Припои для пайки

Вопросы для самопроверки

1. Из какого материала был изготовлен первый электрод для

электродуговой сварки?

2. Для чего служат неплавящиеся электроды в сварочном процессе?

3. Какие материалы кроме угля (графита) используются для изготовления неплавящихся электродов?

4. Какие методы для стабилизации горения дуги применяются при использовании в сварочном процессе угольных или графитовых электродов?

5. Для чего применяется омеднение поверхности угольных и графитовых сварочных электродов и как это влияет на их прочность?

6. Как происходит процесс изготовления угольных и графитовых сварочных электродов?

7. Какие основные требования предъявляются к неплавящимся электродам во время сварочного процесса?

8. Какие неплавящиеся электроды нашли наибольшее применение в сварочной технике?

9. Вследствие чего (они не плавятся) расходуются неплавящиеся сварочные электроды?

Изготовление различных изделий посредством пайки по тех­нологии в ряде случаев значительно отличается от производства сварных. Однако обычно по организационной структуре предприя­тий техническое руководство сваркой и пайкой находятся в одних подразделениях. В связи с тем, что по сущности получения пая­ные соединения нужно рассматривать как частный случай свар­ных [46], припои для выполнения пайки также являются сва­рочными материалами.

Припоем называется металл (обычно сплав), заполняющий в жидком состоянии в процессе пайки зазор между кромками (по­верхностями) паяемых изделий и образующий после охлаждения соединения, характеризующиеся установлением металлических связей затвердевшего припоя с контактировавшими с ним епаиваемыми металлами (однородными или разнородными). Процесспайки сопровождается диффузионными процессами в системе при­пой—паяемый металл и, как правило, приводит к появлению промежуточных слоев в виде твердых растворов или химических соеди­нений составляющих припоя и паяемого металла.

Процесс пайки осуществляется при температурах ниже тем­пературы паяемого металла, но, как правило, несколько превы­шающих температуру ликвидус припоя. Поэтому весьма важной характеристикой припоя является его температура ликвидус и температурный интервал ликвидус—солидус. В связи с тем, что паять приходится весьма разнообразные металлы с различными температурами плавления, то и диапазон температур плавления припоев должен быть достаточно широким. Учитывая и необходи­мость получения в месте спая твердых растворов или химических соединений, обеспечивающих необходимые свойства паяного соеди­нения, составляющие припоев для пайки различных металов не могут быть одинаковыми.

Поэтому для пайки широкого ассорти­мента различных металлов и особенностей эксплуатационных ус­ловий работы паяных соединений (температура, возможность коррозии, требуемая прочность и пр.) состав припоев, применяе­мых в промышленности, весьма многообразен.

Обычно технологически припои разделяют на мягкие (с условно принятой температурой плавления Т_пл <С 450 °С) и твердые (с Т_пл > 450 °С), хотя такая классификация и не очень точна. Удобна их классификация и по базовому металлу, являющемуся основой припоя. При этом припои на различной базе, как правило, пригодны не для всех металлов и их применение связывается с конкретными металлами и сплавами.

К мягким припоям относятся сплавы на базе галлия, висмута, индия, олова и свинца, кадмия, цинка. Твердые припои применяются на базе алюминия, серебра, меди, золота, никеля и других металлов.

Наиболее распространенными являются припои, представляю­щие собой сплавы с добавкой к основе элементов, снижающих температуру плавления в связи с образованием достаточного коли­чества легкоплавких эвтектик. Иногда добавляются элементы и повышающие температуры плавления сплава.

Припои на базе галлия (Ga, Т_пл = 29,8 °С) получаются посредством добавления к жидкой основе дисперсных порошков (в основном меди, никеля, иногда с добавкой олова, серебра и др.) и предварительного создания достаточно разномерной пасты. Пайка осуществляется при температурах 50 ^оС сплавов с более высокой температурой плавления. В дальнейшем как при комнатной температуре, так и посредством дополнитель­ной термической обработки при ограниченных температурах (более 70 °С) происходит дальнейшее обогащение галлия соответ­ствующими элементами порошков и основного металла, и темпе­ратура распая растет до 200 °С и более высоких.

Эти припои используются для пайки цветных металлов с покры­тиями (например, гальваническими), главным образом деталей, к соеди­нениям которых предъявляются тре­бования достаточной теплостойко­сти, но которые нельзя нагревать до высоких температур в процессе пайки. Висмут (Bi, Т_пл = 271 °С) дает легкоплавкие эвтектики, с це­лым рядом элементов. Наиболее лег­коплавкая эвтектика (Т_пд = 46,7 °С), получается в его сплаве с кадмием, свинцом, оловом и индием.

Вообще припои на базе висмута с различ­ными добавками имеют температуру плавления (или ликвидус, для не­эвтектических составов) от 46,7 до 140° С. Для припоев на базе висмута характерно отсутствие усадки при охлаждении и даже не­который «рост».

Сплавы индия (In, = 156,4 °С) с кремнием, оловом, цинком дают эвтектики с наинизшей температурой плавления — около 90° С. Припой состава 52 % In, 48% Sn (Т_пл = 117 °С) смачивает стекло и, сцепляясь с ним, позволяет осуществлять пайку металлов с другими неметалли­ческими материалами.

Кадмий (Cd, T_nJl > 321 °С) также в виде сплавов в основ­ном с цинком, оловом, свинцом и серебром является основой неко­торых мягких припоев для пайки в пределах температур 150- 440 °С.

Наиболее распространенными для пайки ряда металлов и спла­вов являются оловянно-свинцовые припои. Иногда для увеличе­ния их прочности к ним добавляют сурьму в количестве не более 7 % в связи с ее охрупчивающим действием.

Ряд оловянно-свинцовых припоев тестированы (ГОСТ 1499-54). Их составы приводятся в специальных таблицах.

В табл. 3 приведены некоторые характеристики припоев на базе Са, Сd, Вi, Т и др.

Припои, отмеченные в таблице звёздочкой (*), изготавливаются в виде пасты.

Таблица 3

	Состав припоев, % вес					Темпера-ту­ра в °С
Ga	Си	N1	Ag	Bi	Cd	Sn	РЬ	In	Zn	ликвидус (плавление эвтектик)	солидус
		__	__	—	—	__	__	__	__	*	__
	—		—	—	—	—	_—	—	—		—
		—		—	—	—	—	—	—	*	—
		—	—	—	—	—	—	—	—		—
		—		—	—	—	—	10,0	—	*	—
—	—	—	—	44,3	5,3	8,3	22,6	19,5	—	46,7	—
—	—	—	—	49,5	10,1	13,1	27,3	—	—		—
—	—	—	—		—			—	—		—
—	—	—	—		—		.—	—			—
—	—	—	—			—	—	—	—		—
—	—	—	—		—			—	—
—	—	—	—		—			—	—
—	—	—	—			—		—	—
—	—	—	—	—	13,6	41,4	—	44,2	0,8		—
—	—	—	—	—	—			52,2	1,8		—
—	—	—	—	—	—		—		—		—
—	—	—	—	—	—	—	—				—
—	—	—	—	—	82,6	—	—	—	17,4		—
—	—	—	—	—			—	—
—	—	—		—		—	—	—
—	—	—	—	—			—	—			—
* Изготовляется в виде пасты при температуре 45 — 50 ^оС. В результате происходящего взаимодействия температура плавления сильно изменяется.

Различные оловянно-свинцовые припои рекомендуются для применения в зависимости от их свойств. Например, ПОС-90 — для пайки внутренних поверхностей пищевой посуды и медицин­ской аппаратуры;

ПОС-40 — для пайки латуни, железа и медных проводов; ПОСС-4-6 - для лужения, выравнивания вмятин в ку­зовах автомобилей и пайки белой жести, железа, меди.

Цинк (Zn, Т_пл = 419 °С) со многими эле­ментами образует эвтек­тики. На основе цинка разработан ряд припоев для пайки алю­миния, меди и некоторых их сплавов. Например, для пайки алюминия ис­пользуется припой на базе цинка с добавками меди и алюминия иногда, для повышения их сопротивляемости кор­розии во влажной атмо­сфере, с добавками олова и свинца (соответственно до Sn< 0,5 % и Pb = 1,5 %).. Эта группа припоев на базе цинка продолжает разрабаты­ваться.

Из припоев на основе алюминия для пайки алюминия и его сплавов наибольшее распростране­ние имеет твердый (Т_пл-525 °С) припой марки 34 А (25-30 % Си, 4-7 % Si, А1 - остальное), близкий по составу к эвтектике в системе А1-CuAl ₂-Si. Иногда к этой системе до­бавляют кадмий и цинк, реже -марганец и олово, что позволяет в значитель­ных пределах варьиро­вать их температуры пла­вления.

Наиболее универсаль­ными являются припои на базе серебра

(Ag, Т _пл. = 960 °С) - серебря­ные припои. С теми или иными добавками они при­меняются для пайки спла­вов на железной основе, в частности высоколегированных сталей со значительным содержанием хрома, медных сплавов и сплавов титана. В этих случаях к серебру добавляют различные активные добавки (литий и др.).

Наиболее распро­странены серебряные припои тройной системы

Ag-Си-Zn, ко­торые тестированы (ГОСТ 8190—56).

В табл. 4 приведены некоторые характеристики этих припоев.

Таблица 4

Марка припоя	Состав в % вес.	Приме- си (не более)	Темпе- ра­тура, °С	Предел прочности кГ/мм ^2	Электролроводность (в % от электропро­водности меди)
	Ag	Си	Zn	РЬ	Все­го	ликвидус	солидус
ПСр-10	10±0,3	50±*	Осталь­ ное	0,5				—	6,5
ПСр-12	12±0,3	36±1	То же	0,5				18,5	11,1
ПСр-25	25+0,3	40±1	»	0,5					6,9
ПСр-45	45±0,3	30±0,3	»	0,3	0,5				9,7
ПСр-65	65±0,6	20±0,3	»	0,3	0,5			—33	8,6
ПСр-70	70±0,6	26±0,5	»	0,3	0,5			—33	4,2

Различные припои этой группы также имеют наиболее реко­мендованные области их применения как по составам спаиваемых металлов, так и различным дополнительным требованиям к пая­ным соединениям.

Кроме тестированных серебряных припоев, есть ряд припоев с участием серебра для различных специальных назначений. В качестве примеров можно привести припой для пайки меди и ее сплавов, содержащий серебро, медь и фосфор (5-7 %) и имеющий температуру плавления 650 °С.

Относительно широко применяются припои на основе меди. Медь (Т_пл = 1083 °С) сама используется при пайке некоторых сплавов на железной основе в качестве припоя. Больше приме­няются в качестве припоев медно-цинковые и медно-фосфористые сплавы. Ряд этих сплавов гостированы в виде различных марок припоев (ПМц-36, ПМц-48, ПМц-54), однако все они имеют малую пластичность и используются относительно редко, главным обра­зом для пайки меди и сплавов на ее основе. Более распространен­ными как припои являются некоторые марки латуней (Л62, Л68) с содержанием меди соответственно 60,5-63,5 и 67-70 %.

При регламентированном количестве примесей, в основном свинца и железа около 0,2 %. Улучшение технологических свойств латуней, в частности, при их применении в качестве припоев, может быть достигнуто дополнительным их легированием оловом и крем­нием. В качестве таких припоев применяются ЛОК59-1- 0,3 и ЛОК62-06-04, предложенные

Г. А. Асиновской (ВНИИавто-генмаш). Эти припои имеют температуру плавления несколько выше 900 °С.

Большее снижение температуры плавления по сравнению с медью имеют припои в системе Си-Р. Эвтектика(при 8,25 % Р) имеет температуру плавления 707 °С. Обычно медно-фосфористые припои содержат от 4 до

~8,5 % Р. Они применяются в основном для пайки сплавов на медной основе, так как со сплавами на базе железа имеющийся в припоях фосфор дает хрупкие прослойки в паяных швах.

Применяются в качестве припоев и более сложные сплавы на основе меди с добавками цинка и марганца (до ~20 %), а также цинка, никеля и кремния, а также более сложные. В частности, для припайки быстрорежущей стали и твердых сплавов к держав­кам из машиноподелочной стали применяются припои ГПФ и ГФК, характеристики которых даны в табл. 5.

Припои для пайки пластин из быстрорежущей стали с державками

Таблица 5

Марка припоя	Состав припоя, % вес.	Температура, ^оС
	Си	Zn	Fe	Ni	Mn	Si	Ликви- дус	Соли- дус
ГПФ   ГФК	66—72   62—71	6—8	12—14   5—7	10—14   4—5	4—5   5—6	1— 1,8   3—4

Для ряда случаев (ювелирные изделия, вакуумная аппаратура) применяются припои, содержащие значительные количества (~30 - 75 %) золота. В качестве добавок к золоту обычно исполь­зуются серебро, медь, палладий и цинк. Температура ликвидус для большинства таких припоев изменяется в пределах 750 - 1000 °С.

Еще более высокотемпературные припои применяются на базе никеля и железа. Эти припои, главным образом на базе никеля, применяются для пайки жаропрочных сталей и металлов с высо­кой температурой плавления. Добавками к этим при­поям являются марганец, хром, кремний и бор.

Припои различных составов применяются либо в виде сплош­ных металлических отливок (стержни, пластинки), пластически деформированными (проволока, лента, фольга и пр.), а также в виде зерен (типа дроби) и порошков - для хрупких и не поддающихся деформированию сплавов. В некоторых случаях при­пои изготовляются составными (пруток с различным составом центральной части и периферии, многослойные листы, фольга и др.).

В связи с тем, что кроме предварительной очистки паяемых поверхностей и в процессе пайки необходимо удалять различные загрязнения (в основном окислы), которые могут появиться в период нагрева до температуры пайки, необходимо обеспечивать очистку их до взаимодействия с припоем. Для этого при пайке применяются, как правило, флюсы твердые (с температурой плав­ления меньшей, чем температура плавления припоя), жидкие и газообразные. В ряде случаев флюсы вводят вместе с припоями.

Так, при порошкообразных припоях вводят и порошкообразный флюс в виде общей смеси. Иногда изготовляются и прутки сложной формы, в которых по длине равномерно распределен металличес­кий припой и неметаллические составляющие твердого флюса.

Весьма удобна во многих случаях пайка самофлюсующими припоями. В этом случае составляющая припоя, активно взаимо­действуя с металлом по паяемой поверхности (кромке), очищает ее от окислов.В частности, такие характеристики имеют припои, содержащие литий (обычно в количествах до

2 %), фосфор (в медно-фосфористых припоях), бор и некоторые другие составляющие флюсов. Пайка самофлюсующимися припоями обычно удобнее, чем не самофлюсующимися, является технологически более гибкой, позволяет достигать большей производительности.

Как правило, стандартные припои поставляются централизо­ванно. Некоторые специальные припои потребители изготовляют непосредственно на своем производстве.

Дата добавления: 2014-11-29