Паяння — технологічний процес отримання нерознімних з’єднань металів нагріванням до розплавлення більш легкоплавкого присаджувального металу — припою, що заповнює зазор між з’єднуваними деталями. Основний метал не плавлять, а нагрівають до температури плавлення припою. Завдяки цій особливості паяння використовують для з’єднання різнорідних металів.

До переваг паяння належать: незначне нагрівання з’єднуваних частин, що зберігає структуру й механічні властивості металу; чистота з’єднання, яка зазвичай не потребує подальшого оброблення; збереження розмірів і форми деталі; міцність з’єднання. Сучасні способи дають змогу паяти вуглецеві, леговані й нержавіючі сталі, кольорові метали та пластмаси.

Недоліком паяння є застосування переважно з’єднань унапуск і використання дефіцитних компонентів (срібло, олово, мідь тощо).

Розрізняють 2 види паяння: високотемпературне (температура плавлення припою вища за 550 °С) і низькотемпературне (температура плавлення припою нижча за 550 °С).

Паяння здійснюють завдяки здатності припою змочувати поверхні з’єднуваних деталей і проникати в них з утворенням тонкого шару припою, який забезпечує міцність і щільність паяного з’єднання.

Якість, міцність та експлуатаційна надійність паяного з’єднання насамперед залежать від правильного вибору припою. Не всі метали та сплави можуть бути припоями.

Припої (табл. 53.1, 53.2) випускають у формі дроту, дротиків, смуг, порошкового дроту, порошків і пасти. Мідно-цинкові припої через підвищену крихкість поставляють у формі зерен різної грануляції: А — 0,2-3 мм; Б — 3-5 мм.

Таблиця 53.1

Припої для низькотемпературного паяння

Марка або склад	Застосування	Примітка
Олов’яно-свинцеві
ПОС-90	Лудіння та паяння внутрішніх швів харчової та медичної апаратури
ПОС-61	Лудіння та паяння електро-й радіоапаратури	Для паяння високогерме-тичних швів, що не допускають перегрівання
ПОС-40	Лудіння та паяння деталей з оцинкованого заліза, латуні й мідних проводів	—
ПОС-Ю	Лудіння та паяння контактних поверхонь електричних апаратів, приладів, реле	—
ПОССу - 4-6	Лудіння та паяння заліза, латуні, міді, свинцю	За наявності клепаних замкових швів, ум’ятин у кузовах автомашин
Олов’яно-цинкові
Олово 45 %, цинк 50 %, алюміній 5 %	Паяння алюмінію	Паяні шви схильні до корозії

Таблиця 53.2

Припої для високотемпературного паяння

Марка або склад	Застосування	Примітка
Срібні
ПСр-10	Паяння деталей, які піддають нагріванню до температури 800 °С	—
ПСр-12	Паяння міді й латуні з вмістом міді 58 %	-
ПСр-25	Паяння дрібних деталей	Для деталей, які потребують чистоти ішїі й високих пластичних властивостей

Продовження табл. 53.2

Марка або склад	Застосування	Примітка
ПСр-45	Паяння відповідальних мідних і бронзових деталей	Для збереження високої електропровідності й пластичності шва
ПСр-65	Паяння стрічкових пил	-
ПСр-70	Паяння струмопровідних частин	-
Мідно-цинкові
ПМц-36	Паяння латуні Л59, легованих латунеи	-
ПМц-48	Паяння латуні Л62	-
ПМц-54, Л62	Паяння міді, бронзи, сталі	-
ЛОК62-06-04	Паяння деталей зі сталі й чавуну	-
Л63, Л68	Паяння вуглецевих сталей та міді	-
МЦН 48-10, ЛК 62-05, ЛОК 59-1-03	Паяння сірого чавуну	-
Мідно-фосфорні
ПМФОЦр 6-4-0,03	Паяння міді і її сплавів	Замінник на основі срібла типу ПСр-40 та ін.
Кремнемідноалюмінієві
№ 34 (кремній 6 %, мідь 28 %, алюміній 66 %)	Для паяння алюмінію і його сплавів	Задовільна стійкість швів проти корозії

Покривання поверхні виробів тонким шаром припоїв на основі олова називають лудінням, а шар, який наносять, — полудою. Лудіння застосовують для підготовки деталей до паяння, а також для захисту виробів від корозії та окиснення.

Процес лудіння складається з підготовки поверхні, виготовлення полуди і її нанесення на поверхню. Перш ніж покривати поверхню припоєм, її обробляють щітками, шліфують, знежирюють і травлять. Хімічне знежирювання поверхонь здійснюють у водному розчині каустичної соди (на 1 л води 10 г соди).

Лудіння припоями на основі олова здійснюють зануренням у полуду (невеликі вироби) або розтиранням (великі вироби).

Лудіння зануренням здійснюють у чистій металевій посудині, до якої закладають, а потім розплавляють полуду, насипаючи на поверхню дрібні шматки деревного вугілля для запобігання окисненню. Виріб повільно занурюють у розплавлену полуду й тримають у ній до прогрівання, а потім виймають і швидко обтрушують. Залишки полуди знімають, протираючи ганчіркою, обсипаною порошкоподібним нашатирем. Потім виріб промивають у воді й сушать у тирсі.

Лудіння розтиранням виконують після попереднього нанесення на очищене місце волосяною щіткою або ганчіркою хлористого цинку. Потім поверхню виробу рівномірно нагрівають до температури плавлення полуди,

яку наносять дротиком. Обсипають ганчірку порошкоподібним нашатирем і розтирають нагріту поверхню так, щоб полуда розподілялася рівномірно. Після цього нагрівають і так само лудять інші місця.

Флюси (табл. 533; 53.4) — хімічно активні речовини, які застосовують для очищення поверхонь деталей від оксидів і забруднень, а також для запобігання утворенню оксидів у процесі паяння, зниження поверхневого натягу припою тощо.

Таблиця 533

Флюси для низькотемпературного паяння

Склад флюсу	Застосування
Каніфоль	Паяння міді і її сплавів
Хлористий цинк 25-30 %, хлористий амоній 5-20 % (нашатир), вода 50-70 %	Паяння заліза, статі, міді, мідних сплавів
Насичений розчин хлористого цинку в соляній кислоті	Паяння нержавіючої сталі
Хлористий цинк 85 %, хлористий амоній 10%, фтористий натрій 5 %	Паяння алюмінію

Таблиця 53.4

Флюси для високотемпературного паяння

Склад флюсу	Застосування	Примітка
Бура 100 %	Паяння міді, латуні, бронзи, сталі, чавуну	Припої мідно-цинкові й срібні
Бура 50 %, борна кислота 50 %	Паяння нержавіючої сталі	Флюс у стані пасти
Бура 40 %, борна кислота 40 %, сода 20 %	Паяння латуні та міді	Припої срібні
Борна кислота 50-60 %, вуглекислий літій 50-40 %	Паяння чавуну	Припої латунні
Борна кислота 55-45 %, калій фтористо-водневий 45-55 %	Паяння надтвердих сплавів і високовуглецевої інструментальної сталі
Борна кислота 80 %, бура, фтористий калій, літій 20 %	Паяння міді з нержавіючими сталями	Флюс у стані пасти
Фтористий натрій 8-10 %, хлористий барій 10-15 %, хлористий натрій 15-20 %, хлористий цинк 30-40 %, решта — хлористий кальцій	Паяння алюмінієвого лиття	Для паяння тріщин
№34	Паяння алюмінію	-

Для нагрівання деталей, які паяють, і роз-плавлення припою використовують паяльні лампи та паяльники.

Паяльні лампи найчастіше використовують для паяння легкоплавкими припоями, але іноді застосовують і під час паяння тугоплавкими припоями з відносно невисокою температурою плавлення (наприклад, срібними). Паяльні лампи працюють на бензині, спирті або гасі. Гасові лампи відрізняються від бензинових розміщенням змійовика (у гасових лампах він знаходиться всередині труби, а в бензинових — зовні).

Паяльна лампа (рис. 53.1) складається із запобіжного стрижня 1, резервуара 2, у який через заливний отвір із кришкою 11 наливають паливо на ³/₄ об’єму, щоб залишився повітряний простір 3. Лампа має бути холодною.

Перед розпалюванням лампи вентиль 10 закривають, наливають у нагрівальну ванночку (чашечку) 4 паливо, запалюють його й підігрівають канали змішувача 5. До моменту повного вигоряння палива в чашечці треба відкачати повітря насосом 12 до резервуара, ледь відкрити вентиль 10 і паливо підніметься по каналах змішувача 5, де буде нагріватися й випаровуватися. Надійшовши по трубопроводу в сопло 8, паливо спалахує, концентрується в змішувальній трубі 7 і виходить із труби 6, яка має отвори для надходження свіжого повітря. Полум’я, що виникає, спрямовують на цеглини або кам’яну стінку на відстані 10-15 мм від торця труби 6. Це прискорює нагрівання та випаровування палива й появу синюватого полум’я. Після цього вентилем врегулюють інтенсивність горіння полум’я. Зверху паяльної лампи розміщений захисний пристрій від вітру 9.

Щоб погасити паяльну лампу, потрібно закрутити регулювальний вентиль і випустити повітря з резервуара, відкрутивши кришку заливного отвору 11.

Неправильна експлуатація паяльної лампи може призвести до нещасного випадку.

Основним інструментом для паяння є паяльник. За способом нагрівання їх поділяють на 2 групи: паяльники періодичного і безперервного (газові, бензинові) підігрівання. Застосовують також паяльники спеціального призначення: ультразвукові з генератором ультразвукової частоти (УП-21), з дуговим підігріванням, з вібруючими пристроями тощо.

Основне призначення паяльника полягає в нагріванні припою до розплав-лення і нанесенні його на з’єднання, прогріванні металу в місці паяння та видаленні залишків розплавленого припою.

Паяльники періодичного підігрівання

поділяють на кутові, або молоткові (рис. 53.2, а), і прямі, або торцеві (рис. 53.2, б). Це шматок міді 3 певної форми, закріплений на сталевому стрижні 2 з дерев’яною рукояткою 1 на кінці.

Паяльники безперервного підігрівання бувають газові й бензинові.

Газовий паяльник (рис. 53.3) складається з ацетиленокисневого пальника 4, до якого на стрижні 2 за допомогою хомутика 3 прикріплено мідну головку 1. Ніпелі 7 і 8 під шланги прикріплені до рукоятки 6. Кисень й ацетилен подають по шлангах ніпелів 7 і 8. Подавання до пальника ацетиленокисневої суміші регулюють за допомогою вентилів 5 і 9. Її запалюють на виході із сопла 10 і цим полум’ям нагрівають робочу частину паяльника.

Бензиновий паяльник (рис. 53.4) має мідну головку 1, яку безперервно підігріває полум’я бензинового пальника 2. Рукоятка З одночасно є резервуаром для бензину. Резервуар заповнюють неповністю, залишаючи трохи вільного простору. Після заповнення резервуара бензином міцно закручують вентиль на кінці рукоятки.

Заборонено заповнювати резервуар бензином поблизу вогню!

Електричні паяльники прості за конструкцією і зручні в користуванні. Під час паяння ними не утворюються шкідливі гази, що роз’їдають полуду на мідному стрижні; нагрівання здійснюється рівномірно за постійної температури, що значно підвищує якість паяння. Електропаяльники бувають прямі (рис. 535, а) і кутові (рис. 535, б).

Рис. 53.5. Електричні паяльники: а — прямий: 1 — мідний стрижень (тепло-передавач), 2 — хомутик, 3 — накладні боковини, 4 — нагрівальний елемент, 5 — сталева трубка, 6 — рукоятка, 7— шнур, 8 — штепсельна вилка; б — кутовий

Технології паяння різних металів і сплавів мають свої особливості.

Процес паяння складається з таких етапів: підготовка виробу до паяння; підготовка паяльника; розплавлення припою (паяння); охолодження та очищення шва.

Під час підготовка виробу до паяння спочатку очищають поверхню від бруду, жирів, продуктів корозії та оксидних плівок, які дуже заважають розтіканню припою і його проникненню в шов. Для цього використовують наждачний папір, напилки, металеві щітки та шліфувальні круги.

Ефективним способом очищення є хімічне знежирювання в лужних ваннах і в органічних розчинниках (ацетон, бензол, скипидар, бензин, метиловий та етиловий спирти тощо).

Якщо оксидні плівки не видаляються знежирюванням, застосовують травлення у розчинах сірчаної, соляної, фосфорної та інших кислот. Ультразвукове очищення застосовують тоді, коли інші способи не забезпечують потрібну чистоту поверхні.

Підготовка паяльника полягає в доведенні робочої частини під кутом 30-40° й очищенні її від залишків окалини. Потім обушок паяльника нагрівають до температури 250-300 °С для паяння дрібних деталей і до 340-400 °С — для великих.

Для розплавлення припою нагрітий паяльник очищають від окалини зануренням у хлорид цинку, набирають із дротика 1-2 краплі припою і проводять паяльником по шматку нашатирю, допоки кінець паяльника не покриється рівним шаром припою. Після цього протравлюють місце паяння. Паяльник накладають на місце спаювання, трохи затримують його на одному місці для прогрівання деталі, потім повільно й рівномірно переміщають по лінії спаювання. Розплавлений припій стікає з паяльника і заповнює зазори шва (0,05-0,15 мм). Після завершення паяння зі шва знімають залишки припою, виріб промивають і висушують стисненим повітрям.

Паяння м’якими припоями буває кислотне й безкислотне. За кислотного паяння використовують хлористий цинк або технічну соляну кислоту; за без-кислотного — каніфоль, стеарин, паяльну пасту тощо (які не містять кислот).

Паяння твердими припоями застосовують для виготовлення міцних і термостійких швів. Підігнані поверхні в місці паяння покривають флюсом, а на місце спаювання накладають припій. Потім деталь повільно охолоджують на повітрі (охолоджувати деталь у воді не можна, бо це послабить міцність з’єднання). У міру охолодження спаяні деталі промивають у воді, протирають сухими ганчірками й просушують. Шов зачищають наждачним папером або обпилюють напилком.

Робочі місця, призначені для виконання паяльних робіт і лудіння, необхідно обладнувати місцевими витяжними пристроями.

 

Це матеріал з підручника "Види з’єднань" Гуменюк, Паржницький 2021