Пайка

Описание процесса пайки.

Пайка - образование неразъемного соединения с межатомными связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления, их смачивания припоем, затекания припоя в зазор и последующей его кристаллизации.

Достоинства пайки:

• Возможно соединение металлов с неметаллами;
• Паяные соединения легко разъёмные;
• При пайке более точно выдерживается форма и размеры изделия, так как основной металл не расплавляется;
• Позволяет получать соединения без значительных внутренних напряжений и без коробления изделия;
• Возможна полная механизация и автоматизация процесса.

Термины и определения:

Припой - Материал для пайки и лужения с температурой плавления ниже температуры плавления паяемых материалов;

Паяное соединение - соединение, образованное пайкой;

Паяльный флюс - Вспомогательный материал, применяемый для удаления окислов с поверхности паяемого материала и припоя и предотвращения их образования.

Примечание. Флюс может участвовать в образовании припоя путем выделения из него компонентов, разлагающихся при пайке металла;

Классификация способов пайки

По особенностям процесса и технологии пайку можно разделить на капиллярную, диффузионную, контактно-реактивную, реактивно-флюсовую и пайку- сварку.

 

Капиллярная пайка. Припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. На рис.1 показана схема образования шва. Соединение образуется за счет растворения основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. Капиллярную пайку используют в тех случаях, когда применяют соединение внахлестку.

Однако капиллярное явление присуще всем видам пайки.

 

Диффузионная пайка. Соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов, причем возможно образование в шве твердого раствора или тугоплавких интерметаллов. Для диффузионной пайки необходима продолжительная выдержка при температуре образования паяного шва и после завершения процесса при температуре ниже солидуса припоя.

 

Контактно-реактивная пайка. При пайке между соединяемыми металлами или соединяемыми металлами и прослойкой другого металла в результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при кристаллизации образует паяное соединение. На рис.2 показана схема контактно-реактивной пайки.

 

Реактивно-флюсовая пайка. Припой образуется за счет реакции вытеснения между основным металлом и флюсом. Например, при пайке алюминия с флюсом 3ZnCl2 + 2Al = 2AlCl3 + Zn восстановленный цинк является припоем.

 

Пайка-сварка. Паяное соединение образуется так же, как при сварке плавлением, но в качестве присадочного металла применяют припой.

 

Наибольшее применение получила капиллярная пайка и пайка-сварка.

Диффузионная пайка и контактно-реактивная более трудоемки, но обеспечивают высокое качество соединения и применяются, когда в процессе пайки необходимо обеспечить минимальные зазоры. Качество паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и т. д.) зависит от правильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, величины зазоров, типа соединения.

 

 Материалы для пайки.

Припой. Требования к припоям.

Припои для пайки, заполняющие зазор в расплавленном состоянии между соединяемыми заготовками, должны отвечать следующим требованиям:

1.     температура их плавления должна быть ниже температуры плавления пая- емых материалов;

2.     они должны хорошо смачивать паяемый материал и легко растекаться по его поверхности;

3.     должны быть достаточно прочными и герметичными;

4.     коэффициенты термического расширения припоя и паяемого материала не должны резко различаться;

5.     иметь высокую электропроводность при паянии радиоэлектронных и токопроводящих изделий.

Припои классифицируют по следующим признакам:

·       Химическому составу;

·      Температуре плавления;

·      Технологическим свойствам;

По химическому составу припои делятся на свинцово-оловянные, серебряные, медно-фосфорные, цинковые, титановые и др.

Все припои по температуре плавления подразделяют на низкотемпературные

(tпл500оС), или твердые припои. Припои изготовляют в виде прутков, проволок, листов, полос, спиралей, колец, дисков, зерен и т. д., укладываемых в место соединения.

К низкотемпературным, или мягким припоям относятся оловянно-свинцовые, на основе висмута, индия, кадмия, цинка, олова, свинца. К высокотемпературным или твердым припоям относятся медные, медно-свинцовые, медно-никелевые, с благородными металлами (серебром, золотом, платиной).

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).

Изделия из алюминия и его сплавов паяют с припоями на алюминевой основе с кремнием, медью, оловом и другими металлами.

Магний и его сплавы паяют с припоями на основе магния с добавками алюминия, меди, марганца и цинка.

Изделия из коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов, работающих при высоких температурах(>500оС), паяют с припоями на основе железа, марганца, никеля, кобальта, титана, циркония, гафния, ниобия и палладия.

Паяльные флюсы.

Эти флюсы применяют для очистки поверхности паяемого металла, а также для снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания и смачиваемости жидкого припоя.

Флюс (кроме реактивно-флюсовой пайки) не должен химически взаимодействовать с припоем. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюс в расплавленном и газообразном состояниях должен способствовать смачиванию поверхности основного металла расплавленным припоем. Флюсы могут быть твердые, пастообразные, жидкие и газообразные.

 

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 По химическому составу.

Наиболее распространенными паяльными флюсами являются бура (Na2B4O7) и борная кислота (H3BO3), хлористый цинк (ZnCl2), фтористый калий (KF) и другие галоидные соли щелочных металлов.Классификация припоев:

·         По технологическим свойствам:

- самофлюсующиеся припои - которые удаляют окислы с паяемой поверхности без участия флюса;

- композиционные припои - состоящие из смеси тугоплавких и легкоплавких элементов.

·         По содержанию активирующих компонентов, повышающих смачиваемость.

·         По температуре плавления:

- низкотемпературные (температура плавления припоя меньше 450 ⁰С);

- высокотемпературные (температура плавления припоя больше 450 ⁰С).

·         По сортаменту:

пластичные припои:

хрупкие припои: