Паять люди умели еще в бронзовом веке. Суть процесса заключается в соединении деталей материалом с меньшей температурой плавления. При пайке соединяемые детали не подвергаются значительным нагревам, как при сварке, поэтому внутренняя структура и механические свойства материала не меняются. В некоторых случаях прочность паяных швов практически не уступает сварке, с лучшими показателями в вопросах сопротивления коррозии, герметичности шва и простоты процесса.
Припои подразделяются на твердые и мягкие. К мягким относят сплавы, размягчающиеся при температурах ниже 500°C, в эту группу входят и наиболее распространенные оловянно-свинцовые. Наиболее распространенными твердыми припоями являются серебряные и медно-цинковые. Температурный интервал твердых припоев колеблется от 500°C и выше. Исходя из своего названия твердые припои применяют в высоконагруженных изделиях, когда необходима высокая прочность спайного шва.
При нагревании, любой металл или сплав более активно реагирует с кислородом воздуха, образуя на поверхности непроницаемую оксидную пленку, наличие которой отрицательно сказывается на качестве пайки. Для защиты поверхностей от окисления и улучшения смачиваемости припоем применяют флюсы. Выбор состава флюса, как и припой, следует выбирать, исходя из материала спаиваемых деталей. При пайке черных и цветных металлов, за исключением цинковых сплавов, нержавеющих сталей, алюминия и его сплавов, мягкими припоями, в виде флюса, применимы хлористый цинк, канифоль, нашатырь, пасты, различные кислоты. Следует знать, что хлористый цинк способствует коррозии паяного шва, поэтому для уменьшения негативного воздействия рекомендуется добавлять нашатырный спирт, до исчезновения молочного цвета.
Канифоль – применяется при пайке радиоаппаратуры, ввиду того, что она не вызывает коррозии паяного шва. По остальным показателям канифоль имеет самые низкие оценки из всех применяемых флюсов.
Пайку нержавеющих и жаропрочных сталей проводят с флюсом, состоящим из плавленой буры и борной кислоты в соотношении 1:1, разведенных в растворе хлористого цинка до консистенции 20% сметаны. В продаже имеется специализированный флюс 200, в состав которого входят борная кислота – 70%, бура – 21% и 9% фтористого калия, данный флюс пригоден для паяния латунью и твердыми припоями.
При использовании твердых припоев основным флюсом является бура. Перед применением ее желательно прокалить. Ее недостаток заключается в том, что после застывания она оставляет довольно прочную пленку. Добавлением хлористого цинка можно снизить температуру плавления буры, иногда это бывает полезным. Более дорогой заменитель буры – борная кислота, в определенных ситуациях применяется оправданно, ввиду лучших флюсующих способностей.
Пайка алюминиевых сплавов осложняется его высокой химической активностью и способностью активно взаимодействовать с кислородом воздуха. В связи с этим применяют сложносоставные смеси на основе хлоридов и фторидов щелочных металлов. Например пайку мягкими припоями можно производить со следующим составом: 3 вес.ч. деревянного масла, 2 вес.ч. канифоли и 1 вес.ч. кальцинированного хлористого цинка. В продаже имеются так же специализированные флюсы, например, флюс 34А, состоящий из фтористого натрия, хлористых цинка, лития и калия, в процентном соотношении: 10:8:32:50.
Существуют 3 вида паяных швов: прочные, плотные и плотнопрочные. Первые обладают определенной прочностью, плотные – швы сплошные, герметичные, последние соответственно обладают и прочностью и герметичностью.
Пайка низкоуглеродистых сталей не представляет особых сложностей ни при использовании мягких припоев ни твердых, в качестве флюса рекомендуется использовать хлористый цинк или канифоль, высокоуглеродистые и инструментальные стали легко паяются твердыми припоями на медной или серебряной основе.
Чугун хорошо паяется латунями и серебряными припоями после непродолжительного нагрева спаиваемых поверхностей кислым ацетиленокислородным пламенем. После пайки чугун подвергают отжигу. Лучший результат получается, если перед пайкой поверхности покрывают медью.
Нержавеющая сталь трудно поддается пайке ввиду наличия большого количества легирующих элементов, которые быстро образуют оксидную пленку и препятствуют смачиванию припоем. В продаже имеются флюсы, препятствующие образованию оксидов. Традиционно в виде флюса применяют буру, пайку при этом проводят припоем ПСр45.
Медь и ее сплавы паяются очень хорошо всеми видами припоев.
Алюминий и его сплавы трудно поддаются пайке в связи с химически прочно связанной оксидной пленкой на поверхности. Существует метод пайки алюминия с применением ртути, образующей амальгаму, но в связи с высокой токсичностью ртути, применение данного метода оправдано в исключительных ситуациях. На сегодняшний день существуют специализированные флюсы, облегчающие процесс пайки. Можно использовать специализированные паяльники и паяльные станции с ультразвуковым излучателем, либо просто механическим способом удалять оксидную пленку под слоем флюса, не допускающим контакта поверхности с воздухом. Предварительно следует обезжирить поверхность и протравить кислотой или каустической содой. Иногда при пайке образуются дефекты. Далее перечисляются основные из них и способы их предотвращения:
Плохая смачиваемость припоем может являться результатом низкой активности флюса, наличия оксидов или загрязнений на поверхности деталей. Улучшить смачиваемость помогают фтористые соли в составе флюса, или просто увеличение его количества. Наплывы или натеки припоя могут возникнуть в результате низкой температуры, недостаточной для полного перехода припоя в жидкое состояние, в данной ситуации следует повысить температуру пайки. Напротив, при высокой температуре или длительном нагреве может образовываться шероховатая поверхность, поэтому, в подобной ситуации следует либо снизить температуру, либо уменьшить время нагревания. Причиной трещин в паяном шве может быть разница в тепловом расширении соединяемого металла и припоя, вследствие этого необходимо правильно выбирать припой перед пайкой.
