Пайка твердыми припоями

И все же, несмотря на то, что низкотемпературная и высокотемпературная пайки представляют собой явления одной сущности, их технология, используемые материалы и оборудование, характеристики получаемого соединения существенно различаются. Что, собственно, и явилось основанием для разделения этих способов. За граничную температуру, разделяющую их, приняты 450°C.

Отличия высокотемпературной пайки от низкотемпературной

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

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

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

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.

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

Пайка меди и ее сплавов может производиться с помощью чистой буры, которая является универсальным флюсом для высокотемпературной пайки.

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

Пайка выполняется в такой последовательности. Механическим путем зачищаются стыковые части деталей. Операция необходима для удаления стойкой окисной пленки, которая покрывает нержавеющие стали.

Детали зажимаются в тисках в требуемом положении.

Зона пайки промазывается флюсом.

Зажигается горелка, и устанавливается необходимый режим горения. Пламя должно быть восстановительным, с небольшой нехваткой кислорода (но не до копоти и желтого огня). Пересыщенное кислородом пламя окисляет поверхность металла.

Производится разогрев паяемой зоны до начала изменения цвета детали (при прикосновении, флюс на прутке должен начать плавиться). Прогревать нужно все соединение, перемещая пламя в разные стороны.

Осуществляется офлюсовывание стыка флюсом с прутка — трением последнего по стыку. Если используется неофлюсованный пруток, после прогрева кончика, его нужно окунуть во флюс, чтобы тот покрыл его.

Нагрев зоны пайки доводится до вишневого цвета. Обычно пайка твердыми припоями производится в интервале цветов от темно-вишневого до светло-вишневого.

Расплавляется припой. При достаточном количестве флюса он легко растекается по зоне пайки, затягивается в стык.

После окончания операции производится зачистка спая.

Источник

Припои для пайки. Твердые и мягкие припои.

Припои для пайки. Твердые и мягкие припои.

Припои — это сплавы способные соединять две разные металлические детали с помощью пайки. Это происходит в расплавленном состоянии, когда сплав припоя заполняет все зазоры между деталями и при остывании образуется твердое, прочное соединение.

Возможно вам будет интересная другая моя статья припой ПОС 40 Технические характеристики.

Таблица 1.

Основные применения припоев.

Марка припоя	Область применения
ПОС 90	Пайка и лужение приборов и аппаратов в медицинской промышленности, а также в пищевом хозяйстве.
ПОС 61М	Пайка и лужение радиоэлектронной техники, тонкой медной проволоки, фольги (толщина менее 0.2 мм).
ПОС 61	Пайка и лужение радиоаппаратуры, схем, где недопустим перегрев.
ПОС 40	Пайка и лужение электроаппаратуры и деталей из латуни, железа и оцинкованного железа с герметичными швами.
ПОС 30	Пайка и лужение деталей машиностроения
ПОС 10	Пайка и лужение электрических аппаратов, реле и контактных поверхностей.
Сурьмянистые
ПОССу 95-5	Пайка трубопроводов в электропромышленности, работающих при повышенных температурах.
ПОССу 40-2	Пайка и лужение тонколистовых упаковок, холодильников. Припой широкого применения.
ПОССу 30-2	Пайка и лужение в холодильном аппаратостроении, электроламповом производстве, автомобилестроении, для абразивной пайки.
ПОССу 8-3	Пайка и лужение в электроламповом производстве.
ПОССу 5-1	Пайка и лужение деталей, работающих при высоких температурах (трубчатые радиаторы).
ПОССу 4-6	Пайка и лужение деталей с клепанными и закатанными швами из меди и латуни. Пайка белой жести, шпатлевка кузовов автомобилей.
ПОССу 4-4 ПОССу 10-2 ПОССу 15-2 ПОССу 18-2 ПОССу 25-2	Пайка и лужение деталей в машиностроении
Малосурьмянистые
ПОССу 61-0,5	Пайка и лужение электроаппаратуры, пайки элементов печатных плат, обмоток электрических машин, оцинкованных радиодеталей при жестких требованиях к температуре.
ПОССу 50-0,5	Пайка и лужение авиационных радиаторов, для пайки пищевой посуды.
ПОССу 40-0,5	Пайка и лужение жести, обмоток электрических машин, для пайки монтажных элементов, моточных и кабельных изделий, радиаторных трубок, оцинкованных деталей холодильных агрегатов.
ПОССу 35-0,5	Пайка и лужение свинцовых кабельных оболочек электротехнических изделий неответственного назначения, тонколистовой упаковки.
ПОССу 30-0,5	Пайка и лужение радиаторов и оцинкованного листа.
ПОССу 25-0,5	Пайка и лужение радиаторов.
ПОССу 18-0,5	Пайка и лужение электроламп и трубок теплообменников.

Обозначение припоев.

ПОС-40 – припой оловянно-свинцовый с содержанием Олова (Sn) 39-41 %, Свинца (Pb) 59-61 %.

ПОССу 40-2 – припой оловянно-свинцовый с добавлением в сплав сурьмы (Sb) 1.5-2.0 %. Такие сплавы называют «сурьмянистые».

ПОССу 40-0,5 – припой оловянно-свинцовый с добавлением в сплав сурьмы (Sb) 0.05-0.5 %. Такие сплавы называют «малосурьмянистые».

С добавлением в сплав олово-свинец присадки сурьмы (Sb), увеличивается прочность припоя. Висмут (Bi) понижает температуру плавления припоя.

Ниже Вы можете ознакомиться с таблицей массовой долей примесей, содержащихся в разных припоях.

Таблица 2.

Таблица примесей в оловянно-свинцовых припоях по ГОСТ 21931-76.

Марка припоя	Не более %
	Сурьма (Sb)	Медь (Cu)	Висмут (Bi)	Мышьяк (As)	Железо (Fe)	Никель (Ni)	Сера (S)	Цинк (Zn)	Алюминий (Al)	Свинец (Pb)
Бессурьмянистые
ПОС 90	0,10	0,05	0,1	0,01	0,02	0,02	0,02	0,002	0,002	—
ПОС 63	0,05	0,05		0,02
ПОС 61	0,10	0,05	0,20	0,02
ПОС 40	0,10	0,05		0,02
ПОС 30	0,10	0,05		0,02
ПОС 10	0,10	0,05		0,02
ПОС 61М	0,20	—		0,01
ПОСК 50-18	0,20	0,08		0,03
ПОСК 2-18	0,05	0,05		0,01
Сурьмянистые
ПОСу 95-5	—	0,05	0,1	0,04	0,02	0,02	0,02	0,002	0,002	0,07
ПОССу 40-2		0,08	0,2	0,02		0,08				—
ПОССу 35-2		0,08		0,02
ПОССу 30-2		0,08		0,02
ПОССу 25-2		0,08		0,02
ПОССу 18-2		0,08		0,02
ПОССу 15-2		0,08		0,02
ПОССу 10-2		0,08		0,02
ПОССу 8-3		0,1		0,05
ПОССу 5-1		0,08		0,02
ПОССу 4-6		0,1		0,05
ПОССу 4-4		0,1		0,05
Малосурьмянистые
ПОССу 61-0,5	—	0,05	0,20	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	—
ПОССу 50-0,5		0,05	0,10	0,02
ПОССу 40-0,5		0,05	0,20	0,02
ПОССу 35-0,5		0,05		0,02
ПОССу 30-0,5		0,05		0,02
ПОССу 25-0,5		0,05		0,02
ПОССу 18-0,5		0,05		0,02

Припои для пайки. Твердые и мягкие припои.

Припои бывают двух видов: твердый и мягкий. У мягкого припоя температура плавления до 400 ºС, а у твердого температура плавления выше 400 ºС.

Какие же отличаются у этих припоев кроме температурных режимов?

По физическому характеру твердые припои ничем не отличаются от мягких. Различия есть по химическому составу, прочности соединения и термоустойчивости.

По прочности соединения мягкие припои уступают твердым. Твердые припои выдерживают более высокие нагрузки чем мягкие. Прочность при растяжении твердых припоев составляет 100-500 МПа, а у мягких – 16-100 МПа. В свою очередь мягкие припои отличаются простотой процесса пайки. Для их разогрева подойдут обычные, удобные паяльники, с температурой плавления от 183 °C, чем не могут похвастаться твердые припои. Из-за своих высоких температур плавления приходится использовать более дорогие и неудобные паяльники. Чем больше содержание олова в мягкой смеси, тем меньше температура плавления припоя.

ПОС 90 — от 183°C до 220°C

ПОС 61 — от 183°C до 190°C

ПОС 40 — от 183°C до 238°C

ПОС 10 — от 268°C до 299°C

К мягким припоям относят:

Сурьмянистые припои (ПОССу) – используют для пайки оцинкованных изделий;

Оловянно-свинцово-кадмиевые (ПОСК) – используют для пайки чувствительных к перегреву деталей;

Оловянно-цинковые (ОЦ) – используют для пайки алюминия:

Бессвинцовые – обладает высокой электропроводностью и используют для пайки радиоэлектронной аппаратуры.

Твердые припои используют для пайки металлорежущих инструментов, систем трубопроводов, работающих под высоким давлением, в автомобилестроении, судостроении, тонкостенных деталей и т.д. Твердые припои играют огромную роль в промышленности. Без них был бы невозможен мелкий ремонт или изготовление различных металлических деталей.

Твердые припои подойдут для пайки медных, латунных, нержавеющих сплавов.

К твердым припоям относят:

Медно-цинковые (ПМЦ) – используются для пайки деталей с высокими внутренними давлениями. Ими паяют медь, латунь, бронзу.

Серебряные (ПСр) – данные припои подойдут для пайки черных и цветных металлов.

Медно-фосфорные (ПМФ) – используют для пайки деталей из меди и ее сплавов. Пайка такими припоями возможна без использования флюсов.

Таблица 3.

Физико-механические свойства припоев.

Маркаприпоя	t, о С		P, г/см 3	ρ, Ом мм 2 /м	λ, ккал/см с град	σ, кгс/мм 2	Относительное удлинение, %	КС, кгс/см 2	Твердость по Бриннелю
	Солидус	Ликвидус
ПОС 90	183	220	7,6	0,120	0,130	4,9	40	4,2	15,4
ПОС 61	183	190	8,5	0,139	0,120	4,3	46	3,9	14,0
ПОС 40	183	238	9,3	0,159	0,100	3,9	52	4,0	12,5
ПОС 10	268	299	10,8	0,200	0,084	3,2	44	3,2	12,5
ПОС 61М	183	192	8,5	0,143	0,117	4,5	40	1,1	14,9
ПОСК 50-18	142	145	8,8	0,133	0,130	4,0	40	4,9	14,0
ПОССу 61-0,5	183	189	8,5	0,140	0,120	4,5	35	3,7	13,5
ПОССу 50-0,5	183	216	8,9	0,149	0,112	3,8	62	4,4	13,2
ПОССу 40-0,5	183	235	9,3	0,169	0,100	4,0	50	4,0	13,0
ПОССу 35-0,5	183	245	9,5	0,172	0,100	3,8	47	3,9	13,3
ПОССу 30-0,5	183	255	8,7	0,179	0,090	3,6	45	3,9	13,2
ПОССу 25-0,5	183	266	10,0	0,182	0,090	3,6	45	3,9	13,6
ПОССу 18-0,5	183	277	10,2	0,198	0,084	3,6	50	3,6	—
ПОСу 95-5	234	240	7,3	0,145	0,110	4,0	46	5,5	18,0
ПОССу 40-2	185	229	9,2	0,172	0,100	4,3	48	2,8	14,2
ПОССу 35-2	185	243	9,4	0,179	0,090	4,0	40	2,6	—
ПОССу 30-2	185	250	9,6	0,182	0,090	4,0	40	2,5	—
ПОССу 25-2	185	260	9,8	0,185	0,090	3,8	35	2,4	—
ПОССу 18-2	186	270	10,1	0,206	0,081	3,6	35	1,9	11,7
ПОССу 15-2	184	275	10,3	0,208	0,080	3,6	35	1,9	12,0
ПОССу 10-2	268	285	10,7	0,208	0,080	3,5	30	1,9	10,8
ПОССу 8-3	240	290	10,5	0,207	0,081	4,0	43	1.7	12,8
ПОССу 5-1	275	308	11,2	0,200	0,084	3,3	40	2,8	10,7
ПОССу 4-6	244	270	10,7	0,208	0,080	6,5	15	0,8	17,3

λ — Теплопроводность, ккал/см с град;

σ — Временное сопротивление разрыву, кгс/мм 2 ;

Источник