1. Загальні відомості.
Паяння — це процес виготовлення нероз’ємного з'єднання матеріалів з нагріванням нижче температури їх автономного плавлення (змочування, розтікання ,й заповнення зазора ніж ними розплавленим припоєм і зчеплення їх при кристалізації шва).
Паяння широко застосовують у різних галузях промисловості. У машинобудуванні його використовують при виготовленні лопаток і дисків турбін, трубопроводів, радіаторів, ребер двигунів повітряного охолодження, рам велосипедів, посудин промислового призначення, газової апаратури тощо. В електропромисловості та приладобудуванні паяння є в ряді випадків єдино можливим методом з’єднання деталей: Його застосовують при виготовленні електро- і радіоапаратури, телевізорів, деталей електромашин, плавких запобіжників тощо.
До переваг паяння належать: незначне нагрівання з’єднуваних частин, що зберігає структуру й механічні властивості металу; чистота з’єднання, яка не потребує найчастіше наступної обробки; збереження розмірів і форми деталі; міцність з’єднання.
Сучасні способи дають змогу паяти вуглецеві, леговані й нержавіючі сталі, кольорові метали та їх сплави.
2. Припої.
Якість, міцність та експлуатаційна надійність паяного з’єднання в першу чергу залежать від правильного вибору припою. Не всі метали і сплави можуть бути припоями. Припої повинні мати такі властивості.
Властивості припоїв:
температуру плавлення нижчу за температуру плавлення матеріалів, що паяють;
у розплавленому стані (у захисному середовищі, під флюсом або у вакуумі) добре змочувати матеріал, що паяється, і легко розтікатися по його поверхні;
забезпечувати достатньо високі зчіплюваність, міцність, пластичність і герметичність паяного з’єднання;
мати коефіцієнт термічного розширений , близький до відповідного коефіцієнта матеріалу, що паяється.
Залежно від температури плавлення припої класифікують так (рис. 349): тверді (тугоплавкі) — високоміцні, що мають температуру плавлення понад 500 °С; м’які (легкоплавкі) — менш міцні, що мають температуру плавлення нижче 500 °С.
Легкоплавкі припої широко застосовують у різноманітних галузях промисловості та побуту; вони являють собою сплав олова зі свинцем. Різні кількісні співвідношення олова зі свинцем визначають властивості припоїв.
Олов’яно-свинцеві припої порівняно з іншими мають високу змочувальну здатність, хороший опір корозії. При паянні цими припоями властивості з’єднуваних матеріалів практично не змінюються.
Легкоплавкі припої служать для паяння сталі, міді, цинку, свинцю, олова та їх сплавів, сірого чавуну, алюмінію, кераміки, скла та ін.
Для одержання спеціальних властивостей до олов’яно-свинцевих припоїв додають сурму, вісмут, кадмій, індій, ртуть та інші метали.
Олов’яно-свинцеві припої виготовляють таких марок:
безсурм’янисті — ПОС 90, ПОС 61, ПОС 40, ПОС 10, ПОС 61М
ПОСК 50-18;
малосурм’янисті — ПОССу 61-05, ПОССу 50-0,5, ПОССу 40-0,5, ПООСу 35-0,5, ПОССу 25-0,5, ПОССу 18-0,5;
сурм’янисті ПОССу 95-5, ПОССу 40-2, ПОССу 35-2, ПОССу 30-2, ПОССу 25-2, ПОССу 18-2, ПОССу 15-2, ПООСу 10-2, ПОССу 8-3, ПОССу 5-1 і ПОССу 4-6.
У позначенні марки букви вказують: ПОС — припій олов’яно- свинцевий; М — мідь; К — калій; числа вказують: перше — на вміст олова, %; наступні — на вміст міді й калію, % (решта — до 100 % — свинець). При слюсарних роботах частіше застосовують припій ПОС 40.
Тугоплавкі п р и п о ї — це тугоплавкі метали та сплави* З них широко застосовують мідно-цинкові та срібні; Для одержання певних властивостей і температури плавлення в ці сплави додають олово, марганець, алюміній, залізо та інші метали,
Додавання у невеликій кількості бору підвищує твердість і міцність припою, але й підвищує крихкість паяних швів.
3. Флюси.
З підвищенням температури швидкість окислення поверхонь деталей, що паяються, значно зростає, в результаті чого припій не пристає до деталі. Для видалення оксиду застосовують хімічні речовини, які називаються флюсами. Флюси поліпшують умови змочування поверхні металу, що паяється, розплавленим припоєм, захищають поверхню паяного металу та розплавленого припою від окислення при нагріванні та в процесі паяння, розчиняють існуючі на поверхні металу, що паяється, та припою оксидні плівки.
Розрізняють флюси для м’яких і твердих припоїв, а також для паяння алюмінієвих сплавів, нержавіючих сталей і чавуну.
Флюси для м’яких припоїв. До цих флюсів належать хлористий цинк, нашатир, каніфоль, паяльні пасти тощо.
Хлорид цинку, який називається також травленою кислотою,— дуже хороший флюсуючий засіб при паянні чорних і кольорових металів (крім цинкових та оцинкованих деталей, алюмінію та його сплавів). Приготовляють хлористий цинк розчиненням 1 ч дрібно порубаного цинку у 5 ч соляної кислоти.
Нашатир (хлористий амоній) — біла гірко-солона на смак сіль. Використовується у вигляді порошку й кристалів. При нагріванні нашатир розкладається з виділенням шкідливого для здоров’я білого газу, тому при паянні слід застосовувати не чистий нашатир, а розчин, що складається з 0,5 л води, 100 г нашатирю та невеликої кількості хлористого цинку.
Каніфоль — жовтувато-коричнева смолиста речовина, яку дістають у вигляді паличок або порошку при перегонці соснової смоли, Флюсуючі властивості каніфолі значно слабші, ніж у інших флюсів, але вона не викликає корозії паяного шва. Завдяки цьому каніфоль переважно застосовують для паяння електро- і радіоапаратури.
Каніфоль застосовують у вигляді порошку, паличок або розчину в спирті.
Паяльна паста — це рідина, виготовлена з хлористого цинку та амонію або хлористого цинку і крохмалю.
Для виготовлення паяльної пасти крохмаль розчиняють у воді, потім розчин кип’ятять доти, поки не зробиться клейстер. Крохмальний клейстер у холодному вигляді додають до розчину хлористого цинку або хлористого амонію, перемішуючи доти, поки не вийде ледь липка рідина.
Флюси для твердих припоїв. До цих флюеів належать бура, борна кислота та деякі інші речовини.
Буру застосовують у вигляді порошку, для чого її товчуть у ступці й просіюють. Щоб при нагріванні бура не пінилася, перед застосуванням її прожарюють. Бура легко вбирає вологу з повітря, тому її зберігають в банці з притертою пробкою. Рекомендується застосовувати безводну буру, бо інакше флюс при нагріванні втрачає воду, набрякає й тріскається, внаслідок чого ускладнюється процес паяння
Борна кислота — це білі, жирні на дотик лусочки. За своїми флюсуючими властивостями борна кислота краща за буру, але використовується рідше, бо вартість її вища.
Флюси для паяння алюмінієвих сплавів. Як флюси при паянні алюмінієвих сплавів застосовують складні за хімічним складом суміші: фтористого натрію, хлористих літію» калію, цинку та ін. Хлористі солі мають здатність розчиняти оксиди алюмінію, тому їх роль у флюсах є основною. Хлористі літій і калій вводять до складу флюсів для зниження температури плавлення.
Флюси для паяння нержавіючих сталей. Одним з таких флюсів е пастоподібна суміш бури й борної кислоти (порівну), замішана у насиченому розчині хлористого цинку. Застосовують також флюс 200, який складається з 70 % борної кислоти, 21 % бури і 9 % фтористого калію. Цей флюс підходить для паяння конструкційних і нержавіючих сталей, а також жароміцних сплавів латунню з твердими припоями.
Флюсом для паяння чавуну (сірого чи ковкого) служить бура (60 %) з додаванням хлористого цинку (~38 %) і марганцевокислого калію (~2 %). До цього флюсу, крім того, входить перекис марганцю (або хлорат калію), який сприяє вигорянню графіту з поверхні металу і тим самим забезпечує одержання чистої, добре змочуваної припоєм поверхні.
Флюсом для паяння свинцевих сплавів може служити стеарин.
4. Паяльні лампи.
Паяльними лампами нагрівають деталі, що паяють, і розплавляють припій. Ними користуються найчастіше при паянні легкоплавкими припоями, але інколи застосовують і при паянні тугоплавкими припоями з відносно невисокою температурою плавлення (наприклад, срібними).
На рис. 350 показана гасова паяльна лампа, а на
рис,'351—лампа, що працює на бензині, спирті або гасі.
Малогабаритна нагрівальна лампа, створена Доробою складається з тонкостінного (0,3 мм) корпуса 2, у терці якого є отвір 0 0,2 мм, регулятора 1 температури полум'я, пробки 4, бензостійкої гумової прокладки З і сферичної латунної сіточки 5, встановленої у корпусі внутрішнього торця для запобігання засміченню отвору і створення камери для випаровування бензину. Лампу заправляють бензином Б-70.
Основні правила безпеки:
зберігати бензин, потрібний для розпалювання паяльної лампи, в окремій посудині;-
заправляти паяльну лампу лише у безпечному в пожежному відношенні місці;
заливати пальне лише з посудини, що має тонку зливну трубку, або через невелику лійку на листі; кількість залитого пального не повинна перевищувати 3/4 об’єму резервуара;
заправляти паяльну лампу можна лише пальним, на яке вона розрахована;
заправка лампи, що не прохолола, категорично забороняється;
розпалювання паяльної лампи здійснювати біля цеглини або спеціалізованого захисного пристрою ; на випадок спалахування пального, що пролилося, треба мати поблизу робочого місця пісок для гасіння вогню.
5. Інструмент для паяння. Паяльники.
Основним інструментом для паяння є паяльник. За способом нагрівання паяльники поділяють на три групи — періодичного підігрівання, безперервного підігрівання газом або рідким пальним та електричні. Особливу групу становлять паяльники спеціального призначення: ультразвукові з генератором ультразвукової частоти (УП-21); з дуговим підігрівом; з вібруючими пристроями.
Незалежно від способу нагрівання й конструкції основне призначення паяльника полягає в нагріванні припою до розплавлення, розжарюванні розплавленого припою і нанесенні його на з’єднання; прогріванні металу за місцем паяння; видаленні залишків розплавленого припою.
Паяльники періодичного підігрівання поділяють на кутові, або молотові, і прямі, або торцеві . Перші застосовують найбільше. Прямі паяльники використовують у важкодоступних місцях. Паяльник являє собою певної форми кусок міді , закріплений на залізному стержні з дерев’яною рукояткою на кінці.
У бензиновому паяльнику робоча головка безперервно підігрівається полум’ям бензинового пальника . Рукоятка одночасно служить резервуаром для бензину. Резервуар заповнюють неповністю, залишаючи невеликий вільний простір. Після заповнення резервуара бензином міцно закручують вентиль на кінці рукоятки. Категорично забороняється заповнювати бензином резервуар поблизу вогню.
Електричні паяльники застосовують широко, бо вони прості за конструкцією й зручні при користуванні. При роботі з ними не утворюються шкідливі гази, що роз’їдають полуду на мідному стержні, і нагрівання місць, які паяють, здійснюється рівномірно при постійній температурі, а це значно підвищує якість паяння. Такі паяльники нагріваються швидко — протягом 2...8 хв.
До паяльників безперервного підігрівання належать газові й бензинові.
Газовий паяльник має ацетилено-кисневий пальник , до якого на стержні прикріплено за допомогою хомутика звичайний паяльник з міді. Ніпелі , під шланги прикріплені до рукоятки . Кисень та ацетилен подаються по шлангах ніпелів.
Подача до пальника ацетилено-кисневої суміші регулюється за допомогою вентилів і Ацетиленокисневу суміш на виході
6. Види паяльних швів.
Види паяних швів . Залежно від вимог, які ставляться до виробів, що паяються, шви поділяють на три групи:
м і ц н і, яким властива певна механічна міцність, але не обов’язково герметичність;
щільні — суцільні герметичні шви, які не допускають проникнення будь-якої речовини;
щ і л ь н о м і ц н і, яким властиві і міцність і герметичність.
З’єднувані деталі слід добре підганяти одну до одної.
Паяльні шви.
а – стиковий; б – внапусток; в – ступінчастий; г – зі косим зрізом; д – стиковий з накладкою е – герметичний.
7. Паяння м'якими припоями.
Паяння м’якими припоями поділяється на кислотне і без- кислотне. При кислотному паянні як флюс використовують хлористий цинк або технічну соляну кислоту, при безкислотному — флюси, що не містять кислот: каніфоль, терпентин, стеарин, паяльну пасту тощо. Безкислотним паянням дістають чистий шов; після кислотного паяння не виключена можливість появи корозії.
Процес паяння м’якими припоями складається з підготовки виробу до паяння, підготовки паяльника, розплавлення припою, охолодження й очищення шва.
Підготовка виробу до паяння. Міцне паяне з’єднання можна дістати лише у тому разі, якщо місце паяння попередньо очищено від бруду, жирів, продуктів корозії й оксидних плівок, які сильно заважають розтіканню припою та його проникненню в шов. Поверхню виробів перед паянням очищають, обезжирюють, травлять, промивають і сушать.
Механічне очищення поверхні виробів від іржі та окалини виконують наждачним папером, напилками, металевими щітками, шліфувальними кругами, стальним або чавунним шротом.
Хімічне обезжирювання улужних ваннахє найпростішим та найефективнішим способом; полягає воно в обробці виробів у тонко помеленому й розведеному водою до кашкоподібного стану віденського вапна, яке пензлем наносять на виріб. Поверхню потім ретельно протирають і змивають во,дою.
Обезжирювання в органічних розчинниках застосовують для видалення товстого шару масла з виробів зі складними поверхнями, внутрішніми площинами й глибоким« отворами. Для цього використовують ацетон, бензол, скипидар, бензин, метиловий та етиловий спирти тощо.
Хімічне травлення застосовують у тому разі, коли оксидні плівки, які є на поверхні виробу, та інші з’єднання не видаляються обезжирюванням і перешкоджають утворенню міцного з’єднання припою з металом, що паяється. Травлення здійснюють зануренням виробів у розчини сірчаної, соляної, фосфорної та інших кислот.
Очищення за допомогою ультразвуку застосовують тоді, коли інші способи не забезпечують потрібну чистоту поверхні. В ультразвукових ваннах як очисне середовище використовують органічні розчинники, лужні розчини, гарячу воду, мильний розчин тощо.
Підготовка паяльника полягає перш за все в доведенні робочої частини під кутом ЗО...40° й очищення від слідів окалини. Потім обушок паяльника нагрівають, слідкуючи, щоб його робоча частина знаходилася у зоні полум’я, що не коптить, і нагрівання здійснювалося до певних температур — 250...300 °С при паянні дрібних деталей і
400 °С при паянні великих. Необхідно слідкувати, щоб паяльник не перегрівся. Нагрівання паяльника понад 500 °С підвищує окалиноутворення й ускладнює лудіння наконечника. Ознакою перегрівання є поява зеленуватого полум’я й швидке згорання каніфолі з виділенням диму замість її плавлення. При перегріванні паяльник знімають з вогню, дають трохи прохолонути, затискують у лещатах, обпилюють плоским напилком робочий кінець дочиста з обох боків і знімають з ребер задирки.
Про нормальне нагрівання паяльника судять за легким покрас- нінням обушка. Якщо паяльник недостатньо нагрітий, то припій на поверхнях, що паяються, швидко остигає і перетворюється на кашоподібну масу. Таке паяння дуже неміцне. Під час тривалого паяння періодично очищають робочу частину паяльника від окалини стальною щіткою і напилком.
Нагрітий паяльник (рис. 359, б) швидко знімають з вогню, очищають від окалини зануренням у хлорид цинку (рис. 359, в), потім набирають з прутка 1...2 краплі припою (рис. 359, г) і проводять паяльником по куску нашатирю (рис. 359, (?) доти, поки кінець паяльника не покриється рівним шаром припою. Потім протравлюють місце паяння
Паяльник накладають на місце спаювання, трохи затримують його на одному місці для прогрівання деталі, потім повільно і рівномірно переміщають по місцю спаювання. При цьому розплавлений припій стікає з паяльника і заповнює зазори шва (0,05...0,15 мм).
Для запобігання нагріванню сусідні зі швом ділянки деталі накривають мокрими ганчірками або занурюють у воду. Після охолодження паяний шов очищають, промивають, протирають сухим ганчір’ям.
Нагрітий паяльник не можна класти на стіл або верстак, бо він швидко охолоне й забрудниться, паяльник кладуть на підставку.
При масовому виготовленні деталей паяння здійснюють зануренням їх у ванну з розплавленим припоєм.
Паяння твердими припоями застосовують для виготовлення міцних і термостійких швів і здійснюють так:
поверхні підганяють одну до одної обпилюванням і ретельно чистять від бруду, оксидних плівок і жирів механічним або хімічним способом;
підігнані поверхні в місці паяння покривають флюсом на місце спаю накладають шматочки припою — мідні пластинки і закріплюють їх м’яким в’язальним дротом підготовлені деталі нагрівають паяльною лампою, у ковальському горні або електропечі;
коли припій розплавиться, деталь знімають з вогню і тримають у такому положенні, щоб припій не міг стікати зі шва;
потім деталь повільно охолоджують (охолоджувати у воді деталь з напаяною пластинкою не можна, бо це послабить міцність з’єднання).
7. Паяння твердими припоями.
Застосовують також інший спосіб паяння: підготовлену деталь нагрівають і посипають бурою, потім знову нагрівають і до місця з’єднання підводять кінець мідного або латунного дроту, який, розплавляючись, заливає місце спаю. В міру охолодження спаяні деталі промивають у воді, протирають сухими ганчірками і просушують; шов зачищають наждачним папером або обпилюють напилком.
Д/з: ст.30-31,скласти конспект,підготуватися до опитування.