Пайка твёрдыми припоями. Часть 1. О пайке.
Пайка твёрдыми припоями. Часть 3. Практика.
Оборудование для пайки
Инструментарий для пайки создан, чтобы решать главную задачу процесса – нагревание спаиваемых элементов до требуемой температуры плавления. Работа оборудования для пайки должна обеспечивать нагрев контактных площадок паяного шва, вне зависимости от физических принципов, положенных в основу работы этого оборудования, такой, чтобы обеспечивался диапазон температур в границах от 450 до 1200°C. Медно-цинковые припои или припои, содержащие серебро, обозначаются термином «среднеплавкие», и ими можно работать, если нагревательный элемент выдаёт температуру от 700 до 800°C. Категория же тугоплавких материалов припоя, к каковой относятся технически чистая медь и латунь, потребуют от оборудования нагрева свыше 1000°C.
Чаще всего для различных работ, связанных с высокотемпературной пайкой, применяют такой инструмент, как газовая горелка – вряд ли кто-то не в курсе, что это такое. К горелкам добавляются и другие более профессиональные виды оборудования: индукторы, печи и т.п.
Припои и их виды
Медь – вот краеугольный камень припоев, используемых для высокотемпературной пайки. Лидерство 29-му элементу таблицы Менделеева принадлежит потому, что он является составной частью, а зачастую и основой, большинства промышленных марок твёрдоприпойных сплавов.
Добавление же в основной состав различных металлов кардинально меняет физико-химические характеристики припоев, и, в свою очередь, даёт медьсодержащим сплавам технологические преимущества. Самое очевидное из них – это понижение температуры плавления, показатели которой у меди в чистом виде составляют 1083C. Комбинированные же припои, такие как Cu-Sn (медь|олово), Сu-Zn (медь|цинк), Сu-Ag (медь|серебро), Cu-Si (медь|кремний), плавятся и текут в гораздо более низком диапазоне температур.
Об упомянутой технически чистой (без примесей) меди стоит сказать отдельно. При использовании в качестве припоя, она обладает уникальными свойствами, например способностью образовывать плотные швы без пористостей в силу специфики кристаллизации чистого металла. Она хорошо растекается и легко заполняет капиллярные зазоры, образуя соединение, более прочное, чем то, которым обладает сама. Этот факт кажется неочевидным, но он подтверждается измерениями – прочность на разрыв места пайки чистой медью минимум на 10% выше такого же показателя у самой меди.
Рассмотрим далее некоторые конкретные виды припоев, предназначенных для высокотемпературной пайки.
Для спаивания деталей из бронзы, меди, стали используют медно-цинковые припои. Каждый из стандартизированных их видов имеет прозрачную аббревиатурную маркировку: ПМЦ-35, ПМЦ-39, ПМЦ-50, ПМЦ-54, ПМЦ-57 и далее, где цифра обозначает содержание в сплаве меди в процентах. Платой за снижение температуры плавления до 900C становятся недостатки, проявляющиеся в слабом сопротивлении соединений при воздействии нагрузок изгиба, а также ударных и вибрационных. Улучшает положение дел с нагрузками введение в состав легирующих добавок (олова, кремния), доводящих свойства соединений до пригодности к пайке твёрдосплавных резцов. У этого инструмента припаянная к его телу твёрдосплавная режущая пластина испытывает все виды перечисленных нагрузок в весьма серьёзных значениях.
Далее назовём припои медно-фосфорные, маркируемые в промышленности, как, например, ПMФ-7, ПMФ-9, ПMФOЦp-6-4-0,03. Из букв в обозначении ясно, что перед нами припой - соединение Cu (меди) и P (фосфора). Цифра, продолжающая обозначение в маркировке сразу после букв, сообщает нам процентное содержание P, а в последней аббревиатуре мы видим «O» - олово в количестве 4%, и «Цp» - цирконий, 0,03%.
Фосфорсодержащие припои на основе меди уже классифицируются как среднеплавкие, они переходят в жидкое состояние в диапазоне температур 690-850C, хорошо растекаются, весьма коррозионностойки и нейтральны к агрессивным средам. К отличительным особенностям медно-фосфорных припоев относят их способность к самофлюсуемости. Т.е., при пайке с их помощью медных изделий, использование флюса становится необязательным.
Недостатки соединений, связанных припоями, имеющими в своём составе фтор, обуславливаются появлением на границе шва плёнки из фосфитов, солей фосфористой кислоты. Это критически повышает хрупкость места пайки, приводит к слабой переносимости изгибов, ударов и вибраций. Таким образом, из области применения этих припоев исключается соединение стальных и чугунных деталей, часто подверженных силовым нагрузкам. Сферой использования припоев с фосфором безраздельно остаются пайка меди, медьсодержащих сплавов (мельхиор, бронза, латунь) починка ювелирных украшений.
Медь, сталь и чугун рекомендуют паять припоями, изготовляемыми на основе сплавов меди и цинка, они широко распространены, и называются латунями. Обычно упоминают такие марки, как Л-62 и ЛOK-62-06-04, читаемые так: «Л» - латунь, «O» - олово, «K» - кремний. «62», «06», «04» - содержание соответствующих металлов в сплаве в процентах. Добавление олова обеспечивает припою дополнительную текучесть, снижая порог температуры плавления. Кремний выступает предохранителем от мгновенных окислительных процессов и затрудняет испарение.
Особого упоминания достойны серебряные припои, в реальности представляющие собой конечно же сплав, где кроме серебра присутствуют медь и цинк. Технологические свойства серебросодержащих припоев великолепны, они вне конкуренции по антикоррозионной стойкости, способности к смачиванию и растеканию, они прочны и универсальны, ими можно паять серебро, медь, сплавы меди, нержавеющую сталь. Одно «но» - припои эти чрезвычайно дороги и их применение требует экономического обоснования. Качество соединений, обусловленное превосходными физическими свойствами серебряных припоев, делает их лидерами при проведении ответственных и штучных работ, где оправдана дороговизна применяемого материала. Пример маркировки серебряного припоя – ПCp-45, т.е. припой серебряный, в котором 45% серебра.
Читайте продолжение в третьей части статьи.