Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Паяное соединение — неразъёмное соединение металлических деталей, получаемое путём заполнения зазора между ними расплавленным припоем при температуре, не достигающей точки плавления самих деталей. Прочность паяного соединения определяется адгезией припоя к основному металлу, размером капиллярного зазора и качеством подготовки поверхности. Правильное сочетание этих параметров позволяет получать швы, выдерживающие нагрузки от 30 МПа (мягкая пайка) до 300 МПа и более (твёрдая пайка серебросодержащими припоями).
По ГОСТ 17325-79 «Пайка и лужение. Основные термины и определения», пайка — это образование неразъёмного соединения с межатомными связями путём нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления, смачивания поверхностей припоем, затекания припоя в зазор и последующей кристаллизации жидкой фазы. Принципиальное отличие от сварки: основной металл не расплавляется, что позволяет сохранять точные размеры деталей и соединять разнородные материалы.
Паяный шов формируется не за счёт сплавления кромок, а за счёт двух физико-химических процессов: смачивания — распространения жидкого припоя по твёрдой поверхности, и капиллярного течения — самопроизвольного затекания расплава в узкий зазор под действием сил поверхностного натяжения. Именно капиллярный эффект обеспечивает заполнение зазоров любой конфигурации вне зависимости от пространственного положения шва при сборке.
Принципиальное преимущество пайки — возможность соединения деталей из разнородных материалов: сталь с медью, медь с твёрдым сплавом, металл со стеклом или керамикой. Нагрев ниже температуры плавления основного металла исключает структурные изменения в зоне соединения и остаточные деформации, характерные для сварных швов.
Основные типы паяных соединений и конструктивные элементы паяных швов стандартизованы в ГОСТ 19249-73 «Соединения паяные. Основные типы и параметры» (действующий). Стандарт устанавливает буквенно-цифровые обозначения швов, регламентирует параметры — толщину шва, ширину нахлёстки — и определяет порядок обозначения паяных швов на чертежах.
Нахлёсточное соединение является наиболее распространённым в промышленной пайке, поскольку обеспечивает условие равнопрочности с основным металлом при правильно выбранной ширине нахлёстки. Ширина нахлёстки определяется механическими свойствами паяемого материала и паяного шва: для конструкционных сталей при твёрдой пайке нахлёстка назначается в диапазоне 3–5 толщин паяемого листа. При мягкой пайке, где прочность шва значительно ниже прочности основного металла, ширину нахлёстки увеличивают до 10–15 толщин.
При сборке медных трубопроводов методом капиллярной пайки применяют телескопические соединения: труба вставляется в фитинг с зазором не более 0,4 мм между наружным диаметром трубы и внутренним диаметром фитинга. Это значение обеспечивает устойчивый капиллярный эффект и равномерное распределение расплавленного припоя по всей длине нахлёстки независимо от пространственного положения трубы. Нулевой или прессовый натяг исключает затекание расплава в зазор и недопустим при капиллярной пайке.
Размер зазора между паяемыми деталями — один из главных параметров, определяющих прочность паяного соединения. Зависимость нелинейна: уменьшение зазора до некоторого предела увеличивает прочность, после чего дальнейшее сужение препятствует затеканию расплава и приводит к дефектам — несплавлениям и порам. Максимальная прочность при капиллярной пайке, как правило, достигается при зазорах менее 0,1 мм.
Физический механизм упрочнения при малых зазорах связан с двумя явлениями. Во-первых, при малых значениях зазора проявляется капиллярное течение, обеспечивающее полное заполнение пространства расплавом. Во-вторых, диффузионный слой и зона взаимного растворения материалов деталей и припоя могут распространяться на всю толщину шва, а диффузионный слой прочнее самого исходного припоя.
Конкретные значения зазора для различных сочетаний «паяемый материал — припой» приведены в справочном приложении 1 к ГОСТ 19249-73. Значения носят рекомендательный характер и уточняются в технологической документации с учётом способа пайки, источника нагрева и скорости охлаждения. При необходимости зазор обеспечивают технологическими прокладками из паяемого материала, которые удаляют перед испытаниями (ГОСТ 28830-90).
По ГОСТ 28830-90 «Соединения паяные. Методы испытаний на растяжение и длительную прочность» (соответствует ИСО 5187-85), прочность паяного соединения отличается от прочности как паяемых материалов, так и самого припоя и зависит от совокупности технологических факторов. Основными характеристиками при испытаниях служат временное сопротивление при растяжении и предел прочности на срез — как при комнатной, так и при повышенной температуре.
Граница между мягкой и твёрдой пайкой установлена по температуре плавления припоя: 450°C по ГОСТ 19248-90 «Припои. Классификация и обозначения». Припои с температурой плавления не более 450°C относятся к низкотемпературным (мягкая пайка), свыше 450°C — к высокотемпературным (твёрдая пайка).
При стыковом паяном соединении прочность на растяжение нередко ниже прочности основного материала, поскольку паяный шов является «мягкой прослойкой». По этой причине стыковые паяные швы не рекомендуются для деталей, работающих при динамических нагрузках или подвергающихся изгибу и штамповке после пайки. Нахлёсточное соединение свободно от этого ограничения: при достаточной ширине нахлёстки разрушение при испытаниях происходит по основному металлу, а не по шву.
Контактное упрочнение мягкой прослойки — характерный эффект при капиллярной пайке стыковых соединений. Предел прочности стыкового паяного соединения превышает предел прочности самого припоя в 2,5–3 раза за счёт стеснения деформации тонкого паяного шва жёсткими паяемыми деталями. Этот эффект максимален при зазорах, характерных для капиллярной пайки (менее 0,1 мм), и постепенно ослабевает с увеличением толщины прослойки припоя.
Поверхности под пайку должны быть очищены от пыли, оксидов, смазки и масла механическими или химическими методами. По ГОСТ 28830-90, шероховатость поверхности под пайку должна составлять Ra 1,6–3,2 мкм для меди и её сплавов и Ra 1,6–6,3 мкм для нелегированной стали. Шероховатость увеличивает фактическую площадь контакта между припоем и основным металлом, что улучшает смачивание и адгезию за счёт механического зацепления.
Флюс выполняет две ключевые задачи: удаляет оксидную плёнку с поверхностей деталей и припоя химическим путём и защищает очищенные поверхности от повторного окисления в процессе нагрева. Без удаления оксидной плёнки жидкий припой не смачивает поверхность — расплав скатывается в шарики, не заполняя зазор. Каждый флюс проявляет активность только в определённом температурном диапазоне: рабочая температура процесса должна укладываться в зону активности выбранного флюса, иначе флюс сгорает до завершения капиллярного затекания.
Чрезмерно быстрое охлаждение приводит к возникновению остаточных термических напряжений в паяном шве и зоне диффузии. При пайке деталей с существенно различающимися коэффициентами теплового расширения (например, металл и керамика) остаточные напряжения могут достигать 100 МПа и провоцировать трещины в диффузионной зоне. Время выдержки при температуре пайки должно быть достаточным для завершения капиллярного затекания и диффузионного взаимодействия, но не избыточным: длительный перегрев вызывает эрозию паяемого металла и деградацию флюса.
Методы контроля качества паяных соединений устанавливает ГОСТ 24715-81 «Соединения паяные. Методы контроля качества» (действующий). Стандарт распространяется на все типы соединений по ГОСТ 19249-73, выполненных всеми способами пайки, и предусматривает методы обнаружения поверхностных, внутренних и сквозных дефектов. Выбор метода или комплекса методов проводится исходя из требований к качеству конкретного изделия и с учётом производительности методов контроля.
Механические свойства паяных соединений проверяют на образцах методами разрушающего контроля: испытанием на удар по ГОСТ 23046-78, испытанием на растяжение по ГОСТ 28830-90 и испытанием на изгиб по ГОСТ 24167-80. Неспаи, паяльные остаточные напряжения, эрозия паяемого металла и дефекты структуры паяного шва выявляются исключительно методами разрушающего контроля. Технология контроля конкретных паяных соединений должна быть установлена технической документацией на изготовление и приёмку изделия.
Паяное соединение обеспечивает неразъёмное соединение металлических деталей без расплавления основного металла — за счёт капиллярного затекания припоя в зазор. Прочность паяного соединения определяется типом конструкции (нахлёсточное, стыковое, телескопическое), размером капиллярного зазора (для большинства сочетаний твёрдый припой — сталь/медь: 0,05–0,15 мм), шероховатостью поверхности и правильным подбором флюса. Нахлёсточное соединение остаётся наиболее надёжным при механических нагрузках. Типы соединений и параметры швов регламентирует ГОСТ 19249-73; контроль качества выполняется по ГОСТ 24715-81; механические испытания — по ГОСТ 28830-90; ультразвуковой контроль — по ГОСТ 26126-84.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.