Такими способами сваривают прутки из различных металлов встык ( при производстве инструмента), листовой материал ( кузова автомобилей, корпусные изделия из тонколистового материала и т.д.).
Технологические возможности методов сварки.
1. Свариваемые материалы. Методы сварки практически позволяют соединять все виды металлов и даже неметаллов. Однако каждый конкретный метод сварки предназначен для сварки определенного набора материалов.
2. Форма. Сварка позволяет получать изделия самой сложной формы, что и естественно, так как соединяя между собой даже части простейшей формы можно получить сколь угодно сложную по форме конструкцию. Так телевышка, мост состоят из простейших по форме деталей стержневой формы.
3. Размеры. Не ограничены. Пролеты мостов, вышки длиной сотни метров, а сварные трубопроводы для нефти и газа - сотни километров.
В то же время сварка применяется и в микроэлектронике для соединения изделий размером менее 0,01мм.
4. Точность. Данный параметр определяется в очень широких пределах. Если электродуговая сварка приводит к значительной тепловой деформации заготовки и точность ее весьма невелика - допустимые отклонения выше 0.1мм и могут составлять более 1 мм, то в микроэлектронике погрешность может не превышать 0.01мм.
5. Шероховатость. Шероховатость наиболее распространенных видов сварки весьма высока и превышает 0,1мм. Поэтому сварные швы на важных в функциональном отношении поверхностях обрабатываются механически, например, шлифованием. Так при сварке труб для газопровода или нефтепровода образующиеся неровности на внутренней поверхности трубы приводят к увеличению сопротивления прокачиванию. Поэтому они должны быть обработаны, что в технологическом отношении представляет определенные трудности.
Л Е К Ц И Я № 12
4.3. Получение неразъемных соединений пайкой
Пайкой называется процесс соединения металлических деталей, находящихся в твердом состоянии с помощью расплавленного металла, имеющего более низкую температуру плавления.
В процессе пайки швы между соединяемыми деталями заполняются расплавленными припоями — специальными металлическими сплавами, которые, затвердевая при охлаждении, прочно соединяют детали друг с другом.
Для достижения хорошего качества пайки необходимо тщательно подогнать друг к другу соединяемые поверхности, так чтобы шов был как можно тоньше и полностью заполнялся бы расплавленным припоем.
Поверхности спаиваемых деталей необходимо перед пайкой тщательно очистить от ржавчины, грязи, жира, лакокрасочных покрытий, эмали, остатков старого припоя к т. п. Такую механическую очистку производят напильниками, металлическими щетками, шаберами, наждачной бумагой.
При спаивании проводов зачистку в месте пайки производят ножами или лезвиями безопасных бритв.
Чтобы предохранить поверхности спаиваемых деталей от окисления в процессе пайки, их покрывают жидкими, пастообразными или твердыми веществами — флюсами.
Запаянный шов должен быть чистым, сплошным и без наплывов излишнего припоя.
Наиболее эффективна пайка при соединении разнородных металлов: медь - сталь, латунь-сталь и других. Присадочные материалы, применяемые при пайке, называются припоями.
Все припои, применяемые при пайке, в зависимости от температуры плавления подразделяются на твердые ( t пл. > 5500С и σраст. до 50 кГс/мм2), обеспечивающие высокую прочность соединения, и мягкие (tпл. < 400°С и σраст. = 5-7 кГс/мм2). К твердым припоям относятся сравнительно тугоплавкие медно-цинковые (tпл. = 875-1100°C) и серебряные припои (температура плавления от 690 до 800° и выше). Твердые припои в работах юных техников применяются редко, и потому на их использовании мы не останавливаемся.
Мягкие оловянно-свинцовые припои (табл. 4.1) имеют температуру плавления, не превышающую 300°, и представляют собою, как показывает их название, сплавы олова и свинца. В эти припои для понижения температуры плавления добавляют небольшие количества висмута и кадмия, а для увеличения прочности немного сурьмы (1,5—2,5%). Для температур пайки 150-1700С используют сплавы олова, свинца, висмута, кадмия.
Для пайки стальных и медных деталей применяют медно-цинковые припои. Из легкоплавких припоев наибольшее распространение получили серебрянные припои. Швы, выполненные серебрянными припоями, обладают высокой коррозионной стойкостью, имеют высокую вязкость, хорошо работают при изгибе, ударе, вибрациях. Недостаток - высокая стоимость серебра. Серебряные припои применяются для пайки всех черных и цветных металлов, кроме алюминия и цинка. Пайку алюминия производят припоями, созданными на основе алюминия с кремнием и медью.
Таблица 4.1
Оловянно-свинцовые и оловянные припои
| Марка | Основные компоненты, % (свинец — остальное) | Температура плавления, °С | Назначение | ||
| олово | другие элементы | солидус | лик- видус | ||
| ПОС-90 | 90 | - | 183 | 220 | Пайка и лужение пищевой посуды и медицинской аппаратуры |
| ПОС-61 | 60 | - | 183 | 190 | Пайка и лужение электро- и радиоаппаратуры, печатных систем |
| ПОС-40 | 40 | - | 183 | 238 | Пайка деталей из оцинкованного железа |
| ПОС- 61 М | 60 | Медь 2 | 183 | 192 | Пайка тонкой медной проволоки и фольги |
| ПОССу-50-0,5 | 50 | Сурьма до 0,5 % | 183 | 216 | |
| ПОССу-30-0,5 | 30 | То же | 183 | 255 | Пайка листового цинка, радиаторов |
| ПОССу-40-2 | 40 | Сурьма 1,5-2,0 % | 185 | 229 | Пайка холодильных установок |
| ПОССу-18-2 | 18 | Сурьма 1,5-2,0 % | 186 | 270 | Пайка в автомобильной промышленности |
| ПОССу-4-6 | 4 | Сурьма 5,0-6,0 % | 244 | 270 | Пайка и лужение в автомобильной промышленности |
| П250А | 80 | Цинк 20 % | 200 | 280 | Пайка деталей из алюминиевых сплавов |
При соединении проводов, электрических шнуров и разных мелких деталей очень удобно производить пайку при помощи специальных паяльных паст. В таких пастах измельченный в мелкий порошок припой заранее в определенных пропорциях смешан с флюсом. При пайке небольших деталей, например проводов, можно обойтись без паяльника: зачищенные и соединенные детали покрываются по швам слоем пасты, после чего место соединения прогревается над пламенем спиртовки, таблетки сухого спирта, свечки или даже спички до тех пор, пока не расплавится припой.
Хорошую бескислотную паяльную пасту для пайки радиоаппаратуры, точных приборов и электрических проводов можно приготовить, растирая порошок или опилки припоя с небольшим количеством глицерина.
Наиболее употребительный флюс при пайке оловянно-сввнцовьши припоями — раствор хлористого цинка. Его можно получить, растворив одну часть хлористого цинка в трех-четырех частях дождевой или кипяченой воды. Однако чаще всего раствор хлористого цинка получают при помощи так называемого «травления» соляной кислоты металлическим цинком (почему этот раствор обычно называют «травленой кислотой»).
Для получения «травленой кислоты» пять частей концентрированной соляной кислоты разбавляют пятью частями мягкой воды (для этого необходимо кислоту подливать в воду, а не наоборот). В раствор добавляют (подальше от огня) одну часть нарезанного мелкими кусочками металлического цинка. В результате химической реакции выделяется водород. Жидкость, как говорят, «кипит». Чтобы брызги кислоты при этом не попали на тело или одежду, приготовление травленой кислоты нужно производить в посуде достаточно большого объема. В растворе не должно быть соляной кислоты, так как она по окончании пайки будет разрушать металл. Поэтому при приготовлении травленой кислоты цинк следует брать с некоторым избытком.
Для предохранения поверхности изделий от ржавления под действием хлористого' цинка к готовому раствору добавляют около 30% нашатырного спирта. Вливать нашатырный спирт нужно постепенно, по каплям, непрерывно взбалтывая при этом жидкость.
При пайке различных приборов, телефонной и телеграфной аппаратуры, радиолюбительских конструкций в качестве флюса в большинстве случаев применяют канифоль. Она не только предохраняет поверхность металла от окисления в процессе паяния, но, покрывая тонким слоем запаянный шов, служит также хорошей защитой от коррозии. Остатки канифоли на запаянных деталях не гигроскопичны и не проводят электрического тока, чего нельзя сказать о многих других флюсах.
В качестве флюса используют кусковую либо порошковую канифоль. Иногда применяют жидкий канифольный флюс — раствор канифоли в денатурированном спирте.
Простой паяльник в процессе работы периодически нагревают на примусе, газовой горелке, в пламени паяльной лампы и т. п. Электрические паяльники нагреваются непрерывно в процессе работы. Степень нагрева паяльника практически определяется прикосновением его рабочего ребра к куску нашатыря или кусочку припоя; если нашатырь при этом дымит, а припой расплавляется, то нагрев паяльника достаточен.