Паяння

План.

1.    Загальні відомості.

2.    Припої

3.    Флюси

4.    Паяльні лампи.

5.    Інструмент для паяння. Паяльники.

6.    Види паяльних швів.

7.    Паяння м'якими припоями.

8.    Паяння твердими припоями.

9.    Основні дефекти та способи попередження.

1. Загальні відомості.

Паяння — це процес виготовлення нероз’ємного з'єднання матеріалів з нагріванням нижче температури їх автономного плавлення (змочування, розтікання ,й заповнення зазора ніж ними розплавленим припоєм і зчеплення їх при кристалізації шва).

Паяння широко застосовують у різних галузях промисловості. У машинобудуванні його використовують при виготовленні лопаток і дисків турбін, трубопроводів, радіаторів, ребер двигунів повітря­ного охолодження, рам велосипедів, посудин промислового призна­чення, газової апаратури тощо. В електропромисловості та приладо­будуванні паяння є в ряді випадків єдино можливим методом з’єд­нання деталей: Його застосовують при виготовленні електро- і радіо­апаратури, телевізорів, деталей електромашин, плавких запобіжни­ків тощо.

До переваг паяння належать: незначне нагрівання з’єднуваних частин, що зберігає структуру й механічні властивості металу; чистота з’єднання, яка не потребує найчастіше наступної обробки; збереження розмірів і форми деталі; міцність з’єднання.

Сучасні способи дають змогу паяти вуглецеві, леговані й нержа­віючі сталі, кольорові метали та їх сплави.

2. Припої.

Якість, міцність та експлуатаційна надійність паяного з’єднання в першу чергу залежать від правильного вибору припою. Не всі метали і сплави можуть бути припоями. Припої повинні мати такі властивості;

Властивості припоїв

температуру плавлення нижчу за температуру плавлення матеріа­лів, що паяють;

у розплавленому стані (у захисному середовищі, під флюсом або у вакуумі) добре змочувати матеріал, що паяється, і легко розтікатися по його поверхні;

забезпечувати достатньо високі зчіплюваність, міцність, пластич­ність і герметичність паяного з’єднання;    

мати коефіцієнт термічного розширений , близький до відповідного коефіцієнта матеріалу, що паяється.

Залежно від температури плавлення припої класифікують так (рис. 349): тверді (тугоплавкі) — високоміцні, що мають температуру плавлення понад 500 °С; м’які (легкоплавкі) — менш міцні, що мають температуру плавлення нижче 500 °С.

Легкоплавкі припої широко застосовують у різнома­нітних галузях промисловості та побуту; вони являють собою сплав олова зі свинцем. Різні кількісні співвідношення олова зі свинцем визначають властивості припоїв.

Олов’яно-свинцеві припої порівняно з іншими мають високу змо­чувальну здатність, хороший опір корозії. При паянні цими припоями властивості з’єднуваних матеріалів практично не змінюються.

Легкоплавкі припої служать для паяння сталі, міді, цинку, свин­цю, олова та їх сплавів, сірого чавуну, алюмінію, кераміки, скла та ін.

Для одержання спеціальних властивостей до олов’яно-свинцевих припоїв додають сурму, вісмут, кадмій, індій, ртуть та інші метали.

Олов’яно-свинцеві припої виготовляють таких марок:

безсурм’янисті — ПОС 90, ПОС 61, ПОС 40, ПОС 10, ПОС 61М

ПОСК 50-18;

малосурм’янисті — ПОССу 61-05, ПОССу 50-0,5, ПОССу 40-0,5, ПООСу 35-0,5, ПОССу 25-0,5, ПОССу 18-0,5;

сурм’янисті ПОССу 95-5, ПОССу 40-2, ПОССу 35-2, ПОССу 30-2, ПОССу 25-2, ПОССу 18-2, ПОССу 15-2, ПООСу 10-2, ПОССу 8-3, ПОССу 5-1 і ПОССу 4-6.

У позначенні марки букви вказують: ПОС — припій олов’яно- свинцевий; М — мідь; К — калій; числа вказують: перше — на вміст олова, %; наступні — на вміст міді й калію, % (решта — до 100 % — свинець). При слюсарних роботах частіше застосовують припій ПОС 40.

Тугоплавкі п р и п о ї — це тугоплавкі метали та сплави* З них широко застосовують мідно-цинкові та срібні; Для одержання певних властивостей і температури плавлення в ці сплави додають олово, марганець, алюміній, залізо та інші метали,

Додавання у невеликій кількості бору підвищує твердість і міц­ність припою, але й підвищує крихкість паяних швів.

3. Флюси.

З підвищенням температури швидкість окислення повер­хонь деталей, що паяються, значно зростає, в результаті чого припій не пристає до деталі. Для видалення оксиду застосовують хімічні ре­човини, які називаються флюсами. Флюси поліпшують умови змочування поверхні металу, що паяється, розплавленим припоєм, захищають поверхню паяного металу та розплавленого припою від окислення при нагріванні та в процесі паяння, розчиняють існуючі на поверхні металу, що паяється, та припою оксидні плівки.

Розрізняють флюси для м’яких і твердих припоїв, а також для па­яння алюмінієвих сплавів, нержавіючих сталей і чавуну.

Флюси для м’яких припоїв. До цих флюсів належать хлористий цинк, нашатир, каніфоль, паяльні пасти тощо.

Хлорид цинку, який називається також травленою кисло­тою,— дуже хороший флюсуючий засіб при паянні чорних і кольоро­вих металів (крім цинкових та оцинкованих деталей, алюмінію та його сплавів). Приготовляють хлористий цинк розчиненням 1 ч дрібно по­рубаного цинку у 5 ч соляної кислоти.

Нашатир (хлористий амоній) — біла гірко-солона на смак сіль. Використовується у вигляді порошку й кристалів. При нагрі­ванні нашатир розкладається з виділенням шкідливого для здоров’я білого газу, тому при паянні слід застосовувати не чистий нашатир, а розчин, що складається з 0,5 л води, 100 г нашатирю та невеликої кількості хлористого цинку.

Каніфоль — жовтувато-коричнева смолиста речовина, яку дістають у вигляді паличок або порошку при перегонці соснової смоли, Флюсуючі властивості каніфолі значно слабші, ніж у інших флюсів, але вона не викликає корозії паяного шва. Завдяки цьому каніфоль переважно застосовують для паяння електро- і радіоапаратури.

Каніфоль застосовують у вигляді порошку, паличок або розчину в спирті.

Паяльна паста — це рідина, виготовлена з хлористого цинку та амонію або хлористого цинку і крохмалю.

Для виготовлення паяльної пасти крохмаль розчиняють у воді, потім розчин кип’ятять доти, поки не зробиться клейстер. Крохмаль­ний клейстер у холодному вигляді додають до розчину хлористого цинку або хлористого амонію, перемішуючи доти, поки не вийде ледь липка рідина.

Флюси для твердих припоїв. До цих флюеів належать бура, борна кислота та деякі інші речовини.

Буру застосовують у вигляді порошку, для чого її товчуть у ступці й просіюють. Щоб при нагріванні бура не пінилася, перед за­стосуванням її прожарюють. Бура легко вбирає вологу з повітря, тому її зберігають в банці з притертою пробкою. Рекомендується застосо­вувати безводну буру, бо інакше флюс при нагріванні втрачає воду, набрякає й тріскається, внаслідок чого ускладнюється процес паяння

Борна кислота — це білі, жирні на дотик лусочки. За своїми флюсуючими властивостями борна кислота краща за буру, але використовується рідше, бо вартість її вища.

Флюси для паяння алюмінієвих сплавів. Як флюси при паянні алюмінієвих сплавів застосовують складні за хімічним складом суміші: фтористого натрію, хлористих літію» калію, цинку та ін. Хлористі солі мають здатність розчиняти оксиди алюмі­нію, тому їх роль у флюсах є основною. Хлористі літій і калій вводять до складу флюсів для зниження температури плавлення.

Флюси для паяння нержавіючих сталей. Одним з таких флюсів е пастоподібна суміш бури й борної кислоти (порівну), замішана у насиченому розчині хлористого цинку. Засто­совують також флюс 200, який складається з 70 % борної кислоти, 21 % бури і 9 % фтористого калію. Цей флюс підходить для паяння конструкційних і нержавіючих сталей, а також жароміцних сплавів латунню з твердими припоями.

Флюсом для паяння чавуну (сірого чи ковкого) служить бура (60 %) з додаванням хлористого цинку (~38 %) і марганцевокислого калію (~2 %). До цього флюсу, крім того, входить перекис марганцю (або хлорат калію), який сприяє вигорянню графі­ту з поверхні металу і тим самим забезпечує одержання чистої, добре змочуваної припоєм поверхні.

Флюсом для паяння свинцевих сплавів мо­же служити стеарин.

4. Паяльні лампи.

Паяльними лампами нагрівають деталі, що паяють, і розплавляють припій. Ними користуються найчастіше при паянні легкоплавкими припоями, але інколи застосовують і при паянні тугоплавкими припоями з відносно невисокою температурою плавлення (наприклад, срібними).

На рис. 350 показана гасова паяльна лампа, а на

рис,'351—лампа, що працює на бензині, спирті або гасі.

Малогабаритна нагрівальна лампа, створена Доробою (рис. 352, а), складається з тонкостінного (0,3 мм) корпуса 2, у терці якого є отвір 0 0,2 мм, регулятора 1 температури полум'я, пробки 4, бензостійкої гумової прокладки З і сферичної латунної сі­точки 5, встановленої у корпусі внутрішнього торця для запобіган­ня засміченню отвору і створення камери для випаровування бен­зину. Лампу заправляють бензином Б-70.

Основні правила безпеки:

зберігати бензин, потрібний для розпалювання паяльної лампи, в окремій посудині;-

заправляти паяльну лампу лише у безпечному в пожежному від­ношенні місці;

заливати пальне лише з посудини, що має тонку зливну трубку, або через невелику лійку на листі; кількість залитого пального не повинна перевищувати 3/4 об’єму резервуара;

заправляти паяльну лампу можна лише пальним, на яке вона розрахована;

заправка лампи, що не прохолола, категорично забороняється;

розпалювання паяльної лампи здійснювати біля цеглини (рис. 353, а) або спеціалізованого захисного пристрою (рис. 353, б); на випадок спалахування пального, що пролилося, треба мати побли­зу робочого місця пісок для гасіння вогню.

5. Інструмент для паяння. Паяльники.

Основним інструментом для паяння є паяльник. За способом нагрівання паяльники поділяють на три групи — періодич­ного підігрівання, безперервного підігрівання газом або рідким паль­ним та електричні. Особливу групу становлять паяльники спеціального призначення: ультразвукові з генератором ультразвукової частоти (УП-21); з дуговим підігрівом; з вібруючими пристроями.

Незалежно від способу нагрівання й конструкції основне при­значення паяльника полягає в нагріванні припою до розплавлення, розжарюванні розплавленого припою і нанесенні його на з’єднання; прогріванні металу за місцем паяння; видаленні залишків розплав­леного припою.

Паяльники періодичного підігрівання поділяють на кутові, або молотові (рис. 354, а), і прямі, або торцеві (рис. 354, б). Перші застосовують найбільше. Прямі паяльники ви­користовують у важкодоступних місцях. Паяльник являє собою пев­ної форми кусок міді 3, закріплений на залізному стержні 2 з де­рев’яною рукояткою 1 на кінці.

У бензиновому паяльнику (рис. 356) робоча головка 1 безперервно підігрівається полум’ям бензинового пальника 2. Руко­ятка 3 одночасно служить резервуаром для бензину. Резервуар запов­нюють неповністю, залишаючи невеликий вільний простір. Після заповнення резервуара бензином міцно закручують вентиль на кінці рукоятки. Категорично забороняється заповнювати бензином резер­вуар поблизу вогню.

Електричні паяльники застосовують широко, бо во­ни прості за конструкцією й зручні при користуванні. При роботі з ними не утворюються шкідливі гази, що роз’їдають полуду на мідно­му стержні, і нагрівання місць, які паяють, здійснюється рівномір­но при постійній температурі, а це значно підвищує якість паяння. Такі паяльники нагріваються швидко — протягом 2...8 хв.

Електричні паяльники бувають прямими (рис. 357, а) і ку­товими (рис. 357, б).

До паяльників безперервного підігрівання належать газові й бензинові.

Газовий паяльник (рис. 355) має ацетилено-кисневий пальник 4, до якого на стержні 2 прикріплено за допомогою хомутика З звичайний паяльник 1 з міді. Ніпелі 7, 8 під шланги прикріплені до рукоятки 6. Кисень та ацетилен подаються по шлангах ніпелів

і 8. Подача до пальника ацетилено-кисневої суміші регулюєть­ся за допомогою вентилів 5 і 9. Ацетиленокисневу суміш на виході

6. Види паяльних швів.

Види паяних швів (рис. 358, а—е). Залежно від вимог, які ставляться до виробів, що паяються, шви поділяють на три групи:

м і ц н і, яким властива певна механічна міцність, але не обов’яз­ково герметичність;

щільні — суцільні герметичні шви, які не допускають проник­нення будь-якої речовини;

щ і л ь н о м і ц н і, яким властиві і міцність і герметичність.

З’єднувані деталі слід добре підганяти одну до одної.

Мал. З58. Паяльні шви.

а – стиковий; б – внапусток; в – ступінчастий; г – зі косим зрізом; д – стиковий з накладкою е – герметичний.

7. Паяння м'якими припоями.

Паяння м’якими припоями поділяється на кислотне і без- кислотне. При кислотному паянні як флюс використовують хлористий цинк або технічну соляну кислоту, при безкислотному — флюси, що не містять кислот: каніфоль, терпентин, стеарин, паяльну пасту тощо. Безкислотним паянням дістають чистий шов; після кислот­ного паяння не виключена можливість появи корозії.

Процес паяння м’якими припоями складається з підготовки виро­бу до паяння, підготовки паяльника, розплавлення припою, охолод­ження й очищення шва.

Підготовка виробу до паяння. Міцне паяне з’єднання можна дістати лише у тому разі, якщо місце паяння попередньо очищено від бруду, жирів, продуктів корозії й оксидних плівок, які сильно заважають розтіканню припою та його проникненню в шов. Поверхню виробів перед паянням очищають, обезжирюють, травлять, промивають і сушать.

Механічне очищення поверхні виробів від іржі та ока­лини виконують наждачним папером, напилками, металевими щітками, шліфувальними кругами, стальним або чавунним шротом.

Хімічне обезжирювання улужних ваннахє найпростішим та найефективнішим способом; полягає воно в обробці виробів у тонко помеленому й розведеному водою до кашкоподібного стану віденського вапна, яке пензлем наносять на виріб. Поверхню потім ретельно протирають і змивають во,дою.

Обезжирювання в органічних розчинни­ках застосовують для видалення товстого шару масла з виробів зі складними поверхнями, внутрішніми площинами й глибоким« отво­рами. Для цього використовують ацетон, бензол, скипидар, бензин, метиловий та етиловий спирти тощо.

Хімічне травлення застосовують у тому разі, коли ок­сидні плівки, які є на поверхні виробу, та інші з’єднання не видаля­ються обезжирюванням і перешкоджають утворенню міцного з’єднання припою з металом, що паяється. Травлення здійснюють зануренням виробів у розчини сірчаної, соляної, фосфорної та інших кислот.

Очищення за допомогою ультразвуку засто­совують тоді, коли інші способи не забезпечують потрібну чистоту поверхні. В ультразвукових ваннах як очисне середовище викорис­товують органічні розчинники, лужні розчини, гарячу воду, мильний розчин тощо.

Підготовка паяльника полягає перш за все в доведенні робочої час­тини під кутом ЗО...40° й очищення від слідів окалини. Потім обушок паяльника нагрівають, слідкуючи, щоб його робоча частина знахо­дилася у зоні полум’я, що не коптить, і нагрівання здійснювалося до певних температур — 250...300 °С при паянні дрібних деталей і

400 °С при паянні великих. Необхідно слідкувати, щоб паяль­ник не перегрівся. Нагрівання паяльника понад 500 °С підвищує окалиноутворення й ускладнює лудіння наконечника. Ознакою пере­грівання є поява зеленуватого полум’я й швидке згорання каніфолі з виділенням диму замість її плавлення. При перегріванні паяльник знімають з вогню, дають трохи прохолонути, затискують у лещатах, обпилюють плоским напилком робочий кінець дочиста з обох боків і знімають з ребер задирки.

Про нормальне нагрівання паяльника судять за легким покрас- нінням обушка. Якщо паяльник недостатньо нагрітий, то припій на поверхнях, що паяються, швидко остигає і перетворюється на кашо­подібну масу. Таке паяння дуже неміцне. Під час тривалого паяння періодично очищають робочу частину паяльника від окалини сталь­ною щіткою і напилком.

Нагрітий паяльник (рис. 359, б) швидко знімають з вогню, очи­щають від окалини зануренням у хлорид цинку (рис. 359, в), потім набирають з прутка 1...2 краплі припою (рис. 359, г) і проводять па­яльником по куску нашатирю (рис. 359, (?) доти, поки кінець паяль­ника не покриється рівним шаром припою. Потім протравлюють місце паяння

Паяльник накладають на місце спаювання, трохи затримують його на одному місці для прогрівання деталі, потім по­вільно і рівномірно переміщають по місцю спаювання. При цьому розплавлений припій стікає з паяльника і заповнює зазори шва (0,05...0,15 мм).

Для запобігання нагріванню сусідні зі швом ділянки деталі на­кривають мокрими ганчірками або занурюють у воду. Після охоло­дження паяний шов очищають, промивають, протирають сухим ган­чір’ям.

Нагрітий паяльник не можна класти на стіл або верстак, бо він швидко охолоне й забрудниться, паяльник кладуть на підставку.

При масовому виготовленні деталей паяння здійснюють занурен­ням їх у ванну з розплавленим припоєм.

Паяння твердими припоями застосовують для виготовлення міц­них і термостійких швів і здійснюють так:

поверхні підганяють одну до одної обпилюванням  і     ретельно чистять від бруду, оксидних плівок і жирів механічним або хімічним способом;

підігнані поверхні в місці паяння покривають флюсом на місце спаю накладають шматочки припою — мідні пластинки і закріплюють їх м’яким в’язальним дротом підготовлені деталі нагрівають паяльною лампою, у ковальському горні або електропечі;

коли припій розплавиться, деталь знімають з вогню і тримають у такому положенні, щоб припій не міг стікати зі шва;

потім деталь повільно охолоджують (охолоджувати у воді деталь з напаяною пластинкою не можна, бо це послабить міцність з’єднання).

7. Паяння твердими припоями.

Застосовують також інший спосіб паяння: підготовлену деталь нагрівають і посипають бурою, потім знову нагрівають і до місця з’єднання підводять кінець мідного або латунного дроту, який, роз­плавляючись, заливає місце спаю. В міру охолодження спаяні дета­лі промивають у воді, протирають сухими ганчірками і просушують; шов зачищають наждачним папером або обпилюють напилком.