Под сваркой понимается технологическая операция (процесс) по получению неразъёмного соединения элементов за счёт созданиями между ними межмолекулярных/межатомных связей при общем/местном нагреве либо пластической деформации (как вариант, допустимо одновременное воздействие факторов). Сварка применима и к металлам/сплавам, и к неметаллическим материалам: керамике, пластмассе и так далее.
Для подвода нужного количества энергии в точку сварки могут применяться разные способы: транзит мощного электротока через свариваемые элементы (сварка электрическая контактная), нагрев дугой (сварка электродуговая), за счёт химреакции горения (сварка газовая), концентрированным излучением/частицами (сварка сфокусированным электромагнитным излучением, лазером, электронным пучком), трением (сюда же относится и сварка ультразвуковая).
Сварка двух элементов может быть произведена посредством диффузионных/перемешивающих процессов того или иного рода при:
- Нагреве материала в нужной точке до плавления без дополнительного сжатия элементов.
- При умеренном сжатии и нагреве элементов одновременно.
- При очень значительном сжатии элементов без подвода нагрева извне.
Преимущества и недостатки
Прежде чем говорить о том, что такое пайка, рассмотрим основные плюсы и минусы технологии. К достоинствам относят:
- Возможность соединять поверхности с различными физическими и химическими свойствами.
- Технологию пайки использует для работы в труднодоступных местах, где исключается сваривания.
- Отсутствуют требования к форме и размерам изделий.
- Возможно выполнение обработки все плоскости касания.
- Пайка не создает внутреннее напряжение, что положительно сказывается на качестве металла.
- Относительная простата, по сравнению со сваркой, процесса позволяет выполнять спаивание заготовок уже после получения базовых знаний в этой области.
Специалисты выделяют три недостатка.
- Малая прочность соединения. Это связано со свойствами материалов, которые используются в качестве припоя. Отсюда и следующий минус.
- Низкая термостойкость. Нельзя работать с деталями, эксплуатация которых связана с повышенными температурами. Например, заделка отверстия в чайнике точно не порадует качеством и долговечностью.
- Низкая производительность. По этой причине пайку практически не применяют на массовом производстве, а выполняемые работы связаны с точечными воздействиями.
Скрутка, пайка, сварка или клеммы — что выбрать? Распространённые способы соединения проводников
Как соединить две или несколько токопроводящие жилы между собой, каждый выбирает сам. Но не стоит забывать, что правильное соединение и надёжный контакт между соприкасающимися поверхностями — залог безопасной работы электросети и практически полное отсутствие рисков короткого замыкания, влекущего за собой нагрев проводника или возгорание изоляции.
Для того чтобы грамотно соединить провода, нужно помнить о нескольких важных пунктах:
- сечение,
- материал исполнения (медь, алюминий и т. д.),
- рабочая среда (улица, помещение, производство и др.),
- набор инструментов,
- и главное — «Правила устройства электроустановок» — нормативный документ, включающий общие требования к проводникам и их соединениям. Необходим для работы электрикам и электромонтажникам.
Отличия от сварки
Неподготовленному человеку очень сложно увидеть разницу между сваркой и пайкой, ведь соединительный шов практически не имеет визуальных различий. Между тем, принципы действия данных технологий кардинально отличается. Итак, чем отличается сварка металлических деталей от паяния?
Основное отличие заключается в воздействии на поверхность. При сварке на заготовку воздействует электрическая дуга, возникающая при разрыве замкнутой цепи. Под действием высокой температуры создается зона расплава, в которой перемешиваются базовый металл и флюс. При застывании образуется сварочный шов. При пайке зона соединения состоит исключительно из легкоплавкого припоя, без фракций основного изделия. Температура плавления расходных материалов недостаточна для изменения агрегатного состояния заготовок.
Для выполнения сварочных работ необходимо дорогостоящее оборудование, которое зависит от типа сварки. В некоторых случаях необходимы вспомогательные приспособления, такие как подающий механизм для полуавтоматических аппаратов. Оборудование для запаивания отличается простой и низкой стоимостью. Этим и обусловлена популярность пайки при выполнении восстановительного ремонта в домашних условиях.
Вот чем сварка отличается от пайки. Несмотря на массу достоинств, рассматриваемая технология не получила должного распространения, ввиду низкой прочности на отрыв. Для надежного крепления детали стыкуют с перекрытием по плоскости.
Бессвинцовые технологии
27 января 2003 года введена в действие директива 2002/96/ЕС Европейского парламента и Совета по отходам электрического и электронного оборудования (WEEE). Современная радиоэлектронная промышленность встала перед фактом организации сбора и удаления отходов, имеющих в своем составе тяжелые металлы и огнезащитные составы. Для успешного решения этой проблемы одним из необходимых условий является переход на бессвинцовые технологии изготовления электронного оборудования — технологии с применением материалов, не содержащих свинец.
ГОСТ 17325-79. Пайка и лужение: основные термины и определения
Данный межгосударственный стандарт устанавливает четкие термины и определения, которые надлежит применять в технической документации. Он охватывает все сферы рассматриваемых технологий: от общих понятий до дефектов соединений.
Алфавитный указатель терминов переведен на английский и немецкий языки.
Стандарт имеет статус действующего.
Лужение – это процесс, считающийся предшествующим пайке. После обработки на поверхности образуется тонкий слой олова.
Где применяется?
Технология пайки занимает почетное второе место по частоте использования для соединения материалов. Первенство принадлежит сварке. Однако существуют сферы, где по определенным причинам невозможно применить сварочное оборудование и достойной альтернативы пайке не существует. Утверждение справедливо для следующих отраслей промышленности:
- Производство электронных плат управления. Для крепления миниатюрных компонентов применяют спаивание.
- Холодильное оборудование. Медные трубки, теплообменники соединяют только с помощью пайки. Ремонт радиаторов для наземного транспорта и спецтехники осуществляют с применением данной технологии.
- Соединение высоколегированных сплавов, которые плохо поддаются действию сварки.
- Авиационная промышленность. Промежуточный слой обшивки самолетов имеет сотовую структуру. Для ее производства используют пайку в термических печах.
Технологию применяют в тех случаях, когда прочие виды соединения, такие как клепка, склеивание или болтовое, невозможно применить по каким-либо причинам. Важным условием является отсутствие требований по высокой прочности контакта.
Определение
Сварка – соединение деталей, чаще всего металлических, путем нагревания до степени плавления их соприкасающихся частей. Существуют также сварочные методы, предполагающие скрепление деталей друг с другом под большим давлением без применения нагрева.
Сварка
Пайка – соединение деталей посредством введения в место стыка специального связующего компонента.
Пайка
Разновидности
Скелетная
Скелетной называется технология, при которой под слоем припоя рассматривается базовая поверхность. Характеризуется экономным потреблением металла для пайки и удобством визуального контроля. Применяется при работе в электротехнической сфере, в частности для соединения проводов.
Волновая
Данный вид пайки применяют для крепления элементов на печатные платы. Волновой метод был разработан в 50-х годах ХХ века, с активным внедрением электронных схем в различные приборы бытового и промышленного назначения. На массовом производстве действуют полностью автоматизированные линии.
Одной из разновидностей волновой, является селективная пайка. Она характеризуется избирательностью воздействия припоя. Ее применяют для обработки элементов, монтируемых в отверстия.
Холодная
Холодная пайка – это метод, при котором соединение образуется за счет взаимного проникновения элементов друг в друга. Скорость реакции зависит от температуры и продолжительности контакта. Одна из самых простых схем для пайки. Применяется для соединения полиэтиленовых и полипропиленовых изделий.
В бытовых условиях холодный метод применяются для монтажа линолеума и ремонта труб из полиэтилена.
К рассматриваемой технологии имеет косвенное отношение.
Бессвинцовая
Современная технология, которая начала активно развиваться после ужесточения требований по экологической безопасности. В настоящее время все Японские производители электроники полностью отказались от использования свинцовых припоев. В качестве рабочего сплава в бессвинцовом методе применяют комбинацию олова, серебра, цинка и меди. Соотношение и добавочные элементы зависят от сферы деятельности.
Контактная
Вид пайки, при котором соединяют детали с различными составами. Технологический цикл включает в себя кратковременное изменение агрегатного состояния контактной области. Для надежного скрепления часто используют прослойку, которая помогает добиться нужного результата. Несоблюдение данного правила ведет к тому, что прочность контакта будет очень низкой. Расходные материалы называют эвтектиками. Так можно соединить медь с алюминием, где между деталями будет алюминиево-медный сплав. Отличительная особенность – высокая скорость реакции.
Высокотемпературная
Отличительная особенность данного способа спаивания – высокая температура воздействия на заготовку. В результате соединение будет обладать устойчивостью к перепадам температур, а также высоким показателем крепости. За качестве придется платить – данный метод считается наиболее сложным, с технологической точки зрения.
В отдельных случаях температура должна достигать 1000 Сº. По этой причине при высокотемпературной пайке невозможно использовать обычные паяльники – требуются более мощные генераторы тепловой энергии.
Индукционная
В качестве источника тепла используется высокочастотный ток, который воздействует на соединяемые изделия. Генератор являются специальные индукторы, которые можно изготовить самостоятельно. Существуют установки стационарного и мобильного типа.
Во избежание активации окислительных процессов, работы проводят в вакуумной среде. Разрешено соединять детали при атмосферном воздухе, при условии использования специальных самофлюсующихся припоев.
Инфракрасная
Еще один современный способ, в основе которого лежит принцип нагрева заготовок электромагнитными волнами. Нагревательные элементы изготавливают из кварца или керамики.
Инфракрасная паяльная станция – сложный прибор, стоимость которого не позволяет применять его в бытовых условиях. Основное преимущество заключается в том, что электромагнитные волны невидимого спектра не представляют угрозы здоровью человека.
Капиллярная
Наиболее распространенный способ спайки изделий. Суть технологии заключается в том, что при увеличении температуры пропой, нанесенный на поверхность, расплавляется и занимает все пространство между соединяемыми деталями.
Метод используется как в быту, так и на производстве. В основе любого метода лежит капиллярная технология, как сама идея пайки – нанесение на поверхность горячего припоя.
Итоги
Как хорошо видно из вышеприведённых описаний-определений, оба технологических процесса достаточно похожи и используются для соединения элементов изделия в одно целое, причём обрабатываемыми материалами могут выступать как металлы/сплавы, так и иные вещества, а сами процессы типично производится при повышении температуры.
Тем не менее, имеются следующие важные отличия:
- Существующее определение пайки подразумевает в основном использование металлов/сплавов, а спектр материалов для сварки много шире (например, пластмассы).
- При пайке подразумевается изначальное существование значительного зазора между элементами, который затем будет заполнен более легкоплавким припоем.
- Для пайки вообще более характерно использование дополнительного специального вещества — флюса, реагирующего с поверхностями и припоем (в сварке такими исключениями, использующими флюс, будут дуговая сварка с обмазанным электродом и сварка под дополнительным слоем флюса).
- При пайке так или иначе в зазор между требующими соединения поверхностями дополнительно вводится более легкоплавкий материал — припой (напрямую — или in situ, из флюса).
- При пайке соединяемые материалы не плавятся (исключение составляет пайка-сварка, когда оплавляется кромка одного из элементов, подвергаемых такой пайке).
Способы нагревания
Существует несколько способов нагрева расходных материалов. В домашних условиях наиболее часто применяют следующие приспособления:
- Паяльник. Применяют для выполнения работ, характеризующихся относительно низкой температурой. Максимальное воздействие не превышает 400 Сº. Современные модели оснащены механизмом для регулировки температуры. Выпускают паяльники аккумуляторного типа питания. Идеально подходит для работы с золотом и прочими мягкими металлами.
- Горелка. Различают газовые и плазменные модели. Они используют один вид топлива – природный газ, а отличаются лишь величиной пламени. Они работают в высокотемпературном режиме, что позволяет спаивать тугоплавкие металлы. Недостаток горелок заключается в сложности регулировки температуры пламени.
Припои
От грамотного подбора припоя зависит конечный результат. Для изготовления чаще используют различные сплавы, чем чистый металл. Основными характеристиками являются:
- адгезия к поверхности;
- температура плавления.
Первый параметр влияет на прочность сцепления изделий. Второй – на сферу применения, ведь температура плавления припоя должна быть ниже, чем у базового металла.
Исходя из этого, пропой делят на две группы:
- Легкоплавкие. В основе лежит свинец, олово, к которым добавляют различные химические элементы.
- Тугоплавкие. Изготавливают на основе серебра и прочих металлов, с температурой плавления выше 500 Сº.
Для ремонта ювелирных украшений используют специальный золотой припой.
Форма выпуска зависит только от изготовителя. Он может иметь вид стержня, сухого порошка, гранул или таблеток.
Распространённые виды соединений
Клеммные колодки
Один из видов электроустановочных изделий для быстрого и относительно простого соединения проводов. Представлены в виде корпуса из диэлектрических материалов (либо безкорпусные) с несколькими металлическими контактами, к которым крепится провод. Могут оснащаться механическими, пружинными или болтовыми фиксаторами. Максимально допустимый температурный режим работы — до +300 °С и только для керамических клеммных колодок.
Подходят для использования в распределительных коробках, модулях, различных приборах освещения и блоках электропитания.
Преимуществом клеммных колодок является их простота использования. Недостаток — отсутствие возможности совмещать проводники из разных металлов.
Флюсы
Его – защита контактной поверхности от оксидной пленки. Качественный флюс должен удалить следы ржавчины перед работой, а также препятствовать появлению свежих следов коррозии. Они отличаются по следующим параметрам:
- Химическая активность.
- Температура нагрева.
- Содержание воды в составе (водные/безводные).
- Форма выпуска (паста, гель, жидкость).
Наиболее популярными флюсами являются:
- Борная кислота;
- Бура (натриевая соль борной кислоты);
- Канифоль;
- Ортофосфорная кислота;
- Хлорид цинка.
При необходимости можно изготовить кислоту для пайки своими руками.
Особенности паяния
Особенности технологического процесса зависят от характеристик соединяемых элементов. Рассмотрим некоторые типы металлов.
Сталь
Пайку стали выполняют припоями на оловянной основе, без каких-либо исключений. Перед выполнением работ следует предварительно подготовить поверхность, с помощью механической обработки. Очищенные детали обезжиривают. После этого элементы стыкуются с зазором не более 3 мм. Отличительной особенностью работы со сталью – способ нагрева припоя. Он должен получать тепло не от горелки, а от самих заготовок. По окончанию работ с поверхности необходимо удалить остатки расходных материалов.
Чугун
Обработке поддается любой тип чугуна, за исключением белого. Данный металл содержит графит, который снижает адгезию. Поэтому в качестве флюса необходимо использовать борную кислоту.
При работе с чугуном запрещено превышать температурный порог 750 Сº. В противном случае начнется необратимый процесс изменения структуры металла.
Титан
Пайку титана считают одной из самых сложных работ. Это связано с его поверхностным слоем, который насыщен различными газами. В качестве предварительной подготовки используют травление или пескоструйную обработку.
Специалисты рекомендуют проводить спайку в вакуумной среде, для повышения качества соединения. Для работы без защиты используйте серебряный флюс.
Работы проводятся при температуре 900 Сº.
Нихром
Данный металл не доставляет проблем. Нихром — это сплав никеля и хрома. Он отличается пластичностью и высокой жаростойкостью. Его температура плавления находится в диапазоне 1100-1400 Сº, что позволяет выбрать любой подходящий припой.
Серебро
Пайку серебра под силу выполнить не только профессиональному ювелиру, но и обычному человеку, который не сталкивался с ремонтом украшений. Для спайки используют тугоплавкий серебряный припой и буру, в качестве флюса.
По завершению работы можно обработать изделие лимонной кислотой или йодом. В первом случае украшение посветлеет, а во втором – приобретет темный оттенок.
Золото
Ремонт дорогостоящих украшений – тонкий процесс. В случае порчи золотых изделий рекомендуем обратиться к квалифицированному специалисту. Для выполнения соединения необходимы специальные приспособления и особый припой.
Ради разовых работ покупать дорогостоящее оборудование нецелесообразно.
Медь
Данный металл абсолютно не требователен к флюсам. Лучше всего подойдет хлорид цинка или спиртовой раствор канифоли. А вот с припоем нужно быть аккуратнее: олово повышает хрупкость соединения, свинец придает вязкость, поэтому рекомендуем использовать составы на серебряной основе.
Рабочая температура не должна превышать 900 Сº.
Pereosnastka.ru
Обработка дерева и металла
Пайкой называют технологический процесс соединения металлов в твердом состоянии припоями, которые при расплавлении смачивают паяемые поверхности и проникают в основной металл, заполняя капиллярный зазор между ними и образуя паяный шов.
Из сказанного следует, что процесс образования паяного соединения связан с нагревом. Для получения спая наряду с нагревом необходимо обеспечить еще два основных условия: удалить с поверхности металлов в процессе паяния окисную пленку и ввести в соединительный зазор между ними расплавленный связующий металл. При охлаждении (кристаллизации) вступившего во взаимодействие с паяемыми металлами более легкоплавкого связующего металла образуется паяное соединение.
Материалы, подвергаемые паянию, называются паяными, соединяемыми или основными. Вводимый между ними для соединения металл или сплав, имеющий более низкую температуру плавления, называется припоем.
Процесс паяния металлов имеет много общего со сваркой, и прежде всего со сваркой плавлением, но, несмотря на внешнее сходство, между ними имеются принципиальные различия.
Если при сварке плавлением свариваемый и присадочный металл в сварочной ванне находится в расплавленном состоянии, то при паянии паяемый металл не плавится. Образование соединения без расплавления кромок паяемых деталей является основной особенностью процесса паяния.
При паянии формирование шва происходит путем заполнения припоем капиллярного зазора между соединяемыми деталями, т. е. процесс паяния связан с капиллярным течением присадочного металла, что не имеет места при сварке плавлением.
И, наконец, паяние в отличие от сварки плавлением может быть осуществлено при любых температурах, лежащих ниже температуры плавления основного металла. Эти различия имеют иную, чем при сварке плавлением, природу процессов, протекающих при образовании паяного шва.
Современные способы паяния охватывают широкую номенклатуру материалов: углеродистые, легированные и нержавеющие стали; твердые, цветные и специальные сплавы.
В зависимости от применяемых припоев выделяют два вида паяния, различающихся по температуре плавления и механической прочности припоев; паяние мягкими припоями и паяние твердыми припоями.
Мягкие припои имеют температуру плавления ниже 400 °С и дают спай, не обеспечивающий высокой механической прочности шва. Твердая пайка осуществляется с помощью припоев, имеющих температуру плавления свыше 700 °С и обеспечивающих высокую механическую прочность и температуроустойчивость паяных соединений.
Перед паянием детали тщательно очищают от грязи, окалины и т. п. и плотно подгоняют одну к другой. Затем обезжиривают места спая, промазывая их травленой соляной кислотой. Если на спаиваемых деталях нельзя допускать наличия остатков кислоты, то обезжиривание производят канифолью, разведенной в спирте: спирт обезжиривает спаиваемую поверхность, а канифоль предохраняет ее от окисления. Пайка при этом получается чистой и ровной. Для паяния мягкими припоями пользуются паяльниками из красной (чистой) меди. Медный паяльник хорошо нагревается и долго удерживает тепло. Нагрев паяльников производится электрическим током, а также пламенем паяльной лампы, газовой горелки, в печах и др.
Чтобы спаять мягким припоем две поверхности, их соединяют и на места пайки наносят флюс. Затем на конец нагретого и облуженного паяльника набирают каплю расплавленного припоя и вводят его в зазор соединяемых поверхностей. Припой быстро охлаждается, застывает, и спаянные части соединяются в одно целое, образуя плотное и прочное соединение, называемое швом.
Подготовка и паяние твердыми припоями осуществляются сложнее. Здесь на очищенные поверхности наносят флюс, накладывают кусочки припоя и обвязывают их проволокой, а затем производят нагрев пламенем паяльной лампы или другими средствами. Нагрев ведется до тех пор, пока припой не расплавится и не зальет место спая. По окончании паяния соединению дают остыть, после чего медленно удаляют остатки флюсов, зачищают наплывы припоя и т. д. Для удаления остатков флюсов деталь промывают в холодной или горячей воде, в специальных растворах или зачищают напильником, металлической щеткой, обдувают песком и т. д.
Канифольные флюсы не растворяются водой, и для их удаления применяют спирты, бензин или трихлорэтилен. Поскольку такие флюсы не вызывают коррозии, то удаление их с поверхности шва не всегда обязательно.
Пайкой называется процесс соединения металлических частей изделия при помощи специального сплава — припоя. Припой в расплавленном состоянии хорошо смачивает поверхности соединяемых деталей, а в охлажденном состоянии надежно скрепляет их.
Процесс пайки несколько напоминает сварку металлов, однако при сварке соединяемые детали нагреваются до плавления, а при пайке нагревают припой и детали до температуры плавления припоя. Металл, деталей при этом находится в твердом состоянии.
Рис. 1. Смачиваемость стеклянных пластин с зазорами в мм: а — 0,03, 6 — 0,15, в —0,5
Жидкий расплавленный припой затекает в зазоры между деталями изделия под действием капиллярных сил.
Чтобы уяснить значение капиллярности при пайке, проделаем следующий опыт. Возьмем шесть пластинок из органического стекла и сложим их попарно таким образом, чтобы образовать между ними соответствующие зазоры (мм): в первой паре х=0,03 во второй г = 0,15, пластины третьей пары сложим под углом так, чтобы наибольший зазор 2 = 0,5. Затем опустим все три пары пластин в сосуды с окрашенной жидкостью, например с чернилами. Допустим, что пластины представляют -обой поверхности, которые нужно соединить пайкой, а чернила соответствуют припою.
В результате проведенного опыта заметим следующее: в образце а, имеющем капиллярный зазор между сопрягаемыми поверхностями 0,03 мм, чернила поднимутся почти до верха. В образце б, имеющем несколько больший зазор — 0,15 мм, чернила поднимутся на меньшую высоту. В образце в чернила с правой стороны поднимутся до верха, а с левой — на незначительную высоту.
