з’єднання пайкою

З'єднання пайкою.

Пайка - це процес отримання нероз'ємного з'єднання матеріалів шляхом їх автономного розплавлення при змочуванні, растекании і заповненні зазору між ними з подальшою його кристалізацією.

1. Дозволяє з'єднувати метали в будь-якому поєднанні;
2. З'єднання можливо при будь-якої початкової температурі паяється;
3. Можливе об'єднання металів з неметалами;
4. Паяні з'єднання легко роз'ємні;
5. Більш точно витримується форма і розміри виробу, так як основний метал не розплавляється;
6. Дозволяє отримувати з'єднання без значних внутрішніх напружень і без викривлення вироби;
7. Підвищена продуктивність процесу дозволяє паяти за один прийом велику кількість виробів;
8. Культура виробництва; можлива повна механізація і автоматизація.

1 - прикристалізаційнй шар змінного хімічного складу;

2 - дифузійна зона зі змінним хімічним складом;

3 - ділянка із змінною структурою і властивостями в результаті локального нагріву

4 - зона ізотермічної кристалізації.

Малюнок 1. Структура паяного з'єднання

Терміни та визначення:

Припій - метал або сплав, що вводиться в зазор між деталями або утворюючийся між ними в процесі пайки і має більш низьку температуру початку автономного плавлення ніж паяні матеріали.

Паяні з'єднання - елемент паяної конструкції, що складається з:

а) паяного шва і дифузійних зон при загальному нагріванні;

б) паяного шва з ЗТВ при локальному нагріві.

Галтель паяного шва - ділянку паяного шва, що утворилася в результаті дії капілярних сил у краї зазору на зовнішніх поверхнях деталей.

Дифузійна зона - ділянка паяного з'єднання, що характеризується зміненим хімічним складом основного матеріалу, що утворився в результаті дифузії компонентів припою.

Класифікація пайки

Види капілярної пайки:

1. Пайка готовим припоєм капілярна пайка, при якій використовується готовий припой і формування шва відбувається при його охолодженні.
2. Контактно-реактивна капілярна пайка, при якій припой утворюється в результаті контактно-реактивного плавлення матеріалів, що з'єднуються і прокладок.
3. Реактивно-флюсова капілярна пайка, при якій припій утворюється в результаті виділення металу з флюсу.
4. Дифузійна капілярна пайка, при якій затвердіння паяного шва відбувається вище температури солідусу припою без охолодження.
5. Метало-капілярна пайка, при якій наповнювач металу керамічного припою утворює розгалужений капіляр, що втримує при пайку рідку частину припою поза капілярним зазору.

Види некапілярної пайки:

1. Пайко-зварювання здійснюється без розплавлювання деталей.
2. Сварко-пайка застосовується при пайку металів з різною температурою плавлення, при цьому метал з найменшою температурою плавлення виконує функцію припою.

Всі способи пайки підрозділяються:

1. По фізичних, хімічних, електрохімічних ознаках, що визначають процес видалення оксидів з поверхні паяється:
   • флюсова;
   • ультрозвуковая;
   • в активному газовому середовищі;
   • в нейтральному газовому середовищі;
   • в вакуумі.
2. По виду нагрівання:
   • 450 0 С для паяння;
   • при підвищенні температури будь-які джерела нагріву.
3. За відсутності або наявності тиску на деталі, що паяються:
   • без тиску;
   • під тиском.
4. За часом нагрівання:
   • одночасно;
   • неодночасно.

Утворення паяного з'єднання супроводжується спаєм між припоєм і паяним матеріалом.

Спай - перехідний шар, що утворився в результаті змочування при температурі пайки і подальшої взаємодії на кордоні "основний метал припій".

Класифікація спаев:

1. Бездифузійний - коли атоми не переходять через границю контакту.
2. Растворно-дифузний - коли основний метал розчиняється в припої і розчиняє елементи припою.
3. Контактно-реакційний - виникає без припою за рахунок контактного розплавлювання основного металу.
4. Дисперсирований - утворюється між металами не дають між собою хімічної сполуки, не розчинні один в одному за рахунок сильного зниження поверхневого натягу під дією припою і дисперсированих твердих частинок.

Конструкційні параметри паяних з'єднань (рисунок 2)

1. Тип з'єднання;
2. Паяльний зазор;
3. Величина нахлестки;
4. Шорсткість поверхні;
5. Радіус галтельної ділянки;
6. Кут скосу кромок.

Припої і паяльні суміші. Вимоги пред'являються до них:

1. Температура плавлення припою має бути нижче температури паяється;
2. Припій повинен мати гарну жидкотекучестью, змочувати поверхні металів, розтікатися, проникати у вузькі зазори;
3. Припій повинен утворювати з з'єднаннями матеріалами сплав, забезпечувати міцний зв'язок;
4. Корозійна стійкість паяних швів у матеріалу повинна бути однаковою, щоб уникнути електрокорозії;
5. Температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) припою і основного металу повинні бути однакові для уникнення залишкових напруг і тріщин;
6. Припій не повинен в значній мірі знижувати міцність і пластичність матеріалів, що з'єднуються;
7. Електропровідність, теплопровідність і інші фізико-хімічні властивості припою і основного металу не повинні сильно відрізнятися.

Класифікація припоїв:

1. За хімічним складом.
2. За технологічними властивостями:
   • самофлюсуючі припої - які видаляють окисли з паяемой поверхні без участі флюсу;
   • композиційні припої - складаються з суміші тугоплавких і легкоплавких елементів.
3. За вмісту активованих компонентів, що підвищують змочуваність.
4. За температурі плавлення:
   • низькотемпературні (температура плавлення припою менше 450 0 С);
   • високотемпературні (температура плавлення припою більше 450 0 С).
5. По сортаменту:
   • пластичні припої:
     • смуга;
     • фольга;
     • дріт.
   • тендітні припої:
     • прутки;
     • виливки;
     • порошки;
     • пасти;
     • сітка;
     • стружка;
     • кільця;
     • брикети.

Класифікація флюсів:

1. За температурним ознакою:
   • низькотемпературні;
   • високотемпературні.
2. За природою розчинника:
   • водні;
   • неводні.
3. За природою активаторів:
   • низькотемпературні:
     • галогенідні;
     • фторборідние;
     • борідноуглекіслие.
   • високотемпературні:
     • каніфольні;
     • фторидні;
     • стеаринові;
     • кислотні;
     • гідрозинові;
     • аніміновие.
4. За механізмом дії:
   • захисні;
   • хімічного дії;
   • електохімічної дії;
   • реактивні.
5. По агрегатному стані:
   • тверді;
   • рідкі;
   • пастоподібні.

Механізми флюсування:

1. Хімічні реакції компонентів флюсу з окислом:
   • освіту відновлення металу;
   • освіту легких комплексних сполук.
2. Електрохімічні реакції - іонні руйнування основного металу.
3. Внаслідок фізичних процесів, в результаті хімічних реакцій.

Склад флюсів:

1. Основа, яка розчиняє продукти флюсування (бура, хлориди легких металів, бура + борний ангідрид);
2. Розчинники окисної плівки (фториди);
3. Активні реагенти (солі важких металів, оксиди, що дають комплексні сполуки).

Флюси поділяються на 4 групи:

1. На основі каніфолі та інших органічних сполук (для низькотемпературної пайки, коли важко промити деталь після пайки);
2. На основі хлористих з'єднань (для пайки легкоплавких металів маючих міцну окисну плівку) основа легкоплавка евтектика;
3. На основі сполук бору (для пайки чавуну, міді і сплавів на її основі);
4. На основі фтористих з'єднань (для пайки сталей аустенітного класу, нікелю і сплавів на його основі).

Газові середовища:

1. вакуум:
   • низький Р<10 -1 мм.рт.ст. - для пайки не применяется;
   • середній Р<10 -4 мм.рт.ст. - для пайки бронзы, сталей всех классов, никеля;
   • - високий Р> 10 -4 мм.рт.ст. - для пайки титану, танталу, цирконію, ніобію.

Примітка: Р - ступінь розрідженості.
Механізм впливу вакууму на окисну плівку складається в зниженні парціального тиску кисню на основний метал.

Нейтральні середовища: інертні, по відношенню до основного металу і припою, гази.
Механізм впливу нейтрального середовища на окисну плівку складається в зниженні парціального тиску кисню на основний метал.

Активні (відновні) середовища: активні (водень, азот (аміак при температурі 650 0 С розкладається на азот і водень).
Механізм впливу активного середовища на окисну плівку складається в хімічній взаємодії активного газу з оксидами основного металу.