Основы пайки
Работа из раздела: «
Технология»
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 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;
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
(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).
