Пайкой называют процесс соединения деталей посредством припоя – сплава, который смачивает поверхности деталей и, затвердевая, связывает их. Припой прочно соединяется с поверхностью изделия только тогда, когда хорошо смачивает их. Это будет, когда поверхности очищены от загрязнений. Для удаления пленок окислов и предотвращения их образования при пайке используют паяльные флюсы. Современная пайка – это группа технологических процессов, позволяющая соединить практически любые металлические сплавы и во многих случаях получать соединения, равнопрочные с основным металлом.
Современные процессы пайки подразделяют по температуре припоя на две группы: пайка низкотемпературными припоями (Тпл до 450 оС) и высокотемпературными припоями (Тпл>450 С). К низкотемпературным относятся оловянно-свинцовые ( ПОС 61, ПОС 10, ПОС 90 (61, 10, 90 – содержание олова в процентах ), припои на основе висмута, индия, олова, цинка, свинца. К высокотемпературным - медные, медно-цинковые, медно-никелевые, с благородными металлами (серебром, золотом, платиной). Припои изготавливают в виде прутков, листов, проволок, полос, спиралей, дисков, колец, зерен, которые укладывают в место соединения.
Нагрев при пайке осуществляется разными способами – пайка в печах, индукционная, сопротивлением, погружением в расплавы солей или припоев паяльниками, паяльными лампами, газовыми горелками и т.д.
При пайке применяются флюсы для защиты места спая от окисления при нагреве сборочной единицы, обеспечения лучшей смачиваемости места спая расплавленным металлом и растворения металлических окислов. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюсы могут быть твердые, пастообразные и жидкие. Для пайки наиболее применимы флюсы: бура, плавиковый шпат, борная кислота, канифоль, хлористый цинк, фтористый калий.
Решающее влияние на прочность паяного соединения оказывает зазор между спаиваемыми деталями. Чем меньше зазор, тем выше прочность. Номинальным зазором при капиллярной пайке считается зазор 0,05 – 0,2мм.
Процесс пайки металлов имеет много общего с процессом сварки плавлением. Однако пайка отличается от сварки следующими характерными особенностями.
1.Пайка производится при температуре ниже температуры плавления обоих или хотя бы одного из соединяемых металлов.
2.В процессе пайки между соединяемыми деталями в определенный момент находится жидкая металлическая прослойка припоя.
3.В отличие от сварки плавлением паяное соединение образуется не в результате непосредственного взаимодействия металлов соединяемых деталей, а вследствие взаимодействия припоя и основного металла.
4.Обязательным условием пайки являются смачивание паяемых поверхностей припоем, диффузия компонентов припоя в сторону основного металла и компонентов основного металла в сторону припоя и последующая кристаллизация жидкой прослойки.
Пайкой можно изготавливать сложные по конфигурации узлы и целые конструкции, состоящие из нескольких деталей, за один производственный цикл (нагрев), что позволяет рассматривать пайку (в отличие от сварки) как групповой метод соединения материалов и превращает ее в высокопроизводительный технологический процесс, легко поддающийся механизации и автоматизации.
Пайка уменьшает, а иногда полностью исключает остаточные напряжения и деформации, обеспечивает возможность соединения разнородных металлов, а также металлов с неметаллами. С помощью пайки можно получать неразъемные и разъемные соединения. Последнее очень важно в производстве радиоэлектронной аппаратуры, когда возникает необходимость демонтажа при настройке или замене дефектных приборов, установленных на печатной плате.
Возможность варьировать размеры соединяемых пайкой поверхностей (величины нахлестки) позволяет обеспечить равнопрочные с основным металлом соединения. При этом получается более благоприятная форма соединения с меньшей концентрацией напряжений, чем при контактной сварке.
Перечисленные выше преимущества пайки позволяют рассматривать ее как прогрессивный технологический процесс, находящий все более широкое применение в производстве.
Физико-химическое взаимодействие расплавленного припоя с паяемым материалом, проявляющееся в растекании припоя или образовании мениска с краевым углом смачивания, называют смачиваемостью.
На заполнение жидким припоем зазора определенное воздействие оказывает состояние поверхности паяемых деталей. Припой лучше смачивает поверхность, если на ней имеется небольшая шероховатость, риски. Иногда риски, неглубокие канавки, наносят специально. Они служат дополнительными капиллярами. Однако шероховатость поверхности влияет на растекание припоев, химически слабо воздействующих с паяемым материалом. При наличии же значительного физико-химического взаимодействия между ними жидкий припой легко растворяет шероховатые выступы. Поэтому влияние шероховатости при пайке такими припоями на их растекание менее заметно.
Современные способы пайки принято классифицировать по следующим независимым признакам: удалению оксидной пленки, кристаллизации паяного шва, получению припоя, заполнению зазора припоем, источнику нагрева, наличию давления на паяемые детали, одновременности выполнения паяных соединений.