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).

[pic] 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 физикохимического 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 материалрасплав 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;

3. Флюсы.

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.

(t4500C);

— 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 (лужениепроцесс 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 t4500C.

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 теплои 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 медноцинковые припои. Стали можно паять чистой медью и сплавами на основе никеля.

4.1 Пример припоя.

Для низкотемпературной пайки широко используются свинцовооловянистые 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).