение скорости сварки. Это в значительной мере объясняется тем, что применение больших скоростей сварки (более 150—200 м/час) связано с жесткими требованиями к точности поддержания режима сварки, необходимостью тщательной очистки свариваемых кромок, с очень точной сборкой стыков, в ряде случаев со специальным наклоном изделия и электрода и т. п. При указанных скоростях сварки металл шва может быть поражен порами, поперечными трещинами и другими дефектами. Если при этом учесть, что производительность сварки тонколистовой стали, как указывалось выше, главным образом, зависит от затрат времени на установочные и подготовительные операции, то станет ясным, почему увеличение скорости не стало основным способом уменьшения погонной тепловой энергии.

Устойчивость процесса сварки

При сварке тонколистовой стали равномерность глубины проплавления имеет особенно важное значение. Если сваривая сталь толщиной более 4—5 мм, можно допустить колебание глубины проплавления в пределах ± 1 мм, не опасаясь возникновения прожогов, то в случае сварки тонких листов стали такое же колебание совершенно недопустимо.

Равномерность глубины проплавления зависит от устойчивости режима сварки, главным образом, от колебаний сварочного тока. Колебания скорости сварки, а также напряжения дуги сказываются в меньшей степени. Исходя из этого, для сварки тонколистовой стали следует рекомендовать сварочные автоматы с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, так как они обеспечивают практически почти постоянные значения тока при колебании напряжения в сети или случайных изменениях длины дуги в процессе сварки. При этом сохраняются почти постоянной глубина проплавления, а также количество наплавляемого металла. Сварочные головки с регулируемой скоростью подачи электродной проволоки в тех же условиях не обеспечивают постоянство тока и поэтому применять их не рекомендуется.

Понижение мощности дуги, требующееся для сварки тонколистовой стали, может быть осуществлено только до определенного предела, зависящего от диаметра электродной проволоки. Дальнейшее снижение мощности резко ухудшает устойчивость процесса сварки и приводит к неудовлетворительному формированию шва. В случае сварки переменным током этот предел достигается при значительно большей мощности дуги, чем в случае сварки постоянным током обратной полярности. Поэтому сварку тонколистовой стали рекомендуется осуществлять постоянным током обратной полярности (положительный полюс присоединен к электроду). В табл. 1 приведены полученные опытным путем значения минимально-допустимых сварочных токов для электродной проволоки различных диаметров при сварке под флюсом АН-348 постоянным током обратной полярности.

ha image002

Как следует из табл. 1, для обеспечения устойчивого горения дуги при понижении ее мощности необходимо увеличивать плотность тока в электроде, что практически достигается путем уменьшения диаметра электродной проволоки. Эту таблицу можно использовать для выбора диаметра электродной проволоки при сварке на заданном режиме.

При рассмотрении условий устойчивого горения электрической дуги пользуются ее статическими вольтамперными характеристиками. Вольтамперной характеристикой называется зависимость между током и напряжением дуги при постоянной ее длине. На фиг. 1 приведены такие характеристики для дуг различной длины. Каждая вольт- амперная характеристика дуги состоит из нескольких участков: падающего (с ростом тока напряжение падает), почти горизонтального (жесткий участок) и растущего (с ростом тока напряжение увеличивается). В зависимости от условии сварки, дуге соответствует тот или иной участок характеристики. Так, например, при сварке неплавящимся угольным или вольфрамовым электродом, при ручной сварке качественными электродами, при автоматической сварке под флюсом со сравнительно небольшой плотностью тока и в некоторых других случаях характеристика сварочной дуги является падающей с переходом к жесткой. При сварке под флюсом или в защитной газовой среде с повышенной плотностью тока в плавящейся электродной проволоке характеристика дуги становится растущей.

Если дуга имеет падающую вольтамперную характеристику, то устойчивое ее горение возможно только при том условии, что внешняя характеристика сварочного генератора также будет падающей, т. е. напряжение холостого хода генератора значительно превышает напряжение дуги при сварке.

ha image004

С ростом плотности тока в плавящемся электроде изменяются свойства сварочной дуги. Эти изменения настолько существенны, что позволяют предъявить совершенно другие требования к характеристикам источников питания постоянного тока.

Еще в 1950 г. в Институте электросварки им. Е. О. Па- тона было доказано, что при повышении плотности тока в плавящемся электроде может быть получен устойчивый процесс сварки при использовании в качестве источника питания генератора постоянного тока с жесткой внешней характеристикой (напряжение холостого хода генератора практически равно напряжению дуги при сварке). В отечественной и зарубежной практике в последние годы такие генераторы нашли широкое применение.

Генераторы с жесткими внешними характеристиками значительно более экономичны, чем обычные сварочные генераторы с крутопадающими характеристиками и высоким напряжением холостого хода, так как пропорционально снижению напряжения холостого хода генератора снижаются затраты на активные материалы, уменьшается вес генератора и его стоимость.

Чем больше скорость подачи электродной проволоки п меньше сварочный ток, тем труднее возбудить дугу путем непосредственной подачи электродной проволоки к изделию. Опыт показывает, что при использовании обычных сварочных генераторов с крутопадающей внешней характеристикой в ряде случаев этот способ возбуждения дуги практически оказывается неосуществимым. Совершенно иное наблюдается в случае применения генераторов с жесткими внешними характеристиками. Резкое нарастание тока при закорачивании электрода на изделие обеспечивает безотказное возбуждение дуги. Короткое замыкание не наносит ущерба генератору, так как тонкая электродная проволока выполняет роль плавкой вставки в цепи, ограничивая время протекания и величину тока короткого замыкания.

В тех случаях, когда генераторы с жесткими внешними характеристиками по какой-либо причине не могут быть применены для сварки тонкого металла, следует применять генераторы с весьма пологопадающими характеристиками, т. е. с большой величиной тока короткого замыкания.

Чем резче изменяется ток в цепи при случайных изменениях длины дуги, тем интенсивнее протекают процессы саморегулирования и тем быстрее восстанавливается заданный режим сварки. Генераторы с крутопадающими внешними характеристиками дают значительно меньшие изменения тока при случайных колебаниях длины дуги, чем генераторы с пологопадающими, жесткими или растущими характеристиками, благодаря чему обеспечивают большую устойчивость процесса сварки тонкой электродной проволокой.

Весьма характерно влияние внешних характеристик генераторов на процесс сварки и формирование шва при изменении величины зазора в соединении. Опыт показывает, что в случае питания дуги от генераторов с жесткой или пологопадающей внешней характеристикой можно допустить большие по величине зазоры в стыке, не нарушая нормального формирования шва. Такое же явление наблюдается при увеличении плотности тока в электроде.

ha image006

В табл. 2 приведены режимы сварки стыковых соединений стали толщиной 3 мм, собранных с постепенно возрастающим зазором от 0 до 5 мм при длине образцов 500 мм. Образцы сваривались электродной проволокой диаметром 3 мм при питании от генератора с крутопадающей внешней характеристикой и генератора с пологопадающей характеристикой. Один из образцов был сварен электродной проволокой диаметром 1,6 мм при питании от генератора с крутопадающей характеристикой. Как следует из табл. 2 и фиг. 2, где изображены образцы сварных соединений, в случае внешней характеристики генератора, приближающейся к жесткой (пологопадающей), а также в случае большей плотности тока в электроде (меньший диаметр электрода), максимальный зазор, при котором еще происходит правильное формирование шва, значительно больше.

ha image008

Не следует считать, что приведенные в таблице максимальные зазоры могут быть рекомендованы как допустимые при сборке стыков. В данном случае имеет место плавное возрастание зазора, что не равноценно резким изменениям зазоров, которые могут наблюдаться в практике.

Влияние формы внешней характеристики, а также плотности тока на формирование швов при сварке с зазорами в стыке связано, по-видимому, с изменением интенсивности процессов саморегулирования.

При автоматической сварке стыкового соединения одно из активных пятен дуги расположено на расплавленном металле ванны, заполняющей разделку. В отдельные моменты времени скорость перемещения ванны расплавленного металла может отличаться от скорости движения электрода вдоль стыка. Одной из причин этого бывает изменение величины зазора между свариваемыми кромками или изменение зазора между подкладкой и свариваемыми листами.

При увеличении зазора в стыковом соединении или возникновении большего зазора между подкладкой и свариваемыми листами скорость перемещения ванны расплавленного металла уменьшается. Так как скорость движения электрода при этом остается прежней, имеет место рост дугового промежутка. Резкое увеличение дугового промежутка вызывает обрыв дуги и нарушение процесса сварки. При плавном удлинении дуги процесс может не нарушиться, активное пятно успеет занять новое положение, обеспечивая восстановление прежней длины дуги.

Если питание дуги осуществляется от генератора с крутопадающей внешней характеристикой, то при удлинении дуги, как показали исследования, наблюдается рост ее мощности, что ведет к дополнительному оплавлению кромок в месте повышенного зазора, где начала удлиняться дута. При этом электродного металла окажется недостаточно для заполнения зазора между оплавленными кромками, в результате чего образуется не заполненный металлом участок — прожог.

Увеличение интенсивности саморегулирования дуги, имеющее место в случае применения генераторов с жесткими внешними характеристиками или при повышенной плотности тока в электроде, в известных пределах может предотвратить возникновение прожогов. Благодаря интенсивному саморегулированию значительное удлинение или обрывы дуги не будут наблюдаться при отставании ванны жидкого металла в месте увеличившегося зазора. При этом длина дуги будет поддерживаться постоянной и опасный участок с увеличенным зазором может быть пройден без нарушения процесса сварки (без обрывов дуги, прожогов и пр.). Этот участок от остальной части шва будет отличаться только меньшим усилением шва или даже полным отсутствием усиления.

Как известно из практики автоматической сварки под флюсом, с увеличением плотности тока в электроде глубина проплавления заметно возрастает. Например, при сварке на токе 500 а увеличение плотности тока приблизительно в 3 раза, за счет уменьшения диаметра электродной проволоки от 5 до 3 мм, вызывает увеличение глубины проплавления на 25%. Так как переход к сварке тонкой электродной проволокой связан с еще большим увеличением плотности тока в электроде, то возникает опасение, не может ли интенсивный рост глубины про­плавления в этом случае стать препятствием на пути применения тонкой электродной проволоки и повышенной плотности тока для сварки тонколистовой стали. Проведенные опыты показали, что это опасение несостоятельно.

ha image010

На фиг. 3 приведен график зависимости глубины проплавления от диаметра электродной проволоки. Как видно из графика, рост глубины проплавления с увеличением плотности тока (уменьшением диаметра электрода) наблюдается только при сварке на токах, превосходящих 300—350 а. Что же касается интересующего пас диапазона токов, применяемых для сварки тонкой стали (до 300—350 а), то в нем увеличение плотности тока не вызывает изменения глубины проплавления. Это объясняется некоторыми особенностями, отличающими маломощные электрические дуги от дуг большей мощности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *