Обробка тиском і пайка металів

6. Класифікація флюсів, припоїв, інструмент для проведення процесу з'єднання металів

Введення

Розвиток народного господарства країни значною мірою визначається зростанням обсягу виробництва металів, розширенням сортаменту виробів з металів і сплавів і підвищенням їх якісних показників, що значною мірою залежить від умов пластичної обробки. Знання закономірностей обробки металів тиском допомагає вибирати найбільш оптимальні режими технологічних процесів, необхідну основне і допоміжне обладнання і технічно грамотно його експлуатувати.

Метали разом із здатністю деформуватися володіють також високими міцністю і в'язкістю, хорошими тепло-і електропровідністю. При сплаві металів залежно від властивостей складових компонентів створюються матеріали з високою жаростійкістю і кислотоупорностью, магнітними та іншими корисними властивостями.

Використання металів людиною почалося в далекій давнині (понад п'ять тисячоліть до н. Е..). Спочатку знаходили застосування кольорові метали (мідь, сплави міді, золото, срібло, олово, свинець і ін), пізніше почали застосовувати чорні - залізо і сплави на його основі.

Тривалий час виробництво металів мало примітивний характер і за обсягом було досить незначним. Проте в кінці XIX ст. світова виплавка сталі різко зросла з 0,5 млн. т в 1870 р. до 28 млн. т в 1900 р. Ще в більшому обсязі зростає металургійна промисловість в XX столітті. Поряд зі збільшенням виплавки стали з'явилася необхідність організувати у великих масштабах отримання міді, цинку, вольфраму, молібдену, алюмінію, магнію, титану, берилію, літію та інших металів.

Металургійне виробництво поділяється на дві основні стадії. У першій отримують метал заданого хімічного складу з вихідних матеріалів. У другій стадії металу в пластичному стані надають ту чи іншу необхідну форму при практично незмінному хімічному складі оброблюваного матеріалу.

Здатність металів приймати значну пластичну деформацію в гарячому і холодному стані широко використовується в техніці. При цьому зміна форми тіла здійснюється переважно за допомогою давить на метал інструменту. Тому отримане виріб таким способом називають обробкою металів тиском або пластичної обробкою.

Обробка металів тиском являє собою важливий технологічний процес металургійного виробництва. При цьому забезпечується не тільки надання зливка або заготівлі необхідної форми і розмірів, але разом з іншими видами обробки істотно поліпшуються механічні та інші властивості металів.

Теорія обробки металу тиском, створена трудами багатьох вітчизняних і зарубіжних вчених, будучи прикладної інженерної дисципліною, безперервно розвивається відповідно до зростаючих вимог ефективності виробництва і якості виробів, одержуваних пластичної обробкою, при безперервному збільшенні їх випуску.

Теорія пластичної деформації металу розвивається в трьох взаємопов'язаних напрямах: 1) фізична напрямок експериментально і теоретично вивчає механізм та фізичну природу пластичного формозміни металу, визначає умови, при яких з'являється пластична деформація, розглядає роль тертя, встановлює вплив температури, швидкості деформації, умов напруженого стану на поведінку металу при пластичному деформуванні, 2) фізико-хімічний напрямок вивчає зв'язок хімічного складу металу і його фазового стану з поведінкою металу при пластичній обробці; 3) математичне напрямок вирішує питання напруженого і деформованого стану в пластично оброблюваному тілі, визначає математичні умови переходу тіла в пластичне стан.

Зварювання та пайку, як види отримання нероз'ємних з'єднань, широко застосовують у різних галузях техніки. За останні 20 років розроблені і освоєні нові та спеціальні види (методи) зварювання і пайки, які внесли корінні зміни в технологію виготовлення машин, механізмів, приладів та споруд.

Досягнуті великі успіхи в удосконаленні та впровадженні в промисловість широко відомих, прогресивних видів дугового, електрошлакового і контактного зварювання, низькотемпературної і високотемпературної пайки з флюсами, в захисному газі і вакуумі. Удосконалюється зварювання та паяння вуглецевих, легованих і нержавіючих сталей, кольорових і тугоплавких металів, жароміцних сплавів і неметалічних матеріалів.

Розширюється застосування високоміцних сталей, жароміцних сплавів на основі нікелю і хрому, титанових і алюмінієвих сплавів, монокристалів, волокнистих композитних і неметалічних матеріалів на основі карбідів, боридів, силіцидів та ін Більшість з цих матеріалів при зварюванні звичайними, традиційними видами зварювання, нагріваючись, окислюється , реагуючи при цьому з багатьма компонентами газів і флюсів, в результаті чого знижується їх міцність.

Нові та спеціальні види зварювання, а також паяння не мають зазначених вище недоліків, оскільки зона нагріву незначна внаслідок високої концентрації енергія і малої тривалості процесів (наприклад, дія електронного променя, світлового випромінювання, вибуху) або нагрів відсутній (наприклад, холодне зварювання). Застосування нових і спеціальних видів зварювання і пайки дає великий економічний ефект.

Електронно-променева зварювання дозволяє отримувати з'єднання сталевих деталей товщиною від часток міліметра до 120 мм, а деталей з алюмінію та титану товщиною до 200 мм за один прохід. Багатопучкових промені забезпечують високоякісну зварювання труб в трубні решітки за один імпульс. За частки секунди девятіпучковий промінь зварює сепаратор шарикопідшипника. Виробництво виробів нової техніки пов'язано із застосуванням світлової, лазерної, дифузійної та пресової зварювання. При зварюванні різнорідних металів, плакування та різанні все ширше використовують енергію вибуху. Ультразвукову зварювання разом з отриманням сполук з металів і пластмас застосовують навіть в медицині.

Область застосування нових і спеціальних видів зварювання значно розширюється в мікроелектроніці та приладобудуванні, автомобілебудуванні та енергомашинобудування, в авіаційній і космічній техніці, у будівництві та сільському господарстві, в медичній практиці. Нові та спеціальні види зварювання і пайки дозволяють тепер створювати конструкції із заданими параметрами з матеріалів з ​​різними теплофізичними властивостями, вільними від внутрішніх напружень і не вимагають наступної термічної і механічної обробки.

Володіння основами теорії спеціальних видів зварювання, пайки, обробки металів - важлива частина у підготовці висококваліфікованих фахівців.

1. Обробка металів тиском

Одним з істотних переваг обробки металів тиском є можливість значного зменшення відходів металу в порівнянні з обробкою різанням. Іншою перевагою є можливість підвищення продуктивності праці, тому що в результаті одноразового прикладання зусилля можна значно змінити форму та розміри заготовки. Крім того, пластична деформація супроводжується зміною фізико-механічних властивостей металу заготовки, які можна використовувати для отримання деталей з необхідними службовими властивостями (міцністю, жорсткістю, опором зносу, і т.п.) при найменшій їх масі. Ці та інші достоїнства призводять до того, що питома вага обробки тиском неухильно зростає.

Основні операції обробки тиском класифікують залежно від використовуваного інструменту, обладнання, температури оброблюваного металу та інших ознак. У залежності від застосовуваного інструмента, що деформує метал, розрізняють:

1) штампову обробку,

2) бесштамповую обробку.

При штампового обробці на машині використовують спеціальний інструмент - штамп (звідси й походить назва). За допомогою штампу можна отримувати вироби однакових розмірів.

При бесштамповой обробці на машині використовують універсальний деформуючий інструмент, що дозволяє отримувати різні розміри виробів однакової форми (круглий, квадратний, прямокутний пруток, лист, стрічку).

До операцій штампового обробки відносять:

1) операції холодного листового штампування,

2) операції холодного об'ємного штампування,

3) операції гарячої (листовий та об'ємної) штампування.

При операціях листового штампування в процесі пластичного деформування товщина вихідної заготовки не змінюється або змінюється незначно.

При операціях об'ємного штампування розміри вихідної заготовки значно змінюються за трьома напрямками. Основними операціями бесштамповой обробки є:

1) прокатка,

2) волочіння.

Операції холодного листового штампування поділяються на три основні групи:

- Розділові,

- Формотворчих,

- Комбіновані.

До розділовим операціями листового штампування відносять:

відрізку, разрезку, обрізку, вирізку, надрезку, просічки, вирубку, пробивання, зачистку, калібрування та ін При розділових операціях відбувається відділення повне, (відрізка, розрізання, обрізка, вирізка, вирубка, пробивка, зачистка, калібрування) або часткове (надрезка , просічка) металу від вихідної заготовки. Результатом цих операцій є або готові деталі або заготовки, які використовуються для подальшої обробки.

До формотворчим операцій відносять: згинання, витяжку, відбортовку, обтиск, формування та ін При формотворчих операціях вихідна плоска заготівля деформується в просторову деталь. При цьому плоска заготівля або локально (гнуття, відбортовка, обтиск, формування) або повністю (витяжка) деформується.

До комбінованих операцій відносять - різні комбінації одночасно виконуваних в одній або декількох позиціях штампа різних операцій. Операції холодного об'ємного штампування: видавлювання, висадка, карбування та калібрування, накатка різьб і зубчастих коліс та ін

У холодної штампування застосовують різноманітні як металеві, так і неметалеві матеріали.

Неметалічні штампувало матеріали поділяють на дві групи. До першої групи відносять: папір, картон, прессшпан, шкіру, фетр, повсть, гуму і прогумовану тканину, бавовняні і вовняні тканини та інші матеріали прокладок. До другої групи відносять конструкційні, електроізоляційні і теплоізоляційні матеріали:

1) шаруваті пластмаси - текстоліт, гетинакс, скло-текстоліт, асботекстоліт, фібра, древеснослоістие пластики та ін,

2) блокові пластмаси - органічне скло, целулоїд, вінілласт, полівінілхлорид, поліетилен,

3) азбестові вироби - папір азбестова, картон азбестовий, гідроізол, пароніт, асбометалліческое армоване полотно,

4) слюда і міканіти: слюда (мусковіт, флагоніт, біотит), міканіти

(Колекторний, прокладочний, формувальний і гнучкий).

До металевих відносяться такі метали та їх сплави: залізо, мідь, алюміній, магній, цинк, нікель, титан; обробляють штампуванням і менш поширені метали та їх сплави: молібден, тантал, кобальт, берилій, цирконій, золото, срібло, платину і ін .

2. Об'ємна і листове штампування

Об'ємна штампування.

Холодна об'ємна штампування - один з найбільш продуктивних методів виготовлення деталей зі сталей, кольорових металів і їх сплавів. Його широко застосовують у машинобудуванні, приладобудуванні та інших галузях металообробної промисловості.

Холодна об'ємна штампування в порівнянні з обробкою різанням забезпечує більш високу продуктивність, економне витрачання металу і сприяє поліпшенню його механічних властивостей, підвищення надійності та довговічності експлуатації виготовлених деталей.

У порівнянні з гарячою об'ємним штампуванням, холодна має ряд переваг: відпадає необхідність нагрівання металу, виключаються операції, необхідні для видалення окалини, а також обезуглероживание поверхневого шару металу та ін Крім цього, при холодного об'ємного штампування відходи металу значно менше, точність штампованих деталей може досягати 4-3-го класів (при гарячої - 7-5-го класів), чистота поверхні може бути забезпечена до 7-го класу шорсткості і вище.

Деталі, виготовлені холодного об'ємного штампування, нерідко доробляють різанням: підрізають торці, прорізають вузькі пази, свердлять отвори малих діаметрів тощо

Холодна об'ємна штампування і холодна висадка застосовуються для виготовлення різних стандартних, нормалізованих або оригінальних (нестандартних) деталей, наприклад болтів, гвинтів, заклепок, кульок, роликів і кілець підшипників кочення, фасонних гайок автомобілів, поршневих пальців, дрібних циліндричних і конічних зубчастих коліс, корпусів запальних свічок автомобіля, формоізменяющіе.

Методом холодного об'ємного штампування практично можна обробити багато хто став, а також деформуються кольорові метали і сплави (латуні, сплави алюмінію і деякі інші). Погано піддаються деформуванню у холодному стані, стали зі значним вмістом вуглецю, деякі складні леговані сталі, сплави титану, ряд кольорових сплавів.

До формоізменяющім операціями холодного об'ємного штампування відносять: попереднє деформування заготовок, осадку, пресування (видавлювання), видавлені порожнин, калібрування, карбування, висадку, згинання і деякі інші, які здійснюють на кривошипних або гідравлічних пресах.

Попереднє деформування забезпечує обтиснення рубаною заготівлі в матриці для додання їй необхідної форми. Іноді цю операцію називають калібруванням заготовок. Попереднє деформування дозволяє усувати дефекти після рубки і отримувати точні за формою і розмірами заготовки, що створює сприятливі умови для подальшої штампування і підвищує стійкість штампів.

Осадка - це операція холодного об'ємного штампування, в результаті якої формоутворення напівфабрикату відбувається за рахунок зменшення висоти заготовки з одночасним збільшенням її поперечного розміру.

Холодну осадку застосовують для отримання деталей з односторонніми і двосторонніми виступами, а також і більш складної форми.

Листове штампування

Листовий штампуванням виготовляють найрізноманітніші плоскі і просторові деталі масою від часток грама і розмірами, обчислювальними частками міліметра (наприклад, секундна стрілка ручних годин), і деталі масою в десятки кілограмів і розмірами, складовими кілька метрів (облицювання автомобіля, літака, ракети).

Для деталей, одержуваних листової штампуванням, характерно те, що товщина їх стінок незначно відрізняється від товщини вихідної заготовки. При виготовленні листової штампуванням просторових деталей заготівля зазвичай відчуває значні пластичні деформації. Ця обставина змушує пред'являти до матеріалу заготовки досить високі вимоги по пластичності.

При листовому штампуванні найчастіше використовують низьковуглецеву сталь, пластичні леговані сталі, мідь, латунь, що містить більше 60% Cu, алюміній і його сплави, магнієві сплави, титан і ін Листовий штампуванням отримують плоскі і просторові деталі з листових неметалевих матеріалів, таких, як шкіра, целулоїд, органічне скло, фетр, текстоліт, гетинакс і ін

Листове штампування широко застосовують у різних галузях промисловості, особливо в таких, як авто-, тракторі-, літако-, ракето-та приладобудування, електротехнічна промисловість та ін

До переваг листового штампування відносяться:

-Можливість отримання деталей мінімальної маси при заданій їх міцності і жорсткості, досить високі точність розмірів та якість поверхні, що дозволяють до мінімуму скоротити оздоблювальні операції обробки різанням;

-Порівняльна простота механізації й автоматизації процесів штампування, що забезпечує високу продуктивність (30-40 тис. деталей у зміну з однієї машини);

-Хороша пристосовність до масштабів виробництва, при якій листове штампування може бути економічно доцільною і в масовому, і в дрібносерійному виробництві.

Холодної об'ємним штампуванням вдається отримувати складні вироби і заготовки з точністю розмірів до восьмого квалітету і шорсткістю поверхонь, що дорівнює 5-10 мкм. У зв'язку з цим, незважаючи на ряд обмежень технологічної можливості, холодна об'ємна штампування отримує все більше застосування в різних галузях промисловості.

3. Обладнання. Основні стадії і операції при штампуванні

Основним обладнанням (машинами) для холодного штампування служать універсальні і спеціальні преси. На універсальних пресах виконують різні штампувальні операції: вирубку, гнуття, витяжку і ін, а на спеціальних - тільки певні, наприклад глибоку витяжку, спеціальну гибку.

За способом приводу робочих органів преси підрозділяють на механічні, гідравлічні, пневматичні, електромагнітні. У механічних пресах робочі органи приводяться в дію електродвигуном з допомогою механічної передачі, у гідравлічних-плунжером гідравлічного циліндра, який переміщається під дією рідини високого тиску, і т. п.

Преса для штампування можуть бути простої дії - з одним повзуном та подвійного чи потрійного дії - відповідно з двома або трьома повзунами, мають самостійні приводи. Перші зазвичай універсальні, а другі і треті ставляться до спеціальних пресів і застосовуються головним чином для глибокої і складної витяжки.

Сучасні штампувальні преси оснащуються пристроями для механізації або автоматизації роботи або представляють собою прес-автомати.

Для отримання заготовок вихідний матеріал для штампування нерідко розрізають на механічних або гідравлічних ножицях різних типів.

Кривошипні або гідравлічні листові ножиці призначаються для прямолінійного різання листів на смуги або на окремі заготовки. Широку стрічку розрізають на більш, вузькі на дискових ножицях з циліндричними ножами. Вирізку або обрізання по криволинейному контуру можна виконувати на висічних або вібраційних ножицях або на дискових з конічними ножами. Сортовий прокат і профілі розрізають на прес-ножицях або на комбінованих прес-ножицях.

Крім пресів і ножиць, в цехах холодного штампування встановлюють і інше устаткування, наприклад машини, верстати для накатки резьб і т. д. Однак кількість таких машин у цехах холодного штампування відносно невелике.

Конструкції пресів, ножиць та інших машин для холодного штампування безперервно вдосконалюють. Підвищується їх продуктивність і оснащеність пристроями для механізації та автоматизації роботи, поліпшується зручність їх обслуговування.

Операції холодного штампування можуть здійснюватися на механічних і гідравлічних пресах, а так само на холодноштампувального устаткування інших видів.

До механічних пресів відносяться:

- Кривошипні преси загального призначення, на яких виконують різні операції листового штампування після відповідної переналагодження;

- Кривошипні витяжні преса подвійної дії, що використовуються для глибокої витяжки з листової заготівки;

- Кривошипно-колінні преса - чеканочних і призначені для холодного об'ємного штампування;

- Гвинтові преса на яких виконують операції об'ємного штампування;

- Лістоштамповочние і холодновисадочні преса - автомати.

Гідравлічні преса застосовують для формоізменяющіх операцій листовий і об'ємного штампування. До інших видів холодноштампувального устаткування відносяться листові і сортові ножиці, лістосортоправільние і гнучкі машини, а також інші машини ротаційного типу.

Штампування здійснюють у штампах (інструмент) і в основному на пресах (машини). При штампуванні металу заготовки деформуються, набуваючи задані форми.

Основними деформується (обробними) деталями штампа служать пуансон і матриця.

Штампом називають технологічне оснащення, за допомогою якої заготівля в процесі її обробки набуває необхідні форму і розміри. Штамп складається з двох збірних одиниць - блоку та пакету. Блок служить для кріплення пакета та суміщення робочих деталей штампу під час штампування. Він складається з верхньої та нижньої плит, напрямних стовпчиків і втулок. За верхню плиту штамп кріпиться до повзуну преса, а нижня закріплюється на підштамповою плиті, яка встановлюється на столі преса. Колонки та втулки служать для точного напрямку верхньої плити щодо нижньої в процесі їх взаємодії. У пакет збираються робочі деталі штампу та допоміжні деталі, які служать для фіксації і кріплення робочих, а також для виконання дій, що супроводжують операції або переходи. Пакет кріпиться в блоці штампа.

За технологічною ознакою розрізняють кілька видів штампів. Штампи простої дії застосовують для виконання однієї або декількох однакових технологічних операцій за один хід повзуна преса в межах одного кроку штампування. Ці штампи відрізняються простотою конструкції і меншою вартістю. У штампах поєднаної дії виконуються одночасно дві або кілька технологічних операцій (переходів) за один хід повзуна преса в межах одного кроку штампування. У штампах послідовної дії виконується кілька технологічних операцій (переходів) за декілька ходів повзуна преса і за кілька ходів повзуна преса і за кілька кроків штампування. Штампи суміщеного і послідовного дії більш трудомісткі у виготовленні і вартість їх більше, однак їх використання дозволяє виготовляти складні вироби з більш високою продуктивністю.

За технологічним призначенням штампи об'єднують у групи, до яких відносяться штампи для розділових операцій (вирубка, пробивка, відрізки) та штампи для формоізменяющіх операцій (витяжки, гнуття, формування, карбування, видавлювання та ін.) При виготовленні складних виробів застосовують комбіновані штампи. Наприклад, в одному штампі можуть проводитися вирубка і пробивання, пробивання і відрізка, вирубка і витяжка, калібрування і карбування та ін Застосовують також штампи з напрямними плитами і без них.

Штампи для холодного об'ємного штампування. Ці штампи відрізняються підвищеною міцністю основних деталей і високою точністю їх сполучення. Більш висока міцність деталей штампів обумовлена ​​тим, що холодна об'ємна штампування супроводжується великою питомими умовами (до 2500 МПа), які викликають в деталях штампа високі напруги і приводять до більш інтенсивного зносу робочих поверхонь. Методами холодного об'ємного штампування отримують поковки високої точності, що обумовлено високою точністю сполучення деталей штампу. Так, наприклад, співвісність пуансона і матриці і мінімальний радіальний зазор між ними забезпечують отримання при видавлюванні поковки без задирки і з мінімальною разностенность.

Матриці виготовляють зі сталей Х12М, Х12Ф1, Х4В7ФМ і ШХ15. Найбільше поширення для виготовлення пуансонів отримали стали Х12М і Р6М5. Пуансони та матриці гартують до твердості НRС 58-60. Найбільш зносостійкими матеріалом для матриць є тверді сплави вольфрамової групи - ВК15, ВК20С, ВК20КС та ін (ГОСТ 3882-74). Верхню і нижню плити виготовляють із сталі 40Л з твердістю НRС 28-32.

4. Пайка

Пайка - спосіб утворення нерухомих з'єднань за рахунок змочування твердих поверхонь більш легкоплавким розплавленим металом (припоєм). При змочуванні встановлюються міжатомні зв'язку між сполучаються деталями і припоєм. За допомогою пайки ведуть збірку різних типів сполук: внахлест, встик, таврові, телескопічні. Паяні з'єднання складається з трьох зон: припій і дві дифузійні зони «припій - сполучається метал». Для забезпечення змочування припоєм паяних поверхонь необхідно видалення жирових і окисних плівок механічним (сталевими щітками, абразивної або ультразвукової обробкою) або хімічним (травлення) шляхом.

Елементами паяного сполуки є: зазор між сполучаються поверхнями; жолобник - валик припою навколо паяного з'єднання, утворений після пайки; паяний шов. Технологічний процес пайки включає в себе підготовку поверхонь, складання деталей, укладання припою (можливо, з нанесенням флюсу), пайку (місцевий або загальний нагрів), обробку з'єднання після пайки (видалення зайвого припою, флюсу). Припій - чистий метал або сплав, що вводиться в зазор між паяними поверхнями. Для низькотемпературної пайки зазвичай застосовують припої на основі сплаву «олово-свинець». Припої спеціального призначення мають добавки: галій, індій, кадмій, срібло, золото. Характеристика і призначення деяких припоїв наведено в табл. 1.

5. Види пайки

Відповідно до технологічних особливостями процесу пайку класифікують за такими ознаками:

- За характером взаємодії твердого та рідкого металів при виникненні спаю;

- Про особливості технології освіти паяного з'єднання;

- За способами нагріву.

За першою ознакою виділяють п'ять видів спаїв.

1. Бездіффузіонний - в процесі пайки основний метал і рідкий припой вступають у фізико-хімічну взаємодію, обумовлене різницею їх властивостей та енергетичного стану. При зниженні температури пайки і часу витримки інтенсивність взаємодії зменшується і з'являється можливість утворення хімічних зв'язків при відсутності дифузії в обсязі взаємодіючих металів.

2. Дифузійний - спостерігається розчинення основного металу в припої і взаємна дифузія елементів входять до складу припою і основного металу. Використовується для підвищення температури плавлення припою і вирівнювання хімічного складу шва і основного металу.

3. Капілярний - розплавлений припій затікає в зазор завдяки змочування стінок капіляра. Заповнення зазору залежить від величини поверхневого натягу і щільності припою.

4. Контактно-реактивний - рідкий припой утворюється в результаті взаємодії з основним металом (взаємної дифузії) введених в зазор твердих металевих прокладок або покриттів, які наносяться на контактируемих поверхні різними методами металізації. При цьому температура плавлення припою нижче температури плавлення металу прокладок.

5. Металокерамічний - здійснюється припоями наповнювачами (порошками або волокнами) більш тугоплавких, ніж припої, металів. Шов утворюється в результаті взаємодії рідкої частини припою з основним металом і наповнювачем, що призводить до підвищення температури плавлення і міцності металу шва. Такі припої мають малу растекаемостью, і перед паянням їх закладають у зазор між деталями.

Нагрівання деталей при пайку може бути місцевим (в районі шва) і загальним. За температур плавлення припої діляться на м'які (Тп> 450 ° С) і тверді (Тп = 450 ... 900 ° С). Місцевий нагрів може проводитися полум'ям газового пальника, індукційним нагрівом, паяльником. Загальний нагрівання виробляється в печах, паянням зануренням у ванну розплавлених солей, флюсів, припою.

Взаємодія між металами при пайку може завершуватися на різних стадіях розвитку процесів між основним металом і припоєм. Відповідно до цього будуть змінюватися склад, структура спаю і окремих зон паяного з'єднання. Якщо процес припиняється на стадії виникнення хімічних зв'язків, коли можна знехтувати взаємної дифузією паяемого металу та розплаву припою, то утворюється бездіффузіонний спай. Подальша витримка в часі створює умови для розвитку дифузійних процесів. Спай, який утворюється в умовах протікання розчинно-дифузійних процесів, називають розчинно-дифузійним. Спаї, що виникають в результаті контактного плавлення (перехід в рідкий стан різнорідних матеріалів при температурі нижче їхньої точки плавлення), відносять до контактно-реакційним.

6. Класифікація флюсів, припоїв. Інструмент для проведення процесу з'єднання металів

Флюси для паяння

Слід зазначити, що поряд з ретельною підготовкою поверхні деталі в процесі пайки відбувається окислення металу через нагрівання поверхні, можуть виникнути окисні плівки в процесі тривалого зберігання деталей після обробки поверхні. Тому при пайку практично завжди застосовують флюси, які призначені для захисту металу від окислення киснем з навколишнього середовища, очищення поверхонь від окисних плівок і поліпшення змочуваності металу припоєм.

Флюс для пайки повинен мати меншу питому вагу і температуру плавлення, ніж припой, і в розплавленому вигляді добре змочувати метал. Ці властивості сприяють очищенню поверхонь від окисних плівок до плавлення припою і витіснення флюсу в міру розтікання припою. У залежності від властивостей паяються металів і застосовуваних для них припоїв флюси можна розділити на три групи.

Флюси, призначені для пайки м'якими припоями на основі олова і свинцю. Основою таких флюсів служать органічні сполуки (каніфоль, вазелін), хлориди цинку або амонію. При температурі 300 ... 400. ° С каніфоль розкладається з виділенням вуглецю і водню, що веде до інтенсифікації відновлення окислів паяемого металу. У нашій країні і за кордоном розроблено велику кількість флюсів для низькотемпературної пайки чорних і кольорових металів. Перераховані вище органічні речовини в чистому вигляді в даний час застосовуються рідко. Велике застосування знайшли органічні флюси, активовані різними неорганічними сполуками. Такі флюси використовуються для паяння не тільки міді та її сплавів, але і конструкційних вуглецевих і корозійностійких сталей. Прикладом може служити флюс ЛМ-1, призначений для пайки хромонікелевих, корозійностійких сталей припоєм з вмістом олова 30%. Він має склад: ортофосфорна кислота 32%, каніфоль 6%, спирт етиловий 62%. Температурний інтервал активності флюсу становить 200 ... 240 ° С. Інший флюс складу: хлористий цинк 48%, хлористий амоній 12% і вода 40% - призначений для пайки вуглецевих і низьколегованих сталей, міді, нікелю та їх сплавів і має температурний інтервал активності 150 ... 320 ° С.

Флюси, призначені для пайки твердими припоями. Вони містять фтористі з'єднання, фтороборати і обов'язково борний ангідрид, борну кислоту, або плавлення буру. Флюси отримують методом сплавлення компонентів, використовують сплав у вигляді порошків або паст, замішаних на воді, спирті або інших зв'язках. Так, для пайки інструкційних і корозійностійких легованих сталей служить флюс марки ПВ209, що має склад: калію фтористого 41 ... 43%, оксиду бору 34 ... 36%, тетрафторборатів калію 22 ... 24%. Температурний інтервал активності 800 ... 1200 ° С. Флюс марки 18В служить для пайки сталей, нікелевих, мідних сплавів срібними припоями, містить фтористий калій і борну кислоту його температурний інтервал 550 ... 850 ° С.

Флюси, призначені для пайки алюмінію і його сплавів (фториди і хлориди металів). Прикладом може служити флюс марки Ф5, що містить хлористий калій (45%), хлористий магній (28%), фтористий натрій (10%), хлористе олово (3%), хлористий кадмій (4%). Температурний інтервал його активності 420 ... 620 ° С, і він призначений для пайки алюмінієвих сплавів.

Газова пайка. При цьому способі нагрівання місця пайки здійснюється газовими пальниками. Для пайки дрібних деталей користуються пальниками, що працюють на повітрі з природним (метаном), або іншим горючим газом, або ж ацетиленом. Для великих деталей застосовують пальники, що працюють на кисні з метаном або іншими горючими газами, особливо ацетиленом. Киснево-ацетиленові пальники застосовують як спеціальні для пайки, що дають широкий смолоскип, так і нормальні, зварювальні. Спеціальні пальники для пайки створюють менш концентрований нагрів і охоплюють полум'ям відразу значну поверхню; полум'я підтримується за невеликим надлишком ацетилену.

Пайка зануренням. При цьому способі пайка проводиться зануренням виробу у ванну з розплавленим припоєм або у ванну з розплавленими солями. Для металевих ванн зазвичай використовують мідно-цинкові припої. Розплавлений припій у ванні покривають шаром флюсу. Поверхня виробу, яка повинна залишитися чистою, без припою, змащують пастами і розчинами, що перешкоджають її змочування.

Соляні ванни для твердої пайки влаштовують за типом соляних ванн, для термообробки сталі. Особливо зручні ванни з електричним нагрівом. Соляна суміш звичайно складається з хлоридів калію і барію КС1 + ВаС1 _2. Склад ванни для будь-якого температурного інтервалу можна підібрати, змінюючи співвідношення складових частин соляної суміші.

Деталі збирають і на поверхню, що підлягає пайку, наносять флюс між крайками або біля місця з'єднання розміщують припой, після чого деталі скріплюють і вмочають у ванну. Соляна ванна забезпечує постійний температурний режим з точністю ± 5 ° С і захищає місце пайки від окислення. Деталь, вийняту з ванни, захищає від окислення при охолодженні плівка розплавлених солей, яка за ох лажденія може бути вилучена промиванням у гарячій воді.

Пайка зануренням у ванни відрізняється високою потужністю тельностью, однорідністю якості і може бути механізованим.

Електрична пайка. Електричний нагрів місця пайки може бути здійснено різними методами: електричної дугою прямого чи непрямого дії; пропусканням струму через місце зварювання; вихровими струмами, які індукуються в ме талу вироби змінними магнітними полями; за рахунок розігріву контакту між поверхнею виробу і токоподводящих електродом і т. д.

Для пайки дугою прямої дії мідно-цинкові припої малопридатні зважаючи летючості цинку і сильного його випаровування і вигорання під дією високої температури дуги. Найбільш придатні тугоплавкі мідні припої з вмістом фосфору або кремнію. Для пайки використовують вугільну дугу, яку направляють переважно на кінець стрижня припою, що стосується основного металу; дуга не повинна розплавляти крайки виробу.

Вугільна дуга побічної дії (дугова пальник) замінює газовий пальник і дає можливість виконувати процес пайки твердими припоями всіх типів, як мідно-цинковими, так і срібними. Технологічно дугова пальник менш зручна, ніж газова, і застосовується правило, лише при невеликому обсязі робіт по пайку.

Електричну пайку опором можна виконувати на простих зварювальних контактних машинах або на спеціальних електричних апаратах для пайки. Нагрівання місця пайки проводиться пропусканням через нього струму великої сили, який отримують від низьковольтного трансформатора, вбудованого в корпус апарату для пайки і становить з ним одне ціле.

Більш універсальними електричними апаратами для пайки є апарати, що працюють за способом гарячого контакту між вугільним або графітним електродом і виробом. Такий апарат складається з двох основних частин: понижувального трансформатора, рухомого або стаціонарного, і кліщів для пайки, що з'єднуються з затискачами трансформатора гнучкими проводами, які можуть мати значну довжину, що надає установці гнучкість і універсальність застосування.

Понижуючий трансформатор виготовляється за типом трансформаторів для електричних контактних зварювальних машин. Первинна обмотка трансформатора секціонованими, що поз воляет регулювати напруга вторинної обмотки і робочу силу струму шляхом перемикання витків первинної обмотки, як у контактних машинах. Первинна обмотка трансформатора включається в електричний ланцюг контактором з кнопковим управлінням. Кнопка включення поміщена на ручці паяльних кліщів (рис.1) або винесена в формі окремої переносний педалі. Робочі струмопровідні контакти паяльних кліщів виконані у формі змінних призматичних блоків - брусків з електродного вугілля або графіту. Деталі затискають гвинтом, підігріваючий струм включають кнопкою на ручці кліщів. Робочі струми для пайки зазвичай знаходяться в межах 500-1000 а.

Паяльні кліщі приєднуються до вторинної обмотки трансформатора гнучкими

Паяльні кліщі приєднуються до вторинної обмотки трансформатора гнучкими проводами достатнього перетину і вимагається довжини (звичайно до 2 - Зм). Для пайки міді зазвичай користуються фосфорно-мідними припоями, для пайки сталі - срібними припоями. Фосфорно-мідні припої для пайки чорних металів непридатні.

Індукційна пайка струмами високої частоти. Останнім часом швидко розвивається і починає знаходити широке промислове застосування новий вельми ефективний спосіб пайки струмами високої частоти. Метод заснований на нагріванні металу вихровими струмами, які створюються змінним магнітним полем високої частоти. Змінне магнітне поле, в свою чергу, створюється намагнічує обмотками - індукторами. При наближенні індуктора до поверхні виробу виникають вихрові струми в зоні металу, що піддається магнітному впливу індуктора. Дія індуктора тим сильніше, чим менше відстань між індукторами і нагрівається металом. Для можливого зменшення відстані застосовують індуктори з ізоляцією з тугоплавкої емалі; в цьому випадку відстань між індуктором і нагрівається металом може бути знижено до 0, 3 -0,5 мм.

Нагрівання струмами високої частоти зосереджується в дуже тонкому поверхневому шарі металу, в якій виникають вихрові струми. Нижні шари нагріваються внаслідок теплопровідності. Малий обсяг розігріваємо металу дозволяє вести нагрівання дуже швидко, з високим к.п. д.

Процес пайки відрізняється чистотою, зручністю виконання, легко піддається механізації і може бути добре пристосований до умов масового виробництва однотипних деталей. Всі ці переваги нагріву струмами високої частоти забезпечують можливість широкого промислового використання його при пайку. Перешкодою до застосування струмів високої частоти поки що є досить висока вартість і деяка складність установок для отримання цих струмів.

Пайка в печах. Нагрівання під пайку може проводитися також у різних печах, з влаштування аналогічних печей для термообробки сталі. Застосовуються, наприклад, очкові печі з нафтовим опаленням; широко застосовуються муфельні печі, особливо зручні електричні муфельні печі. Пайка ведеться за допомогою нагрівання деталей із заздалегідь нанесеними флюсом і припоєм, який закладають сполучаються між крайками, або поміщають поруч з місцем пайки. Пайка в печах із застосуванням флюсу трудомістка, потребує досить кваліфікованої робочої сили. Значно важливіше паяння в печах у відновній атмосфері; цей вид пайки має широке застосування.

Пайка в печах з відновлювальної атмосферою.

Пайка ведеться в спеціальних печах з електричним обігрівом в атмосфері газів, які мають відновні властивості по відношенню до окислам основного металу. Часто як відновного газу застосовується водень, тому спосіб цей іноді називають пайкою міддю в атмосфері водню, або водневої паянням. Спосіб, як правило, не вимагає застосування флюсу, що є важливим його технічним перевагою, здешевлюють пайку і знижує трудомісткість процесу, тому що не потрібно операції нанесення флюсу на місце пайки та видалення залишків флюсу після закінчення процесу пайки.

Зібрані деталі з припоєм, вміщеним близько шва, проходять через електричну піч з відновлювальної атмосферою, яка захищає метал від окислення, відновлює наявні оксиди і посилює змочування металу припоєм. Расплавляющиеся припой змочує поверхню металу, розпливається по ній і під дією капілярних сил всмоктується в шов, сплавляючись з основним металом. Потім деталі надходять в камеру охолодження з відновлювальної атмосферою, де остигають до температури, при якій деталь, видана з печі, при зіткненні з атмосферним повітрям не окислюється, колір металу не змінюється, і паяні деталі виходять з печі з чистою, світлою поверхнею.

Процес пайки досить економічний, забезпечує міцність і щільність з'єднань, точність розмірів, гарний зовнішній вигляд.

Список використаних інформаційних джерел

1. Ю.В. Шухов., С.А. Еенев. Холодне штампування. Москва 1967.

2. Хренов К.К. Зварювання, різання та паяння металів. - М.: Машинобудування 1973.

3. Л.Л. Гржімальскій. І.І. Іллєвський. Технологія обладнання пайки. Видавництво МАШИНОБУДУВАННЯ. 1979 240 стор Іл.

4. Нові методи зварювання та паяння. А.П. Лопатко, З.В. Никифорова. ВИЩА ШКОЛА. М. 1979 р. 88 стор мул.

5.Словарі та енциклопедії на академіка. [Електрон. ресурс]. 26 березня 2009. Режим доступу http://dic.academic.ru.

6. [Електрон. ресурс] file: / / localhost / пайка / Технологія та устаткування пайки .. mht