Паянием называется процесс получения неразъемного соединения различных металлов при помощи расплавленного промежуточного металла, плавящегося при более низкой температуре, чем соединяемые металлы.
Паяние (пайка) широко применяется в разных отраслях промышленности. В машиностроении паяние применяется при изготовлении лопаток и дисков турбин, трубопроводов, радиаторов, ребер двигателей воздушного охлаждения, рам велосипедов, сосудов промышленного назначения, газовой аппаратуры и т. д. В электропромышленности и приборостроении паяние является в ряде случаев единственно возможным методом соединения деталей. Паяние применяется при изготовлении электро- и радиоламп, телевизоров, деталей электромашин, плавких предохранителей и т. д.
К преимуществам паяния относятся: незначительный нагрев соединяемых частей, что сохраняет структуру и механические свойства металла; чистота соединения, не требующая в большинстве случаев последующей обработки; сохранение размеров и форм детали; достаточно высокая прочность соединения.
Современные способы позволяют паять углеродистые, легированные и нержавеющие стали, цветные металлы и их сплавы.
Промежуточный металл или сплав, применяемый при пайке, называют припоем.
Качество, прочность и эксплуатационная надежность паяного соединения в первую очередь зависят от правильного выбора припоя. Не все металлы и сплавы могут выполнять роль припоев.
Припои должны обладать следующими свойствами:
иметь температуру плавления ниже температуры плавления спаиваемых материалов;
- в расплавленном состоянии (в присутствии защитной среды, флюса или в вакууме) хорошо смачивать паяемый материал и легко растекаться по его поверхности;
- обеспечивать достаточно высокие прочность, пластичность и герметичность паяного соединения;
- в паре с паяемыми материалами не образовывать коррозионно-нестойкой пары;
- иметь коэффициент термического расширения, близкий к коэффициенту паяемого материала.
В результате длительного практического отбора и многочисленных научных исследований были подобраны группы припоев, обладающих оптимальным сочетанием свойств.
Припои, в зависимости от температуры плавления, делятся на легкоплавкие (мягкие), имеющие температуру плавления до 500°С, и тугоплавкие (твердые), имеющие температуру плавления выше 500° С (рис.205).
Легкоплавкие припои широко применяются во всех отраслях промышленности и в быту и представляют собой сплав олова со свинцом. Различные количественные соотношения олова и свинца определяют свойства припоев.
Оловянно-свинцовые припои по сравнению с другими обладают рядом преимуществ: высокой смачивающей способностью, хорошим сопротивлением коррозии. При пайке этими припоями свойства соединяемых металлов не изменяются или почти не изменяются.
Легкоплавкие припои служат для пайки стали, меди, цинка, свинца, олова и их сплавов, серого чугуна, алюминия, керамики и стекла.
Пайку легкоплавкими припоями применяют в тех случаях, когда нельзя нагревать металл до высокой температуры или при невысокой требовательности к прочности паяного соединения. Соединения, паянные легкоплавкими припоями, достаточно герметичны.
Легкоплавкие припои выпускаются в виде чушек, проволоки, литых прутков, зерен, лент фольги, трубок (с внутренней набивкой канифолью) диаметром от 2 до 5 мм, а также в виде порошков и паст из порошка с флюсом.
Легкоплавкие припои можно приготовить и непосредственно в цехе или мастерской. Для этого в металлических ковшах расплавляют олово и старый припой, затем добавляют небольшие кусочки свинца, хорошо размешивают. Для того чтобы припой не выгорал, поверхность посыпают толченым древесным углем. Для получения специальных свойств к оловянно свинцовым припоям добавляют сурьму, висмут, кадмий,индий,ртуть и
другие металлы.
Рис.205.
Оловянисто-свинцовые припои по ГОСТ 1499—70 изготавливаются следующих марок:
бессурьмянистые — ПОС 90, ПОС 61, ПОС 10, ПОС61М и ПОСК 50-18;
малосурьмянистые — ПОССу 61-0,5, ПОССу 50-05, ПОССу 40-05, ПОССу 35-05, ПОССу 30-05, ПОССу 25-05 и ПОССу 18-05;
сурьмянистые — ПОССу 95-5, ПОССу 40-2, ПОССу 35-2, ПОССу 30-2, ПОССу 25-2, ПОССу 18-2, ПОССу 15-2, ПОССу 10-2, ПОССу 8-3, ПОССу 5-1 и ПОССу 4-6.
Припои изготавливаются в виде чушек (Ч), проволоки (Пр), ленты (Л), прутков трехгранных (Пт) и круглых (Пк), трубок, наполненных флюсом (Т), порошка (Пор).
Низкотемпературные припои применяют при паянии тонких оловянных предметов, при паянии стекла с металлической арматурой деталей, которые особенно чувствительны к нагреву, а также в тех случаях, когда припой должен выполнять роль температурного предохранителя (в электрических тепловых приборах и др.).
Тугоплавкие (твердые) припои представляют собой тугоплавкие металлы и сплавы. Из них широко применяются медно-цинковые и серебряные припои. Для получения определенных свойств и температуры плавления в эти сплавы добавляют олово, марганец, алюминий, железо и другие металлы.
Добавка в небольших количествах бора повышает твердость и прочность припоя, но повышает хрупкость паяных швов.
Соединения, паянные медью и припоями на ее основе, имеют высокую коррозионную стойкость, и большинство из них выдерживает высокие механические нагрузки. Температура пайки припоями на медной основе составляет 850—1150° С.
Эти припои применяются для получения соединений, которые должны быть прочными при высоких температурах, вязкими, стойкими против усталости и коррозии. Этими припоями можно паять сталь, чугун, медь, никель и их сплавы, а также другие металлы и сплавы с высокой температурой плавления. Твердые припои делятся на две основные группы: медно-цинковые и серебряные.
Согласно ГОСТ 1534—42 медно-цинковые припои выпускают трех марок: ПМЦ-36 для паяния латуни с содержанием 60—68% меди; ПМЦ-48 — для паяния медных сплавов, содержащих меди свыше 68%; ПМЦ-54—для паяния бронзы, меди, томпака и стали. Медно-цинковые припои плавятся при 700—950° С
В марке буква П обозначает слово «припой», МЦ — медно-цинковый, а цифра — процент меди. Эти припои поставляются в виде
зерен. Зерна припоев по величине разделяются на два класса: класс А — зерна величиной от 0,2 до 3 мм, класс Б —зерна величиной от 3 до 5 мм.
Серебряные припои изготавливают следующих марок - ПСр72-ПСр71; ПСр70; ПСр65; ПСр62; ПСр50; ПСр50Кд; ПСр45- ПСр44: ПСр40; ПСр37,5; ПСр25Ф; ПСр15; ПСр12М; ПСр10; ПСрЗ; ПСрЗКд; ПСр2,5; ПСр2; ПСр1,5. Обозначение расшифровывается так: буква П — обозначает «припой», буквы Ср —серебро, Кд— кадмий, М — медь, Ф — фосфор, число — процент серебра. Выпускаются припои в виде полос (кроме ПСр44, выпускаемого в виде слитков) и проволоки (кроме ПСр12 и ПСрЮ).
Серебряные припои плавятся при температуре от 600 до 970° С.
Серебряные припои применяют для паяния черных и цветных металлов и сплавов. Они обеспечивают довольно высокую прочность, а также коррозионную стойкость паяного шва.
Наиболее употребительные серебряные припои ПСр70, ПСр45, ПСр25 и ПСр12М.