Паяемость конструкционных материалов. Определение. Паяемость меди и сплавов на ее основе.

Паяемость — это свойство материала образовывать паяное соединение при заданном режиме пайки (ГОСТ 17325–79). В отличие от свариваемости стандартное определение паяемости не отражает в прямом виде функциональное назначение паяного соединения, хотя в скрытой форме оно заложено в термине «заданный режим пайки».

Под режимом пайки понимают совокупность параметров и условий, при которых осуществляют пайку. К этой совокупности относят температуру пайки, время выдержки при этой температуре, скорость нагрева и охлаждения, способ пайки, припой, флюс (газовую среду), давление на соединяемые заготовки и др. (ГОСТ 17325–79).

Тогда при заданном режиме пайки паяемость — это свойство материала образовывать паяное соединение с требуемой прочностью, пластичностью, герметичностью, электропроводностью, коррозионной стойкостью и т. д.

На паяемость оказывает влияние совокупность факторов, которые условно подразделяют на три группы: физико-химические, технологические и конструктивные факторы [33, 34].

К первой группе факторов относят физико-химические свойства паяемого металла и припоя, определяющие характер их взаимодействия, воздействие флюсующих сред на припой и паяемый металл, условия и характер кристаллизации при пайке. Характер взаимодействия твердого и жидкого металлов зависит от электронного строения их атомов, соотношения атомных радиусов, положения элементов в ряду электроотрицательности, валентности и потенциалов ионизации атомов.

Группу технологических факторов составляют подготовка поверхности и сборка изделий перед пайкой, способ удаления окисной пленки, режим пайки, обработка паяных соединений и др.

К конструктивным факторам относят тип паяного соединения, геометрические параметры и расположение паяных соединений в изделии.

Среди перечисленных факторов наибольшее влияние на паяемость оказывают свойства паяемого металла и припоя.

ПАЙКА МЕДИ И СПЛАВОВ НА ЕЕ ОСНОВЕ

Технически чистая медь нашла широкое распространение в промышленности благодаря своим свойствам: высокой тепло- и электропроводности, коррозионной стойкости, пластичности. Для повышения прочности меди и придания ей особых свойств ее легируют различными добавками.

К числу особенностей меди и ее сплавов, влияющих на выбор способа пайки, относятся:

- химическая стойкость оксидов;

- содержание во многих сплавах легкоиспаряющихся элементов (цинка, кадмия, марганца);

- склонность кислородсодержащей меди и некоторых ее сплавов к водородной хрупкости;

- повышенная способность меди и ее сплавов к хрупкому разрушению в контакте с жидкими припоями;

- повышенная горячеломкость некоторых медных сплавов.

Окисная пленка на поверхности меди и ее наиболее распространенных сплавов – латуней, оловянистых бронз и медноникелевых сплавов – достаточно легко восстанавливается в газовых средах или удаляется флюсами, поэтому процесс пайки меди и медных сплавов не вызывает затруднений и возможен всеми известными способами.

Наиболее широко применяется пайка меди паяльником, газовыми горелками, погружением в расплавы солей и расплавленный припой, пайка в печах.

Пайка меди низкотемпературными припоями нашла широкое применение благодаря простоте и общедоступности этого способа. Для нагрева деталей небольших размеров используют паяльник, а массивные детали нагревают под пайку газовыми горелками. В качестве припоев при низкотемпературной пайки, чаще всего, применяют оловянно-свинцовые припои (ПОС61, ПОС40, ПОССу40-0,5 и др.) и свинцово-серебрянные припои (ПСр1,5, ПСр2,5, ПСр3). Пайку осуществляют с использованием флюсов на основе хлористого цинка (неорганический) или канифольно-спиртовых (органический). Недостатком оловянно-свинцовых припоев является их невысокая пластичность при низких температурах, объясняемая аллотропическим превращением олова и образованием в шве хрупких интерметаллидов. Снижение содержания олова в припое (менее 15%) позволяет избежать охрупчивания при низких температурах. При пайке меди свинцом соединения хотя и малопрочны, но высокопластичны (угол загибы стыковых образцов – до 130°). Также в качестве припоев могут применятся и сплавы на основе кадмия.

Широкое применение для высокотемпературной пайки медных конструкций находят припои ПСр45, ПСр40, ПСр25, пайку которыми осуществляют горелками или нагревом в печах с использованием коррозионно-активных флюсов ПВ209, ПВ284Х. После пайки остатки флюса необходимо удалять.

При пайке погружением в расплавы солей используют, как правило, соляные печи-ванны, при этом соли служат источником тепла и оказывают флюсующее действие, поэтому дополнительного флюсования при пайке не требуется. При пайке погружением в ванну с припоем предварительно офлюсованные детали нагревают в расплаве припоя, который при температуре пайки заполняет соединительные зазоры.

Для меди можно с успехом применять бесфлюсовую пайку в вакууме. Паяные соединения, полученные при этом, отличаются чистотой исполнения, прочностью металла шва и высокой коррозионной стойкостью.

При высокотемпературной пайке меди и некоторых ее сплавов возможна бесфлюсовая пайка на воздухе припоями, легированными фосфором, но в условиях быстрого нагрева.

Флюсовая пайка.

При пайке изделий из медных сплавов, конструкция которых допускает прикладывать давление, возможно осуществление контактно-реактивной пайки без применения флюсов – в вакууме или инертной среде. При этом в качестве припоя можно использовать серебряное покрытие (10…25 мкм) или тонкую серебряную фольгу. При нагреве выше 779°С медь взаимодействует с серебром с образованием в шве сплава типа ПСр72.

Возможна также диффузионная пайка меди с использованием галлия, индия, олова, свинца, путем сжатия деталей в вакууме или аргоне при температурах 650…80°С.

Пайка латуней.

Процесс пайки латуней имеет свои особенности ввиду образования на ее поверхности оксидной пленки и активного испарения цинка при нагреве. На латунях, содержащих до 15% Zn, оксиды состоят из Cu₂O с внедренными в нее частицами ZnO. В сплавах с большим содержанием цинка слой оксида состоит в основном из ZnO, удаление которого более сложно.

При низкотемпературной пайке латуней применяют более активные флюсы, например, при пайке латуней ЛС51-1-1, Л63 используют флюсы на основе хлористого цинка с добавлением азотной кислоты.

Испарение цинка при нагреве приводит к попаданию его паров в жидкий припой и возникновению пор в паяном соединении, снижающих его прочность.