Основы пайки
Московский государственный автомобильно-дорожный
институт.
Основы пайки
Студент: Троицкий А. П.
Группа: 1КМ1
Москва 2001.
План реферата
1.
Основы теории пайки
металлов……………………1
2.
Технология
пайки…………………………………...2
3.
Флюсы ………………………………………………3
4.
Припои………………………………………………4
5.
Подготовка деталей к
пайке………………………..5
1.
Основы теории
пайки металлов
Пайка - сложный физико-химический процесс получения
соединения в результате
Взаимодействия
твердого паяемого (основного) и жидкого присадочного металла
(припоя)
Паяное соединение
неоднородно по строению и составу. Паяный шов включают в себя спаи,
диффузионные зоны и место припоя кристаллизовавшегося в зазоре между деталями с
прикристаллизованными ионами.
Спай – переходный слой, образующийся в
результате вследствие физико-химического взаимодействия расплавленного припоя с
паяемым металлом. Контактная поверхность плавится в результате теплообмена с
припоем.
Диффузионная зона – результат взаимной
диффузии припоя и паяемого металла.
Прикристаллизованная зона – результат
концентрирования в области спая тугоплавких компонентов при кристаллизации
расплава.
Прочностные характеристики паяного
соединения определяется возникновением химических связей между пограничными
слоями припоя и паяемого металла (адгезией), а также сцеплением частиц внутри
припоя или паяемого металла между собой (когезией).
Особенности процесса кристаллизации
вызваны:
·
Малым зазором (0,05…0,07 мм) между деталями;
·
Различием химических составов припоя и паяемого
металла;
·
Кратковременностью физико-химических
взаимодействий между соединяемыми металлами расплавом припоя и газовой средой.
Вследствие малого зазора, в процессе
пайки между деталями образуется незначительное количество жидкого припоя,
активно взаимодействующего с паяемыми металлами. В жидкий припой, вследствие
диффузии, попадают примеси, а в металл переходят некоторые компоненты припоя.
Изменение жидкой фазы приводит к изменению структуры металла шва и температуры
кристаллизации.
Кристаллизацию шва рассматривают как
двустороннее, направленное к центру, заращивание зазора. Характер
кристаллизации определяется скоростью остывания и величиной зазора.
При пайке получают соединения с
межатомными связями с помощью нагрева их до температуры ниже температуры их
автономного плавления, смачиванием поверхностей расплавом припоя с дальнейшим
затеканием его в зазор и кристаллизацией. При этом имеет место взаимодействие:
Паяемый материал- расплав припоя –
расплав флюса
при
температуре ниже плавления паяемых материалов.
2. Технология пайки
Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов:
A. Предварительная подготовка паяемых соединений;
B. Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления
паяемых деталей;
C. Удаление окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью
флюса;
D. Введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя;
E. Взаимодействие между паяемыми деталями и припоем;
F. Кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми
деталями;
Пайкой можно соединять любые металлы и
их сплавы. В качестве припоя используются чистые металлы (они плавятся при
строго фиксированной температуре) и их сплавы (они плавятся в определенном
интервале температур).
Разница между температурами начала
плавления и полного расплавления называется интервалом кристаллизации. При
осуществлении процесса пайки необходимо выполнение температурного условия:
t1 > t2 > t3
> t4
где t1 – температура начала плавления материала
детали
t2 – температура
нагрева детали при пайке;
t3 – температура плавления припоя;
t4 – рабочая температура
паянного соединения;
Флюсы
применяются для удаления окисной пленки с поверхности основного металла и
припоя, а также для недопущения окисления при пайке. Флюсы могут быть:
a) Твердыми:
b) Жидкими;
c) Пастообразными;
В процессе нагревания соединяемых металлов твердый флюс
плавится, смачивает поверхности деталей и припоя и взаимодействует с окисной
пленкой. Флюс должен взаимодействовать с окисной плёнкой прежде, чем
расплавится припой.
Флюсы могут содержать вещества,
которые:
·
Вступают во взаимодействие
с окисной пленкой, образуя шлаки, легко растворимые во флюсы;
·
Растворяют окисную пленку
·
Вступают в реакцию
замещения с окислами труднопаяемого металла и образуют оксиды легкорастворимые
во флюсе.
Флюсы классифицируют по признакам:
-
температурному интервалу
пайки на низкотемпературные (t<4500C) и
высокотемпературные (t>4500C);
-
Природе растворителя на
водные и неводные;
-
Природе активатора на
канифольные, галогенидные, фтороборатные, анилиновые, кислотные и т.д.;
- По агрегатному состоянию на твердые, жидкие
и пастообразные
3.1Пример флюса
Для низкотемпературной пайки меди используют канифоль.
Канифоль - твёрдое
стекловидно6е вещество с температурой плавления 1250С,
получаемое из сосновой смолы. Флюсовый эффект связан с содержанием в
ней абиетиновой кислоты, растворяющей окислы меди. При температуре 300-4000С
канифоль разлагается с выделением углерода и водорода. Вследствие этого окислы
меди интенсивно восстанавливаются.
4. Припои
Припоями называются металлы и их сплавы, применяемые для пайки и лужения (лужение-
процесс нанесения на паяемые детали тонкого слоя припоя для улучшения
смачиваемости деталей при пайке) и имеющие температуры плавления паяемых
металлов.
Припои должны отвечать следующим требованиям:
-
Обладать высокой
жидкотекучестью и смачивающей способностью;
-
Интенсивно проникать в
зазор между деталями;
-
Обеспечивать прочную связь
металлов в зоне спая при статических и знакопеременных нагрузках;
-
Иметь высокую коррозийную
стойкость.
Припои классифицируют
по следующим признакам:
a)
Химическому составу;
b)
Температуре плавления;
c)
Технологическим свойствам;
По химическому
составу припои делятся на свинцово-оловянные, серебряные, медно-фосфорные,
цинковые, титановые и др.
По температуре плавления делятся на низкотемпературные t<4500C и
высокотемпературные t>4500C.
По техническим свойствам делятся на самофлюсующиеся (частично удаляют
окислы с поверхности металла) и композиционные (состоят из тугоплавких и
легкоплавких порошков, позволяющих производить пайку с большими зазорами между
деталями).
Применение различных типов припоев:
Свинцовые припои с содержанием серебра до 3% имеют термостойкость, чем
свинцово-оловянистые и применяются при пайке медных и латунных деталей,
работающих при температуре до1500С.
Серебряные припои с медью и цинком применяются при высокотемпературной
пайке стали, меди и её сплавов. Они обладают повышенной тепло- и
электропроводностью и высокой пластичностью, прочностью и коррозионной
устойчивостью.
Медно-фосфорные припои применяются как заменители серебряных припоев
при пайке стали и меди. Они обладают высокой жидкотекучестью и самофлюсующимися
свойствами. Швы прочные, но не эластичные в условиях низких температур.
Для высокотемпературной пайки стали и меди также применяются также
медно-цинковые припои. Стали можно паять чистой медью и сплавами на основе
никеля.
4.1 Пример припоя
Для низкотемпературной пайки широко используются
свинцово-оловянистые припои, обладающие высокими технологическими свойствами и
обеспечивающие высокую прочность и коррозионную стойкость соединения.
5.Подготовка деталей к пайке и пайка.
1. Механическая обработка (подгонка деталей друг к другу и создание
шероховатости с помощью шкурки)
2. Обезжиривание поверхностей, подготавливаемых для пайки (едким натром
(5-10 г/л), углекислым натрием (15-30г/л), тирнатрийфосфатом (30-60 г/л),
эмульгатор ОП-7 (0,5 г/л)). Детали в растворе выдерживают при температуре 50-600С
в течение 15-20 минут. После обработки щелочью детали последовательно
промывают горячей и холодной водой, а затем сушат.
3. Нагрев и пайка осуществляется паяльником, паяльными клещами, газовым
пламенем, в печах, током ВЧ, электронным или лазерным лучом (паяльником можно
паять только тонкостенные детали при температуре до 3500С).