Согласно классификации, приведенной в государственном стандарте, припои разделяются на группы по нескольким признакам, одним из которых является температура плавления. В процессе пайки при температуре, превышающей 450 ℃, могут применяться только высокотемпературные припои.

Другие составы такой термической нагрузки не выдержат. Высокотемпературная пайка осуществляется в разных режимах. При проведении процесса до 1100 ℃ пригодны к использованию составы со средней плавкостью.

В интервале от 1100 ℃ до 1850 ℃ следует применять высокоплавкие смеси. При более высоких температурных показателях годятся только тугоплавкие композиции.

Удивительно, что, несмотря на классификацию ГОСТа, даже в учебниках существует разная подача материалов.

Существует большое количество готовых композиций, рекомендуемых к применению при повышенных температурах. Часто в состав высокотемпературных припоев входит:

• медь;
• серебро;
• цинк;
• фосфор.

Для изменения свойств в высокотемпературные сплавы добавляют кремний, германий и некоторые другие элементы. Низкотемпературными считаются припои:

• на основе свинца;
• олова;
• с добавлением сурьмы.

Выбор конкретных припоев определяется видом сплава, из которого сделаны детали, и условиями пайки.

Иногда в низкотемпературные припои вводят цинк для повышения коррозионной стойкости шва, и разрабатывают специальные низкотемпературные сплавы для конкретных условий использования. В быту низкотемпературную пайку проводят с применением паяльника, а высокотемпературную – газовой горелкой.

Для жаропрочных сплавов

Высокотемпературные припои применяют для нержавеющих и жаропрочных стальных сплавов. Пайку таких сплавов проводят с применением припоев на основе меди, меди с цинком, серебра.

Процесс осуществляется в печах в окружении водорода или паров раствора аммиака. При пайке с помощью меди, медно-цинковых композиций в качестве флюсовой добавки используют буру.

Серебряные высокотемпературные припои можно применять только в сочетании с активными флюсами. Полученные таким методом швы выдерживают нагревание до 600 ℃. Соединения, полученные с медьсодержащими составами, высокие температуры переносят хуже.

В качестве альтернативы иногда применяют никель-хромовые припои с платиной или палладием. Такие высокотемпературные материалы стоят дороже. Швы обладают большой термической и коррозионной устойчивостью.

При наличии на стальных изделиях из нержавеющих и жаропрочных сплавов больших зазоров, хорошее соединение дают порошковые припои, содержащие компоненты, идентичные химическим элементам сплавов.

Полученные швы выдерживают нагревание до 1000 ℃. Процесс проводят в вакуумированной среде, наполненной аргоном и газообразным флюсом.

Для алюминия и его сплавов

Алюминий и его сплавы – материалы, с которыми работать сложно. Низкотемпературная усложняется наличием тугоплавкого поверхностного слоя оксидов.

Помочь могли бы активные флюсы, но их применение чревато усиленным образованием продуктов коррозии на месте шва. Разработаны специальные технологические приемы проведения спаивания по предварительно нанесенным покрытиям.

Помимо этого для алюминия используют низкотемпературные составы с добавками дорогостоящего галлия.

Высокотемпературную пайку проводят посредством применения высокотемпературных припоев на основе алюминия с добавками меди, цинка, кремния.

Чаще всего для спаивания алюминиевых деталей используют составы 34А, а также силумин. Для каждого из этих припоев предназначен соответствующий флюс. Припой 34А способствует образованию шва, устойчивого при 525 ℃.

Высокотемпературная припойная масса из алюминия и кремния позволяет получить соединение, выдерживающее 577 ℃. При проведении работы применяют флюсы, сделанные из хлоридов щелочных металлов. Прочность образованных швов не всегда соответствует требованиям производства.

При необходимости получения соединений высокой термической и коррозионной стойкости пайку проводят в глубоком вакууме в окружении паров магния.

Процесс выполняется без флюсов по сложной технологии. В качестве припоя применяют силумин. Полученный таким методом шов выдерживает значительные нагрузки.

Работа с медью

В системах водоснабжения, отопления и некоторых производственных схемах осуществляется монтаж медных труб, не предназначенных для повышенной термической нагрузки. В таких ситуациях для пайки допустимо применение низкотемпературного припоя.

Трубопроводы большого диаметра, сделанные из медных сплавов, иногда подвергаются большому нагреванию. В таких случаях для меди и сплавов на ее основе нужны специальные тугоплавкие композиты.

Обычно применяют высокотемпературные припои на медной, серебряной основе, содержащие другие металлы, а также кремний или фосфор.

Составы из меди и цинка обозначают сочетанием букв ПМЦ и числами, указывающими на процентное содержание меди. Такие высокотемпературные припои обладают многофункциональным действием, пригодны для работы с другими сплавами.

Образующиеся швы обладают умеренной стойкостью к механическим нагрузкам. Для улучшения прочностных качеств соединений припойные средства легируют различными добавками.

На основе меди и фосфора

Высокотемпературные составы на основе меди и фосфора обозначаются буквосочетанием ПМФ и числами, указывающими на концентрацию фосфора в общей массе.

Средство переходит в жидкое состояние при температуре 850 ℃, позволяет получать швы хорошей коррозионной стойкости. Припой применим не только для медных, но и ювелирных изделий из благородных металлов.

Только стали нельзя паять таким методом. В результате на стальных швах образуются фосфиты, которые уменьшаю механическую прочность шва, приводят к образованию хрупкого соединения. Достоинство медьсодержащих припоев с фосфором заключается в возможности проведения пайки без флюсов.

Для работы с медными, некоторыми стальными, чугунными деталями также рекомендуются высокотемпературные припои на основе латуни. Это может быть чистый латунный сплав или композит с оловом и кремнием. Средства обладают текучестью, достаточной для образования прочного, стойкого шва.

На основе серебра

Очень хорошие свойства имеют высокотемпературные припойные средства на основе серебра. Они подходят практически для всех металлических изделий. Единственный недостаток – цена благородного металла лимитирует возможности частого применения.

Существуют сплавы (ПСр-15) с невысокой концентрацией серебра. Они стоят меньше, чем концентрированные композиции, могут применяться чаще.

Составы (ПСр-45) с содержанием серебра – 45 %, меди – 30 %, цинка – 25 % обладают очень хорошими свойствами: вязкостью, текучестью, ковкостью, стойкостью к окислению и механическим воздействиям. Эти сплавы применяются по необходимости, при наличии финансовой возможности.

Варьируя соотношение указанных компонентов, можно изменять максимальные температурные значения, которые выдержит будущий шов. Еще лучшие качества демонстрирует высокотемпературная композиция с содержанием серебра 65 %, но стоит она очень дорого.

Работа с титаном

Для пайки тугоплавких металлов и сплавов возможностей большинства описанных припоев недостаточно. Нужны совершенно другие высокотемпературные компоненты. Таким химическим элементом является титан, имеющий температуру плавления около 1700 °С.

Он образует прочные швы даже на изделиях с остатками оксидов. Процесс нужно проводить в атмосфере чистого аргона или гелия при значительном понижении давления в рабочей зоне.

Высокотемпературные составы из титана и меди, никеля, кобальта, других металлов проявляют свойства эвтектических систем. Сами по себе они обладают хрупкостью, применяются в виде порошков, паст.

Проволоку, ленты, полосы их этих сплавов изготовить не удается. Работать паяльником с тугоплавкими композитами невозможно.

В некоторых случаях на практике реализуют технологию контактного плавления. В зазор изделия, подлежащего пайке, помещают фольгу из титана или его сплавов.

При достижении температуры 960 ℃ начинается, а при показаниях 1100 ℃ заканчивается образование эвтектического сплава, играющего роль припоя.

Изделия, подлежащие эксплуатации при очень высоких температурах, подлежат спайке при помощи сплавов с добавками кремния, железа. Для реализации таких технологических процессов нужны мощные источники энергии.

Требуемой температуры достигают в вакуумных печах, плазменными горелками. Можно применять с этой целью электроконтактный способ или воздействие электронным лучом.

Высокотемпературное спаивание деталей – трудоемкий процесс, требующий специальных знаний и квалификации. Располагая хорошими вспомогательными средствами, оборудованием можно справиться с производственной задачей любой степени сложности.

Следующая страница>>

§ 10. Пайка металлов. Высокотемпературная и низкотемпературная пайка. . Флюсы для пайки медью, медно-цинковыми и медно-никелевыми припоями.

Пайкой называется процесс получения неразъемного соединения металлов и их сплавов без их расплавления путем заполнения зазора между ними припоем - промежуточным металлом или сплавом в жидком состоянии.

Различают два основных вида пайки: высокотемпературную и низкотемпературную (ГОСТ 17349-71). Температура плавления припоев для низкотемпературной пайки составляет ниже 550° С, а для высокотемпературной пайки - свыше 550° С. При низкотемпературной пайке предел прочности соединения составляет 5-7 кгс/мм 2 , а при высокотемпературной пайке - до 50 кгс/см 2 .

Низкотемпературную пайку осуществляют обычно электрическими паяльниками, а высокотемпературную - горелками, работающими на ацетилене или газах - заменителях ацетилена.

В основу припоев с низкой температурой - плавления (мягких припоев) входят свинец, олово, сурьма, а в основу припоев с высокой температурой плавления (твердых припоев)-медь, цинк, кадмий и серебро.

Типы паяльных швов приведены на рис. 95.

Рис. 95. Типы паяных соединений (швов) :

а - стыковые, б - внахлестку, в - с отбортовкой, г - втулочные, д - специальные (для заплат на алюминиевых деталях)

Для высокотемпературной пайки применяют медно-цинковые припои ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54 и др.

Пайка производится с применением флюсов - активных химичеких веществ, предназначенных для очистки и поддержания в чистоте поверхностей паяемого металла с целью снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания жидкого припоя. Составы некоторых флюсов для пайки приведены в табл. 48.

48. Флюсы для пайки медью, медно-цинковыми и медно-никелевыми припоями

Компоненты	Состав, %	Область применения
Кислота борная Бура Кальций фтористый	70 21 9	Пайка конструкционных нержавеющих и жаропрочных сталей латунью и жаропрочными припоями
Бура	100	Пайка углеродистых сталей, чугуна, меди, твердых сплавов медно-цинковыми припоями
Бура Кислота борная	80 20	Пайка низкоуглеродистых сталей и медных сплавов
Бура Кислота борная	50 50	Пайка нержавеющих сталей, твердых и жароупорных сплавов медно-цинковыми и медно-никелевыми припоями. Флюс разводят на растворе хлористого цинка
Кислота борная Бура Кальций фтористый	78 12 10	Пайка медными припоями углеродистых, нержавеющих и жароупорных сталей, твердых и медных сплавов
Бура Кислота борная Кальций фтористый	50 10 40	Пайка твердых сплавов медью, медно-цинковыми и медно-никелевыми припоями
Бура Калий марганцевокислый	95 5	Пайка чугуна медью и медно-цинковыми припоями. Флюс разводят на концентрированном растворе хлористого цинка
Бура Кальций фтористый Натрий фтористый	75 10 15	Пайка припоями на медной основе
Кислота борная Бура Кальций фтористый Лигатура (4% Mg, 48% Cu, 48% Al)	80 14 5,5 0,5	Пайка нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов латунью и другими припоями с температурой плавления 850-1100° С
Бура Кислота борная Кальций хлористый	58 40 2	Пайка латуни и меди

Для алюминия и алюминиевых сплавов применяют различные способы пайки. Пайка бывает:

• высокотемпературной пайкой — и

По-английски:

• brazing и
• soldering, соответственно.
• К твердым относят припои с высокой температурой плавления (ликвидус выше 450 °С).
• Мягкие припои плавятся ниже температуры 450 °С.

Рисунок — Ремонт алюминиевой трубы путем пайки мягким припоем

Мягкие припои для алюминия

Поскольку пайка мягкими припоями проводится при температуре ниже 450 °С, то, естественно, в этом случае не применяются твердые припои – припои на основе алюминия. Ранее большинство мягких припоев для пайки алюминия содержали цинк, олово, кадмий и свинец. В настоящее время кадмий и свинец признаны вредными для людей и окружающей среды. Поэтому современные мягкий припой для пайки алюминия — это сплавы на основе олова и цинка.

Оловянно-цинковые сплавы

Для пайки алюминия к алюминию и алюминия к меди специально разработаны оловянно-цинковые сплавы:

• 91 % олова / 9 % цинка — эвтектический сплав с точкой плавления 199 °С
• 85 % Sn / 15 % Zn — интервал плавления от 199 до 260 °С
• 80 % Sn / 20 % Zn — интервал плавления от 199 до 288 °С
• 70 % Sn / 30 % Zn — интервал плавления от 199 до 316 °С
• 60 % Sn / 40 % Zn — интервал плавления от 199 до 343 °С

Эвтектические и не эвтектические припои

Эвтектические припои широко применяют для печной пайки и других автоматических систем пайки алюминия. Это позволяет минимизировать применяемый нагрев для тонкостенных изделий путем быстрого плавления и затвердевания при температуре 199 °С.

Интервал затвердевания припоя, когда он находится в полужидком-полутвердом состоянии, позволяет выполнять над изделиями дополнительные операции, пока припой полностью не затвердел.

Повышенное содержание цинка способствует лучшему смачиванию припоя, но с увеличением содержания цинка температура полного затвердевания припоя (ликвидус) значительно возрастает.

Особенности мягкой пайки

Пайка мягкими припоями алюминия отличается от аналогичной пайки других металлов. Оксидная пленка на алюминии – плотная и огнеупорная – требует активных флюсов, которые разработаны специально для алюминия. Температура пайки также должна контролироваться более жестко.

Для алюминия сопротивление коррозии значительно больше зависит от состава припоя, чем для меди, латуни и железных сплавов. Все паяные мягкими припоями швы имеют более низкую коррозионную стойкость, чем швы после твердой пайки или .

Высокая теплопроводность алюминия требует быстрого нагрева, чтобы обеспечить нужную температуру в шве.

Пайка деформируемых алюминиевых сплавов

Практически все алюминиевые сплавы так или иначе могут быть подвергнуты пайке мягкими припоями. Однако их химический состав сильно влияет на легкость пайки, тип припоя, применяемый метод пайки и способность паяного изделия выдерживать различные нагрузки в эксплуатации.

Относительная способность к низкотемпературной пайке – пайке мягкими припоями — основных деформируемых алюминиевых сплавов выглядит следующим образом:

• отлично паяются: 1100 (АД), 1200 (АД), 1235 (≈АД1), 1350 (АД0Е), 3003 (АМц):
• хорошо паяются: 3004 (Д12), 5357, 6061 (АД33), 6101, 7072, 8112;
• средне паяются: 2011, 2014, 2017 (Д1), 2117 (Д18), 2018, 2024 (Д16), 5050, 7005 (1915);
• плохо паяются: 5052 (АМг2,5), 5056 (≈АМг5), 5083 (АМг4,5), 5086 (АМг4), 5154 (≈АМг3), 7075 (≈В95).

Сплавы, которые содержат более 1 % магния, нельзя удовлетворительно паять с применением органического флюса, а сплавы с более чем 2,5 % магния – с активными флюсами. Сплавы, которые содержат более 5 % магния, нельзя паять ни с каким флюсом.

При пайке алюминиевых сплавов, содержащих более 0,5 % магния, расплавленные оловянные припои проникают между зернами металла. Цинк также способен проникать по границам зерен между зернами алюминиево-магниевых сплавов, но уже при содержании магния более 0,7 %. Это межзеренное проникновение усугубляется наличием напряжений, внешних или внутренних.

Алюминиевые сплавы, легированные магнием и кремнием, менее подвержены межзеренному проникновению, чем бинарные алюминиево-магниевые сплавы.

Алюминиевые сплавы, содержащие медь или цинк в качестве основных легирующих элементов, обычно также содержат достаточное количество других элементов. Большинство этих сплавов подвержены межзеренному проникновению припоя и их обычно не паяют.

Термически упрочненные сплавы обычно имеют более толстую оксидную пленку чем та, которая возникает естественным образом. Эта пленка затрудняет пайку мягкими припоями. Для таких сплавов обычно перед пайкой применяют химическую подготовку поверхности.

Пайка литейных алюминиевых сплавов

Большинство литейных алюминиевых сплавов имеют высокое содержание легирующих элементов, что увеличивает вероятность того, что эти элементы будут растворяться в припое, а припой будет проникать по границам зерен. Поэтому литейные алюминиевые сплавов мягкими припоями паяются плохо.

Кроме того, характерные для литейных сплавов шероховатость поверхности, мельчайшие полости или пористость способствуют удержанию флюсов и делают удаление флюсов после пайки очень трудным.

Три литейных алюминиевых сплава 443.0, 443.2 и 356 относительно хорошо и легко паяются мягкими припоями. Несколько хуже, но еще приемлемо паяются сплавы 213.0, 710.0 и 711.0.

Источники:

1. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996
2. EEA Aluminium Automotive manual — Joining — Brazing, EEA, 2015

Пайка - это процесс получения неразъемного соединения материалов в твердом состоянии при нагреве ниже температуры их плавления путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем с последующей кристаллизацией жидкой фазы и образованием спая.

Преимущества пайки как технологического процесса и преимущества паяных соединений обусловлены главным образом возможностью формирования паяного шва ниже температуры плавления соединяемых материалов. Такое формирование шва происходит в результате контактного плавления паяемого металла в жидком припое, внесенном извне (пайка готовым припоем), либо восстановленным из солей флюса (реактивно-флюсовая пайка), либо образовавшемся при контактно-реактивном плавлении паяемых металлов, контактирующих прослоек или паяемых металлов с прослойками (контактно-реактивная пайка). В отличие от автономного плавления (одностадийного процесса, протекающего в объеме при температуре, равной или выше температуры солидус соединяемых материалов), контактное плавление того же материала протекает при контактном равновесии по поверхности контакта с твердым, жидким, газообразным телом, иными по составу. Это многостадийный процесс, протекающий по разным механизмам; жидкая фаза при контактном плавлении твердого тела образуется ниже его температуры солидус.

Пайка обеспечивает получение бездефектных, прочных и работоспособных в условиях длительной эксплуатации, паяных соединений, если учтены физико-химические, конструктивные, технологические и эксплуатационные факторы.

Возможность образования спая между паяемым металлом и припоем характеризуется паяемостью, т.е. способностью паяемого металла вступать в физико-химическое взаимодействие с расплавленным припоем и образовывать паяное соединение. Практически пайкой можно соединить все металлы, металлы с неметаллами и неметаллы между собой. Необходимо только обеспечить такую активацию их поверхности, при которой стало бы возможным установление между атомами соединяемых материалов и припоя прочных химических связей.

Для образования спая необходимым и достаточным является смачивание поверхности основного металла расплавом припоя, что определяется возможностью образования между ними химических связей. Смачивание принципиально возможно в любом сочетании основной металл - припой при обеспечении соответствующих температур, высокой чистоты поверхности или достаточной термической или другого вида активации. Смачивание характеризует принципиальную возможность пайки конкретного основного металла конкретным припоем. При физической возможности образования спая (физической паяемости) уже в какой-то мере гарантирована паяемость с технологической точки зрения при обеспечении соответствующих условий проведения процесса пайки.

Паяемость того или иного материала нельзя рассматривать как способность его подвергаться пайке различными припоями. Можно рассматривать только конкретную пару, и в конкретных условиях пайки. Важным моментом в оценке паяемости, как физической, так и технической, является правильный выбор температуры пайки, которая нередко является решающим фактором не только для обеспечения смачивания припоем поверхности металла, но и дополнительным важным резервом повышения свойств паяных соединений. При оценке паяемости нужно учитывать температурный интервал активности флюсов.

Паяльный флюс - это активное химическое вещество, предназначенное для очистки и защиты поверхности паяемого металла и припоя, в первую очередь, от окисных пленок. Однако флюсы не удаляют посторонние вещества органического и неорганического происхождения (лак, краску). Механизм флюсования флюсами, самофлюсующими припоями, контролируемыми газовыми средами, в вакууме, физико-механическими средствами может выражаться:

1. В химическом взаимодействии между основными компонентами флюса и окисной пленкой, образующиеся при этом соединения растворяются во флюсе, либо выделяются в газообразном состоянии;
2. В химическом взаимодействии между активными компонентами флюса и основным металлом, в результате происходит постепенный отрыв окисной пленки от поверхности металла и переход ее во флюс;
3. В растворении окисной пленки во флюсе;
4. В разрушении окисной пленки продуктами флюсования;
5. В растворении основного металла и припоя в расплаве флюса.

Окисные флюсы взаимодействуют преимущественно с окисной пленкой. Основой флюсования галоидными флюсами является реакция с основным металлом. Для повышения активности оксидных флюсов вводят фториды и фторборы, в результате одновременно с химическим взаимодействием между окислами происходит растворение окисной пленки во фторидах.

К активным газовым средам относятся газообразные флюсы, которые работают самостоятельно или как добавка в нейтральные или восстановительные газовые среды для повышения их активности. При пайке металлов в активных газовых средах удаление окисной пленки с поверхности основного металла и припоя происходит в результате восстановления окислов активными компонентами сред или химического взаимодействия с газообразными флюсами, продуктами которого является летучие вещества или легкоплавкие шлаки, к восстановительным средам относятся водород и газообразные смеси, содержащие водород и окись углерода в качестве восстановителей окислов металлов.

В качестве нейтральных газовых сред используют азот, гелий и аргон, роль газовой среды сводится к защите металлов от окисления. Как газовая среда вакуум защищает металлы от окисления и способствует удалению с их поверхности окисной пленки. При пайке в вакууме, в результате разрежения, парциальное давление кислорода становится ничтожно малым и, следовательно, уменьшается возможность окисления металлов. При высокотемпературной пайке в вакууме создаются условия для диссоциации окислов некоторых металлов.

По условиям заполнения зазора способы пайки разделяются на капиллярные и некапиллярные.

Капиллярная пайка по методу образования спая разделяется на пайку готовым припоем, контактно-реактивную, диффузионную и реактивно-флюсовую. При капиллярной пайке расплавленный припой заполняет зазор между паяемыми деталями и удерживается в нем под действием капиллярных сил. Капиллярная пайка, при которой используется готовый припой и затвердевание шва происходит при охлаждении, называется пайкой готовым припоем. Контактно-реактивной называется капиллярная пайка, при которой припой образуется в результате контактно-реактивного плавления соединяемых материалов, промежуточных покрытий или прокладок с образованием эвтектики или твердого раствора. При контактно-реактивной пайке нет необходимости в предварительном изготовлении припоя. Количество жидкой фазы можно регулировать изменением времени контакта, толщиной покрытия или прослойки, т.к. процесс контактного плавления прекращается после расходования одного из контактирующих материалов.

Диффузионной называется капиллярная пайка, при которой затвердевание шва происходит выше температуры солидус припоя без охлаждения из жидкого состояния. Припой, применяемый при диффузионной пайке, может быть полностью или частично расплавленным, может образовываться при контактно-реактивном плавлении соединяемых металлов с одной или несколькими прослойками других металлов, нанесенных гальваническими способами, напылением или уложенных в зазор между соединяемыми деталями, или в результате контактного твердо-газового плавления. Цель диффузионной пайки - проведение процесса кристаллизации таким образом, чтобы обеспечить наиболее равновесную структуру соединения, повысить температуру распайки соединений.

При реактивно-флюсовой пайке припой образуется в результате восстановления металла из флюса или диссоциации одного из его компонентов. В состав флюсов при реактивно-флюсовой пайке входят легковосстанавливаемые соединения. Образующиеся в результате реакции восстановления металлы в расплавленном состоянии служат элементами припоев, а летучие компоненты реакции создают защитную среду и способствуют отделению окисной пленки от поверхности металла.

Некапиллярная пайка разделяется на пайку-сварку и сварку-пайку. Пайко-сварка относится к процессам исправления дефектов в чугунных, алюминиевых и др. деталях, выравнивания поверхности, устранения вмятин, т.е. заливку расплавленным припоем с использованием технических возможностей низко- и высокотемпературной пайки. Обычно используется для изделий из чугуна и выполняется припоями из латуни с добавлением кремния, марганца, аммония. Сварко-пайка применяется при соединении разнородных металлов за счет расплавления более легкоплавкого металла и смачивания им поверхности более тугоплавкого металла. Необходимая температура подогрева поверхности тугоплавкого металла достигается за счет регулирования величины смещения электрода от оси шва к более тугоплавкому металлу. При подготовке изделий к пайке, при необходимости, на паяемую поверхность наносят металлические покрытия. Технологические покрытия (медь, никель, серебро) наносят на поверхность труднопаяемых металлов, либо металлов, поверхность которых при пайке интенсивно растворяется в припое, что вызывает ухудшение смачивания и капиллярного течения припоя в зазоре, хрупкость в соединениях, по месту нанесения припоя появляется эрозия, подрезы основного металла. Назначение покрытия - предотвращение нежелательного растворения основного металла в припое и улучшение смачивания; в процессе пайки покрытие должно полностью растворяться в расплавленном припое.

При капиллярной пайке используются нахлесточные, стыковые, косостыковые, тавровые, угловые, соприкасающиеся соединения. Нахлесточные соединения наиболее распространены, т.к. изменяя длину нахлестки, можно изменять характеристики прочности изделия. Нахлесточные паяные соединения обладают некоторыми преимуществами перед нахлесточными сварными, передача усилий в которых происходит по периметру элемента. В сварных конструкциях любые швы являются источником концентрации напряжений в переходной зоне от основного металла к шву, и при неблагоприятных очертаниях шва концентрация достигает значительных величин. Сопоставление механических свойств паяных и сварных соединений позволяет сделать следующие выводы:

1. Применение пайки наиболее эффективно в тонкостенных конструкциях, толщиной не более 10 мм;
2. Производительность технологического процесса пайки оказывается часто более высокой;
3. Паяные соединения вызывают, как правило, меньшие остаточные деформации;
4. Паяные конструкции в большинстве случаев имеют меньшую концентрацию напряжений по сравнению со сварными.

Прочность паяных соединений определяется также влиянием дефектов, которые могут образовываться при несоблюдении оптимальных условий и режима пайки. Типичные дефекты, которые снижают прочность паяных соединений - поры, раковины, трещины, флюсовые и шлаковые включения, непропаи.

Все дефекты сплошности в паяных соединениях разделяются на дефекты, связанные с заполнением жидким припоем капиллярных зазоров, и дефекты, возникающие при охлаждении и затвердевании паяных швов. Возникновение первой группы дефектов определяется особенностями движения расплавов припоев в капиллярном зазоре (поры, непропаи). Другая группа дефектов появляется из-за уменьшения растворимости газов в металле при переходе из жидкого состояния в твердое (газо-усадочная пористость). К этой группе относится также пористость кристаллизационного и диффузионного происхождения.

Трещины в паяных швах могут возникнуть под действием напряжений и деформаций металла изделий или шва в процессе охлаждения. Холодные трещины возникают в зоне спаев при образовании прослоек хрупких интерметалидов. Горячие трещины образуются в процессе кристаллизации; если в процессе кристаллизации скорость охлаждения высока и возникающие при этом напряжения велики, а деформационная способность металла шва мала, то возникают кристаллизационные трещины. Полигонизационные трещины в металле шва возникают уже при температурах ниже температуры солидус после затвердевания сплава по так называемым полигонизационным границам, которые образуются при выстраивании дислокации в металле в ряды и образовании сетки дислокации под действием внутренних напряжений. Неметаллические включения типа флюсовых или шлаковых могут возникать в результате недостаточно тщательной подготовки поверхности изделия к пайке или при нарушении режима пайки. При слишком длительном нагреве под пайку флюс реагирует с основным металлом с образованием твердых остатков, которые плохо вытесняются из зазора припоем.

Надежность и долговечность труб из меди не подвергается сомнению. Однако пайка медных труб своими руками потребует большей сноровки, чем, например, пластиковых. Выбор технологии соединения изделий зависит от назначения трубопровода. Наиболее часто применяются две технологии. Высокотемпературная сварка чаще всего используется, если подразумевается, что нагрузки на систему будут высокими. Для обустройства бытовых трубопроводов отлично подходит низкотемпературная пайка.

Прежде чем приниматься за самостоятельное выполнение работ, следует внимательно изучить технологии, ведь они требуют ответственного и внимательного подхода.

Соединение труб из меди с применением высокотемпературной пайки осуществляется при температурах выше 450 градусов. Необходимость применения столь высоких температур обусловлена использованием металлов с более высокой температурой плавления, чем олово. Основу смеси для высокотемпературного припоя составляют медь, серебро и некоторые другие металлы. Припой, сделанный с использованием тугоплавких материалов, дает так называемый, пьяный шов, который обладает рядом преимуществ по техническим параметрам. Такой шов незаменим в случаях, когда необходимо соединить трубы большого диаметра.

Для сооружения водопроводов высокотемпературный способ используется, когда температура теплоносителя выше 130 градусов, а диаметр изделия больше 28 мм. Благодаря высокой надежности и прочности шва, получающегося в результате высокотемпературного соединения, такой метод широко распространился в газовой промышленности.

Твердая пайка очень часто применяется при устройстве отопительных систем. При производстве сантехнических работ использование этого метода позволяет устроить отвод от уже собранной системы отопления.

Главная особенность высокотемпературной пайки состоит в отжиге металла, после которого он размягчается.

Чтобы избежать потери прочности меди, следует позволить ей остыть естественным путем, а чрезмерного нагрева следует избегать.

Технология низкотемпературной пайки

В бытовом отоплении, водоснабжении, а так же других отраслях, в которых температура относительно не высока, наиболее часто применяется метод низкотемпературной пайки. Такой способ применяется в системах с использованием температуры ниже 450 градусов и для изделий небольшого диаметра.

Такая технология пайки позволяет не отжигать металл, что в свою очередь поспособствовало широкому распространению этого метода при проведении сантехнических работ. Этот метод является наиболее безопасным при осуществлении работ собственными силами.

Основные этапы пайки

Все работы по производству спайки можно разбить на следующие технологические шаги:

• Резка изделия.
• Очистка наружной и внутренней поверхностей трубы и раструба.
• Проверка соединяемых деталей и зазора.
• Нанесение флюса на поверхность изделия.
• Сборка.
• Нагрев.
• Заполнение монтажного зазора припоем.
• Охлаждение пайки.
• Удаление остатков флюса и очистка соединения.

Прежде, чем приниматься за пайку медных труб, нужно соответствующим образом подготовить срезы - зачистить их, устроить технические зазоры, чтобы затем заполнить их смесью припоя. Для сварки труб используется специальное вещество, называемое флюс. Флюс позволяет равномерно распределить припой по всему объему зазора и сделать шов более надежным. Основное правило при использовании этого вещества состоит в том, чтобы избежать попадания влаги на подготовленную поверхность. После выполнения всех правил можно приниматься за работу.

Нагрев изделий при низкотемпературной пайке

Для производства этого типа работ потребуются низкотемпературный флюс, газовая горелка на пропане и газовая смесь: пропан-бутан-воздух. Иногда используется воздушно-пропановая смесь.

Для производства низкотемпературной пайки может использоваться электрический паяльник, который тоже подходит для нагрева элементов соединения. Если для нагрева используется газовая горелка, то нужно иметь в виду, что пятно контакта постоянно должно перемещаться, что позволит добиться равномерного нагрева.

Если с первого касания припой не плавится, нужно продолжить процесс. Но как только припой размягчился, нужно отвести пламя и позволить припою распределиться по техническому зазору.

Нагрев изделий при высокотемпературной пайке

Технология высокотемпературной пайки, благодаря надежности и прочности, также известна как "твердая". Для сварки по такой технологии используется ацетилен-воздушная или пропан-кислородная газовые смеси. Для соблюдения всех требований технологии, пламя должно быть горячим, о чем свидетельствует его ярко-синий цвет.

Пламя горелки следует перемещать по всей длине шва и окружности изделия, это позволит добиться равномерного нагрева. Детали соединения следует нагревать до 750 градусов. Нужную температуру легко определить по темно-вишневому цвету нагреваемых изделий.

Видео

Предлагаем вашему вниманию видеоролик, демонстрирующий процесс пайки медных труб.