КОЕ-ЧТО ЕЩЕ

По условию заполнения зазора пайка подразделяется на капиллярную и не капиллярную. По механизму образования паяльного шва существуют следующие способы капиллярной пайки: Готовым припоем, контактно-реактивная, реактивно-флюсовая, металлокерамическая и диффузионная. Некапиллярная пайка делится на пайку-сварку и сварко-пайку. В зависимости от источника нагрева пайка может быть следующих видов: пайка паяльником, газопламенная, электродуговая, электролучом, лазером, пайка в печи, погружением в расплавленную соль, погружением в расплавленный припой, волной припоя, электролитная пайка, пайка в нагретых штампах, инфракрасными лучами, в нагревательных матах и нагретыми блоками.

По методу удаления окисной плёнки пайка делится на абразивную, абразивно-кристаллическую, ультразвуковую, флюсовую, пайку в нейтральной газовой среде, вакуумную пайку и пайку в активной газовой среде. Постепенно мы рассмотрим все виды пайки и начнём с самого простейшего

Конструкция паяльников.

Наиболее простой метод пайки с нагревом паяльником широко применяют во многих областях техники и в быту. Простейший паяльник состоит из медного наконечника, закреплённого на стальном стержне с ручкой. Независимо от способа нагрева и конструкции основное назначение паяльника - нагрев припоя до расплавления, накапливание расплавленного припоя и нанесение его на паяемое изделие, прогрев металла по месту пайки, а также удаление излишков расплавленного припоя.

Для пайки крупных деталей, для которых требуется большое количество тепла, применяют паяльники массой до 5 кг. Такие паяльники неудобны в работе, в связи с чем крупные изделия перед пайкой предварительно прогревают и паяют небольшим паяльником. Для пайки радиоэлектронной аппаратуры и лёгких деталей применяют паяльники массой в несколько граммов и мощностью 4-12 Вт или паяльные клещи, имеющие пару нагревательных наконечников, которые захватывают соединяемые детали и одновременно их нагревают. Для пайки полупроводниковых элементов используют паяльники, нагревательным элементом которых служит нихромовая проволока диаметром 0,6-0,8 мм, радиусом закругления петли 0,5 мм и длинной 40-60 мм. Для пайки микросхем применяют специальные карандаши-паяльники, рабочая температура которых регулируется автоматически, или паяльники, рассчитанные на определённую температуру нагрева.

Рабочую часть паяльника (наконечник) обычно заостряют под углом 30-40 градусов. Температура нагрева медных паяльников не должна превышать 400 градусов. При более высокой температуре происходит растворение рабочей части паяльника оловом. В зависимости от расположения паяемого шва, конфигурации изделия и назначения паяльники имеют самую разнообразную форму. По способу нагрева паяльники делят на 3 группы: без постоянного подогрева, с непрерывным подогревом газом или жидким топливом и с электрическим подогревом. Особую группу составляют паяльники специального назначения.

рис.1

Паяльники первой группы (рис.1) нагревают периодически в пламени паяльной лампы или в специальных горнах, работающих на жидком, твёрдом и газообразном топливе. Паяльники с непрерывным подогревом отличаются тем, что медный стержень непрерывно подогревается открытым пламенем. В качестве топлива в быту используют бензин, спирт, городской газ, ацетилен, водород

рис.2

Паяльники, обогреваемые жидким топливом (рис.2), обычно состоят из сосуда для топлива, горелки, запорных краников и наконечника. Такие паяльники очень удобны в работе и не требуют дополнительного оборудования. Там, где имеется газообразное топливо, применяют паяльники, состоящие из горелки, смесительной камеры и сменного наконечника (рис.3).

рис.3
рис.4

Паяльники с электрическим обогревом в зависимости от рода выполняемых работ выпускают различных типоразмеров и мощностей. Они могут иметь внутренний (рис.4) или наружный (рис.5)обогрев. Нагревательные элементы изготовляют из жаростойкой проволоки, намотанной на слюдяное или керамическое основание. Для сокращения времени ремонта паяльника нагревательные элементы делают сменными.

рис.5

Для удобства пайки, сокращения расхода припоя и электроэнергии электрические паяльники выпускают с термостатическими микропрерывателемп тока. Прерыватель выключает паяльник по достижении нужной температуры и снова включает, когда он немного остынет. При пайке в затемнённых и тесных местах паяльник снабжают вспомогательной лампочкой, включённой последовательно с нагревательным элементом.

рис.6

Для ускорения пайки применяют паяльники с автоматической подачей припоя в виде проволоки или паяльники с роликом и ванной для припоя (рис.6). Известны паяльники с переменной мощностью имеющие два нагревательных элемента, переключаемых выключателем, вмонтированным в ручку.

рис.7

Для нагрева паяльника можно использовать вольтову дугу. Дуговые паяльники (рис.7) могут быть использованы для пайки припоями с температурой плавления до 600 градусов. На рис.8 показан паяльник для нагрева на стыковом сварочном аппарате.

рис.8
рис.9а

При пайке аллюминия без применения флюса используют ультразвуковые паяльники с вибрирующей металлической щёткой (рис.9). Металлическая щётка, установленная в конической головке, присоединена к вибратору, который, колеблясь с частотой 100 Гц, вызывает колебание щётки. Вибрирующая щётка очищает поверхность аллюминия от окислов и обеспечивает его лужение. После обслуживания пайку осуществляют любым известным способом.

рис.9б

Для демонтажа (распайки) соединений применяют паяльники, в которых стержень выполнен с каналом, соединённым через улавливающую камеру с вакуумом. Нагретый паяльник расплавляет припой, который затем всасывается в камеру. В зависимости от конфигурации паяемого шва наконечники к паяльнику могут иметь самую различную форму (рис.10). На рисунке 11 показаны кривые температур наконечников в зависимости от напряжения. Для одновременного отсоединения нескольких проводов в печатных схемах используют наконечник (рис.12), представляющий собой цельную головку с каналами и прорезями для отвода расплавленного припоя.

рис.10 рис.11 рис.12

Материалы для наконечниках

Материалы для наконечников должны иметь высокую теплопроводность, хорошо обслуживаться пониженным окалинообразованием при температурах пайки, хорошо сопротивляться действию расплавленного олова и флюсов. Самым распространённым материалом для изготовления наконечников является чистая медь. Применение наконечников из меди связанно с быстрым износом и окислением его тела. Чтобы уменьшить износ рабочей части, в припой добавляют до 1% хрома или изготовляют его из сплава меди с хромом, никелем, теллуром, серебром или цинком. Иногда изготовляют биметаллические паяльники, состоящие из стального корпуса, во внутреннюю часть которого заливают медь. Медные и латунные наконечники, покрытые слоем железа или никеля толщиной 0,12-0,2 мм, имеют более длительный срок службы, чем без покрытия.

Приёмы пайки паяльником

Перед пайкой в первую очередь необходимо подготовить паяльник. Для этого рабочий конец паяльника затачивают под углом 30-40 градусов и зачищают от следов окалины. Зачищенный паяльник нагревают до 250-300 градусов, затем рабочий конец его погружают во флюс и тщательно залуживают припоем, после этого паяльник готов к работе. Подготовленное к пайке соединение очищают от пыли, жира, грязи и окислов, покрывают флюсом и разогревают паяльником до нужной температуры. Когда шов прогревается плавления припоя, облуженным концом паяльника захватывают припой и переносят его в шов. Если припоя потребуется много, то он расплавляется паяльником непосредственно на поверхности паяемого изделия. Пайку производят, передвигая паяльник по шву, благодаря чему расплавленный припой затекает в зазор. Некоторые приёмы пайки показаны на рисунке 13.

рис.13

Во время пайки следует внимательно следить за температурой паяльника, не допуская его перегрева. Перегрев паяльника выше 400 градусов повышает окалинообразование и затрудняет обслуживание наконечника. Если паяльник перегрет, то полуда на его наконечнике становится жидкой и не держится, сильно окисляется и выгорает. Во время длительной пайки необходимо периодически очищать рабочую часть паяльника от окалины. Очистку следует производить стальной щёткой или напильником. Наконечники с гальваническим покрытием очищают только щёткой. Очищенный паяльник перед работой подвергают обслуживанию. Для предохранения от порчи паяльники следует хранить на подставках.

В качестве флюса при пайке паяльником применяют канифоль и флюсы на её основе, водные растворы хлористого цинка с добавками различных хлористых солей. Припоями служат легкоплавкие сплавы (обычно на оловянно-свинцовой основе) с температурой плавления до 400 градусов, сплавы с более высокой температурой плавления можно использовать только при пайке дуговым электпропаяльником.

Газопламенная пайка.

В серийном и единичном производствах при пайке для нагрева изделий применяют газопламенные горелки. Нагрев газовым пламенем отличается большой универсальностью, позволяет осуществить местный нагрев в ограниченной зоне изделия, применим при пайке изделий любых размеров и форм, не требует сложного оборудования, допускает механизацию и автоматизацию процесса.

Пайка с нагревом в пламени паяльных ламп.

Паяльные лампы обычно используют при пайке легкоплавкими припоями, иногда применяют при пайке тугоплавкими припоями со сравнительно невысокой температурой плавления (например, серебряными). Пайка паяльными лампами может производиться с менее тщательной подготовкой места спая, так как пламя лампы обеспечивает выгоранием различных загрязнений, находящихся на поверхности изделия. При пайке место спая покрывают флюсом и начинают его греть до тех пор, пока пруток припоя при соприкосновении с деталью начнёт плавиться. Во время пайки необходимо непрерывно добавлять как припой, так и флюс. В случае недостаточного количества флюса поверхность спая в результате нагрева окислится, и затекание припоя в шов может прекратиться.

Паяльные лампы работают следующим образом. Из резервуара под небольшим давлением жидкое горючее поступает в предварительно нагретый испаритель, где переходит из жидкого состояния в газообразное. В трубке, примыкающей к испарителю, горючий газ смешивается с подсасываемым воздухом. На выходе горючую смесь смешивают. Количество подаваемого газа регулируют. Паяльную лампу разжигают в следующем порядке: в резервуар лампы до 3/4объёма наливают горючее; в чашку под испарителем наливают спирт и поджигают; когда пламя затухнет, отвинчивают регулировочный винт, при этом пары бензина выходят через сопло, подсасывая воздух; горючую смесь воспламеняют у входа в трубку.

рис.14

Паяльные лампы работают на бензине (рис.14), керосине или спирте. Температура пламени паяльной лампы достигает 1000-11000 градусов.

Горючие смеси, применяемые в горелках.

Газовую смесь выбирают в зависимости от возможности производства, паяемого металла, применяемого припоя и требуемой температуры.

В результате сгорания газообразного горючего образуется пламя, которое в зависимости от вида горючего и от соотношения его с кислородом или воздухом имеет различную температуру. Для того чтобы получить быстрый и равномерный нагрев шва, необходимо смотреть за правильным строением факела пламени. Различают 3 вида пламени: нормальное (или восстановительное), окислительное и науглероживающее.

рис.15а,б

Нормальное пламя (рис15а.) не вызывает окисления металла. Оно состоит из ядра, восстановительной (рабочей) зоны и факела. Наиболее высокую температуру имеет пламя около конца ядра. Так как для паяния обычно требуется температура не выше 1000-1100 градусов, то при работе с высокотемпературным пламенем разогрев шва производят более холодной наружной частью факела. При избытке кислорода или воздуха в смеси образуется окислительное пламя (рис. 15б).

Науглероживающее пламя образуется при избытке горючего в смеси. При нагреве таким пламенем происходит насыщение её поверхности углеродом, что приводит к повышению твёрдости и хрупкости металла.

Типы горелок

рис.16а,б,в,г,д,е

В зависимости от применяемого горючего разработаны различные типы горелок. Для работы на природном или городском газе в смеси с воздухом применяют горелки (рис.16а), работающие по принципу внутрисоплового или внешнего смешения. Пламя этих горелок регулирует количество подаваемого газа или воздуха. Для получения ацетилено-кислородного пламени широко применяют горелки инжекторного типа (рис.16б) и (рис.16в).

Горелки, работающие на керосино-кислородной смеси бывают двух типов (рис.16г и д). Они снабжены однопламенными и сетчатыми сменными мундштуками и комплектуются бачком для питания горелки керосином.

На рис.16е показана безвоздушная горелка, которая может работать как горелка и как обогреваемый газом пальник.

Технология пайки с применением горелок.

Прежде, чем приступить к пайке, необходимо выбрать тип горелки и номер наконечника. Их выбирают с учётом материала соединяемых деталей, применяемых припоя и горючей смеси.

Перед пайкой изделие очищают от окалины и ржавчины, собирают с заданным зазором в приспособлениях и располагают на верстаке так, чтобы во время пайки обе руки паяльщика оставались свободными, так как в одной руке рабочий держит горелку, а в другой припой. При пайке необходимо тщательно следить за правильным строением факела пламени, не допуская образования копоти, которая осаждается на изделии и препятствует растеканию припоя.

Пайка медно-цинковыми припоями наиболее качественно получается при нагреве окислительным пламенем, так как в этом случае окисленный поверхностный слой расплавленного припоя препятствует испарению цинка из припоя, тогда как в восстановительном пламени этого не происходит.

При пайке нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов рекомендуется применять нормальное пламя: избыток ацетилена при пайке хромосодержащих сплавов приводит к образованию карбидов хрома, которые при эксплуатации изделия вызывают межкристаллическую коррозию.

Чтобы избежать окисления припоя и расплавления его раньше, чем прогреется основной металл, пламя горелки следует держать впереди растекающегося припоя; в этом случае припой хорошо затекает в более горячие места. Чтобы избежать выгорания припоя и увеличить эффективность действия флюса, место спая необходимо прогревать возможно быстрее.

При пайке важно, чтобы все участки паяемых поверхностей были покрыты флюсом, в противном случае незащищённые места окисляются и прочность спая значительно снижается. Отрицательное действие на расплавленный флюс оказывает перегрев. Это приводит к выгоранию компонентов флюса и потере его флюсирующих свойств. Перегрев борсодержащих флюсов припайке никелевых сплавов приводит, кроме того, к насыщению припоя и основного металла бором с образованием хрупких соединений, снижающих качество шва. Большое значение имеет способ подвода флюса к месту пайки. В случае применения сухого порошкообразного флюса его переносят на изделие нагретым прутком припоя. Припой слегка нагревают и опускают в баночку с флюсом; небольшое количество флюса при этом остаётся на конце нагретого прутка припоя. Жидкий флюс наносят на изделие кисточкой или погружением в него изделия. Для лучшего смачивания поверхности изделия рекомендуется применять подогретый флюс. Остатки флюса и образовавшийся при пайке окислы удаляют механическим путём и промывкой изделия в горячей воде.

Припой к месту спая подводят, когда полностью расплавится флюс и паяемый металл нагреется до температуры растекания припоя. В момент подвода припоя горелку переносят для подогрева другого, близлежащего участка. Припой при газопламенной пайке обычно применяют в виде прутиков или тонко нарезанных кусочков.

При подготовке ацетиленовой горелки к работе необходимо выполнить следующие операции:

  • надеть резиновый шланг от кислородного баллона на соответствующий ниппель горелки;
  • в ствол горелки вставить наконечник;
  • отрегулировать давление кислорода в редукторе;
  • открыть кислородный вентиль на горелке, при этом в ацетиленовом канале должно создаваться разрежение (подсос в ацетиленовом ниппеле говорит о наличии разрежения);
  • при разряжении к горелке подсоединить ацетиленовый шланг;
  • если разряжение отсутствует, снять наконечник и устранить неисправность, для этого надо прочистить мундштук, инжектор, смесительную камеру и притереть инжектор и седло конуса.
  • После проверки можно приступить к работе. Первым открывают кислородный вентиль, а затем ацетиленовый. Смесь газа необходимо зажигать как можно быстрее, в противном случае скопление горючего газа при воспламенении может привести к взрыву. Пламя регулируют постепенным открыванием ацетиленового вентиля до момента получения его нормального вида. Гасят пламя в обратном порядке: сначала закрывают ацетиленовый вентиль, затем кислородный.

    При эксплуатации горелок на жидком топливе следует соблюдать следующие основные правила:

  • регулярно, 1 раз в неделю, производить очистку испарителей и асбестовой оплётки; в случае, если оплётка уплотнилась и пригорела, заменить её;
  • очистку мундштука производить латунной или медной иглой;
  • сальники следует уплотнять асбестовым шнуром, пропитанным жидким зелёным мылом;
  • не допускать перегрева горелки, для чего при длительной работе головку следует охлаждать водой при открытом кислородном вентиле;
  • при засорении выходных отверстий мундштука следует отвернуть его, прочистить или продуть;
  • периодически проверять затяжку всех узлов горелки;
  • при обратном ударе следует погасить горелку, для чего закрывают сначала кран горючего, затем кислородный кран и вентиль для горючего в бачке;
  • давление в бачке с горючим должно быть всегда ниже давления в кислородной линии.
  • ПАЙКА С ЭЛЕКТРОНАГРЕВОМ

    Пайка электросопротивлением.

    Соединяемые изделия нагревают теплом, выделяемым при прохождении через них электрического тока. Для быстрого нагрева необходимо иметь плотный электрический контакт. Неровности на контактирующих плоскостях или недостаточное сжимающее усилие приводят к перегреву в местах плохого контакта и даже местного оплавленного изделия.

    рис.17

    Метод электросопротивления применяют при пайке деталей электроприборов, твердосплавного инструмента, теплообменников, часовых пружин и ленточных пил. Силу тока регулируют так, чтобы нагрев изделия был быстрый и равномерный. При слишком большой силе тока возможно оплавление изделия; при слабом токе значительно удлиняется время пайки. Некоторые примеры нагрева изделий под пайку показаны на рисунке 17.

    При пайке с контактным нагревом на соединяемые детали наносят припой и флюс, после чего их устанавливают между электродами, прижимают одну к другой и пропускают ток. По истечении определённого времени ток отключают. Давление поддерживают до тех пор, пока припой полностью не затвердеет.

    Индукционная пайка

    Металлическое изделие, расположенное в индукторе, питаемом от высокочастотного генератора, подвергается воздействию переменного магнитного поля. Магнитное поле в металле индуктирует электродвижимую силу, под действием которой в нём возникают электрические токи, разогревающие изделие до необходимой температуры.

    рис.18

    В зависимости от конструкции паяемых изделий нагрев осуществляют или непосредственно от индуктора (прямой нагрев), или за счёт теплоотдачи от графитового или стального вкладыша, нагреваемого ТВЧ (косвенный нагрев). Применение ТВЧ позволяет очень быстро нагреть деталь до температуры плавления припоя при наименьшем его окислении и короблении изделия и даёт возможность непосредственно вести наблюдение за ходом всего процесса пайки.

    По сравнению с другими способами пайки, пайка с индукционным нагревом имеет следующие преимущества: большая производительность процесса, возможность автоматизации, кратковременный нагрев, благодаря чему меньше окисляется металл и ограничивается диффузионный процесс, легко устанавливается и выдерживается постоянная температура нагрева, хорошие условия труда возможность производить пайку в вакууме и пайку в защитных средах, применяя для этих целей специальные контейнеры.

    К недостаткам этого процесса следует отнести большие первоначальные затраты и трудность пайки деталей сложной конфигурации

    Индукционной пайкой можно соединять все токопроводящие материалы (сталь, медь, аллюминий, твёрдые сплавы) и керамику, если она покрыта металлическим слоем. Пайку нагревом ТВЧ широко применяют при напайке пластинок из твёрдого сплава, в радиотехнике и электронике.

    Источником энергии при пайке с нагревом ТВЧ служат машинные, ламповые и искровые генераторы. Мощность необходимая для пайки, зависит от свойств нагреваемого металла: металлы с хорошей теплопроводимостью требуют для нагрева большую мощность. Для пайки небольших деталей применяют установки мощностью 1-15 кВт. Для нагрева более массивных деталей и деталей, большую толщину стенок (до 15 мм.), используют установки мощностью 5-50 кВт. Для полной загрузки мощных генераторов допускается поочерёдное питание двух или нескольких установок.

    Непосредственный разогрев паяемых деталей происходит в индукторе, изготовленном из медной трубки овального, круглого или прямоугольного сечения, охлаждаемой водой (рис.5).

    Большое значение при пайке имеет расстояние между индуктором и изделием. Его выбирают в пределах 2-20 мм в зависимости от размера и конфигурации детали и толщины её стенок. Для пайки тонкостенных деталей берут меньший зазор, для толстостенных и массивных - большой. Во избежание перегрева изделия расстояние между индуктором и деталью около углов делают больше, чем с основной поверхностью детали, а в местах с большим теплоотводом его, наоборот сокращают.

    Для лучшего использования генератора и увеличения производительности применяют непрерывную подачу паяемых деталей в многоместный индуктор (без включения индуктора). Детали подаются в индуктор одна за другой и по мере расплавления припоя и заполнения им зазора удаляются из индуктора и заменяются новыми. Этот вид пайки применяют при изготовлении режущего инструмента.

    Индукционную пайку в защитной атмосфере можно производить в контейнере или в специальной камере (рис. 6). Вокруг контейнера располагают многовитковый индуктор. После установки подготовленных к пайке деталей на специальные подставки контейнер закрывают и продувают, его защитным газом до полного удавления воздуха, только после этого включают генератор, продолжая непрерывно подавать газ до полного окончания процесса пайки.

    Электродуговая пайка

    Этот способ пайки применяют при пайке проводов, ленточных пил, деталей приборов и электродвигателей.

    рис.6,7,8

    Вольтова дуга горит между двумя электродами или между угольным электродом и паяемым изделием (рис. 7). Ток к электродам подаётся о машины для дуговой сварки, аккумуляторных батарей или от понижающего трансформатора.

    Высокая температура дуги позволяет вести пайку очень быстро и тем самым предотвратить окисление припоя. Процесс пайки состоит в обычной очистке изделия от окислов и жира, покрытии мест спая флюсом и вводе припоя. После подготовки место спая нагревают вольтовой дугой. Количество тепла, необходимое для пайки, регулируют изменяя расстояние между электродами или расстояние от дуги до места нагрева.

    Пайка в керамических блоках и в электронагревательных плитах

    При пайке мелких однотипных изделий их нагревают в графитовом блоке (рис. 8), зажатом в губках сварочной машины, или в керамическом блоке, нагреваемом нихромовой спиралью.

    Угольный блок, конструкция которого зависит от формы соединяемых деталей, нагревается электрическим током большой силы.

    Для пайки конструкций сложной формы применяют специальные нагревательные плиты, обогреваемые встроенными в них элементами сопротивления. Электронагревательные плиты можно применять при пайке в вакууме и в контролируемой атмосфере. Для пайки деталь вместе с припоем помещают в контейнер из нержавеющей стали, который заваривают. Для создания вакуума в контейнере имеются трубки, присоединённые к вакуумному насосу. Эти трубки можно использовать для подачи и отвода защитного газа, если требуется пайка в контролируемой атмосфере.