/
Author: Петрунин И.Е. Маркова И.Ю. Березников Ю.И. Бунькина Р.Р. Ильина И.И. Киселев И.И.
Tags: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления общая технология основы промышленного производства металлы пайка издательство машиностроение
ISBN: 5-217-03167-0
Year: 2003
Text
УДК 621.791.3(035)
ББК 30.616
С74
Авторы: Петрунин И. Е., Березников Ю. И., Бунькина Р. Р.,
Ильина И. И., Маркова И. Ю., Киселев И. И., Николаев Г. А.,
Новосадов В. С., Орлова В. В., Парфёнов А. Н., Пашков И. Н.,
Семёнов В. Н., Фролов В. П., Шеин Ю. Ф.
Справочник по пайке / Под ред. И. Е. Петрунина. 3-е изд.,
С74 перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2003. 480 с.; ил.
Рассмотрены физико-химические процессы и способы пайки, припои и паяльные смеси,
флюсы и газовые среды, оборудование, технологическая оснастка, особенности пайки метал-
лов и неметаллических материалов. Приведены сведения о подготовке поверхности к пайке,
конструировании и прочности соединений, проектировании, технологии, контроле качества
пайки и основы нормирования паяльных работ.
3-е издание (2-е изд. 1984 г.) переработано в соответствии с новыми стандартами и тре-
бованиями современной технологии пайки, дополнено современными отечественными и за-
рубежными припоями, материалами по оборудованию и производству крупногабаритных
стальных конструкций пайкой, сведениями по нормированию пайки; приведен подробный
перечень нормативной документации.
Для инженерно-технических работников, занимающихся пайкой в различных отраслях
промышленности.
УДК 621.791.3(035)
ББК 30.616
ISBN 5-217-03167-0
ISBN 5-94275-047-5
© Издательство «Машиностроение - 1», 2003
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение (И. Е. Петрунин)............. Ь
Глава 1. Основы физико-химических
процессов пайки (И. Е. Петру-
нин) .......................... 8
Процессы формирования пая-
ного соединения................. 8
Эффект сфероидизации и поро-
образование в шве при пайке .. 20
Список литературы.............. 21
Глава 2. Способы пайки (В. С. Ново-
садов)........................ 22
Капиллярная пайка.............. 22
Контактно-реактивная пайка.... 27
Адгезионная пайка.............. 31
Реактивно-флюсовая пайка..... 33
Диффузионная пайка............. 34
Некапиллярная пайка............ 36
Композиционная пайка......... 37
Список литературы.............. 40
Глава 3. Припои и паяльные смеси
(И. Н. Пашков, И. И. Ильина,
В. В. Орлова)................. 41
Припои на медной основе...... 41
Медь ..................... 41
Медно-цинковые припои, ... 42
Медно-никелевые припои ... 47
Медно-фосфорные припои.... 52
Медно-германиевые припои.. 57
Припои, содержащие драгоцен-
ные металлы.................... 57
Серебряные припои....... 57
Палладиевые припои...... 63
Золотые припои........ 66
Платиновые припои....... 68
Заменители серебряных и зо-
лотых припоев............. 70
Жаропрочные и коррозионно-
стойкие припои на никелевой
основе......................... 73
Припои иа основе железа. 77
Марганцевые припои...... 78
Титановые припои ......... 79
Алюминиевые припои...... 81
Магниевые припои ......... 83
Оловянио-свинцовые припои 84
Свинцовые припои...... 89
Индиевые, цинковые, кадмие-
вые, висмутовые и таллиевые
припои............................. 90
Порошковые, композиционные и
пастообразные припои......... 96
Список литературы.................. 98
Глава 4. Флюсы и газовые среды
(А. Н Парфенов, Р. Р. Бунькина) 99
Природа флюсов и их классифи-
кация ............................. 99
Флюсы для высокотемператур-
ной пайки......................... 100
Флюсы для пайки черных и
цветных металлов 100
Флюсы д ля пайки алюминия и
его сплавов.................. 105
Флюсы для пайки магниевых
сплавов. ... .. ПО
Флюсы для пайки титана и его
сплавов...................... 112
Способы приготовления и нане-
сения флюсов...................... 113
Флюсы для высокотемпера-
турной пайки черных и цвет-
ных металлов ... 113
Флюсы для пайки алюминия,
магния, титана и их сплавов . 114
Удаление остатков флюса после
пайки............................. 114
Флюсы для низкотемпературной
пайки............................. 114
Флюсы на основе органических
соединений........................ 118
Системные флюсы и паяльные
пасты для низкотемпературной
пайки............................ 132
Способы приготовления и нане-
сения флюсов для низкотемпера-
турной пайки...................... 138
Газовые среды, используемые
при пайке......................... 139
Восстановительные газовые
среды ... 139
Активированные газовые сре-
ды .......................... 141
Инертные и нейтральные га-
зовые среды.................. 142
Пайка в вакууме и парах легко-
испаряемых металлов.......... 143
Список литературы................. 144
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 5. Отечественное оборудование
для пайки (Ю. И. Березников).... 146
Печи................................ 146
Оборудование для индукционной
пайки........................... 178
Оборудование для пайки погру-
жением.......................... 190
Установки для пайки электросо-
противлением ................... 195
Установки для пайки концентри-
рованными источниками энер-
гии ............................ 199
Оборудование для газопламен-
ной пайки................. 206
Паяльники................. 219
Контрольно-измерительная и ре-
гулирующая аппаратура..... 222
Системы управления и ренова-
ция электропечей и установок ... 224
Список литературы......... 232
Глава 6. Подготовка поверхности к
пайке. Сборка изделий. Приспо-
собления для пайки (И. Ю. Мар-
кова) .............................. 234
Очистка поверхности металлов
под пайку....................... 234
Предварительное нанесение ме-
таллических покрытий ........... 250
Сборка под пайку и нанесение
припоя.......................... 254
Приспособления для пайки..... 254
Список литературы............... 260
Глава 7. Технологический процесс
пайки металлических мате-
риалов (Ю. Ф. Шеин)........... 261
Пайка сталей и сплавов....... 261
Пайка углеродистых и низко-
легированных сталей........ 261
Пайка коррозионно-стойких
сталей..................... 263
Пайка жаропрочных сталей и
сплавов.................... 267
Пайка инструментальных ста-
лей .... 270
Пайка спеченных твердых спла-
вов ............................ 272
Пайка чугуна.................... 274
Пайка меди и ее сплавов...... 275
Пайка латуней ............. 277
Пайка бронз ............... 278
Пайка никеля и его сплавов.. 278
Пайка титана и его сплавов.. 281
Пайка молибдена................ 284
Пайка ниобия и его сплавов.. 285
Пайка вольфрама................ 286
Пайка циркония ................ 287
Пайка тантала ................. 289
Пайка бериллия................. 290
Пайка алюминия и его сплавов 291
Пайка магниевых сплавов..... 296
Список литературы.............. 299
Глава 8. Пайка полупроводников, гра-
фита и других неметалличе-
ских материалов (И. Е. Петру-
нин, И. Ю. Маркова)................ 300
Пайка полупроводников....... 300
Пайка графита со сталями.... 302
Пайка металла со стеклом.... 309
Пайка ситалла, феррита, сапфира
с металлами ................... 312
Пайка металла с керамикой... 313
Пайка углерод-углеродистых ком-
позиционных материалов...... 315
Список литературы.............. 317
Глава 9. Прочность паяных соедине-
ний (Г. А. Николаев, И. И. Киселев) 318
Концентрация напряжений в па-
яных соединениях................... 318
Прочность паяных соединений 320
Пластические свойства паяного
шва............................ 327
Допускаемые напряжения в пая-
ных соединениях................ 328
Глава 10. Пайка в поточном производ-
стве крупногабаритных сталь-
ных конструкций (И. Е. Петру-
нин) .............................. 329
Пайка стыков трубчатых опор
ВЛ электропередачи (в экспорт-
ном исполнении)................ 330
Пайка стыков труб тепловых
электростанций................. 332
Пайка стыков бурильных труб ... 334
Пайка стыков обсадных труб
нефтяных и газовых скважин .... 336
Пайка стыков труб магистраль-
ных трубопроводов.......-... 336
ОГЛАВЛЕНИЕ
Производство паяных решетча-
тых опор линий электропередачи 337
Список литературы.. „...... 339
Глава 11. Жидкометаллическое ох-
рупчивание и прочность при
пайке однородных и разнород-
ных металлов и сплавов
(В. Н. Семенов).............. 340
Общее представление о характе-
ре совершенствования паяных
конструкций ЖРД.............. 340
Природа изменения механиче-
ских свойств твердых металли-
ческих тел в контакте с жидкими
средами............. ... 342
Влияние технологических фак-
торов на механические свойства
материалов................... 347
Контактное влияние меди и се-
ребра на механические свойства
сплава ХН67ВМТЮ и стали
06Х15Н6МВФБШ................. 349
Одновременное влияние трех
факторов (размера зерна, толщи-
ны никелевого покрытия и хими-
ческого состава припоя Cu-Ag)
на механические свойства сплава
ХН67ВМТЮ................... 351
Определение снижения прочно-
сти материалов с трещиной . ... 352
Расчетная оценка напряжений в
паяемой паре............... 354
Механизм разрушения материа-
лов при пайке.............. 357
Расчет давления рабочего газа в
объеме печи для поджатия (вы-
бора зазора) паяемых деталей ... 365
Оптимизация химического со-
става припоя и прочности паяно-
го соединения ......... 368
Список литературы ...«».....376
Глава 12. Проектирование техноло-
гического процесса пайки
(В. П. Фролов)................... 378
Элементы математической модели
технологического процесса пайки 378
Задачи и принципы технологиче-
ского проектирования....... 398
Список литературы.......... 399
Глава 13. Структура и свойства пая-
ных соединений (И. Е. Петру-
нин, И. Ю. Маркова)............... 401
Факторы, влияющие на структуру
и свойства паяных соединений .. 401
Методы исследования структуры
и свойств паяных соединений ... 405
Список литературы.............. 418
Глава 14. Контроль качества пайки
(И. Е. Петрунин, И. Ю. Маркова) 419
Дефекты паяных соединений ... 419
Способы контроля качества пая-
ных изделий.................... 420
Список литературы.............. 433
Глава 1S. Основы нормирования
паяльных работ (И. Е. Петру-
нин, И.Ю. Маркова)................. 434
Пути экономии припоев...... 442
Список литературы.............. 447
Глава 16. Экологическая безопасность,
производственная санитария и
охрана труда (И Е. Петрунин,
И. Ю. Маркова)..................... 448
Требования к технологическим
процессам...................... 451
Рабочее место паяльщика ....... 452
Техника безопасности при экс-
плуатации оборудования ... 454
Техника безопасности при про-
изводстве припоев, флюсов и вы-
полнении паяльных работ.... 454
Меры безопасности при кон-
тактной пайке электросопротив-
лением ........................ 457
Меры безопасности при пайке в
электропечах .................. 457
Меры безопасности при индук-
ционной пайке.................. 458
Меры безопасности при термит-
ной пайке.................... 458
Меры безопасности при ультра-
звуковой, электронно-лучевой и
лазерной пайке................. 459
Список литературы .. _...__ 461
Глава 17. Перечень нормативных до-
кументов (И. Ю. Маркова)... 462
Предметный указатель.................. 472
ВВЕДЕНИЕ
В условиях складывающихся в со-
временной России рыночных отношений,
при которых превалирование на рынке
товаров определяется в конечном счете
реализацией накопленных знаний в науч-
но-техническом и хозяйственном обороте,
особую роль приобретает информация как
одно из важнейших средств интенсифика-
ции общественного производства. В этих
условиях эффективность и результатив-
ность достигаются там, где своевременно
обеспечена научно-техническая информа-
ция и созданы условия для ее реализации в
практику производства.
Приоритетные направления научно-
технического прогресса, особенно в новой
технике, неизменно связаны с применени-
ем пайки как передового, надежного и
высокопроизводительного технологиче-
ского процесса.
Пайка - физико-химический процесс
получения соединения в результате взаи-
модействия твердого паяемого и жидкого
присадочного металлов соединяемых де-
талей.
Пайка имеет сходство со сваркой
плавлением, но между ними имеются
принципиальные различия. Если при свар-
ке основной и присадочный материалы
находятся в сварочной ванне в расплав-
ленном состоянии, то при пайке паяемый
материал не плавится. Формирование шва
при пайке происходит путем заполнения
припоем зазора между соединяемыми де-
талями, т.е. процесс пайки связан со сма-
чиванием и капиллярным течением, что не
имеет места при сварке плавлением.
В отличие от сварки плавлением пайка
осуществляется при температурах, лежа-
щих ниже температуры плавления паяемо-
го материала.
Одним из преимуществ пайки по
сравнению со сваркой плавлением являет-
ся возможность соединения в единое це-
лое за один прием множества заготовок,
составляющих изделие. Поэтому пайка,
как никакой другой метод соединения,
отвечает условиям массового производст-
ва: позволяет соединять разнородные ме-
таллы, а также металлы со стеклом, кера-
микой, полупроводниками, графитом и
другими неметаллическими материалами.
При пайке не происходит расплавле-
ния кромок паяемых деталей, что дает
возможность сохранить в процессе произ-
водства форму и размеры изделия При-
менение низкотемпературной пайки со-
храняет неизменными структуру и свойст-
ва металла соединяемых деталей. Важным
преимуществом пайки является разъем-
ность паяных соединений, что делает этот
процесс незаменимым при монтажных и
ремонтных работах в приборостроении.
Благодаря применению рациональ-
ных сочетаний паяемых материалов и
припоев и использованию конструкций с
оптимальной площадью перекрытия на-
дежность паяных соединений для самоле-
тов в 4 раза выше, а для космических ап-
паратов в 25 раз выше, чем сварных1. Как
установлено в исследованиях спаев2, это
преимущество пайки перед сваркой опре-
деляется малыми объемами жидкой фазы
и, соответственно, высокими скоростями
охлаждения, обеспечивающими образова-
ние в шве метастабильных фаз с высокими
механическими свойствами.
Первопроходцем становления совре-
менного уровня пайки является Сергей
Николаевич Лоцманов, который, еще бу-
дучи слушателем Военно-воздушной
1 «Инженерный справочник по космиче-
ской технике». 2-е изд. / Под ред. А. В. Соло-
дова. М.: Воениздат, 1977. С. 163
2 Петрунин И. Е. Исследование некото-
рых физико-химических процессов при пайке и
разработка новых недефицитных припоев. М.:
МВТУ им. Баумана. 1970.
ВВЕДЕНИЕ
инженерной академии им. Н. Е. Жуков-
ского, разработал основы теории и техно-
логии пайки алюминия. Под руководством
С. Н. Лоцманова автором и редактором
справочника И. Е. Петруниным впервые
найдено решение задачи пайки магниевых
сплавов, являющихся, как и алюминий,
«крылатым» металлом.
Главная же заслуга С. Н. Лоцманова
состоит в том, что он создал школу своих
учеников и последователей, которая и вы-
двинула пайку в бывшем СССР (а ныне в
России) на ведущее место в мире.
Первым учеником С. Н. Лоцманова
стал Виктор Петрович Фролов (также один
из авторов справочника). Научная деятель-
ность В. П. Фролова тесно связана с иссле-
дованиями, разработкой и созданием ре-
шетчатых крыльев летательных аппаратов,
без чего был бы невозможен выход на но-
вые рубежи авиационной и космической
техники.
Повышение значимости пайки, по-
теснившей традиционные позиции сварки,
произошло во второй половине прошлого
столетия после разработки, создания и
применения припоев на железной основе.
В результате пайка стала основой поточ-
ного производства крупногабаритных
стальных строительных металлоконструк-
ций и нашла применение взамен сварки: в
производстве решетчатых и трубчатых
опор линий электропередачи (ЛЭП), для
соединения труб тепловых электростан-
ций, для сочленения бурильных и обсад-
ных труб нефтяных скважин, для пайки
стыков магистральных трубопроводов
ит.д.
Большой вклад в становление и раз-
витие пайки в России, особенно при соз-
дании новой техники, внесли А. И. Губин,
Р. Е. Есинберин, Л. Л. Гржимальский,
И. И. Ильевский.
Глава 1. ОСНОВЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПАЙКИ
Пайка, как никакой другой технологиче-
ский процесс, связана с широким комплексом
физико-химических явлений, протекающих в
твердой, жидкой и газовой фазах: восстановле-
ние и диссоциация, испарение и возгонка, сма-
чивание и капиллярное течение, диффузия и
растворение, пластифицирование и адсорбци-
онное понижение прочности и т.д.
Основными факторами, определяющими
характер взаимодействия твердого и жидкого
металлов при образовании спаев, являются
электронное строение их атомов, соотношение
атомных радиусов, положение элементов в
ряду электроотрицательности, валентность и
потенциалы ионизации атомов.
Характер взаимодействия важнейших в
техническом отношении и наиболее широко
используемых в паяных изделиях металлов -
железа, меди, никеля, алюминия и магния - с
элементами периодической системы элементов
Д. И. Менделеева представлен на рис. 1 (разра-
ботано автором).
ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ
ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ
Влияние паяемого металла, припоя и
количества жидкой фазы в шве на образо-
вание спаев. Зазоры при пайке применяют
обычно в пределах 0,05 .. 0,2 мм, поэтому
количество жидкого металла в них незначи-
тельно. Взаимодействие между твердым и рас-
плавленным металлами приводит к изменению
состава исходной жидкой фазы; при высоко-
температурной пайке припой особенно интен-
сивно легируется компонентами паяемого ме-
талла. Легирование усиливается в связи с от-
сутствием на нем окисной пленки и наличием
вследствие этого непосредственного металли-
ческого контакта с расплавом припоя При
пайке происходит интенсивное растворение
паяемого металла в расплавленном припое.
Растворение ослабевает, когда в припои вводят
компоненты, входящие и в состав паяемого
металла. Исходный состав припоя в процессе
пайки может меняться не только за счет рас-
творения в нем паяемого металла, но и в ре-
зультате избирательной диффузии компонен-
тов припоя в паяемый металл, испарения наи-
более летучих его компонентов, окисления и
удаления в шлак за счет газовой и шлаковой
фаз.
Влияние паяемого металла на процесс
образования спая сказывается и непосредст-
венно при кристаллизации, которая происходит
на готовых поверхностях раздела. Образование
зародышей новых кристаллов на поверхности
паяемого металла зависит от характера смачи-
вания припоем: чем меньше краевой угол сма-
чивания, тем меньше затрат энергии требуется
для образования зародыша. Если краевой угол
мал, то для зарождения зародыша кристалла
требуется незначительное переохлаждение.
Поскольку обязательным условием пайки яв-
ляется смачивание припоем паяемого металла,
го условия зарождения центров кристаллиза-
ции при этом весьма благоприятны.
Влияние состояния поверхности паяемого
металла приводит к тому, что кристаллизация с
самого начала в той или иной степени ориен-
тирована, т.е. имеет место определенное соот-
ношение между формой и размерами кристал-
лической ячейки затвердевающего металла
зоны сплавления и паяемого металла. При на-
личии ориентирующего влияния поверхности
паяемого металла структура металла шва обра-
зуется в результате развития трех последова-
тельных стадий процесса: на первой стадии
ориентирование образующихся кристаллов це-
ликом определяется подложкой; вторая стадия
характеризуется появлением двойников и дру-
гих структурных несовершенств в связи с
уменьшением ориентирующего влияния твер-
дого металла; на третьей стадии наблюдается
поликристаллическая структура или возникает
текстура роста.
В зависимости от соотношения парамет-
ров решетки кристаллов паяемого металла и
кристаллов, образующихся из расплава, ориен-
тированная кристаллизация может протекать
по-разному. Выделяющаяся из расплава новая
фаза отличается от паяемого металла видом
атомов, типом и параметрами решетки. Обра-
зующиеся из нее кристаллы сопрягаются с
подложкой такой гранью, в которой располо-
жение атомов наиболее соответствует распо-
ложению аналогичных атомов в грани кри-
сталла паяемого металла. Вероятность такой
кристаллизации будет тем больше, чем меньше
различия межатомных расстояний в плоско-
стях сопрягающихся фаз. Так, при осаждении
алюминия на монокристаллические пластинки
плагины, при ориентированной кристаллиза-
ции меди на никель силы притяжения атомов
ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ
0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
№
Li
g
111 IB Cl
в R :2Z Fe R Си- in
Е
Rb № Mp) И P In krp-
ISI
Cs 'ft Pr Nb Pm Eli 6d Tb КУ Ho Er Tm
Yb LU $ I®: IB о IB 111 0
И1
Fr Д Ac Pa Np PU Am Cm Bk Cf Es Fm Md
No Lr у
Рис. 1. Природа взаимодействия a-Fe (в), y-Fe (о), меди (в), никеля {г), алюминия (d),
магния (е) с различными элементами:
/ - образующими непрерывные твердые растворы; 2 - образующими ограниченные твердые растворы;
3 - образующими соединения; 7 - образующими эвтектические смеси; 5 - невзаимодействующими,
б - неизученные (обозначения штриховки 1-6 см. нас. 11)
10
ОСНОВЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПАЙКИ
°(11213 Н51 б17' 8 9 10 11
Иг-у--у- ------ —
12 13 14 15 16
к Fe co В
Е
нь S Wtr jg ТО W
В
cs Nb Pm Sm Eu Gd
И8К Ml in •BBj *»Ш1 ЕЭ ш
0
Pr Ra Ac Pa Np Am Cm Bk Cf Es Fm Md
No Lr в/
0 11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и 12 13 114 15 16 n
и
p
|/Ve[
Ш 88
1
□ : Ж1 w[ ЙЙ В
йй!
Rb Sr \Rh Pd| В I'd
H
Cs В Nb Pm Sm Eu Gd Tb Ho Er Гт
Yb Lu lr ЙЗ Й В Po
1
Fr RO AC Pa Np Pu Am Cm Bk Cf ES Fm Md
NO Lr
Продолжение рис. I
ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ
0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
н
Е!
№ №
Е
М
R
№ Я 0; ^S! $ ;В>:
Е
ТЙ5 iK ^$п- $/$
Nb Рт SmE и Od ТЬ но Ег Тт
At
и □ >03 Ж ЙЙ ЭД ЕЗЕ 0^ Ш1 И
Fr Ro АС =$ Ра Np Ри А тСт Вк Cf Es Fm Md
No Lr
Продолжение рис. 1 (расшифровку обозначений 1-6 см. на с. 9)
ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ
15
рой из указанных фаз обусловлено ее выделе-
нием на поверхности паяемого металла в виде
прикристаллизованных слоев, что и подтвер-
ждается микрорентгеноспекгральным анализом
образцов, паянных при температуре 1350 °C
(рис. 7). На кривой распределения отчетливо
видна остановка, соответствующая слою твер-
дого раствора на основе железа (11 % меди).
В соответствии с диаграммой состояния
уменьшение растворимости железа в жидкой
меди при охлаждении приводит к выделению
фазы, богатой железом. Последняя в условиях
образования растворно-диффузионного спая
выделяется в виде эпитаксиального слоя на
границе с паяемым металлом.
При пайке железа медью с разными зазо-
рами структура, формирующаяся при затверде-
вании расплава, оказывается при прочих рав-
ных условиях различной в малых и больших
зазорах. В широких зазорах (0,5 . 2 мм) кри-
сталлизация происходит с образованием разви-
той дендритной структуры и имеет характер
объемного затвердевания. Содержание железа
в осях дендритов достигает 4 %, а на перифе-
рии падает до 2 2,5 % (массовые доли).
Смена форм затвердевания с изменением раз-
мера зазора вызывается изменением условий
кристаллизации Согласно существующим
представлениям тип кристаллизации сплавов
определяется градиентом температуры распла-
ва, а также величиной и протяженностью об-
ласти концентрационного переохлаждения
вблизи фронта кристаллизации. При прочих
равных условиях уменьшение зазора, а следо-
вательно, слоя кристаллизующейся жидкости,
начиная с определенного момента, приводит к
таким изменениям указанных факторов, что
дендритная форма кристаллов постепенно ус-
тупает место ячеистой, а последняя - преобла-
дающему росту кристаллов с гладкой поверх-
ностью. Окончательная кристаллическая струк-
тура металла шва не соответствует первона-
чальным формам роста кристаллов. Новые
границы зерен в шве пересекают в произволь-
ных направлениях дендритные и ячеистые кри-
сталлы. При больших зазорах имеются участ-
ки, где «вторичные» границы совпадают с по-
граничными зонами первичных дендритов.
При малых зазорах структура шва по ширине
представляет собой один слой зерен. Возник-
новение вторичной структуры в литых сплавах
связывается с образованием при кристаллиза-
ции большого числа дефектов (дислокаций и
вакансий), способных перемещаться и группи-
роваться в определенных участках затверде-
вающего металла.
Уменьшение зазора и, следовательно, ко-
личества затвердевающего металла, в конеч-
ном счете, приводит к образованию плоских
границ зерен при пайке как однокомпонентны-
ми, так и многокомпонентными припоями.
С уменьшением зазора под пайку от 2 до
0,3 мм предел прочности соединений встык
при пайке железа медью возрастает с -255 МПа,
что выше предела прочности припоя в исход-
ном состоянии, до 338 МПа, что соответствует
пределу прочности железа. При зазоре 0,3 мм
медная прослойка оказывается равнопрочной с
паяемым металлом. Дальнейшее уменьшение
зазора приводит к тому, что шов оказывается
прочнее основного металла. При механических
испытаниях разрушение образцов происходит
по паяемому металлу и прочность стыковых
соединений, выполненных с зазором 0,15 мм и
менее, перестает зависеть от толщины медной
прослойки.
Поскольку состав зоны сплавления зави-
сит от зазора под пайку и с уменьшением зазо-
ра содержание паяемого металла в зоне сплав-
ления возрастает, то наблюдаемая зависимость
прочности паяного соединения от размера за-
зора может быть объяснена различной прочно-
стью образующегося в шве сплава, изменением
структуры шва с уменьшением зазора и «кон-
тактным упрочнением».
Эффективность «контактного упрочне-
ния» в случае стыкового соединения стержней
возрастает с уменьшением отношения ширины
шва (толщины мягкой прослойки) к диаметру
стержня. В результате нормальные напряжения
в прослойке могут значительно превысить пре-
дел прочности ее материала, определенный при
свободной деформации. Для вязкого разруше-
ния соединения по мягкой прослойке получена
Рис. 7. Распределение меди в зоне спая
при пайке стали 03-ВД
16
ОСНОВЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПАЙКИ
зависимость прочности соединения от механи-
ческих свойств материала прослойки и ее раз-
меров
а, = а; 11 + [зэ/зж (1 + е„ )5'2 ]"‘},
где ав , ев - соответственно предел прочности
и относительное удлинение материала про-
слойки в исходном состоянии; ге - отношение
ширины шва (толщины прослойки) к диаметру
стержня
При образовании спаев взаимодействие
на границе паяемый металл - расплав припоя
может приводить к возникновению общих зе-
рен. Такой тип кристаллизации связан с проис-
ходящим при пайке оплавлением зерен паяемо-
го металла в диффузионной зоне, насыщенной
компонентами припоя. Такой вид спая харак-
терен для пайки железа бериллием (рис. 8).
Замер микротвердости в этом случае по-
казал, что, если с увеличением выдержки при
температуре пайки твердость паяемого металла
снижается, твердость в шве возрастает, причем
наибольшая твердость наблюдается в цен-
тральной его части (рис. 9). Последнее связано
с образованием интерметаллидов в зоне шва,
более богатых бериллием.
Согласно исследованиям поверхностных
слоев стали 03-ВД и сталей, насыщаемых при
температурах 1000 1150 °C бериллием,
диффузия бериллия в сталь начинает заметно
идти при 800 .°C; при 1150 °C происходит оп-
лавление зерен. На границе низкоуглеродистая
сталь - бериллий при 1000 °C одновременно
идут два процесса:
- диффузия бериллия в сталь, что вызы-
вает Y - а-перекристаллизацию и появление
кристаллов a-фазы, ориентированных в на-
правлении диффузии;
Рис. 8. Микроструктура шва при пайке стали
03-ВД бериллием (температура пайки 1350 °C,
выдержка 1 мии; увеличение х 125)
Рис. 9. Распределение микротвердости по ширине
шва при пайке стали 03-ВД бериллием:
1 - выдержка при пайке 1 мин; 2 - выдержка
после пайки при 1250 °C 1 ч
-диффузия углерода из стали в бериллий,
что вызывает обеднение поверхностных слоев
стали углеродом.
Взаимодействие бериллия с углеродом
приводит к образованию карбида бериллия,
имеющего высокую твердость.
При охлаждении насыщенных бериллием
слоев происходит выпадение из перенасыщен-
ного раствора бериллия в a-железе интерме-
таллических соединений - бериллидов, что
сопровождала повышением твердости.
Формирование галтелей паяных со-
единений. Свойства паяных соединений в зна-
чительной мере определяются характером гал-
телей, которые в зависимости от типа соедине-
ний могут воспринимать до 75 % внешней на-
грузки. Процессы образования галтелей паяно-
го соединения зависят от природы взаимодей-
ствующих металлов, зазора, режима пайки,
характера флюсования и других факторов. При
прочих равных условиях образование галтелей
определяется количеством жидкой фазы в шве.
Галтель паяного соединения можно рассматри-
вать как своеобразную емкость, которая в про-
цессе пайки заполняется расплавом припоя.
При оптимальном количестве припоя в шве и
необходимых условиях формирования спая
образуются полномерные галтели. Избыток
жидкой фазы, неравномерность зазора ведут к
искажению формы галтелей, к образованию
наплывов.
В основу расчета равновесной формы
галтели положена зависимость, описывающая
форму поверхности жидкости, граничащей с
плоским вертикальным элементом детали.
При равновесной форме жидкости гра-
du
ничные условия следующие- и == 0 и — = 0
ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ
17
Рис. 10. Форма галтели паяного соединения:
а - в тавровом соединении; б- при различных краевых углах смачивания;
/-0°;2- 10°; 3-20°; 4-30°; 5-40°; 6-45°
при v -> со, где и - ордината галтели; v - аб-
сцисса галтели.
Для расплава припоя в равновесном со-
стоянии граничные условия следующие: и = 0
du
и — = -tg₽ при i» = oo (рис. 10. а). Согласно
dv
рис. 10, а при о = 0 и = «о и — = -ctg а.
dv
Значения параметров и0, а, Р, а, получен-
ные экспериментально на меди с применением
различных припоев и флюса № 209 при темпе-
ратуре (800 ± 10) °C и выдержке 5 мин, приве-
дены в табл. 2. Нулевое значение угла Р связа-
но с условиями эксперимента.
Применение расчетных методов оценки
галтелей при проектировании изделия позволя-
ет обеспечить формирование полных галтелей
при минимальном расходе припоя
2. Значения капиллярной константы а и
краевого угла смачивания
различных припоев
Припой «о, мм а° Р° а*, мм
ПСр40 4,7 21 0 5,9
МЦФЖ 6,0 5 0 6,2
МФОЦ-7-3-2 4,5 9 0 4.9
ПМФС 3,2 14 0 3,7
Сплав равных 4.2 11 0 4.7
долей меди и
олова
капиллярная константа, связанная с по-
верхностным натяжением припоя а и его плотно-
Влияние состава припоя и газовой сре-
ды в камере пайки на свойства паяных со-
единений. Изменение свойств паяемого метал-
ла происходит не только под влиянием нагрева
и взаимодействия с расплавом припоя, но и под
действием газовой среды, находящейся в каме-
ре пайки. Влияние газовых сред особенно за-
метно проявляется, когда паяемый металл ак-
тивно взаимодействует с газовыми средами. Из
конструкционных материалов, применяемых в
паяных изделиях, таким свойством обладают
титан и сплавы на его основе
Взаимодействие титана с кислородом в ат-
мосферных условиях протекает уже при 20 °C.
По мере повышения температуры интенсив-
ность окисления возрастает. При достижении
450 °C параллельно с окислением идет процесс
проникновения кислорода в кристаллическую
решетку титана и образование газонасыщенного
слоя, представляющего собой твердый раствор
газа в металле. При температуре выше 600 °C
кислород активно диффундирует в титан.
Наличие газов в кристаллической решет-
ке титана приводит к ее искажению, являюще-
муся причиной уменьшения пластических
свойств материала.
Высокотемпературный нагрев титана на
воздухе, а также в среде кислорода приводит к
появлению на его поверхности окалины, состоя-
щей главным образом из рутила. При окислении
титана в парах воды при 800 ... 1200 °C окисная
пленка состоит только из фазы ТЮ2 в модифи-
кации рутила; фаз Ti2O3 и ТЮ не обнаружива-
ется. Таким образом, в образовании поверхно-
стных пленок на титане основная роль отво-
дится кислороду и водяному пару.
Из других атмосферных газов в образова-
нии поверхностных пленок на титане при вы-
соких температурах большое значение имеет
18
ОСНОВЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПАЙКИ
азот. При окислении титана на воздухе азот в
составе окалины обнаруживается начиная с
температуры 900 °C. Отмечается, что наличие
азота в решетке рутила приводит к образова-
нию дырчатой структуры, облегчающей диф-
фузию кислорода в объеме окисной пленки
Значения толщин окисных пленок, образую-
щихся при окислении титана ВТ1 на воздухе,
приведены в табл. 3.
3. Значения толщин окисных пленок при
окислении титана ВТ1 на воздухе, мм
Темпе- Время выдержки, ч
ратура, 0,5 1 2 4 8 16 32
800 - - - - 0,005 0,017 0,029
900 0,012 0,02 0,03 0,05 0,075 0,10 0,25
1000 0,035 0,06 0,10 0,19 0,25 0,30 -
Пайку титановых сплавов производят при
температуре около 1 000 °C, поэтому при нали-
чии окислительной атмосферы взаимодействие
кислорода с титаном в процессе пайки проте-
кает с большой интенсивностью.
Удаление окисных пленок при пайке ти-
тана фактически обеспечивается путем регули-
рования соотношения скоростей окисления и
растворения окислов в паяемом металле и в
конечном итоге достигается за счет примене-
ния среды с парциальным давлением кислоро-
да, при котором скорость растворения пленки
больше, чем скорость ее роста.
Применение аргона или вакуума при пай-
ке титана не изменяет механические свойства
соединений, выполненных припоями на основе
серебра, а также припоями систем титан -
никель, титан - никель - медь, титан - никель -
кобальт и др. Однако в отдельных случаях
применение вакуума приводит к лучшим ре-
зультатам по сравнению с аргоном. Например,
при пайке титана припоем на основе алюминия
в вакууме с остаточным давлением 0,133 Па
растекание лучше, чем в атмосфере аргона.
При пайке титана с повышенным содержанием
водорода в вакууме достигается не только
улучшение условий пайки, но и обезводорожи-
вание паяемого металла. В связи с этим утвер-
дилось мнение о предпочтительности вакуума
перед нейтральными газами даже в тех случа-
ях, когда не удается создать высокой степени
разрежения, как это имеет место, например,
при пайке крупногабаритных изделий в печах с
использованием механических вакуумных на-
сосов. Применение низкого вакуума с повы-
шенным содержанием примесей приводит к
уменьшению пластичности металла, что стано-
вится особенно опасным при пайке тонко-
листовых конструкций. В этом случае исполь-
зование вместо вакуума аргона может снизить
содержание примесей. Поэтому, если необхо-
димо максимальное сохранение пластичности
титана, то, несмотря на удовлетворительное
протекание процесса пайки в вакууме, вопрос
предпочтительности вакуума или аргона сле-
дует решать с учетом содержащихся в них
вредных примесей.
В зависимости от характера взаимодейст-
вия металлов при образовании спая и, следова-
тельно, от направленности изменения свойств
взаимодействующих металлов может резко
изменяться прочность паяемого металла под
действием расплавленного припоя. Наимень-
шие изменения наблюдаются в случае взаимо-
действия металлов, расположенных рядом в
периодической системе элементов Д. И. Мен-
делеева и образующих непрерывные твердые
растворы. Изменение механических свойств
ограниченных твердых растворов примерно
обратно пропорционально предельной раство-
римости.
Значения предельной растворимости
компонентов припоев в титане приведены в
табл. 4, там же указаны интерметаллиды, обра-
зующиеся в системах этих металлов с титаном,
и их температуры плавления.
Ввиду того, что при 20 °C растворимость
компонентов припоев в a-Ti значительно ниже
предельной, указанной в табл. 4, после пайки
припоями, содержащими никель, кобальт, мар-
ганец, получить структуру, состоящую из
твердого раствора, можно лишь в случае при-
менения весьма продолжительных выдержек и
при толщине паяемого материала, которая по-
зволяет рассматривать диффузию компонентов
припоя в решетку титана как в бесконечное
пространство.
В большинстве встречающихся на прак-
тике случаев образующаяся при диффузионной
пайке структура шва двухфазная: твердый рас-
твор a-Ti и интерметаллидные включения.
Изменение механических свойств сплавов,
имеющих в своем составе интерметаллиды,
зависит от особенностей выделения второй
фазы и характера дисперсионного механизма
упрочнения. В результате дисперсных выделе-
ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ
19
4. Растворимость металлов в титане и
составы интерметаллидов, образующихся при их взаимодействии
Группа периодической системы Металл Предельная растворимость Металлические соединения в системе
a-Ti p-Ti
Содержание (массовые доли), % Г, °C Содержание (массовые доли), % Г, °C Состав 7k., °C
I Ag Си 14,6 2,1 855 798 30,5 17,7 1040 990 TiAg Ti2Cu TiCu Ti2Cu3 TiCu3 1040 990 975 920 885
IV Sn 22,5 885 35 1600 Ti3Sn Ti2Sn Ti5Sn3 Ti6Sn5 1663 1552 1505 1495
VII Мп 0,5 530 33 1175 TiMn TiMn2 950 1330
VIII Со - 685 17 1020 TiCo2 TiCo Ti2Co 1250 1500 1050
VIII Ni 0.1 770 13 955 Ti2Ni TiNi TiNi3 984 1310 1380
ний может иметь место как упрочненение, так
и разупрочнение сплава. Ввделение небольшо-
го количества второй фазы в мелкодисперсном
состоянии сопровождается повышением проч-
ности и уменьшением пластичности Вторая
фаза в этом случае вносит искажения в кри-
сталлическую решетку металла. Увеличение
количества выделяющейся избыточной фазы
может послужить причиной резкого уменьше-
ния пластических и прочностных свойств, если
эта фаза выделяется в виде сетчатого каркаса.
Менее опасны интерметаллиды в случае их
выделения в виде сосредоточенных включений.
Уменьшение количества выпадающих
интерметаллических включений, а следова-
тельно, и снижение охрупчивания титана могут
быть достигнуты за счет различных приемов.
Из них для пайки представляют интерес два:
- выбор компонентов припоя, которые
имеют увеличенную растворимость в a-Ti;
- использование в качестве припоя мно-
гокомпонентных композиций, позволяющих
при таком же количестве припоя, вводимого в
зону пайки, как и в случае однокомпонентного
припоя, уменьшить степень пересыщения a-Ti.
При применении в качестве припоя мно-
гокомпонентных композиций, например при пай-
ке титанового сплава ОТ4 (ГОСТ 19807-91), наи-
большая прочность наблюдается при толщине
медного слоя 8 мкм, а никелевого 2 мкм, т.е.
при содержании в покрытии 80 % Си и
20 % Ni (рис. 11).
Рис. 11. Механические свойства образцов из
сплава ОТ4 в зависимости от толщины
медио-никелевого покрытия:
1 - после выдержки 30 мин при 1000 °C;
2- после выдержки 2 ч при 1000 °C
Глава 2. СПОСОБЫ ПАЙКИ
Стандарт (ГОСТ 17349-79) устанавливает
технологическую классификацию способов
пайки и порядок формирования наименования
способа пайки.
Классификация способов пайки осущест-
влена по следующим независимым признакам:
- удалению оксидной пленки;
- получению припоя;
- заполнению зазора припоем;
- кристаллизации паяного шва:
- источнику нагрева;
- наличию давления на паяемые детали;
- одновременности выполнения паяных
соединений.
Классификация способов пайки по при-
знакам приведена на рис. 1
КАПИЛЛЯРНАЯ ПАЙКА
Пайка, при которой расплавленный при-
пой заполняет зазор и удерживается в нем под
действием капиллярных сил, называется ка-
пиллярной пайкой. Обычно под этим способом
подразумевают пайку с зазорами, не превы-
шающими 0,5 ... 0,7 мм. Величина зазора при
прочих равных условиях определяет структуру,
химический состав шва, механические свойст-
ва соединения, экономичность процесса, де-
фектность структуры (газовую пористость,
ликвационные процессы) и т.д. Зазоры подраз-
деляют на большие (0,2 ... 0,7 мм), номиналь-
ные (0,05 ... 0,2 мм) и малые (менее 0,05 мм).
Разработанные экспериментальные мето-
ды (ГОСТ 20485-75) позволяют определять
высоту подъема припоя по капиллярам в зави-
симости от ширины зазора и других парамет-
ров. При пайке разнородных металлов необхо-
димо учитывать изменение зазора, связанное с
различием их ТКЛР. При пайке больших по-
верхностей с односторонней подачей припоя
возможны значительные непропаи, связанные с
процессами массообмена, приводящими к из-
менению вязкости и температуры плавления
припоя. В этих случаях рекомендуется предва-
рительно вводить припой в зазор в виде фольги
или наносить его в виде покрытий. Оптималь-
ная ширина зазора определяется: конструкцией
соединения, металлургическими особенностя-
ми процесса взаимодействия припоя с паяемы-
ми материалами, активностью флюса и газовой
среды, состоянием паяемых поверхностей и
т.д. Рекомендуемые зазоры при капиллярной
пайке приведены в табл. 1.
1. Рекомендуемые зазоры при капиллярной
пайке металлов
Паяемый металл Припой (основа) Зазор, мм
Алюминий и его сила- А1 Zn 0,15 ... 0,25 0,10. 0,25
Медь и ее сплавы Латунь Си-Р Ag-Cu-P Pb-Sb-Ag Ag-Cd-Cu-Zn 0,04 ... 0,20 0,04... 0,20 0,02 ... 0,15 0,05 ... 0,30 0,08 ...0,20
Стали низ- коуглеро- дистые Си 0,01 ... 0,05
Сталь кор- розионно- стойкая Си Латунь Си-Аи, Ag-Mn Аи-Си Au-Ni Ni-Cr 0,01 ... 0,10 0,02 ... 0,10 0,05 ... 0,10 0,08 ... 0,20 0,05. 0,20 0,65 ... 0,10
Никелевые сплавы Ni-Cr 0,05 . 0,10
Титан и его сплавы Си, Си-Р, Cu-Zn Ag, Ag-Mn 0,03 ... 0,05 0,03
Вольфрам Ni-Cr 0,05 ... 0,10
Важнейшими факторами, определяющи-
ми зависимость прочности от зазора, являются
особенности кристаллической структуры и
химическая неоднородность в шве. Экспери-
ментальные данные по кинетике кристаллиза-
ции позволяют заключить, что при зазорах
менее 0,1 мм в паяном шве наблюдается по-
слойная направленная кристаллизация. Шов
имеет структуру твердых растворов, и появле-
ние кристаллов второй фазы наблюдается
только при больших скоростях охлаждения,
когда протекание ликвационных процессов
затруднено. При больших зазорах, более 0,5 мм,
преобладает объемная кристаллизация припоя
в шве, аналогичная кристаллизации в слитке с
образованием новых фаз в процессе ликвации.
Наиболее сильно ориентирующее влияние ос-
новного металла (эпитаксия) при кристалли-
зации проявляется в случае отсутствия на
с. 1. Классификация
Капиллярная
Некапиллярная
Кристаллизация при охлаждении
Кристаллизация при выдержке (диффуэи-
Q_WHial
I Паяльником
Нагретыми штампами
Нагретыми блоками______________
Нагревательными матами
Нагретым газом
Погружением в расплавленную соль
Погружением в расплавленный припой
волной припоя
Экзотермическая________________
Электролитная
В печи
Гозопламенная
Световыми лучами
Инфракрасными лучами
Лазерная______________
Электронно -лучевая
Плазменная
Дуговая_______________
Тлеющим разрядом
Индукционная__________
Электросопротивлением
Без давления
Под давлением
Одновременная _______________
Неодновременная (ступенчатая)
По кристах
лизании
По заполне-
нию зазо-
ра припоем
Способы пайки
По наличии
давления
выполнения
паяных сое-
динений^
VMHVLI KVHdKirifHUVM
24
СПОСОБЫ ПАЙКИ
Рис. 2. Схема растворения металлов А
в припое В при Т= Tt:
распределение концентрации металла В в зазоре
при t > 0 и участок диаграммы состояния
межфазной границе промежуточных слоев хи-
мических соединений.
Методами количественной металлогра-
фии и рентгеноспектральным анализом уста-
новлено, что в металлических системах с
уменьшением зазора менее 0,1 .. 0,2 мм на-
блюдается возрастание концентрации атомов
твердой фазы над равновесными значениями
(явление аномальной растворимости в малых
зазорах). В зависимости от химического соста-
ва системы металл-расплав и величины зазора
пересыщение может достигать 10 ... 40 %.
При уменьшении зазора отсутствуют тер-
модинамические факторы, изменяющие равно-
весие системы в направлении увеличения рас-
творимости атомов твердой фазы в расплаве.
Под аномальной «растворимостью» подразу-
мевается фиксирование в зазоре после кри-
сталлизации повышенного содержания атомов
твердой фазы и, соответственно, пониженное
содержание легкоплавкой составляющей спла-
ва припоя.
На основании математического модели-
рования кинетики неравновесной направлен-
ной кристаллизации [9] установлено, что по-
вышенное (на 10 ... 40 % выше равновесной
концентрации) содержание в зазоре компонен-
тов твердой фазы обусловлено кинетическими
особенностями перераспределения легкоплав-
ких компонентов перед движущимся фронтом
кристаллизации. Перемещение последнего в
соответствии с градиентом температуры в сто-
рону противоположной межфазной границы
приводит к обогащению закристаллизовавшей-
ся части расплава тугоплавкими компонентами
твердой фазы и увеличению легкоплавких
компонентов в расплаве (зонная очистка). На-
личие второй межфазной границы, дефектный
поверхностный слой которой является эффек-
тивным стоком для ликвирующих легкоплав-
ких элементов, а также замедление скорости
движения фронта кристаллизации в результате
концентрационного переохлаждения приводят
к дополнительному увеличению концентрации
компонентов твердой фазы в шве. С целью
интенсификации процесса аномальной «рас-
творимости» и увеличения прочностных и кор-
розионных свойств соединения необходимо
уменьшать скорость кристаллизации и увели-
чивать диффузионную проницаемость поверх-
ностных слоев на межфазных границах, яв-
ляющихся эффективными стоками для атомов
ликвирующих элементов.
При пайке изделий с переменным зазором
для лучшего его заполнения и снижения по-
ристости соединения припой необходимо вво-
дить с узкой стороны зазора. При флюсовой
пайке для облегчения удаления флюса, сниже-
ния газовой пористости зазор следует увеличи-
вать. С целью снижения подрезов в галтельной
части шва количество припоя ограничивают
120 150 % объема зазора. Эффективно
улучшает смачивание нанесение технологиче-
ских покрытий. При уменьшении высоты мик-
ронеровностей покрытий и измельчении их
блочной структуры площадь растекания увели-
чивается в 8 раз и более вследствие снижения
шероховатости поверхности и преимуществен-
ного растекания металла по границам блоков.
При проектировании технологических
процессов капиллярной пайки необходимо
рассчитывать кинетику движения межфазных
границ в процессе растворения паяемых метал-
лов X/ (Г) и состав шва с, (х, t) на различных
стадиях процесса формирования паяного со-
единения в зависимости от времени t. Рассмот-
рим процесс растворения металлов А в припое
В, расположенном в зазоре а 21. На рис. 2
видно, что в плоскости х = I (плоскость сим-
метрии), разделяющей левый и правый спай,
-^-1 =0 (установка /). Для решения по-
Зх |х=/
ставленной задачи достаточно рассмотреть
установку 2, которая соответствует наличию на
поверхности А расплавленного слоя покрытия
КАПИЛЛЯРНАЯ ПАЙКА
25
В толщиной /. Плоскость х = / рассматривается
как непроницаемая перегородка. Аналогичная
задача возникает при пайке материалов А и С
припоем В (зазор а = /) при условии взаимной
нерастворимости В и А с материалом С (уста-
новка 3). Для решения задачи необходимо ре-
шить уравнение диффузии для обеих фаз (i = 1 -
твердая, i = 2 - жидкая):
8с, _ 82с,
8t ' 8х2 '
1.2.
(1)
При следующих начальных и граничных
условиях и условии массобаланса
1х(0
сг1< = о-сг; ciIх(<) ~с?>
с1|/-о = сГ> (2)
Точное аналитическое решение уравне-
ний (1) - (3) представляет собой сложную ма-
тематическую задачу, поэтому для практиче-
ских целей применяют приближенное аналити-
ческое решение. Пренебрегаем потоком в твер-
дую фазу. Распределение концентрации метал-
ла (% Л) в жидкости
с2(х, /) = с2"
( Y
Решая (51 и (6) в новых обозначениях по-
лучаем
«<о—
Аппроксимация (4) для с2 (х, t) верна до
момента
<8>
когда фронт концентрационного возмущения
доходит до оси шва и, начиная с t > tb приме-
няем новую аппроксимацию
с2(х,О = с(/,О+И-с(М)][7^^ , (9)
где с {I, t) - концентрация металла А на оси шва
(х = О.
Введем 8j(0 = I - х (/) После необходи-
мых преобразований получаем, что для нахож-
дения 81(0 необходимо решить трансцендент-
ное уравнение
а(81(П-6.)+|(8|«)2 + 8.2) +
+ а21па 81 = -D2 (п +1 )/,
а-8.
где Д2 = с£ - с2 , z(<) фронт концентрационно-
го возмущения, за которым отсутствует поток
я 6с1 Л
металла атомов А, т.е. — = О.
ОХ I хгг(<)
Условие массобаланса
Выражение для интеграла концентраци-
онного баланса:
f-^-[z(o-*(<)]+*(o) = ®гП<6>
kn+1 ) z(t)-x{t)
Введем обозначения
8(<) = z(<)-x(<)
где
Зная а и 8. и задавая D2, из (10) рассчи-
тываем 8|(0 и положение границы х(/) для лю-
бого момента времени. Максимальное расстоя-
ние, на которое сдвигается граница при рас-
творении. хтах =/——. а максимальная шири-
на шва
21 21
°™ 1 —£ 1-Д2/Д’
при с2 = 1, с2" =0
(П)
Для расчета времени t2 достижения на оси
шва любой концентрации cL (в долях Д2) ис-
пользуем соотношение
26
СПОСОБЫ ПАНКИ
Расстояние, на которое сместится граница
в момент t2:
|х(/2)| = 82-/. (13)
Рассчитаем ширину шва после насыще-
ния <7нас и время насыщения /няс для зазора
0,1 мм при D2 5 10’’ м2/с, полагая с" = 1 и
с2 = 0. При = 0,05 и 0,3 для /иас имеем со-
ответственно 0,83 и 1,34 с, а ашс получаем рав-
ным 0,105 и 0,142 мм.
Анализ показал, что для получения более
точного решения задачи растворения в зазоре
необходим учет потока атомов расплава в
твердую фазу [10]. Сравнение аналитического
решения с численным моделированием показа-
ло, что расхождение не превышает 3 %
На практике, несмотря на малую продол-
жительность пайки (менее 60 с), часто наблю-
дается наличие аномально больших диффузи-
онных зон в твердой фазе, а конечная ширина
шва меньше расчетной. Так, в случае пайки
фольг, при жидкофазном спекании порошков и
проволоки, имеющих развитую субструктуру с
повышенной диффузионной проницаемостью,
тонкие слои расплавленных покрытий практи-
чески полностью диффундируют в твердую
фазу (явление деградации связки при жидко-
фазном спекании порошков и композитов).
Из анализа решения с учетом потоков
атомов в твердую и жидкую фазы установлено,
что при определенном соотношении CZ| = D}! D2
и равновесных концентраций Дц/Д22 возможна
ситуация (рис. 3): в шве в момент t* насыщение
еще не достигнуто, а межфазная граница оста-
навливается и начинает двигаться в сторону
оси шва, что характерно для диффузионной
пайки (процесса изотермической кристаллиза-
ции). Таким образом, наблюдается эффект,
который можно назвать маятниковым движе-
нием границы.
На рис. 3 на примере системы Ni-Cu
представлена кинетика движения межфазной
границы у(0 и фронта концентрационного воз-
мущения в твердой фазе zt(t) - конца диффузион-
ной зоны в безразмерных х , т координатах и ко-
ординатах х, t (при а, = D, /D, = 10’2, Дц/Д22 = 3,
а = 200 мкм и D2 = 5 10'9 м2/с). До момента
времени т = 0,79 с (1,56 с) ширина шва увеличи-
вается, межфазная граница успевает пройти рас-
стояние у(т) = -0.166 (16.6 мкм), а концентрация
на оси шва достигает величины <?Дт) = с% - 3,5
(или, для нашего случая, сХт*) = 16,5 % Ni).
Ширина диффузионной зоны 3| (т*) в момент
времени т* составит 3| (т’) = 0,2 (20 мкм).
С этого момента граница начинает движение в
обратную сторону по направлению к оси шва.
Насыщение шва наступает при тн = 2.05 (4,1 с),
межфазная граница занимает положение
у(тн) = -9,12 мкм, а ширина диффузионной
зоны 8|(тн) = 63 мкм. Таким образом, для зазо-
ра а = 200 мкм окончательная ширина шва в
момент насыщения составит а„ = а + 2 y(t„)
= 218,24 мкм. Максимальный зазор, образуемый
в процессе растворения. а(/*) = а н 2 у((’)
= 233,2 мкм, а величина Ьл между концами
диффузионных зон составляет 344,24 мкм, что
находится в хорошем соответствии с имеющи-
мися экспериментальными данными.
Анализ маятникового движения границы
показывает, что диффузионный поток в твер-
дую фазу необходимо учитывать при значени-
ях al DJD2 > 10'3. что при моделировании
процесса пайки обусловлено высокой диффу-
зионной проницаемостью дефектных поверх-
ностных слоев. Глубина дефектной структуры
определяется методом и интенсивностью ме-
ханической обработки поверхности под пайку.
‘ум у ft), мкм
0.8 <* 2.4 4 t.C
Рис. 3. Положение межфазной границы у»(т) и
Zi(t) - конца дифузионной зоны в i вердой фазе в
безразмерных координатах х . т и координатах
для системы Ni-Cu при а = 200 мкм,
D,/D2 = 102, D2 = 5 1О’м2/с
(х = х 10’2 мкм; / = 2т с)
0.8 -во
~УМ -yft)
КОНТАКТНО-РЕАКТИВНАЯ ПАЙКА
27
Для удобства выполнения инженерных
расчетов автором построены номограммы,
позволяющие в соответствии с диаграммой
состояния (для заданной температуры) нахо-
дить безразмерные кинетические параметры тн,
8|(т) и уя. Задавая значения D2 и используя
соответствующие номограммы, можно быстро и
просто определять время насыщения выбранного
зазора (а = 2Z) по формуле t„ = D2, ширину
диффузионных зон в твердой фазе 6,(/и) = /8i(th) и
расстояние, пройденное границей y(t„) - /у(тн),
т.е. количество реально образующейся жидко-
сти, с учетом потока атомов жидкости в твер-
дую фазу.
КОНТАКТНО-РЕАКТИВНАЯ ПАЙКА
Пайку, при которой припой образуется в
результате контактного плавления соединяе-
мых металлов, промежуточных покрытий или
прокладок, называют контактно-реактивной
пайкой.
Контактное плавление, являющееся фазо-
вым переходом первого рода (изменение тер-
модинамического состояния сопровождается
конечным тепловым эффектом и изменением
структуры), наблюдается у материалов, обра-
зующих эвтектики или имеющих минимум на
диаграмме плавкости. Процесс контактного
плавления состоит из двух основных стадий:
1) подготовительной, заключающейся в
образовании в зоне твердых растворов устой-
чивых зародышей жидкой фазы, их последую-
щего диффузионного роста и слияния в тонкую
пленку;
2) собственно контактного плавления -
движения межфазных границ, определяемого
чисто диффузионным механизмом.
Подготовительная стадия определяется в
основном граничной кинетикой и включает в
себя процессы взаимодействия в твердой фазе
на активных центрах (образование химической,
в частности металлической, связи) и после-
дующий процесс взаимной диффузии в зоне
мостиков схватывания. Таким образом, на от-
дельных локальных участках зоны контакта
образуется диффузионная зона шириной X*.
подчиняющаяся законам граничной кинетики.
Из уравнения X* £>|/(0<о) при следующих зна-
чениях констант: 0 = 1018 см'2 с'1, D, = 10'9 см2/с
(при Т Тт), со = 1 О’23 см3 получаем X* » 1 • 10'3 мм.
Жидкая фаза в диффузионной зоне может воз-
никнуть вследствие распада твердого раствора,
образовавшегося в процессе диффузии и при
некотором понижении температуры оказавше-
гося перенасыщенным. Детально этот процесс
не исследован. В работе [5] введено понятие
так называемого кванта плавления размером
3 10'3 мкм, и время кинетической стадии для
системы Bi-Sn составляет 10'3 с. Однако види-
мые признаки плавления в этой системе обна-
руживаются только через 0,5 с.
Состав очагов жидкой фазы размером
5 ... 10 мкм в системе Ag-Cu соответствует
равновесной диаграмме состояния. Во многих
случаях время первой стадии не имеет большо-
го значения, однако учитывая, что оно близко к
времени протекания второй, основной стадии,
на практике оно может представлять принци-
пиальный интерес для пайки. Для построения
технологического процесса необходимо опре-
делять кинетику перемещения межфазных гра-
ниц х, (/) (скорость процесса) и концентраци-
онные поля в зоне контакта. Достаточно стро-
гое математическое описание кинетики кон-
тактного плавления для стационарного случая,
т.е. при постоянной толщине прослойки рас-
плава, рассмотрено Д. Е. Темкиным.
Рассмотрим нестационарную кинетику
контактного плавления [1]. Положим, что в
момент времени t = 0 при Т= Т\ в зоне контак-
та металлов А п В образуется бесконечно тон-
кая прослойка жидкости. Распределение ком-
понентов в системе показано на рис. 4. Пред-
полагается, что растворение лимитируется
диффузионной кинетикой и для определения
законов движения границ раздела х, (t) в одно-
мерном случае необходимо решать уравнение
диффузии для каждой из фаз'
= (i=l.2.3), (14)
где с, концентрация компонентов В в фазе i;
D, = cjDtf + (1 - с,) D,n - усредненный коэффи-
циент диффузии в фазе i; D,A и - парциаль-
ные коэффициенты диффузии в фазе i
(D, = const) при граничных условиях:
для фазы 1
c-l—=c-H.c-L=c'P;
для фазы 2
„ I _„1р I _гзР.
С2|х1(/)-С2 - С2Ц(/)~С2 ’
для фазы 3
28
СПОСОБЫ ПАЙКИ
Рис. 4. Схема взаимодействия металлоид и В при
контактном плавлении и некапилляриой пайке:
а диаграмма состояния эвтектического типа (при
Т = Г, обозначены концентрации при контактном
плавлении; при Т= Тг - концентрации на межфазных
границах при некапиллярной пайке); б - схема
распределения концентраций при контактном плав-
лении (7 = 7',) двух полубесконечных тел А + В и
А + покрытие В (толщиной Z)
и условиях массобаланса
Д,А = оЛ| -D2^| ;
& L,(r) & |Г|(/)
dt дх |Х1(/) дх |Xi(/)
глр А рР* д — хтР____
где а|2 -с2 с,, а23 -с3 -с2 .
Скорость движения границ определяем из
уравнений
х, (Г) = -20,7^7;
х3(/) = -2037»7- (15)
в которых неизвестно 0,. Поля концентраций
аппроксимируем
Из уравнения (14) получаем выражения
для определения концентрации в трех фазах;
(16)
erfc [-х,(0/(2^)]
c2(x,t)=cl2f+^22 +
, erfc [х, (Q/(2jT)]- erfc |х/(2^)]
erfc [x,'(z)/(27t7)J- erfc [x3(/)/( 2^/17)]’
(17)
erfc [x/(2/^)1
erfc [x3(0/(2777)]’
c,(x, <) = с3н-Д33
(18)
где r, = DA', Д11 = cp - c";
Дгг=с2Р ~C2P; Дзз-сз_еР;
erfc(z) = 2/Vn Jexp(-z2)<fe.
Для определения скорости движения гра-
ниц х, (/) необходимо найти из уравнения (15)
значения коэффициентов 0,. Для получения
точного решения, учитывающего потоки как в
твердую, так и в жидкую фазу, следует решить
систему трансцендентных уравнений:
0, exp02(erf 0, + erf03) =
03exp03(erf01+erf03) =
Метод графического решения системы
(19) приведен ниже для контактного плавления
покрытия В приближенном решении можно
использовать уравнение
где
2(Д,2+Д„)'
h=^D,/D2, Д,2=|4р-ср|,
Р - 1 Ю2А22
' 2 <о,(Д|2+Д„)’
со, - число атомов в единице объема соответст-
вующих фаз (о>| = со2). Численные оценки пока-
зывают, что если значение Д22 не слишком
’ КОНТАКТНО-РЕАКТИВНАЯ ПАЙКА
29
мало (Д22 1), то второй сомножитель правой части (20) весьма мал (< 10'3), поэтому для технологических оценок им можно пренебречь, т.е. не учитывать диффузию в твердую фазу [1]. Таким образом, скорость перемещения границ при контактном плавлении Введем глубину фронта концентрационного проникновения z(z) и полагаем xI«) = -2pI7^7; x3(O = 2p3V^r; z(O = 2Y7^7, (23)
k(0|=w7^ (21) где £>2 определяется из (14). Решение с,(х, 1) в фазах 1 и 2 имеет вид, аналогичный (16) и (17). Распределение концентрации в фазе 3 аппрок-
Полученные зависимости хорошо совпа- дают с имеющимися экспериментальными дан- ными. Расчеты показывают, что даже в случае большого времени взаимодействия (/ = 103 с при D2 = 5 • 10'9 м2/с. Z)1 и D3 » 1014 м2/с) ши- рина диффузионного слоя в твердой фазе со- ставляет несколько десятков межатомных рас- стояний. Диффузию в твердую фазу необходи- мо учитывать в том случае, если второй член уравнения (21) близок к 1 (потоки в твердую и жидкую фазы сравнимы, т.е. D2/D, < 103) и зна- чение Ди - термодинамический стимул для диффузии в жидкость - достаточно мало (не более 1). Для анализа влияния взаимной рас- творимости взаимодействующих металлов на скорость контактного плавления, учитывая только концентрационные члены в уравнении (21). можно записать симируем следующим образом: с3(х, <)=с3р-д33( Система уравнений (19) решается графи- чески (рис. 5, а) или с помощью таблиц. Учи- тывая, что в большинстве случаев, представ- ляющих практический интерес, D3 /D2 £ 10 3, из (19) получаем систему уравнений P,expPf =Р3ехрР3(Д3/Д|) = а3Д, (24) где а3=Р3ехрР2, Д = Д3/Д, Поясним схему графического решения (24), позволяющую определять значения Р,. Задавая произвольное значение, например, р3, откладываем его на оси р (рис. 5, б) и находим
х,(/)»ау; х3(/)«а/у; х0 =х1(г)+х3(Г), (22) а3 на оси ординат. Далее, откладывая значение
/ Д22 [Д? х,(г) Д3 , ГДСа 1/1-Д22’ 7 Д, х3«) Д, 7 ’ а, = а3Д на оси ординат, определяем Рг Под- ставив найденные р( и р3 в уравнения (19), проверяем тождество (правую часть уравнений
Приняв Д22/Д, =4, получаем х1(г)/х3(г)=4. Различие в скоростях перемещения границ необходимо учитывать при разработке техно- логического процесса. Так, при пайке Zr со сталью более интенсивное растворение Zr в жидкой фазе ограничивает его применение в виде фольги. При расчете контактного плавления по- крытия В толщиной 1 на поверхности полубес- конечного тела А (см. рис. 4) при Т= 7\ решаем уравнение диффузии (14) с условиями массо- баланса и начальными условиями для фаз 1 и 2, как и в случае взаимодействия двух полубес- конечных тел И и В, при новых граничных ус- ловиях для фазы 3: c3|XjjZ) = cJ, с3|/=0 = с3; За начало отсчета х = 0 принимаем гра- ницу раздела до образования жидкой фазы. рассчитываем из диаграммы состояния). Кор- ректируя значение Р„ повторяем операцию (обычно 3-4 раза) до точного нахождения Р, Пример. Рассчитаем толщину швах(| в системе Cu-Мп при Т = 1 000 °C. Зададим толщину слоя Мп / = 0,03 мм и D2 = 4,9 • Ю’9 м7с, х0=х, (/) * х3 (г) = = 2 (Р] + Р3) ^D2t Определяем значения (3, при Д3/Д[ = 6 получаем Р, = 0,987; р3 = 0,377. Окон- чательно имеем х0 = 107 мкм, t 0,3 с. Обычно достаточно в значении р, двух знаков после запятой для определения х0 с точностью 1 . 2 %. Основными факторами, регулирующими процесс контактного плавления, являются тем- пература пайки, время, давление, толщина кон- тактирующего слоя или слоев. Относительно большая скорость процесса образования жид- кой фазы и высокая ее активность в момент появления обеспечивают возможность практи- чески мгновенного смачивания контактирую- щих поверхностей (< 10'2 с). При пайке при- поями эвтектического состава смачивание по-
30
СПОСОБЫ ПАЙКИ
Рис. 5. Схема графического нахождения (3,-:
а-графики функций [/-F,(P)= exp(p2)(l+ erf Р); 2-F„(P) = Р ехр(Р2)];
б - схема, поясняющая нахождение (3, и р1 (графическое решение системы
трансцендентных уравнений (19) и (24)
верхности происходит менее активно, так как
химические потенциалы равны, т.е. ц ' =р,ж, и
неравновесная работа адгезии 1РанеРавн = 0.
Выбирая толщину покрытия и температу-
ру пайки, можно контролировать количество
жидкой фазы, участвующей в образовании
соединения, и, таким образом, снижать эрозию
паяемых тонкостенных материалов, а также
исключать запаивание каналов и узких рабочих
полостей конструкции.
Эффективным способом снижения скоро-
сти контактного плавления и количества жид-
кой фазы является использование буферных
промежуточных прослоек из неактивного ме-
талла. При контактно-реактивной пайке спла-
вов на основе алюминия серебро в виде про-
кладок или покрытий толщиной 0,05 ... 0,12 мм
помещается между паяемыми деталями, кото-
рые сжимают усилием 7 ... 35 МН/м2. После
этого узел нагревают до 560 °C. Предел проч-
ности паяных соединений составляет 206 МПа.
Покрытие из серебра было использовано и при
пайке алюминиевого сплава 6061-Тб (США)
сотовых панелей обшивки и узлов космическо-
го корабля «Аполлон»
При пайке сплава АМгб в парах магния
были получены прочные, коррозионно-стойкие
соединения при использовании как серебря-
ных, так и медных покрытий. Эффективно
применение серебряных покрытий при пайке
меди и ее сплавов со сталями и т.д.
Использование скоростного нагрева элек-
троконтактным способом обеспечивает качест-
венную пайку меди на воздухе без флюса и
защитных сред. Нанесение тонких покрытий
серебра (1,5 .. 6 мкм) на латунные детали с
последующим нагревом до 700 °C в печи с
применением флюса снижает содержание в
шве хрупкой эвтектики Ag-Cn-Zn и резко
уменьшает его пористость, обусловленную вы-
соким давлением паров цинка.
При пайке титана и его сплавов в основ-
ном используют медные и никелевые покры-
тия Наилучшие результаты были получены
при сочетании контактно-реактивной пайки с
диффузионной, в процессе которой происходит
коагуляция интерметал лидов (Ti2Ni. Cu3Ti,
Cu3Ti2) и снижение их содержания в шве, при-
водя к возрастанию механических свойств со-
единения. При пайке титана со сталью обра-
зующаяся жидкая фаза эвтектического состава
после кристаллизации обеспечивает получение
соединений со стабильными механическими
свойствами. Прочность шва ниже, чем проч-
ность титана.
Равнопрочные соединения могут быть
получены за счет увеличения контактирующих
поверхностей. Например, конусное соединение
труб позволяет соединять жаропрочные и ту-
гоплавкие материалы при относительно низких
температурах и получать швы с высокой тем-
пературой вторичного расплавления. При пайке
деталей из вольфрама припоем системы Pt-B,
имеющим температуру плавления 860 °C. за счет
растворения вольфрама в припое при кристалли-
зации образуются стойкие бориды вольфрама, и
температура плавления шва резко возрастает
АДГЕЗИОННАЯ ПАЙКА
31
АДГЕЗИОННАЯ НАИКА
Пайка, при которой формируется адге-
зионный спай, называется адгезионной.
Адгезионный спай образуется в условиях,
когда полностью исключены или сведены к
минимуму процессы массообмена в области
межфазных границ, в результате после кри-
сталлизации состав припоя практически не
изменяется. Соединения адгезионного типа
могут быть получены как при использовании в
качестве припоев металлов, не образующих с
паяемыми металлами растворов ни в твердом,
ни в жидком состоянии, так и за счет снижения
температуры и ограничения времени контакти-
рования твердой и жидкой фаз.
Формирование адгезионного соединения
особенно важно, когда возможно образование
хрупких интерметаллидов в зоне спая. При
проектировании технологического процесса
формирования адгезионных соединений и при
пайке в малых капиллярных зазорах необходи-
мо учитывать граничную кинетику растворе-
ния Критерий оценки малости капиллярного
зазора приведен ниже
Ранее была рассмотрена чисто диффузи-
онная кинетика процесса растворения в зазоре,
при которой предполагается, что в момент
времени I = 0 на межфазной границе сразу ус-
танавливается профиль концентраций с^, с2 ,
соответствующий равновесной диаграмме со-
стояний (рис. 6, а, б). В реальных условиях при
t = 0 в контакте обычно находятся твердая фаза
А состава с" и расплав В состава с2, а кон-
центрационный профиль имеет вид ступени
(рис. 6, в). При I > 0 на движущейся межфазной
границе у(0 в процессе растворения начинает
увеличиваться концентрация атомов А в рас-
плаве е2(/) 13</) ~ с,(1) > с'2 . Время достижения
на межфазной границе равновесной концен-
трации с, (1В) = с% определяет продолжитель-
ность протекания стадии граничной кинетики
tTp = t„. При рассмотрении диффузионный по-
ток в твердую фазу и конвекцию расплава в
капиллярном зазоре не учитывался. Такая по-
становка задачи помимо упрощения имеет са-
мостоятельный практический интерес [11].
Для нахождения неизвестных кинетиче-
ских параметров необходимо решить уравне-
ние диффузии для фазы 2 (жидкость):
дс2(х,1) д ( dc2(x,t)}
dt dx[2 dx )'
При начальных и граничных условиях
с2 (л, 0) = с2н; с2 (X, ()|х >(/) = С, (();
и условии массобаланса на движущейся границе:
(с,--М0)^=Л.^М -
й дх |>{/)
В данном случае имеются три неизвестные
функции с2(х, (), с,(0 и y(t). для определения
Рис. 6. Схема взаимодействия металла А (фаза /) с припоем В (фаза 2) в зазоре а = 21:
а-участок диаграммы состояния (qH -начальная, с? -равновесная при Т= Ту и с, (Г) - неравновесная
концентрации на межфазной границе; б - распределение концентрации с(х, г) в фазах 1 и 2 (t > 0) при
диффузионной кинетике растворения; в - распределение концентрации с2(х, 0 в фазе 2 в случае граничной
кинетики при t = 0 (с,(г) = с" ) и при 0 < t < t, < с£ )
32
СПОСОБЫ ПАЙКИ
которых необходимо задать еще одно условие.
Под полным потоком растворения J будем
подразумевать количество атомов твердой фа-
зы А, оторвавшихся от межфазной границы.
Предполагаем, что механизм переноса вещест-
ва как в твердой, так и в жидкой фазах чисто
диффузионный и не лимитируется отрывом
атомов А от межфазной границы, что характерно
для большинства металлических систем.
Условие непрерывности нестационарного
потока в этом случае:
где J представляет собой сумму граничного
•/„ = Р®Лсв = КДсв и диффузионного
где Р (м‘2 • с1) - удельный граничный диффу-
зионный поток; J (г • м с’1) имеет смысл пото-
ка при единичной разности концентраций на
y(t); со (м3) - объем, приходящийся на один
атом, а Дсв = с£ -c,(t).
Исходя из весового вклада потоков JB и
Jd, J можно представить в виде
J = К(с* -с,(Г))- D2
Д22 Sx L=>(/)
Д22 ~С2 ~С2
Таким образом, имеем систему уравнений
для определения трех неизвестных кинетиче-
ских параметров с2(х, /), с,(/) и y(t)
Рассмотрим приближенное решение. На
первом этапе растворения (/ < tt) распределе-
ние концентрации аппроксимируем полиномом
1,5<и<3,
где z(t) - фронт концентрационного возмуще-
ния, за которым отсутствует поток атомов А.
определяемый следующим образом:
с(х, t) = c2 при z(t)<X<l\
Sc(x, 0| =0
Уравнение диффузии заменим интеграль-
ным условием концентрационного баланса
2 st дх )
После подстановок получаем систему
дифференциальных уравнений для определе-
ния с,(Г), z(t), J(t)c однородными начальны-
ми условиями:
Введем безразмерные координаты и обо-
чения
? = T=*lf <z = —
d2 Х’ Т d2 ’ ® D2 ’
S(T) = -^-(z(T)-y(t)); ^(т)=
L>2 v2
V(T) =
Дальнейшее решение системы уравнений
в новых координатах детально рассмотрено в
[Н].
Расчеты показывают малое влияние рас-
творимости атомов А в припое на величину тв
При уменьшении растворимости атомов А (Д22)
в 6 раз время завершения граничной кинетики
тв увеличивается лишь на 7 %. При малых
зазорах относительный вклад граничной кине-
РЕАКТИВНО-ФЛЮСОВАЯ ПАЙКА
33
гики составляет 23 ... 32 % для зазора ае = 1
(в зависимости от Д22) и 1 1,5 % для зазора
ге= 5.
Кинетические особенности вклада гра-
ничной кинетики растворения в малых зазорах
рассмотрены в [12]. Установлена сложная зави-
симость времени завершения граничной кинети-
ки Т| от растворимости е и величины зазора ге.
РЕАКТИВНО-ФЛЮСОВАЯ ПАЙКА
Пайку, при которой припой образуется в
результате восстановления металла из флюса
или диссоциации одного из его компонентов,
называют реактивно-флюсовой пайкой.
В состав флюсов при реактивно-флюсо-
вой пайке обычно входят легко восстанавли-
ваемые соединения. Образующиеся в результа-
те реакции металлы в расплавленном состоя-
нии служат элементами припоев, а их летучие
компоненты создают защитную среду и могут
также способствовать отделению оксидной
пленки от поверхности. Химические реакции
при этом способе пайки достаточно сложны.
Одной из основных является реакция вос-
становления металла из флюса, протекающая
по следующей схеме:
Ме'„Х„ + /Ме" о MeJ XI + иМе',
где Ме'„Хт - галогенид металла во флюсе; /Ме" -
паяемый металл; MeJ X „ - образуемое соеди-
нение, обычно летучее; Ме' - восстановленный
металл из флюса.
Другой реакцией является разложение
солей и соединений Ме'„Хя, входящих в состав
флюса:
Ме'„Х„-^нМе' + пгХТ
При реактивно-флюсовой пайке возмож-
ны также восстановление и растворение оксид-
ной пленки паяемых металлов и окислов, вхо-
дящих в состав флюса, водородом и фтором,
которые образуются в процессе разложения
гидридов и фторидов. Во флюс вводят ингиби-
торы коррозии, катализаторы химических ре-
акций и вещества-растворители для удаления
продуктов реакции. Расплавленный металл,
образующийся в результате реакций, смачивает
паяемый металл или оксидную пленку на его
поверхности и служит припоем либо, высажи-
ваясь в виде покрытия на паяемых металлах,
облегчает процесс пайки, осуществляемый при
помощи дополнительно вводимого припоя.
Кроме того, проникая через несплошности
оксидной пленки, он может контактно рас-
плавлять паяемый металл, облегчая отделение
и диспергирование окислов. Термодинамиче-
ская вероятность протекания реакции восста-
новления металла из флюса тем выше, чем
больше изменение свободной энергии, сопро-
вождающее химическую реакцию, т.е. разность
изобаро-изотермических потенциалов соеди-
нений: AZMep<m AZMeI,Xm (значение
I AZMejXm|).
Хлориды металлов нашли широкое при-
менение в качестве одного из основных компо-
нентов флюсов. При пайке титана, алюминия и
магния используют хлориды серебра, меди,
никеля, олова, цинка и т.д. Сравнительная ак-
тивность различных металлов может быть
представлена рядом напряжений: Li, К, РЬ, Са,
Na, La, Mg, Be, Al, Zn, Mn, Nb, Zr, Ti, Cr, Ga,
Fe, Cd, Jn, Co, Ni, Mo, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt,
Au, в котором каждый предыдущий металл
ряда вытесняет последующие элементы.
Наиболее широко реактивно-флюсовая
пайка используется при соединении деталей из
сплавов алюминия. Основу флюсов составляют
хлориды цинка, олова, кадмия и других легко-
плавких металлов, которые хорошо смачивают
оксидную пленку на поверхности детали и,
проникая под нее, взаимодействуют с паяемым
сплавом. Продукты реакции способствуют
диспергированию и отделению оксидной плен-
ки. Восстановленный цинк вступает во взаимо-
действие с алюминием. Для предотвращения
эрозии и повышения пластичности швов хло-
риды цинка заменяют хлоридами кадмия и
олова или снижают его количество во флюсе
до 1 %.
Многие сложные по составу флюсы не
требуют дополнительного введения припоя, а
выделяемое в процессе химической реакции
тепло дополнительно активирует процесс.
Олово при использовании для пайки алюминия
в качестве основного компонента флюса SnCl2
облуживает алюминий и обеспечивает возмож-
ность дальнейшего применения припоев сис-
темы Sn-Al. В состав реакционных флюсов при
пайке железа вводят окислы меди, марганца,
серебра и никеля, которые при восстановлении
образуют припой. В качестве восстановителей
применяют гидриды. Окислы и гидриды меди,
марганца, цинка, лития, бария, алюминия, маг-
ния и натрия подбирают таким образом, что
уже при сравнительно низкой температуре они
вступают в реакцию восстановления. В резуль-
тате экзотермической реакции образуются чис-
2 - 8294
34
СПОСОБЫ ПАЙКИ
тые металлы, свободный водород и окисел
металла.
Для пайки твердосплавных пластинок,
содержащих карбиды титана, предложен флюс
% (масс.): 48 NaHF2; 30 CoF2; фториды каль-
ция, цинка или олова - 10; NiF2 и (или) МоО3 -
12. В процессе нагрева в этом флюсе Со, Ni, и
Мо легко восстанавливаются до металлическо-
го состояния и сплавляются с паяемой поверх-
ностью. Фторид NaF очищает поверхность от
окислов, жира и загрязнений. Фториды кадмия,
цинка или олова защищают частицы карбидов
в твердосплавных пластинках от окисления в
процессе нагрева и способствуют растеканию
припоя.
ДИФФУЗИОННАЯ НАИКА
Пайку, при которой затвердевание рас-
плава происходит при температуре выше
температуры солидуса припоя без охлаждения
из .жидкого состояния, называют диффузион-
ной пайкой.
Процесс пайки начинается непосредст-
венно после завершения процесса растворения
(1= <нас) паяемых материалов в шве, т.е. дости-
жения в шве состава с - с 2 независимо от спо-
соба получения расплава в зазоре. Отвод лег-
коплавких компонентов из шва может осуще-
ствляться в результате взаимной диффузии в
паяемые материалы, испарением в окружаю-
щую среду или связыванием их в тугоплавкие
химические соединения. Принципиально воз-
можно сочетание всех трех механизмов. Наи-
более изучен и используется первый механизм -
отвод легкоплавких элементов за счет диффу-
зии в паяемые материалы, который определяет
скорость движения межфазных границ*, (/).
Диффузионная пайка обеспечивает полу-
чение наиболее равновесной структуры шва,
повышает температуру распайки, увеличивает
пластичность, коррозионную стойкость и жа-
ропрочность соединений за счет устранения в
шве химической неоднородности, возникаю-
щей при кристаллизации. Для определения
концентрационных полей, законов движения
межфазных границ и времени завершения про-
цесса необходимо решить уравнение диффузии
для фазы /, так как поток атомов металла А в
фазу 2 отсутствует
при следующих начальных, граничных услови-
ях и условии массобаланса (см. рис. 2, б и рис. 7)
на движущихся границах:
(26)
(27)
Скорость движения границ определяем из
уравнения
*(О=2р7Ц/, (28)
Преобразуем уравнение (27), введя под-
становку и = —?== , и решение в фазе / будем
искать в виде ряда
с, (и) = сГ + X А"(erf « ~erf ₽)"•
Значения коэффициентов после преобра-
зований:
Л, =7лРехр(Р2)Д12—^1—;
Dl(C| )
А2 =яехр(2р2)Р2//,
б, %
Рис. 7. Схема распределения концентрации
металла В при диффузионной пайке (Г = 7))
(см. рис. 2, б):
1 - при t = 0; И - при t =
ДИФФУЗИОННАЯ ПАЙКА
35
где H = 0,5{^l2d2(\-d2)-d^2l2d2};
Из условия (26) с учетом первой поправ-
ки на концентрационную зависимость коэффи-
циента диффузии получаем
q" = <f -7лРехр(Р2 )Д|2</(1 + erf 0) + (3())
t-Tt02exp(202)H(l-i-erf 0)2;
Л(Р) = V^pexp(P2Xl + erf р) =
Д,2<7,-/(Д,2с/,)г-4ЯД, (3,)
2Н
Уравнение (31) рассчитывают графически
или по таблицам. Для этого, рассчитав значе-
ние Я~/(Д12Л,), находим F((0) Далее, по
графику на рис. 5, а определяем 0 и рассчиты-
ваем соответственно значения Х(Г) И С](Х, I)
При Dj = const имеем ранее известное
решение:
F, (Р) = -Улрехрф2 )(1 + erf 0) = -^=
Л12 с2 ~С1
(32)
Из анализа (28), (31) и (32) следует, что с
ростом Dt и Р =/(Дн/Д12) увеличивается ско-
рость процесса x(t) диффузионной пайки, где
Дп характеризует растворимость металла В в
металле А. Время завершения процесса легко
определить из (28) для зазора атс = 21^ (анас -
зазор после насыщения, т.е. завершения про-
цесса растворения)
'«оН=е/(4рЩ), (зз)
где Dj определяется из (28), при Dt = const
D, = D,
Исследования показали, что для более
точного моделирования процесса изотермиче-
ской кристаллизации необходим учет исходно-
го концентрационного профиля в твердой фазе
с,(х, 0) = С|(х, /нас) и концентрационной зави-
симости коэффициента диффузии Dt(c) [14].
Если исходная ширина шва в момент насыще-
ния при растворении (I = 0) равна ак, тогда
время завершения процесса изометермической
кристаллизации fK находится из уравнения
Сравнение расчетов с эксперименталь-
ными данными показывает, что учет ширины
диффузионной зоны на стадии растворения
позволяет в зависимости от растворимости
атомов В в твердой фазе Д11 и отношения ко-
эффициентов диффузии в фазах Di/D2 увели-
чить точность решения на 25 ... 60 % [14].
Таким образом, основными параметрами
процесса диффузионной пайки являются раз-
мер шва, температура и время процесса. Размер
шва регулируется исходным зазором и может
быть снижен за счет приложения давления.
Скорость процесса может быть увеличена так-
же за счет факторов, ускоряющих диффузию в
твердой фазе: термоциклирование, применение
скоростного нагрева, создание дефектной
структуры поверхностных слоев паяемых ма-
териалов. Для исключения образования интер-
металлидов температуру пайки выбирают вы-
ше температуры плавления химического со-
единения.
Метод диффузионной пайки находит ши-
рокое применение при соединении деталей из
алюминия, магния, сталей, активных и туго-
плавких металлов. Так, для пайки компактного
и пористого алюминия разработана техноло-
гия, исключающая применение флюса и глубо-
кое проникновение припоя в поры паяемого
металла На паяемые поверхности наносят
смесь порошков алюминия с 2 % Си, образую-
щих эвтектику с температурой плавления
550 °C. Пайку производят при 625 °C в среде
водорода. Эвтектика в процессе пайки в тече-
ние 30 мин растворяется в паяемом металле, и
граница раздела паяемых металлов исчезает
Правильно подбирая двойные, тройные и
четверные системы, можно с успехом паять
детали из железа и меди, изготовленные мето-
дом порошковой металлургии. При пайке маг-
ния и его сплавов (520 ... 570 °C) в среде арго-
на в качестве припоя используется серебро в
виде покрытия, наносимого при помощи ион-
ного напыления, которое способствует удале-
нию оксидной пленки и на порядок снижает
время пайки за счет дефектности поверхност-
ного слоя. Термоциклирование (циклический
нагрев до температуры пайки с последующим
охлаждением на 100 °C ниже солидуса припоя)
позволяет также снижать общее время пайки в
36
СПОСОБЫ ПАЙКИ
1,5 раза, а время выдержки при температуре
пайки - в 6 раз.
Анализ соединений титана через покры-
тие с медью и никелем, образующих эвтектику
с титаном, показал, что при диффузионной
пайке предел прочности соединения при испы-
тании на срез в 3 - 4 раза выше, чем при
использовании серебра. В процессе пайки в
шве образуются твердые растворы на основе
титана. Ширина зон, структура и их свойства
зависят от режима пайки [7].
В случае использования медного покры-
тия (0,015 мм) при 1000 °C после 40 мин вы-
держки прослойка эвтектики исчезает Шов
состоит из твердого раствора меди в a-Ti и
включений Ti2Cu Прочность стыковых соеди-
нений достигает 392 588 МПа, температура
распайки 1190 °C.
При пайке коррозионно-стойкой стали с
бронзой БрХ08 на сталь наносили никелевое
покрытие (6 ... 8 мкм), на бронзу слой - сереб-
ра (толщина 5 ... 7 мкм). Режим пайки - темпе-
ратура 950 ... 980 °C, время 90 мин, давление
поджатия 2,4 МПа - обеспечивает получение
соединений, равнопрочных бронзе, и совмеща-
ет диффузионную пайку с закалкой коррозион-
но-стойкой стали
Увеличение температуры распайки явля-
ется решающим фактором в выборе диффузи-
онной пайки как способа соединения тугоплав-
ких материалов. В [6] приведены системы припо-
ев, типичные режим пайки и температура распай-
ки соединений тугоплавких металлов и сплавов.
Для предотвращения пористости, возникающей в
результате эффекта Киркендалла, зазоры при
диффузионной пайке стремятся выбирать мини-
мальными. Широкие возможности формирования
в шве структуры с требуемым комплексом экс-
плуатационных свойств открываются при сочета-
нии диффузионной пайки с использованием ком-
позиционных припоев.
НЕКАПИЛЛЯРНАЯ ПАЙКА
Пайка, при которой расплавленный при-
пой заполняет паяльный зазор под действием
внешних сил без заметного участия капилляр-
ного давления, называется некапиллярной,
и в ней подразумевается наличие зазора
а> (0,5 ... 0,8) мм.
Некапиллярная пайка, при которой со-
единяемым кромкам заготовок придается фор-
ма, подобная разделке кромок при сварке плав-
лением, называется пайко-сваркой. Этот вид
пайки обычно используют для изделий из чу-
гуна и выполняют припоями из латуни с до-
бавками Si. Мп, Р и А1. При соединении изде-
лий толщиной более 4 мм рекомендуется V-об-
разная разделка кромок под углом 70 90°.
чугун желательно предварительно подогревать
до 250 °C. При пайке медных труб диаметром
более 50 мм применяют ацетилено-кислород-
ное пламя с вдуванием через сопло легкоиспа-
ряюшегося флюса с использованием серебря-
ного припоя Применение электродугового,
газопламенного и плазменного нагрева являет-
ся наиболее распространенным способом полу-
чения паяно-сварных соединений сплавов на
основе Al, Си, Fe, Be, тугоплавких металлов и др.
Соединение разнородных металлов за
счет расплавления более легкоплавкого метал-
ла и смачивания им поверхности более туго-
плавкого металла называется сварко-пайкой.
Необходимая температура подогрева поверх-
ности тугоплавкого металла достигается за
счет регулирования величины смещения элек-
трода от оси шва к более тугоплавкому метал-
лу Особенности формирования соединения
при некапиллярной пайке изучены для сочета-
ний Zr + Ti, Zr + Nb, Nb + Ti, Nb + V. Химиче-
ский состав металла шва и очертания границ
сплавления определяются кинетикой растворе-
ния кромки тугоплавкого металла [4] Если
образование соединения происходит между
металлами, на диаграмме плавкости которых
имеется минимум, усредненный состав шва
можно определить, проводя горизонталь от
температуры плавления более легкоплавкого
металла В до пересечения с линией ликвидуса
более тугоплавкого. Этот состав, отвечающий
равновесной растворимости с'г (см. рис. 4. al
при температуре плавления более легкоплавко-
го металла (например, для Zr с Nb с\ = 40
50 % Zr), будет определять состав большей
части шва и состав шва в области, приле-
гающей к более тугоплавкому металлу (Nb)
Со стороны более легкоплавкого металла
(Zr) состав шва определяется составом спла-
ва, имеющего меньшую температуру плавле-
ния на диаграмме (с'3 = 20 ... 30 % Nb). Рас-
слоение жидкости наблюдается во всех слу-
чаях и не зависит от режима процесса. Про-
тяженность области сплавов, имеющих наи-
более низкую температуру плавления, зависит
от толщины соединяемых металлов, смещения
электрода Д, зазора а и изменяется от 0,08 до
1,5 мм и более.
Для соединений металлов, не имеющих
на диаграмме плавкости точек перегиба (на-
пример, Ti + Nb), характер расслоения в шве
КОМПОЗИЦИОННАЯ ПАЙКА
37
(расположение слоев; 80 ... 90 % Nb у Nb и
30 ... 40 % Nb в шве) определяется объемом
ванны, турбулентными потоками в ней, зависит
от погонной энергии, определяющей значение
Т2, смещения электрода Д и наблюдается на
всех режимах пайки. Вследствие неравновес-
ное™ протекающих процессов, обусловленных
большими скоростями взаимодействия при
пайке, не всегда правомерно использовать рав-
новесную диаграмму состояния. В неравновес-
ной диаграмме линия ликвидуса сдвигается в
сторону линии солидуса, поэтому при анализе
химического состава необходимо точку с\
сдвигать к <?J (см. рис. 4, а). Соединения цир-
кония и татана с ниобием обладают высокими
механическими свойствами [4], что обусловле-
но отсутствием в паяном шве хрупких химиче-
ских соединений и эвтектик.
КОМПОЗИЦИОННАЯ ПАЙКА
Технологический процесс применения ком-
позиционных припоев, имеющих структуру
псевдосплава, или формирование в шве компо-
зиционной структуры с требуемым комплек-
сом эксплуатационных свойств, называется
композиционной пайкой.
Отличительная особенность композици-
онного материала (припоя, шва) заключается в
том, что совместная работа разнородных мате-
риалов, входящих в его состав, в процессе экс-
плуатации даег эффект, равноценный созданию
нового материала. Композиционная пайка как
способ объединяет основные технологические
возможности, физико-химические и кинетиче-
ские особенности способов пайки. Наполни-
тель композиционного припоя в виде порошка,
сетки, волокон образует разветвленный капил-
ляр, удерживающий большую часть жидкого
припоя (матрицы), излишками которого осу-
ществляется смачивание поверхностей паяе-
мых материалов.
В [3, 6] рассмотрены возможности и пер-
спективы применения композиционных мате-
риалов при пайке. Композиционная структура
в шве может быть получена за счет применения
композиционного припоя, при диспергирова-
нии паяемых материалов или в процессе диф-
фузионной пайки. Наполнитель в припое в
большинстве случаев обеспечиваег основные
физико-механические, в частности прочност-
ные, свойства паяного соединения Матрица
может вводиться в припой в виде порошков
или покрытий, которые наносятся на паяемые
поверхности. По способу введения в зазор
композиционные припои подразделяются:
1) на применяемые в виде многослойных
покрытий;
2) на используемые в виде фасонных или
простых профилей (фольг, лент, втулок и т.д.),
получаемых методами порошковой или волок-
нистой металлургии в сочетании с обработкой
давлением (прокатка, штамповка после про-
питки матрицей порошков или волокон), а
также методами нанесения покрытий на про-
фили и т.д.,
3) на применяемые в виде смеси порош-
ков или паст, которые обычно вводят в зазор
непосредственно перед пайкой;
4) на комбинированные способы - соче-
тания приведенных выше видов.
Теоретический и экспериментальный ана-
лизы показывают, что волокна являются наи-
более эффективным упрочнителем. Эффектив-
ность упрочнения (коэффициент упрочнения),
определяемая отношением пределов текучести
композиционного к неармированному мате-
риалу, зависит от отношения длины к диаметру
волокна, средней прочности и его объемного
содержания. Значения коэффициента упрочне-
ния для данного класса материалов достигают
40 ... 50. Матрица действует как среда, пере-
дающая напряжение, а эффект упрочнения
определяется свойствами волокон. Коэффици-
ент упрочнения материала частицами зависит
от их дисперсности, объемной доли, равномер-
ности распределения и определяется в основ-
ном способностью тормозить движения дисло-
кацией. Коэффициент упрочнения, составляю-
щий 5 ... 30, характерен для дисперсных сис-
тем с размером частиц d4 < 0,1 мкм. В керме-
тах, состоящих из мелких керамических частиц
с d4 = 0,1 .10 мкм в металлической матрице,
коэффициент упрочнения изменяется от 5
до 0,5. Упрочнение дисперсными частацами
наиболее эффективно при работе в области
повышенных температур. Наибольшие проч-
ность и стабильность структуры при повышен-
ных температурах характерны для материалов,
армированных волокнами, так как у них мень-
ше свободная поверхностная энергия и соответ-
ственно ниже склонность к перестариванию.
Наполнитель, как и матрицу, выбирают
из эксплутационных требований. Основное
требование к матрице сводится к обеспечению
качественного смачивания наполнителя и
паяемых поверхностей. Матрица по возможно-
сти должна быть инертна к наполнителю, об-
ладать достаточным уровнем пластичности и
38
СПОСОБЫ ПАЙКИ
вязкости, не образовывать хрупких соединений
при взаимодействии с паяемыми материалами,
иметь более низкий модуль упругости по срав-
нению с наполнителем и температуру плавле-
ния, превышающую температуру работы изде-
лия. Коэффициент относительной жаропрочно-
сти Граб/Гдл для традиционных никелевых спла-
вов составляет 0,76 Т^, а для дисперсионно-
упроченных никелевых сплавов - не менее 0,9
Гпл (Траб > 1200 ... 1300 °C). По геометрии уп-
рочняющих компонентов композиционные
припои могут быть с одномерными компонен-
тами (например, волокнистые материалы);
с двухмерными компонентами (например,
слоистые материалы); с нульмерными компо-
нентами (материалы, армированные частицами
различной дисперсности).
В настоящее время выделяют три основ-
ных способа применения композиционных при-
поев и получения композиционной структуры
паяных швов.
Первый способ - характеризуется приме-
нением припоя, сохраняющего композицион-
ную структуру в шве после пайки. Обычно
методами волокнистой металлургии получают
губчатообразную сетку, состоящую из сталь-
ных волокон диаметром 10 мкм и более (длина
волокна в 20 раз больше диаметра). Сетку спе-
кают, пропитывают расплавом припоя и прока-
тывают до нужной толщины (0,05 мм и более).
Объемная доля волокна более 10 ... 20 %. По-
лученную ленту припоя укладывают на соеди-
няемые поверхности, которые собираются с
зазором или без зазора, и производят пайку.
В качестве припоя используют сплавы 70 %
РЬ-30 % Sn и др. Сетку, волокна можно также
помещать в зазор о > 1 мм с последующей опера-
цией частичного спекания или без него. Припой
(матрица) укладывается около зазора и в процессе
пайки пропитывает пористый материал.
Аналогично производят пайку с исполь-
зованием смеси порошков. Применение смеси
порошков позволяет паять материалы с боль-
шими зазорами и соединять разнородные мате-
риалы с резко различающимися значениями
термического коэффициента линейного расши-
рения, снижать напряжения в шве при пайке
инструмента, регулировать степень растекания
припоя, паять пористые материалы с компакт-
ными, а также тонкостенные конструкции,
исключая эрозию паяемых материалов. Фор-
мирование соединения в этом случае включает
подготовительную стадию - заполнение зазора,
и основную - формирование шва в процессе
смачивания наполнителя и паяемых поверхно-
стей, пропитки и жидкофазного спекания с
последующей кристаллизацией (в отдельных
случаях - изотермической). В качестве напол-
нителя применяют порошки Си, Fe, Ni, Со,
A12Oj, TiC и др. Матрицей обычно служат при-
пои стандартных составов, например систем
Pb-Sn, Cu-Ni-Mg, Ni-Cr-Si и др. [3].
Второй способ - характеризуется полу-
чением в шве композиционной структуры в
процессе диффузионной пайки или дисперги-
рования, причем исходный припой может не
иметь композиционной структуры. При пайке
жаропрочных никелевых сплавов, например
Udimet 700, % (масс.): Ni-15, Сг-18,5, Со-5,
Mo-4,3, Al-3,3, Ti-0,07, С-0,03. Основу припоя
составляет сплав, аналогичный основе паяемо-
го металла. При этом из него исключены титан
и алюминий, образующие хрупкие соединения на
межфазных границах, и введен бор (до 3 %). Рас-
плав припоя состава, % (масс.): Ni-15; Сг-15;
Со-5; Мо-2,5; В - вводится в зазор 0,025 ... 0,1 мм.
В процессе диффузионной пайки при темпера-
туре 1150 °C, совмещенной с отжигом в тече-
ние 24 ч, происходит легирование шва Ti и А1
и выравнивание состава и структуры за счет
выпадения в шве у'-фазы типа Ni3(AlTi). Обра-
зующиеся паяные соединения равнопрочны
паяемому материалу при температуре 980 °C [8].
Диспергирование поверхностного слоя
материала под действием расплава является
одним из перспективных методов композици-
онной пайки и получения композиционных
покрытий На основании анализа кинетики и
механизма диспергирования установлено, что
системы металл - расплав, представляющие
наибольший практический интерес, относятся
к системам второго типа В этих системах, в
соответствии с термодинамическим критерием
oxs < 2usl, проникновение припоя по границам
зерен и, соответственно, диспергирование дол-
жны отсутствовать (аж - энергия границы зер-
на, Osl — межфазная энергия).
При оптимальном температурно-времен-
ном режиме для проникновения расплава по
границам зерен в металлических системах вто-
рого типа необходимо соблюдение двух усло-
вий: наличие пластически деформированного
поверхностного слоя и присутствие кислорода
(или другого межфазно-активного вещества),
адсорбированного на границах зерен.
В случае адсорбции кислорода на границах
зерен энергия границ уменьшается: ида° « 2oSL*.
В процессе растворения кислорода с границ
зерен в припое и его последующей хемосорб-
КОМПОЗИЦИОННАЯ ПАЙКА
39
ции на межфазной границе при оптимальной
температуре пайки знак неравенства обращается
и система становится системой первого типа:
OSS° > 2o.sz*, > CT.SS*, <3SL* < °SL,
где ст®0 - энергия границ зерна после раство-
рения кислорода; ож* - межфазная энергия
после хемосорбции кислорода на межфазной
границе.
В зависимости от количества жидкой фа-
зы зерна, переходящие в расплав, могут обра-
зовывать непрерывный каркас или быть ра-
зобщены. Изменяя соотношение межфазных
характеристик, можно менять форму зерен от
округлых до многогранных. С учетом приня-
тых обозначений движущая сила проникнове-
ния расплава по границам зерен имеет вид:
fm = °XS° + ~ 2ож*,
где ст»" учитываег вклад упругой энергии ос-
таточных напряжений, локализованных в об-
ласти границ после пластической деформации
поверхностного слоя. Экспериментально уста-
новлено, что при глубине резания 3,5 мм хими-
чески активных металлов толщина поверхно-
стного деформированного слоя составляет 15...
20 мкм, который при температуре Т > Ткр
переходит в расплав в процессе диспергирова-
ния.
Исследование вклада диспергирования в ме-
ханические свойства паяных соединений сплава
W-3Ni-2Cu припоем системы Ni-Mn-Cr-Co пока-
зало, что интенсивность эффекта зависит от
характера напряженного состояния поверхно-
сти сплава, температуры пайки и ширины зазо-
ра Наиболее интенсивно эффект проявляется
при Txf> 1300 ... 1320 °C (выдержка 10 ...
15 мин, зазор 0,05 мм). В этом случае частицы
W размером < 10 мкм заполняют практически
всю ширину шва. Из анализа математической
модели [15] следует, что вклад в упрочнение
шва от диспергирования в 2 раза выше, чем от
дисперсных частиц, вводимых в припой для
повышения жаропрочности (0,16 % В - 0,37 %
Zr - 0,3 % WC). При этом длительная жаро-
прочность соединений в десятки раз выше, чем
при пайке припоем ПЖК-35. Эффект диспер-
гирования проявляется и в системах с ограни-
ченной растворимостью (например, Fe-Cu),
особенно при использовании локальных источ-
ников нагрева. В тех случаях, когда возможна
растворимость твердой фазы в припое, сущест-
венное упрочнение может быть достигнуто
вследствие «сращивания» соединяемых по-
верхностей в процессе жидкофазного спекания
частиц, перешедших в зазор.
Третий способ — пайка припоями, обес-
печивающими получение в шве структуры
твердых растворов, необходимой в условиях
воздействия агрессивных сред, циклических
нагрузок и сверхнизких температур. В этом
случае композиционные припои используются
в виде многослойных фолы, покрытий, по-
слойного нанесения порошков, сеток в сочета-
нии с ленточным или порошковым припоями.
Для снижения температуры пайки компоненты
слоев подбирают таким образом, чтобы в про-
цессе контактного плавления происходило
образование жидкой фазы, обеспечивающей
смачивание и растворение паяемых материа-
лов, покрытий, буферных прослоек и легиро-
вание шва, что придает соединению высокие
механические и коррозионные свойства.
Как было установлено автором этой гла-
вы, одним из эффективных методов повыше-
ния прочности при температуре пайки, не
превышающей температуру разупрочнения
паяемых металлов (Тц < Т^), является целена-
правленное легирование соединяемых поверхно-
стей за счет нанесения покрытий из элемен-
тов с высоким модулем упругости. На примере
пайки стали 12Х18Н10Т с жаропрочными ста-
лями припоями системы Cr-Ni-Mn показана
эффективность применения многослойных ком-
позиционных припоев (при Т„ = 1150 °C, 30 мин).
Нанесение Сг (6 мкм) на обе паяемые поверхно-
сти и использование Ni (20 мкм) и Мп (35 мкм)
в виде покрытий обеспечили
1) снижение температуры пайки на 50 .
100 °C за счет контактного плавления Ni с Мп
и совмещение ее о оптимальной температурой
термообработки сталей;
2) распределение компонентов припоя в
виде покрытий с суммарной толщиной слоев
< 80 мкм, что устраняет заплавление охлаж-
дающих каналов теплообменника;
3) повышенную после пайки концентра-
цию хрома в области межфазных границ и в цен-
тральной части шва, что позволило получать
соединения, равнопрочные стали 12Х18Н10Т,
с высокой коррозионной стойкостью при
Г„<7’кр[16]
Одной из принципиальных особенностей
способа является нанесение избыточного коли-
чества хрома над его равновесной растворимо-
стью в расплаве Ni-Mn при Т„. В процессе изо-
термической выдержки хром из остатков по-
крытия диффундирует в основной металл,
обеспечивая его повышенную концентрацию
(до 18 ... 20 % масс.) в области спаев.
40
СПОСОБЫ ПАЙКИ
Для получения прочных паяных соедине-
ний из титановых сплавов применяют покры-
тия систем Cu-Zr (при о, » 540 ... 640 МПа),
сложные покрытия Cu-(Co-Ni)-Cu (о,» 660 МПа)
950 ... 1000 °C, 15 ... 16 мин. Дальнейшее уве-
личение прочности до 870 МПа (при 980 °C,
120 мин) достигнуто при использовании по-
крытия 80 Си + 20 Ni. Введение никеля снижа-
ет количество интерметаллидной фазы Ti3Cu.
Шов состоит из твердого раствора а-титана и
небольшого количества равномерно распреде-
ленных включений Ti3Ni, легированных ме-
дью. При пайке ниобия с медью и ниобия со
сталью 12Х18Н10Т для снижения хрупкости
предложены многослойные композиционные
проставки, позволяющие регулировать количе-
ство жидкости за счет ограничения содержания
активного металла (фольга из титана), разме-
щенного в шве. Прочность шва, имеющего струк-
туру твердого раствора системы Cu-Ni-Nb, близ-
ка к прочности паяемых материалов. Для огра-
ничения растекания припоя и запаивания узких
каналов при пайке гофрированных или ореб-
ренных конструкций перспективно применение
двухслойного композиционного припоя, со-
стоящего из сетки, и припоя в виде фольги или
смеси порошков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вершок Б. А., Новосадов В. С. Расчет
нестационарной кинетики и процесса контакт-
ного плавления И Физика и химия обработки
материалов. 1974. № 2. С. 61 65.
2 Калинин М. М., Новосадов В. С.,
Гржимальский Л. Л. Пайка вольфрамового
сплава ВНМ-3-2 / В кн.: Пайка и ее роль в по-
вышении качества продукции и эффективности
производства. М.: НТО Машпром, 1976. 312 с.
3 Новосадов В. С., Масленникова Л. П.,
Юдин В. В. Опыт применения композиционных
материалов в радиоэлектронике. Л.. ЛДНТП,
1976. 24 с.
4. Новосадов В. С., Шоршоров М. X.
Особенности формирования и механические
свойства разнородных соединений сплавов
циркония, титана и ниобия при аргонодуговой
сварке И Физика и химия обработки материа-
лов. 1968. № 2. С. 92 - 100.
5. Савицкая Л. К. Расчет скорости кон-
тактного плавления эвтектических систем //
Известия вузов Физика. 1962. № 6. С. 11 - 13
6. Способы пайки / В кн.: Справочник по
пайке / Под ред. С. Н. Лоцманова, И. Е. Петру-
нина, В. Н. Фролова. М.: Машиностроение,
1975. 306 с.
7. Черницыи А. И., Куфайкин А. Я.,
Расторгуев Л. Н. Структура и фазовый состав
переходной зоны, образующейся при диффузи-
онной пайке титана / В кн.: Технология и обо-
рудование высокотемпературной пайки. М
МДНТП, 1973.316 с
8. Dwell D. S., Owczarki W. A., Paulouis
D. F. «TLP» Bonding a new Method for Joining
Heat Resistant alloys. Welding Journal. 1974. v
53. N 4, p. 203-214.
9. Новосадов В. С. Влияние зазора на
структуру и химический состав шва. Аномалия
растворимости в малых зазорах / В сб.: Пайка -
2000. Мат. междунар. науч.-техн. конф. Толь-
ятти: ТЛИ, 2000. С. 7- 17.
10. Новосадов В. С., Журавлев С. П.
Кинетика процесса растворения в зазоре с уче-
том потока в твердую фазу / В кн.: Физика
межфазных явлений. Нальчик: Кабард.-Балкар
книжн. изд-во, 1984. С. 107 116
11. Новосадов В. С., Журавлев С. П.,
Костиков В. И. Растворение в зазоре с учетом
граничной кинетики / В сб.: Прогрессивные
методы в пайке. Киев: Ин-т электросварки им
Е. О. Патона. АН УССР. С. 18 - 30.
12. Новосадов В. С., Журавлев С. П.
Феноменологическая модель процесса раство-
рения при капиллярной пайке в малых зазорах /
В сб.: Адгезия расплавов и пайка материалов.
1989. №22. С. 66-72.
13. Феноменологическая модель про-
цессов массообмена на межфазной границе с
учетом граничной кинетики / В. С. Новосадов,
К. П. Гуров, С. П Журавлев, М. X. Шоршоров /
Физика и химия обработки материалов. 1986.
№5. С. 119 125.
14 Новосадов В. С., Журавлев С. П.,
Нурова Д. Р. Феноменологическая модель
изотермической кристаллизации паяного шва
(диффузионная пайка) с учетом исходной диф-
фузионной зоны / В кн.: Инженерные методы
обеспечения безопасности полетов при ремон-
те авиационной техники гражданской авиации.
М.. Высшая школа, 1986. С. 124- 130.
15. Новосадов В. С., Калинин М. М.
Формирование композиционной структуры в
шве в процессе диспергирования при пайке
металлов И Физика и химия обработки мате-
риалов. 1987. № 5. С. 105 - 112.
16. Юдин В. В., Новосадов В. С., Чер-
нятии В. В. Применение трехслойного покры-
тия хром-никель-марганец в качестве элемен-
тов припоя для пайки нержавеющих сталей /
В сб.: Механизация и автоматизация процессов
пайки: Науч.-техн. семинар (Москва, 1976). М.
Знание, 1976. С. 89 - 93.
Глава 3. ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
Свойства и качество паяного соединения
определяющим образом зависят от свойств при-
меняемых припоев. Температура плавления при-
поя должна быть не менее чем на 60 ... 100 °C
ниже температуры солидуса наиболее легко-
плавкого из соединяемых материалов. Нагрев
при пайке не должен вызывать потери механи-
ческих и физико-химических свойств материа-
лов. Припой должен обеспечивать заданные
эксплуатационные характеристики паяного
соединения.
В процессе пайки припой смачивает со-
единяемые поверхности паяемых деталей и
затекает в сборочный зазор. При кристаллиза-
ции в итоге растворно-диффузионных процес-
сов образуется соединение, обеспечивающее
механические свойства и герметичность не
ниже оговоренных конструкторской докумен-
тацией.
Различие коэффициентов термического
расширения, плотности, электро- и теплопро-
водности, электрохимических потенциалов,
коррозионной стойкости припоя и паяемых
материалов должно быть наименьшим При
невозможности соблюдения данного требова-
ния следует из всех пригодных по составу при-
поев выбрать с наиболее высокими механиче-
скими свойствами. В зависимости от назначе-
ния изделия может предъявляться ряд специ-
фических требований, например по электро-
проводности, теплопроводности, коррозионной
стойкости в специальных средах, деформации
в горячем и холодном состояниях и др. При
всех вышеперечисленных требованиях необхо-
димо учитывать стоимость (припой должен
быть наиболее дешевым и наименее дефицит-
ным) Следует ограничивать необоснованное
применение припоев, содержащих драгоцен-
ные и остродефицитные металлы (золото, се-
ребро, платину, палладий, вольфрам, молиб-
ден, германий, висмут)
Классификация припоев предусмотрена
ГОСТ 19248-90 и приведена в [1,2].
Припои классифицируют :
- по химическому составу - медные, се-
ребряные, золотые, палладиевые, платиновые,
никелевые, железные, марганцевые, оловянно-
свинцовые, индиевые, цинковые, висмутовые,
таллиевые, титановые и др.;
- по технологическим свойствам: само-
флюсующие - способствующие удалению при-
поем окислов с паяемой поверхности, и компо-
зиционные - состоящие из смеси тугоплавких
и легкоплавких порошков, позволяющих про-
изводить пайку узлов с большими зазорами;
- по содержанию активных компонентов
(титана, циркония и др.), повышающих смачи-
ваемость припоем окисленных поверхностей
паяемых материалов;
- по температуре плавления. К низкотем-
пературным припоям относятся припои с
Тп„ < 450 °C, к высокотемпературным - с
Тпл > 450 °C. Низкотемпературные припои вы-
плавляют на основе олова, свинца, висмута,
кадмия, цинка, индия, галлия. Высокотемпера-
турные припои в основе имеют медь, серебро,
никель, кобальт, железо, алюминий и др.;
- по сортаменту - пластичные припои из-
готавливают в виде проволоки, ленты, фольги,
полос; хрупкие припои изготавливают специ-
альными технологиями й виде аморфизирован-
ных или мелкокристаллических лент, фольги,
проволоки, прутков, а также традиционным
литьем. Хрупкие припои могут поставляться в
виде порошка, порошковых лент на органиче-
ской связке, паяльных паст.
Для удобства использования, а также с
целью повышения производительности труда и
качества паяных соединений некоторые при-
пои изготавливают в виде проволоки и прут-
ков, внутри заполненных флюсом, а также с
флюсовой обмазкой
ПРИПОИ НА МЕДНОЙ ОСНОВЕ
Группу медных припоев составляют медь
и сплавы на ее основе следующих систем:
Cu-Zn, Cu-Ni, Cu-Mn-Ni, Cu-Mn-Zn, Cu-P и др
Медь
Из всех припоев с низкой упругостью па-
ра для пайки в вакууме наиболее широко при-
меняют медь. Недостатком меди как припоя
является возникновение в соединениях, выпол-
ненных кислородсодержащей медью (марки
Ml, М2 и др.), газовых пор и кристаллизаци-
онных трещин при пайке в окислительной
среде (вследствие образования эвтектики
Cu-Cu2O). Обладая хорошей жидкотекучестью
и растекаемостью, медь легко затекает в капил-
лярные зазоры. Эту особенность наиболее эф-
фективно используют тогда, когда необходимо
42
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
получить соединения с малыми зазорами и
большой протяженностью (более 15 ... 20 мм).
При пайке стальных изделий в вакууме
или в восстановительных газовых средах, где
требуется большая протяженность швов, медь
на паяемую поверхность наносят электролити-
ческим слоем 3 . 15 мкм (например, в произ-
водстве свертных труб из малоуглеродистой
стали). Химический состав меди различных
марок приведен в табл. 1, механические свой-
ства паянных медью соединений - в табл. 2.
Медно-цинковые припои
Медно-цинковые припои представляют
собой двойные сплавы меди и цинка в различ-
ных соотношениях. Диаграмма состояния
сплавов системы Cu-Zn приведена на рис. 1.
Наибольший интерес представляют сплавы,
содержащие менее 39 % Zn и имеющие одно-
фазную структуру (a-твердый раствор). С уве-
личением содержания цинка в припое его
пластичность значительно снижается. Недостат-
ком медно-цинковых припоев является сильное
испарение цинка при пайке, что приводит к
повышению температуры плавления припоя и
образованию пористости в паяном шве.
Для снижения температуры плавления и
повышения технологических свойств медно-
цинковых припоев в их состав вводят в неболь-
ших количествах олово и кремний (до 1 %).
Добавка олова снижает температуру плавления
припоя и увеличивает его жидкотекучесть;
кремний понижает испарение цинка; введение
в припой небольших количеств бора придает
ему флюсующие свойства. ГОСТ 23137-78
определяет три марки медно-цинковых припо-
ев с повышенным содержанием цинка и пони-
женной температурой плавления (табл. 3 и 4).
Припои на медной основе, содержащие
кроме цинка небольшое количество олова и
кремния, имеют лучшие технологические
свойства и обеспечивают более высокую плот-
ность и герметичность шва. К этим припоям
относят латуни марок ЛОК59-1-03 и ЛКБ062-
0,2-0,04-0,5, ЛК62-0,5 и др
1. Химический состав литой и деформированной меди (ГОСТ 859-2001)
Обозначе- ние марок Массовая доля элемента, %
Си, не менее Си +Ag, не менее Примеси, не более
Bi 1 Fe Ni Zn Sn
М006 99,99 - 0,0005 0,001 0,001 0,001 0,001
М06 - 99,97 0,001 0,004 0,002 0,003 0,002
М1б - 99,95 0,001 0,004 0,002 0,003 0,002
моо 99,96 - 0,0005 0,001 0,001 0,001 0,001
МО - 99,93 0,0005 0,004 0,002 0,003 0,001
Ml 99,9 0,001 0,005 0,002 0,004 0,002
М1р 99,9 0,001 0,005 0,002 0,005 0,002
М1ф 99,9 0,001 0,005 0,002 0.005 0,002
М2р 99,7 0,002 0,05 0,2 - 0,05
МЗр 99,5 0,003 0,05 0,2 0,05
М2 - 99,7 0,002 0,05 0,2 0,05
М3 99,5 0,003 0,05 0,2 1 - 0,05
2. Механические свойства паяных соединений
Марка припоя Марка паяемого материала | Прочность паяного соединения при 20 °C
<тв, МПа Тер, МПа
Ml Сталь 12XI8H9T 314. 343
М2 Сталь 10 274. 343 167 196
МБ Сталь 20 176... 245
' ПРИПОИ НА МЕДНОЙ ОСНОВЕ
43
3. Химический состав и назначение медно-цинковых припоев
Марка Химический состав, % Назначение
Основные компоненты Примеси, не более
Си Zn Fe Pb
ПМЦ 36 34 ... 38 Ост. 0,1 0,5 Для пайки латуни, содержащей до 68 % Си
ПМЦ 48 46... 50 Ост. 0,1 0,5 Для пайки медных сплавов, содержащих Си свыше 68 %
ПМЦ 54 52 ... 56 Ост. 0,1 0,5 Для пайки меди, бронзы и стали
4. Механические и физические свойства мелно-цинковых припоев
Марка । Температура 1 плавления, °C Коэффициент линейного расширения а, |0Л К 1 Удельное электросопро- гивление, мкОм м Предел прочности при растяжении ов, МПа Относи- тельное удлинение 6, % Твер- дость НВ
ПМЦ 36 800 825 7700 22 10,3 Хрупкий
ПМЦ 48 850 865 8200 21 4.5 205,8 3 130
ПМЦ 54 876 880 8300 21 4,0 343 20 128
Наиболее известные и употребляемые ла- ческий состав и область применения даны в
тунные припои, их физические свойства, хими- табл. 5 и 6.
44
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
5. Латунные припои, их физические свойства, температура пайки, область применения
Марка Стандарт Плот- ность, кг/м1 Температура, °C Область применения
Начала плавле- Полного расплав- ления Пайки
Л63 Л68 ЛО60-1 ГОСТ 16130-90 ГОСТ 15527-70 8430 8600 8450 900 909 885 910 938 900 960 ... 1040 990 . 1040 950... 1000 Пайка углероди- стых конструк- ционных и
ЛКБ062-0,2-0,04-0,5 ЛК62-0.5 ЛОК59-1-0,3 ГОСТ 16130-90 8400 8400 8300 900 900 880 908 905 890 960... 1020 950... 1020 930-980 высоколегиро- ванных сталей (кроме сталей мартенситного класса), меди, никеля, чугуна
ЛОК62-0,6-0,4 ЛК62-0.2 - 8400 900 900 905 905 950 ... 1000 950... 1000
6. Химический состав латунных припоев
Марка
Медь Олово Кремний Бор
Л63 62 .65 -
Л68 67... 70 - -
ЛО60-1 59 ...61 1,0... 1,5 —
ЛКБ062-0.2-0.04-0,5 60,5 .. 63,5 0,3 ... 0,7 0,1 ... 0,3 0,03 ... 0,1
ЛК62-0.5 60,5 .63,5 0,3 ... 0,7 -
ЛОК59-1-0.3 58 ...60 0,7. 1,1 0,2... 0,4
ЛОК62-0,6-0,4 60,5 .63,5 0.4 ... 0.6 0,2 ... 0,4
ЛК62-0.2 60 ... 63 - 0,1 ... 0,3 -
Следует иметь в виду, что введение Sn и
Si в больших количествах охрупчивает латуни
и не позволяет получать пластичные паяные
соединения Прочность паяных соединений,
выполненных этими припоями, повышают
введением в состав припоев Ni, Мп, Fe. Много-
компонентные латуни широко применяют для
пайки тяжелонагруженных изделий, например
всех видов паяного режущего инструмента
(резцы, фрезы и др.), и изделий, в процессе
эксплуатации подвергающихся вибрационным,
ударным и другим видам нагрузок.
Свойства латунных припоев, в том числе
для пайки твердосплавного инструмента, при-
ведены в [3—6J. В табл. 7, табл. 8 даны марки,
температуры плавления, номера стандартов
многокомпонетных латунных припоев.
Медно-цинковыми припоями паяют угле-
родистые стали и медь посредством ТВЧ, в
печах, пламенем газовой горелки и в соляных
ваннах. В качестве флюса используются бура,
флюсы ПВ200 и ПВ201 (ГОСТ 23178-78). Для
наиболее легкоплавких из этой группы припо-
ев, например П47, АЛАРМет-21 (П21), реко-
мендуются флюсы ФК-250 (ТУ48-17228138/
ОПП-007-96), ПВ209 (ГОСТ 23178-78) и флюс-
паста ФП-1 (ТУ 48-17228138/ ОПП-014-2001).
ПРИПОИ НА МЕДНОЙ ОСНОВЕ
45
7. Многокомпонентные латунные припои, свойства, область i
Марка Стандарт Температура, °C Область применения
Начала плавле- Полного расплав- Пайки
ПрМНМц68-4-2, полоса ТУ 48-21-674-91; ОСТ 48-184-81 915 975 980... 1050 Для пайки твердого сплава, в том числе
ЛМцЖ57-1,5-0,75, полоса ТУ 48-21-299-84; ОСТ 48-184-81 865 873 900... 930
ЛМНЦ60-9-5, полоса ТУ 48-21-299-84 924 966 970... 1040
П102, порошок ОСТ 48-184-81 650 900 900 ... 950
ЛНКоМц49-9-0,2-0,2, полоса ТУ 48-21-299-84 - - -
ЛНКМц49-10-0,3-0,2, проволока 0 3 мм ТУ 48-21-5012-72 - - -
ПИ25, лента порош- ковая, порошок, паста ТУ 1700-038- 00224633-02 880 930 буровых коронок
ПИ26, лента порош- ковая, порошок, паста ТУ 1700-038- 00224633-02 - 880... 930
ПИ8, порошок, паста, лента порошковая ТУ 1700-038- 00224633-02 870 880 930... 950
ПИ 12, порошок, паста, лента порошковая ТУ 1700-038- 00224633-02 870 880 930... 950
П47, лента, проволока ТУ 48-17228138/ ОПП-001-98 760 810 820 ... 850
стали, никеля и их сочетаний, в том числе взамен серебряных
АЛАРМЕТ21, проволока ТУ 48-17228138/ ОПП-014-2002 796 830 840 .880 Для пайки стали, никеля, меди, медных сплавов и их сочета- ний, в том числе взамен серебряных
П21, пруток ТУ 48-21-843-87 796 830 840... 880
ЛОМНА 49-0,5-10-4-0,4 ТУ 48-21-305-82 815 830 860... 880 Пайка и пайко-сварка чугуна, в том числе с флюсом ФПСН-2 по специальной технологии
ЛКН56-0,3-6, проволока 890 905 950... 1000 Пайка углеродистых конструкционных сталей, чугуна
ВПр43, проволока 770 790 - Печная, газопламенная пайка меди, сплавов, стали и их сочетания
46
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
8. Химический состав многокомпонентных латунных припоев
Содержание элементов, % (масс.) (Zn - остальное)
Марка Си Ni Мп Sn Si 1 Fe Другие компоненты
ПрМНМц68-4-2 62. 68 4. 5 1,5... 2,5 -
ЛМпЖ57-1,5-0,75 56. 58 - 1 ...2 - 0,1 ... 0,2 0,5 ... 1,0 В 0,07... 0,15
ЛНМЦ60-90-5** 60,0 9,0 5,0 - - - -
П102 Ост 1 ... 2 - 8.. 10 - 2...4 Zn8... 10, СгО,5... 1,5
ЛНКоМц49-9-0,2-0,2“ 49,0 0,9 0,2 - - - Со 0,2
ЛНКМц49-10-0,3-0,2” 49,0 10,0 0,2 - 0,3 - -
П47 43 .. 45 2,0.. 4,0 9,5 ... 10,5 3,5. 4,5 - - В 0,05 0,25, А1 0,2... 0,4
АЛАРМет-21 (П21) 55.. 57 0,7... 1,4 - 6,7... 7,3 0,1 .. 0,3 - А1 0,01 . 0,2, В 0,05 ...0,25
ЛОМНА49-0,5-10-4-0,4 48.. 51 3,5... 9,5 ... 10,5 0,3 ... 0,6 - - А1 0,2 ... 0,6
ЛКН56-0,3-6 55 57,5 5,5... 6 - - 0,2... 0,4 - -
ВПрЗГ 27,8... 41,4 17. . 19 3. 5 3,5 ... 5,0 0,75 ... 0,90 - Сг2,5 ...3.0, Со 0,5 3,0, В 0,1 ... 0,3
Температура полного расплавления 1000 °C
' Среднее значение содержания компонентов
9. Прочность соединений при пайке
припоями
Марка припоя Марка паяемого материала Прочность паяного соединения при 20 °C
На растяжение с„ МПа На срез Тф, МПа
Л63 Сталь 20 Сталь СтЗ 343 . 392 421 270. 294 267
ЛК62-0.5 Медь 196 . 206 -
ЛКБО62-0,2-0,04-0,5 Сталь 10 Сталь 20 421 431 343 ... 372 294 ... 310 284 . 294
ПрМНМц68-4-2 Сталь 45 + твердый сплав - 264 , 282
ПИ 12, ПИ25 Сталь + твердый сплав ВКиТК - 300 . 350
П47 Сталь 20 420 290 . 310
АЛАРМет21 (П21) Сталь 10 Сталь 10 + медь 260 190 140 162
ПРИПОИ НА МЕДНОЙ ОСНОВЕ
47
Вследствие испарения цинка пайку мед-
но-цинковыми припоями в газообразных за-
щитных средах и в вакууме не проводят. Мед-
но-цинковые припои, как правило, для пайки
коррозионно-стойких сталей не применяют из-
за образования трещин в паяемом материале.
Припой ВПр31 (см. табл. 8) содержит 0,75
0,9 % Si и 0,1 ... 0,3 % В, образующих силици-
ды и бориды железа, которые блокируют рас-
пространение трещин по границам зерен пая-
емого металла. Удается избежать трещинооб-
разования в коррозионно-стойких сталях при
пайке припоями АЛАРМет21 (П21) и П47,
имеющими невысокую температуру плавления.
Значения прочности соединений, паян-
ных медно-цинковыми припоями, приведены в
табл. 9. В силу того, что прочность паяных
соединений зависит от подготовки поверхно-
сти, качества сборки, величины паяльного за-
зора, формы образца и многих других факто-
ров, которые невозможно учесть и сопоставить
при анализе имеющихся в литературе данных,
полученных в разное время, представленные
значения механических свойств носят лишь
ориентировочный характер [2].
Состав и свойства медных и медно-
цинковых припоев, наиболее широко приме-
няемых в Германии, приведены в табл. 10, 11.
Медно-никелевые припои
Медь с никелем образуют ряд твердых
растворов (рис. 2). Для увеличения жаростой-
кости и прочности при повышенных темпера-
турах в медно-никелевые припои вводят хром,
марганец, железо, кремний и алюминий. Со-
ставы и температура пайки медно-никелевыми
припоями с небольшим содержанием марганца
приведены в табл. 12, а с содержанием марган-
ца и серебра - в табл. 13 и 14. Физические и
механические свойства медно-никелевых при-
поев даны в табл. 15 и 16
10. Медине припои Германии
Марка по DIN 8513 Содержание элементов, % (масс) 1 емпература, °C Плотность,
Си Sn Р Начала плавления Конца плавления Пайки
L-CuSn4 Ост. 4 960 1060 1060... 1100 -
L-CuSn6 Ост. 5,5 ... 7,5 <0,3 910 1040 1040 8800
L-CuSnl2 Ост. 11 13 <0,4 825 990 990 8900
L-CuSn20 Ост. 20 800 890 890... 930
11. Медно-цинковые припои Германии
Марка по DIN 8513 Содержание элементов, % (масс) Начало Конец плавле- ния, °C Плот- ность,
Си Ni Zn Sn Si Мп ния, °C
L-CuNilOZn42 Ост. 8... 11 40,5 - 890 920 8700
L-CuZn40 58 62 Ост. <0,5 0,1 . 0,5 890 900 8400
L-CuZn39Sn 56... 62 Ост. 0,5 ... 1,5 <0,2 <1,0 870 890 8400
48
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
10 20 30 40 50 ВО 70 ВО SO
CU10 20 30 40 50 60 70 ВО 90 Hi.
Массовые дола
Рис. 2. Диаграмма состояния сплавов
системы медь-никель
12. Медно-никелевые припои для пайки стальных изделий
Содержание элементов, % (масс.) (Си - остальное) Температура пайки, °C
Ni Сг Мп Fe Si Al
3,0 2,0 - 5.0 1200
35 ..38 2,5 ... 3,5 2,5 ... 3,5 1,5 1120
28 10,0 - 2,0 1120
20... 30 - - - 1250
10... 14 4 ... 5 12 ... 14 1,0. 1,9 1250
35 3,0 3,0 3,0 1,5 -
4.0 - 2,0 0,6 1080
3 .4 1.5 ... 2,0 0,1 ... 0,2 0.5 1030
10 5,0 - -
20 5,0 5,0 1000
15 - 2,0 -
22 6,0 - - - 1035
35 ... 38 3,0 ...3,5 3.0 .3,5 3,0 ... 3,5 1200
13. Медно-никелевые припои с марганцем и серебром
Марка Стандарз Плотность, кг/м1 Температура пайки, °C Область применения Способ пайки
ПМ17, полосы, лента ТУ 48-21-326-79 8400 1030.. 1050 Пайка высоколе- гированных сталей и соединений сталь-медь, сталь-бронза В печах с вос- становительной газовой средой или в вакууме
ПМ17А ТУ 48-1-372-78 8400 1000 . 1020
ПМиЮ ТУ 48-21-141-72 8650 1020 . 1040 Пайка углеродистой и коррозионно- стойкой стали, в том числе трубопроводов Газопламенная, индукционная в печах, в гом числе в атмосфере аргона
ПРИПОИ НА МЕДНОЙ ОСНОВЕ
49
Продолжение табл. 13
Марка Стандарт Плотность, Температура пайки, °C Область применения Способ пайки
ПрАНМц 0,6-4-2, полосы ТУ 48-21-674-91 ОСТ 48-184-81 960... 980 Пайка быстро- режущей стали и твердых сплавов Индукционная, газопламенная
ВПр1, полосы ВПр4, полосы ОСТ 1 90208-75 8700 8000 1150. 1210 1070. 1140 Пайка легиро- ванных и высо- колегированных сталей, коррози- онно-стойких и жаропрочных сплавов, в том числе теплооб- менников Индукционная, в печах с восста- новительной газовой средой и в вакууме, элек- троконтактная. Припой ВПр1 - также газопла- менная
ВПр2, полосы, порошок ВПр13, полосы, лента ОСТ 1.90082-73 ТУ 14-1-3143-81 ТУ 48-1-354-75 8100 8200 980.. 1060 940... 970 Пайка легиро- ванных и высо- колегированных сталей, коррози- онно-стойких и жаропрочных сплавов, в том числе теплооб- менников Индукционная, в печах с восста- новительной газовой средой и в вакууме, элек- троконтактная. Припой ВПр1 - также газопла- менная
ВПр45 (Cu-Mn-Sn-Ni- основа) проволока, лист 1000. 1070 (7™ = 950... 980 °C) Пайка коррози- онно-стойких сталей и сплавов, высокая корро- зионная стойкость Печной, 'азопламенный
ПЖ45-81 8600 1180... 1230 Пайка высоколе- гированных сталей, коррози- онно-стойких и жаропрочных сплавов Индукционная в печах с восста- новительной газовой средой и в вакууме, газопламенная
П65, полосы ОС Г 34-13-198-80 - 950... 990 Пайка коррози- онно-стойких сталей и сплавов, медных сплавов, твердого сплава В вакууме, газопламенная
50
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
14. Медио-никелевые припои с марганцем и серебром,
химический состав и температура плавления
Марка Содержание элементов. % (масс.) (Си - остальное) Температура, °C
Мп Ni Л . 1 Другие элементы Начала плавле- Полного расплавле-
ПМ38МЛ 36 .40 4... 6 1,5 ... 2,5 - <0,2 (Li); <0,1 (В) 880 900
ВПр1 - 27 ... 30 1,5 ... 2,0 До 1,5 0,1 ...0,3 (В) 1080 1120
ВПр2 22... 26 5 ... 6 - 0,8... 1,2 0,15 ...0,25 (Li) 960 980
ВПр4 27 .30 28 ...30 0,8 . 1,2 1,0 . 1,5 4... 6(Со) 0,15 ...0,3 (Li) 0,15. 0.25(B) 0,01 ...0,2 (К) 0,05 ... 0,15 (Na) 0,1 . 0,2 (Р) 940 980
ВПр13 20 .23 10. 13 0.2. 0,4 0,5 ... 2,0 (Zn) 0,1. 0,3 (В) 21 ...25(Ag) 0,1 ... 0,3 (Р) 850 910
45А 30 5 - - 3(Zn) 880 900
КП - 18 ...20 4,5 ... 5 5 ... 6 - 950 970
ПЖ45-81 2,0... 3,0 30... 35 1,5 ... 2,0 2,5 ... 3,0 2,5 ... 3,5 (Сг) 1120 1200
ПМН10 - 10 - - 2...3(Сг) 1100 1140
ГПФ 4,2 ... 5,0 10. 14 1 ... 1,8 12... 14 - 1190 1280
ПМ17 15... 17 12. 14 0,2 ... 0,6 1,0 .2,0 0,2 ...0,3 (В) 870 940
ПМ17А 15... 17 10... 11 0,4 ... 0,8 5,0 . 6,0(Ag) 0,1 ... 0,3 (В) 870 940
пмцю 9 .11,5 4. 6 0,3 0.5 0,4... 0,6 (Сг) 0,1 (В) 900 960
П65 27 ... 28 4.5 . 5.0 1,3 ... 1,6 (Сг) 0,2... 0,4 (Li) 0,2 . 0,4 (Zn) < 0,02 (С) 870 910
ПрАНМц 0.6-4-2 1,5 2,5 3.0. 4,0 0,6 .0,8 (Al) , 910 ' 930
15. Физические свойства медно-никелевых припоев
Марка а, Ю^К-' X Вт/(м °C) кг/м3 Ю-’Омм
При температуре,' 'С
20. 100 20 . 200 20... 300 20 400 20 . 500 20... 600 25 100 200 300 400 500 600
ВПр1 17,1 17,7 18,4 18,8 19,8 20,9 32,2 34,75 38,18 41,87 46,05 50,24 50,34 8680 -
ВПр2 19,0 19,8 20,5 21,2 21,8 - 13,0 15,49 18,84 22,60 26,79 29,72 31,82 8130 8,0
ВПр13 - - - - 18,6 - 10,05 12,56 15,91 19,25 22,2 26,79 - 8220 -
ВПр4 16,8 17,4 17,9 17,7 18,3 19,1 - 12,56 14,65 17,16 19,25 21,35 23,45 8230 -
ПЖ45-81 14,6 15,2 15,7 16,3 16,9 17,0 23,86 26,37 29,31 32,65 35,17 35,17 38,09 8630 41,0
16. Механические свойства паяных соединений при пайке медио-никелевыми припоями
Марка Паяемый материал Тер, МПа, при температуре, °C <тД МПа, на базе N = 10 циклов при температуре, °C
-60 20 200 400 600 20 500
ВПр1 12Х18Н10Т 471 ... 568,8 363 ... 490 294... 392,3 186,2... 215,6 88,25 ... 156,8 245 96
ВПр2 12Х18Н10Т 254,8... 274,4 245. 294 - - - - -
Х15Н9Ю 245 ...294,0 205,8 ... 294 196. 294 186,2 ... 235,2 117,6... 137,2 190,12 269,5
Х15Н5АМЗ 186... 294,0 205,8... 245 186,2... 225,4 205,8 ...245 - 215,6 240,0
ПМ38МА 12Х18Н10Т - 205,8 ... 294 - - - - -
ПЖ45-81 12Х18Н10Т - 441,2 ... 406,6 - 225 ...314 176,51 ... 186,2 196 166,6
Х20Н80 - 578,5 ... 597,8 - - 274,4... 294 - -
ВПр4 12Х18Н10Т 441,26... 509,6 323,4... 392,3 284,2... 323,4 254,8... 303,8 127,5 ... 176,5 - -
12X13 - 255 ... 270 (300 °C) 167... 183 (500 °C) 147 ... 158 - -
14Х17Н2 - 245 ... 261 245 ...257 147... 155 - -
ПМЦ10 12Х18Н10Т 196... 380 400 - - 150 - -
* аг - предел выносливости.
ПРИПОИ НА МЕДНОЙ
52
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
Медно-фосфорные припои
Двойные сплавы меди с фосфором, близ-
кие к эвтектическому составу, имеют сравни-
тельно невысокую для среднеплавких припоев
температуру плавления (рис. 3) и высокие тех-
нологические свойства при пайке меди и мед-
ных сплавов, что в ряде случаев делает воз-
можным использовать припои этой группы в
качестве заменителей серебряных. Кроме того,
они недефицитны и имеют сравнительно невы-
сокую стоимость. Широкое использование
припоев системы Си-Р для пайки меди обу-
словлено также тем, что они являются по от-
ношению к ней самофлюсующими. За счет
диффузии меди в паяный шов снижается в при-
граничной зоне содержание фосфора и улуч-
шаются свойства паяного соединения. Пайка
без применения флюса или с его ограниченным
применением сокращает время пайки и повы-
шает качество, так как избыток флюса может
служить источником образования шлаковых
включений в паяном шве. Природа самофлю-
сования при пайке меди припоями Си-Р отра-
жена в [7, 8].
В силу образования на границе с паяемым
материалом прослойки фосфида железа не ре-
комендуется паять медно-фосфорными при-
поями изделия из стали и чугуна. Барьерные
покрытия медью на паяемой поверхности пре-
пятствуют образованию хрупких фосфидных
прослоек и позволяют получать пластичные
соединения на стали.
Рис. 3. Диаграмма состоянии сплавов
системы медь-фосфор
Испытания на ударный изгиб образцов
типа П по ГОСТ 23046-78 [9] показали, что
сопротивление паяных соединений ударной
нагрузке плавно возрастает с увеличением
толщины покрытия и достигает значения,
близкого паяным соединениям меди при тол-
щине слоя 75 мкм (табл. 17).
Медно-фосфорные припои изготавлива-
ются с использованием сплавов меди с фосфо-
ром, выпускаемых по ГОСТ 4515-93 и в ряде
случаев применяемых в качестве припоев. Мар-
ки и составы этих сплавов приведены в табл. 18
17. Влияние барьерного покрытия на ударную вязкость паяных соединений
Марка Паяемый материал Толщина медного барьерного покрытия, | Ударная вязкость 1 соединения а„, кДж/м2
0 11,8 ±6,8
Сталь 12Х18Н101 + 25 41 ± 17 114 ±34 155 ±48
ПМФОЦрб-4-О.ОЗ + медь Ml 75
100 154 ±40
Медь Ml - 159 ±40
18. Сплавы медно-фосфорные по ГОСТ 4515-93
Марка Содержание Р, % (Си - остальное) Примеси, %, не более Всего примесей, % Температура, °C
Bi Sb Fe Начала плавления Полного расплавления
МФ10 9 5 ... И 0,002 0,002 - 0,2 714 900
МФ9 8,0... 9,5 0,005 0,1 0,15 0,5 714 750
' ПРИПОИ НА МЕДНОЙ ОСНОВЕ
53
Сплав МФ9 изготавливается в виде литых
плиток, но в качестве припоя используется в виде
стружки и порошка, а при пайке погружением -
в качестве расплава для ванны с припоем
В табл. 19-21 приведены марки, химиче-
ский состав, физические свойства и сортамент
известных и выпускаемых отечественной про-
мышленностью медно-фосфорных припоев
В табл. 22 приведены механические свойства
паяных соединений.
Легирование системы медь-фосфор оло-
вом, цинком, никелем, кремнием, сурьмой
снижает температуру плавления и делает их
более технологичными при пайке. Однако все
эти сплавы трудно поддаются обработке дав-
лением, и традиционными способами обработ-
ки металлов давлением получить их в виде
проволоки и ленты чрезвычайно затруднитель-
но. Для повышения пластичности медно-фос-
форных сплавов в их состав вводят серебро
(табл. 23-25).
19. Химический состав отечественных медно-фосфориых припоев
Содержание основных компонентов, % (масс.)
Марка Си Р Sn Ni Zn Fe Zr Sb
ПМФОЦрб-4-0,03 Ост. 5,5 ... 6.3 3,5 ... 4,5 - - - 0,01 ... 0,05 -
П14 (ПМФО6-4) Ост. 5,5 ... 6,3 3.5... 4,5 - - - - -
ПрМЦФЖ 24-6-0,75 Ост. 5...7 - 22... 26 0,5 ... - -
ПМФСу 92-6-2 Ост. 5,7... 6,5 - - - - 1,8.. 2,5
ПФОЦ 7-3-2 Ост. 5... 7 2,5... 3 5 - 1 ...3 - - -
ПМФН 8,5-8,5* Ост. 8,5 - 8,5 - - - -
ПДОл5П7 Ост. 6,4... 8 4,2... 5,8 - - - - -
ПМФ7 Ост. 6,5 ... 7,5 - - - - - -
ПМФ9 Ост. 8,0... 9,5 - - - - - -
П81 52... 54 6... 7 - 6...7 Ост. - - -
ЗООК Ост. 4...6 14... 16 0,2... 0,5 - - - -
* Среднее значение.
20. Физические свойства припоя ПФОЦ7-3-2
a, IO"6 °C'1, при температуре, °C X, Bt/(m °C), при температуре, °C
§ S s S § S S S § S S S S § S S
19,45 21,0 24,6 28,9 30,4 31,2 29,3 30,56 31,82 34,33 33,49 36,84 36,42
21. Припои на основе системы медь-фосфор 2
Удельное Температура, °C
Марка Нормативная документация ротивление р, КГ’Омм Начала плавления Полного расплавления Форма поставки, сортамент Изготовитель
ПМФОЦр 6-4-0,03 ТУ 48-21-663-79 - 7850 640 680 Прессованные прутки 0 3,0 мм ЭЗКС (Москва)
П14(ПМФО6-4- полный аналог предыдущего припоя по техно- логическим и механическим характеристикам) ТУ 48-17228138/ ОПП-003-2001 (некалиброванный) ТУ 48-17228138/ОПП- 008-97 (калиброванный) ТУ 48-17228138/ ОПП-006-2000 (офлюсованный) 34.1 7850 640 680 Литые прутки 0 >10 мм, проволока 0 0,3 ... 3,0 мм, калиброванные, некалиброванные (в том числе офлюсованные 0 1,5 ... 3,0 мм), лента (0,2. 0,8) х (5... 45) мм, изготовленные способом высокоскоростного затвердевания из расплава ЗАО «АЛАРМ» а (Москва) g о X X 5
ПрМЦФЖ 24-6-0,75 ТУ 48-21-479-75 - 7800 690 700 Прессованные прутки 0 3,0 мм § ЭЗКС (Москва) g
ПФОЦ 7-3-2 ОСТ 190056-72 31,7 7500 680 700 Прессованные и литые прутки от 0 3,0 и выше m О i
ПМФСу 92-6-2 ТУ 48-21-584-77 - - 600 650 Литые прутки 0 20 мм ЭЗКС (Москва) g
ПМФН 8,5-8,5 ТУ 48-0820/0-318-85 - 8340 630 650 Прессованные прутки 0 3,0 мм, литые прутки 0 20 мм ЭЗКС (Москва)
ПДОл5П7 ТУ 14-1-8709-84 - - 640 680 Порошок Предприятие «Полема» (Тула)
ПМФ7 ТУ 48-17228138/ ОПП-ОЮ-97 27 7000 714 820 Лента (0,3... 1,0) х (10 ... 20)мм ЗАО «АЛАРМ» (Москва)
П81 ТУ 48-17228138/ ОП-002-2000 - 7700 630 660 Проволока и прутки 0 0,4 . 2,4 мм ЗАО «АЛАРМ» (Москва)
ЗООК ТУ 92-247-75 । - 7200 - 630 ! Слитки -
ПРИПОИ НА МЕДНОЙ ОСНОВЕ
55
22. Механические свойства соединений, паянных медно-фосфорными припоями
Марка припоя Паяемый материал Временное сопротивление разрыву о., МПа Предел прочности на срез Тер, МПа Угол изгиба, ° Ударная аязкостъ а„, кДж/м2
Медь 240 Разрушение 180 270
ПМФОЦрб-4-0,03* по меди
ПМФО6-4 (П14) Латунь 290 205 120 175
Медь + латунь - 200 - -
ПДОл5П7 Латунь 208 172 - -
ПФОЦ7-3-2* Медь 186 313 - -
Латунь 201 137 80 130
Медь 175 145 70 150
ПрМЦФЖ 24-6-0,75* Латунь 166 139 62 130
Медь + латунь - 112 - —
ПМФСу92-6-2 Латунь 290 62 - -
Латунь - 145 - -
ЗООК Медь + латунь - 165 - -
ПМФ7* Медь 200 117 85 146
Латунь 192 ПО 80 120
' о, и Tq, определялись по ГОСТ 23046-78; угол изгиба - по ГОСТ 24167-80, а„ - по ГОСТ 23046-78;
тср определялись на образцах типа 1.
23. Медно-фосфорные припои с серебром
Марка Стандарт Форма поставки Назначение
ПСр25Ф ГОСТ 19738-74 Проволока 0 1,5 мм Медные провода, детали электро- двигателей; без флюса
ПСр15 Механизированная пайка меди, закладные кольца
ПСрФ5-5 ТУ 48-1-360-81 Проволока 0 1,5 мм Закладные кольца для пайки меди
ПСрФ 1-7,5 ПСрФ1,7-7.5 ТУ 48-1-205-84 Прутки сечением 5 х 9 мм и 9 х 11 мм Газопламенная пайка медных труб к трубной доске тепловозных ра- диаторов
ПСрМОФ15 ТУ 48-1-394-81 Проволока 0 1,2. 1,5 мм Автоматическая пайка латунных и медных конструкций
24. Механические свойства паяных соединений
Марка Паяемый материал Сопротивление разрыву о,, МПа Предел прочности на срез тср, МПа
ПСр15 ПСрМОФ15 Латунь Латунь 260... 270 315 .328 205 ... 215
56
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
25. Химический состав и свойства медно-фосфорных припоев с серебром
Марка Содержание основных элементов, % (масс.) (медь - остальное) Температура, °C Плот- Удельное электросо- противление, КГ’Омм
Ag Р S„ Zn Начала плавления Полного плавления
ПСр25Ф 25 ± 0,5 5 ±0,5 645 725 8300 18,6
ПСр15 15 ± 0,5 4,8 ±0,3 - 640 810 8500 20,7
ПСрФ5-5 5 ±0,5 4,8 ± 0,3 650 850 8000
ПСрФ1-7,5 1,0 ±0,25 7,5 ± 0,5 1,5 ±0,5 700 780
ПСрФ1,7-7,5 1,7 ±0,3 7,5 ±0,5 1,5 ± 0,5 700 775
ПСрМОФ15 15 ±0,5 5 ±0,5 5 ±0,5 640 750 8500
26. Медно-фосфорные припои, выпускаемые по стандартам Германии и США
Марка по DIN 8513 Марка no ASTM Содержание элементов, % (масс.) Начало плавле- ния, °C Конец плавле- Плот- ность,
Си Р Sn Ag
L-CuP8 Ост. 8,0 - 710 740 8000
L-CuP7 BCuP-2 Ост. 6,7 ... 7,5 - 710 820 8100
L-CuP6 Ост. 6,2 - 710 880 8100
L-CuSnP7 Ост. 6,75 7.0 650 700 8000
L-Ag2P - Ост. 6,2 - 2 650 810 8100
L-Ag5P BCuP-3 Ост. 6 - 5 650 810 8200
L-Agl5P BCuP-5 Ост. 5 - 15 650 800 8400
L-Agl8P Ост. 7,25 - 17,75 643 643 8700
- BCuP-1 Ост. 4,75 ... 5,25 - - 710 900 -
- BCuP-4 Ост. 7,75 ... 7,8 - 5,75 ... 6,25 640 , 750
27. Наиболее распространенные названия некоторых зарубежных припоев
Марка no DIN 8513 Г ермания (Castolin, Degussa, Fontargen) Марка no ASTM США (Harris, Handy&Harman, Engelhard)
L-CuP7 Castolin 4270(RB5246), Degussa 92/8, A 2003 BCuP-2 Harris 0 (OLP.OHP), Fos-Flo 7, Silvaloy 0
L-Ag5P Castolin 806 (V), Degussa 5, A 3005V BCuP-3 Stay-Silv 5 (LP), Sil-Fos 5, Silvaloy 5
L-Agl5P Castolin 803D(DV), Degussa 15, A 3015 BCuP-5 Stay-Silv 15, Sil-Fos, Silvaloy 15
L-Ag2P Castolin 18O5(V), । Degussa 2, A 3002 V : -
Медно-фосфорные припои, изготавли- свойства и наиболее часто встречающиеся
ваемые по стандартам США и Германии, их марки приведены в табл. 26, 27.
' ПРИПОИ НА МЕДНОЙ ОСНОВЕ
57
Улучшенные путем легирования бессе-
ребряные медно-фосфорные припои в целом
ряде случаев являются полноценными замени-
телями серебряных припоев при пайке меди и
ее сплавов. Новые технологии производства
припоев позволили в значительной степени
расширить их сортамент и область примене-
ния. В разделе «Заменители серебряных и зо-
лотых припоев» даны конкретные рекоменда-
ции по таким припоям-заменителям и уточнен-
ные сравнительные характеристики свойств
паяных соединений.
Медно-германиевые припои
Полным аналогом золотых и серебряных
припоев в производстве электровакуумных
приборов и полупроводниковых приборов яв-
ляются припои на основе системы медь-
германий (табл. 28). имеющие низкую упру-
гость пара и необходимые физико-
механические и технологические характери-
стики (см. табл. 52. раздел «Заменители сереб-
ряных и золотых припоев»).
ПРИПОИ, СОДЕРЖАЩИЕ
ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ
Серебряные, золотые, платиновые и пал-
ладиевые припои обладают комплексом уни-
кальных для производства ряда паяных конст-
рукций свойствами. Однако припои, содержа-
щие в своем составе драгоценные металлы,
имеют высокую стоимость и относятся к груп-
пе дефицитных материалов. Использование
этих припоев целесообразно в производстве
наиболее ответственных изделий.
Серебряные припои
Имея относительно низкую для средне-
плавких припоев температуру плавления, се-
ребряные припои обладают наиболее высоки-
ми тепло- и электропроводностью, пластично-
стью, коррозионной стойкостью и технологич-
ностью. В силу своих уникальных свойств на-
шли применение с древнейших времен (при
пайке ювелирных изделий), с развитием техни-
ки - в самых широких ее областях. Этому спо-
собствует широкий ассортимент их поставки:
прутки, проволока, полосы, лента, фольга са-
мого широкого сортамента, что делает их
удобными для применения в механизирован-
ных и автоматических процессах пайки.
Серебро имеет температуру плавления
960 °C, но в качестве припоя его применяют
достаточно редко. В промышленности исполь-
зуют припои на основе серебра с содержанием
меди, цинка, кадмия, олова, фосфора и других
элементов.
28. Медно-германиевые припои
Марка Технические условия Плот- ность, кг/м’ Температура, °C Область применения Способы нагрева
Начала плавления Полного плавления
ПМГрН10-1,5В (№ 702) ТУ 48-21-662-79 8540 989 1003 Детали и узлы электро- вакуумных приборов Печной в вакууме
ПМГрН5-2.8В (№ 507) 8600 1033 1063
ПМГрК4-2.5В (№ 570) 8580 972 985
ПМГрОЮ-2,8В (№ 698) 8590 951 985
ПМГрОБ10-1-0.1У (№417) 48-21-786-85 8580 938 983 Электроваку- умные и полу- проводнико- вые приборы В вакууме
ВПр53 (Cu-Ge) ТУ 41-595-6- 489-96 Пайки Медные спла- вы, прочное и коррозионно- стойкое соединение
960 980
58
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
Высокая пластичность серебряных при-
поев с медью, состоящих из твердых растворов
на основе серебра и меди (рис. 4), отсутствие
компонентов с высоким давлением пара и низ-
кая стойкость окислов послужили причиной их
широкого применения при пайке изделий из
меди и сталей, работающих в условиях вакуума
и при повышенных статических и вибрацион-
ных нагрузках. При пайке этими припоями
применимы существующие виды нагрева,
флюсы, газовые среды и вакуум.
Широкое использование получил припой
ПСр72 - сплав эвтектического состава, обла-
дающий высокой технологичностью.
Рис. 4. Диаграмма состояния сплавов
системы мвдь-серебро
Рис. 5. Изотермы ликвидуса сплавов
системы серебро-медь-цинк
Припой ПСр72, смачивая сталь, не про-
никает по границам ее зерен, не охрупчивает
паяемый материал, вследствие чего не снижает
механические свойства высокопрочных корро-
зионно-стойких сталей переходного класса,
термически обработанных (св > 980 МПа) [10].
Введение в серебряные припои наряду с
медью цинка (рис. 5, рис. 6) снижает темпера-
туру их плавления, изменяет свойства и фазо-
вый состав сплавов (табл. 29).
Дальнейшее снижение температуры
плавления припоев на основе серебра достига-
ют введением в их состав кадмия и цинка
(рис. 7; табл. 30).
Кадмий очень сильно снижает темпера-
туру плавления припоев, одновременно увели-
чивая их жидкотекучесть. Установлено [11],
что кадмий в среднеплавких припоях, легко
Рис. 6. Фазовый состав сплавов системы
серебро-медь-пиик
Рис. 7. Изотермы ликвидуса сплавов
системы серебро-цинк-кадмий
ПРИПОЙ, СОДЕРЖАЩИЕ ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ
59
29. Серебряные припои с медью и цинком (ГОСТ 19738-74)
Марка Содержание основных элементов % (масс.) Температура, °C кг/м’ Удельное электросоп- ротивление, КГ* Ом -м
Ag Си Zn Начала Полного расплав-
ПСр72 71.5 .72.5 Ост. 779 779 10 000 2,1
ПСр71 70,5 ... 71,5 Ост. 0,8 1,2 (Р) 654 795 9800 4,3
ПСр50 49.5 ... 50.5 Ост. - 779 860 9300 2,5
ПСр70 69,5 .70,5 25,5 ... 26,5 Ост 730 755 9800 4,2
ПСр45 44,5 .45,5 29,5 . 26,5 Ост. 660 725 9100 9,7
ПСр25 24,7 .25,3 39,0. 41,0 Ост. 745 775 8700 6,9
ПСр10 9,7 ... 10,3 52,0. 54,0 Ост. 815 850 8450 7,1
ПСр65 64,5 ... 65,5 19,5 ... 20,5 Ост 695 720 9600 8,6
ПСр12М 11,7... 12,3 51,0 ... 53,0 Ост. | 780 825 8500 7,6
30. Серебряные припои общего назначения, содержащие кадмий и олово ( ГОСТ 19738-74)
Содержание основных элементов, % (масс.) Температура, °C = Удельное
Марка Ag Си Zn Cd Sn Начала плавле- Полного расплав- сопротив- ление, 10-* Ом м
ПСр50Кд 49,5 ... 50,5 15 ... 17 15 . 17 Ост - 625 640 9250 7,8
ПСрКдМ50-34-16 49,5 ... 50,5 Ост. - 33... 35 - 630 685 9600 5,8
ПСрМЦКд 45-15-16-24 44,5 ... 45,5 Ост. 15.. 17 23 ... 25 - 615 615 9400 6,5
ПСр40 39.. 41 16... 17,4 16,2... 17,8 Ост. 0,2... 0,3 (Ni) 590 610 9250 7,0
ПСр29,5 (ТУ 48-1-261-90) 29... 30 Ост. 29,5 ... 30,5 12 - 660 700 8600
ПСрМО68-27-5 67,5 ... 68,5 Ост. 4,5 ... 5,5 655 765 9900 14,0
ПСр62 61,5 ... 62,5 27,5... 28,5 - Ост. 650 723 9600 25,5
ПСрМОЦ70 (ТУ 48-1-337-90) 69... 71 17,5 .. 18,5 9,5 ... 11,5 - - -
ПСрМОГл 70-27-2-1В (ТУ 48-1-11-79) 63,9... 70,7 Ост. 0,9 1,1 । (Ga) 1,7... 2,3 -
60
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
испаряясь в процессе плавки, литья и пайки,
загрязняет рабочую атмосферу. Известно, что
кадмий относится к категории особо вредных
для здоровья веществ, так как пары окиси кад-
мия являются канцерогеном. В настоящее вре-
мя как у нас в стране, так и за рубежом кад-
мийсодержащие припои заменяются на бес-
кддмиевые [12]; чаще всего взамен кадмия
вводят олово (см. табл. 30).
Припой ПСрМОЦ70 выпускается в виде
полос и фольги и применяется для пайки и
лужения. Припой ПСрМОГл70-27-2-1В выпус-
кается в виде проволоки 0 0,6 и 0,8 мм, при-
меняется в производстве электровакуумных
приборов.
Серебряные припои с медью и оловом
(рис. 8) обладают сравнительно низким давле-
нием пара, вследствие чего их применяют для
пайки вакуумных приборов, изготавливаемых
из меди и стали. Введение большого количест-
ва олова снижает температуру начала плавле-
ния и увеличивает интервал кристаллизации,
что позволяет паять разнородные материалы,
имеющие разные ТКРЛ, без образования
трещин.
НассиСые Яели Си,%
Рис. 8. Изотермы ликвидуса сплавов системы
серебро-медь-олово
Наиболее распространенные серебряные
припои производства США и Германии, а так-
же их распространенные названия представле-
ны в табл. 31, 32.
31. Серебряные припои США и Германии
Марка по DIN 8513 Марка ASTM Содержание элементов, % (масс.) Температура, °C Плот- иость, кг/м’
Начала плавле- Конца плавле-
Ag Zn Cd Si Sn Cu
L-Ag20 - 20 35 - 0,1 - Oct. 690 810 8700
L-Ag20Cd - 20 25 15 0,1 ... 0,2 - Oct 605 765 8800
L-Ag25 B-Ag37 25 34 - - Oct 680 795 8800
L-Ag30Cd - 30 21 21 0,1 ...0,2 - Oct 600 690 9200
L-Ag40Cd - 40 21 20 - - Oct. 595 630 9300
L-Ag34Cd B-Ag2 34 Ост. 20 - - 22 610 680 9100
L-Ag72 B-Ag8 72 - - - Oct. 779 779 10 000
L-Ag50CdNi B-Ag3 50 - 16 (3Ni) - 15,5 645 690 9500
L-Ag44 B-Ag5 44 26 - - - Oct. 680 740 9100
- B-Agl8 60 - - 10 30 600 720 9800
L-Ag34Sn - 34 27 - 0,1 ...0,2 3 Oct. 630 730 9000
L-Ag45Sn 45 25 - 0,1 ... 0,2 3 Oct. 640 680 9200
L-Ag30 B-Ag20 30 32 - - - 38 680 765 8900
L-Ag40Sn B-Ag28 40 28 - 0,1 ... 0,2 2 Oct. 640 700 9100
ПРИПОЙ, СОДЕРЖАЩИЕ ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ
61
32. Наиболее распространенные названия некоторых зарубежных припоев
Марка по DIN Марка no ASTM Название в Германии («Castolin». «Degussa», «Fontargen») Название в США («Harris», «Handy&Harman», «Engelhard»)
L-Ag20 Castolin 181, Degussa 2009, A/AF 303 Safety-Si Iv 20, Braze 202, Silvaloy A-20T
L-Ag25 B-Ag37 Degussa 2500 Safety-Silv 25 Braze 255, Silvaloy A-25T
L-Ag30 B-Ag20 Castolin 1655, A/AF 330 Safety-Silv 30, Braze 300, Silvaloy A-30
L-Ag40Sn B-Ag28 Castolin 1665, Degussa 4003 A/AF340 Safety-Silv 40T, Braze 402, Silvaloy A-40T
Для увеличения прочности и коррозион-
ной стойкости при повышенных температурах
в состав припоев вводят никель или никель в
сочетании с марганцем, что положительно ска-
зывается и на их термостойкости (табл. 33, 34)
Однако серебряно-марганцовистые припои
обладают низкой коррозионной стойкостью в
условиях тропиков и солевого тумана
Для пайки металлов или минералокерами-
ки применяют серебряные припои, активизи-
рованные титаном (8 25 %). В качестве та-
кого припоя используют серебряный припой
состава, % (масс.): 15 Ag; 5 Си; 50 Ni; 5 Мп;
25 Ti. Легирование серебряных припоев лити-
ем и бором повышает их растекаемость и
смачивающую способность, придает припоям
самофлюсующие свойства [8]. Состав и тем-
пература плавления самофлюсующих серебря-
ных припоев с литием и бором приведены
в табл. 34. 35.
33. Серебряные припои с никелем, индием и марганцем
Марка Стандарт Температура, “С Область применения припоя
носгь, Начала плавле- Полного расплав- Пайки
ВПр13 ТУ 48-1-354-75 8200 850 910 940 970 Легированные и высоколегированные стали, коррозионно-стойкие и жаропрочные сплавы
ПСрЛНМ72 ТУ 48-1-337-90 10 000 780 789 810 850 Титан и его сплавы, высоколе- гированные стали в вакууме, водороде и защитных газах
ПСрМНЦ38 - 780 900 905 ... 920 Титан и его сплавы, сталь с медью, металлизированная керамика
ПСрМИнВбЗ ТУ 48-1-329-84 9700 685 715 750... 780 Титан и его сплавы, высоколе- гированная сталь с титановы- ми сплавами, коррозионно- стойкие сплавы в вакууме, водороде, инертных газах
62
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
Продолжение табл. 33
Марка Стандарт "S’ Температура, °C Область применения припоя
Начала плавле- Полного расплав- ления Пайки
ПСр37,5 ГОСТ 19738-74 8900 725 810 820... 860 Медь, никель, бронза, сталь, ковар, нейзильбер. Пайка стальных и медных деталей, работающих до 600 °C, газопламенная, в печах, ин- дукционная, в расплавах солей
ПСр21,5 (ВПр17) ТУ 48-1-337-90 8900 950 990 1050 . 1080 Коррозионно-стойкие стали, пайка индукционная, в печах, газопламенная
ПСрМИ н49, литые прут- ки 0 11 мм ТУ 48-1-202-89 - 540 . 570 Детали полупроводниковых и электровакуумных приборов
34. Химический состав серебримых припоев с никелем, индием, марганцем
Марка Содержание основных элементов, % (масс.) (Си - остальное) Другие элементы
Ag Мп Ni Zn In Si
ВПр13 21 25 20.. 23 10... 13 - 0,2... 0,4
ПСрЛНМ72 71,5 72,5 0,7... 1,3 - Li 0,15... 0,25
ПСрМНЦ38 37,5 38.5 1,6... 2,8 9,5 10,5
ПСрМИнВбЗ 62,5 ... 63,5 9,5... 10,5
ПСр37,5 37 38 7,9 .8,5 5...6 - -
ПСр21,5 (ВПр17) 20... 23 0,5 ... 2,0 16... 18 17 . 19 0,1 ... 0,3 Р до 0,2; Со 0,5 ...2,0; Nb0,5 ... 1,0; В до 0,2
ПСрМИн49 48,5 49,5 19,5... 20,5 (Си) Ост
ПСрМцМН86,8* 85,8 87,8 Ост. 0,5 ... 1,1 2,5 ... 3,3 (Си) -
ПСрМцМШЗ* 21 . 25 20 .23 10. 13 0,5 ... 2,0 0,1 . 0,3 Р 0,05... 0,2; В 0,05 ...0,2
* Выпускаются в виде полос и фольги п ГУ 48-1 J37-90, самофлюсующиеся
ПРИПОЙ, СОДЕРЖАЩИЕ ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ
63
35. Серебряные припои с литием и бором
Марка (№ припоя) Содержание основных элементов, % (масс.) Температура полного расплавления. °C
Ag Си Со в и
ПСрМЛ96 95,5 ... 96,5 Ост. 0,15 .0,25
ПСр92 91 .. 93 7,6 ... 7,8 - 0,2 .0,4 900
ПСрЛНМ72 71,5. 72,5 Ост. Ni0,7. 1,3 - 0,4... 0,6 780
№ 1 99,5 - - - 0,5 930
№2 71,8 28 0,2 778
ПСрМК72В 71,5 ... 72,2 Ост. 0,2 ... 1,0 0,001 . 0,005 - 785
Палладиевые припои
Палладий (Гпл = 1555 °C) и его сплавы
применяются прежде всего для пайки туго-
плавких металлов и сплавов, например таких,
как молибден, вольфрам, ниобий, платина
Сплавы палладия с никелем, кобальтом, хро-
мом, серебром, золотом применяются для пай-
ки жаропрочных сплавов и сталей. Палладие-
вые припои применяются также для пайки из-
делий из высокотемпературной керамики с
тугоплавкими металлами, например ниобием,
танталом, молибденом, вольфрамом. Сплавы
палладия с серебром и золотом используются
для пайки конструкций из палладия (мембраны
для очистки водорода). Палладий, вводимый в
качестве компонента высокотемпературных
припоев, значительно повышает их коррозион-
ную стойкость, пластичность, а также способ-
ность растекаться и смачивать паяемую по-
верхность.
Добавка палладия в припои приводит к
снижению их способности проникать в паяе-
мый материал и разъедать его, т.е. возможно-
сти возникновения контактной эрозии, что
позволяет проводить пайку тонкостенных из-
делий. В качестве припоев применяют как
двойные сплавы системы серебро-палладий,
обладающие высокой пластичностью, так и
многокомпонентные припои, в состав которых
входят серебро, медь, никель, марганец и дру-
гие металлы
Палладий с серебром образуют ряд гвср-
дых растворов (рис. 9) с небольшим интерва-
лом кристаллизации. Меняя соотношение пал-
ладия и серебра в припое, можно регулировать
температуру плавления от 1000 до 1500 °C.
Палладий с медью (табл. 36) также образуют
ряд твердых растворов с различной температу-
рой плавления (1100... 1550 °C).
Рис. 9. Диаграмма состояния спл
системы серебро-палладий
36. Серебряные и медные припои
с палладием
Содержание элементов, % Температура полного расплавления, °C
Pd Си Ag
10 90 1065
16 84 - 1100
20 80 1153
40 60 1293
70 30 1443
80 20 1486
87 - 13 1150
30 70 1119
40 60 1149
63 37 - 1243
81 19 1352
Более низкую температуру плавления
имеют припои системы палладий-серебро-
медь (рис. 10). Добавка лития способствует
лучшему растеканию припоя и придает ему
самофлюсующие свойства.
64
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
Рис. 10. Изотермы ликвидуса сплавов
системы палладий-серебро-медь
Припои системы серебро-палладий-медь
имеют низкую упругость пара, и паяные соеди-
нения работают в вакууме в длительном режи-
ме при температуре 500 °C. Припои, предна-
значенные для пайки жаростойких сплавов,
должны обладать большей высокотемператур-
ной прочностью и сопротивлением ползучести,
и изготавливаются на основе систем Ag-Pd-Mn,
Ni-Mn-Pd, Cu-Pd-Ni-Mn и Pd-Ni. Добавки ли-
тия и бора повышают смачиваемость этими
припоями.
Палладиевые припои, используемые в ре-
акторе- и ракетостроении, а также в строитель-
стве газовых турбин, представлены в табл. 37
[13]. Припой ПЖК-1000 широко применяют
при изготовлении ответственных узлов в раз-
личных отраслях машиностроения при пайке
соединений жаропрочных и коррозионно-
стойких сплавов и обеспечивает высокие меха-
нические и коррозионно-стойкие свойства при
высоких температурах (табл. 38) и в контакте с
агрессивными средами.
В табл. 39 приведены содержащие палла-
дий составы припоев для вакуумно-плотной
пайки металлизированной керамики [13].
В табл. 40 приведены свойства содержа-
щих палладий припоев с низкой упругостью
пара, а также паяемые ими материалы в
производстве электровакуумных приборов [14];
в табл. 41 - серебряные припои с палладием
производства Германии.
37. Наиболее жаростойкие припои с палладием
Система припоя Химический состав, % (масс.) (Pd - остальное) Температура полного расплавления, °C
Си Ni Сг Ge Si
Pd-Ni - 40 - - - 1237
30 41,5 1,5 1177
Ni-Cu-Pd 30 40 — —. 1226
30 40 - 3 1124
Ni-Cu-Cr-Pd 15 60 15 - - 1313
Ni-Pd-Cu-Ge - 59 60 15 15 - 2 1262 1293
29 38 - 8 1154
Ni-Pd-Cu-Ge 29 36 - 10 — 1134
27 35 - 8 - 1145
Ni-Pd-Cr-Ge - 58 15 4 - 1283
Ni-Pd-Ge 65 - 8 - 1201
- 63 - 10 — 1184
Pd-Cr-Ni (ПЖК-1000 ТУ 48-1-408-83, полосы) - 33 19 - 0,2 (Гликв= 1237) (ГМЙИ1= 1250)
ПРИПОЙ, СОДЕРЖАЩИЕ ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ
65
38. Механические свойства соединений, полученных при
пайке различных материалов припоем ПЖК-1000 (при 20 °C и высоких температурах)
Паяемый материал а„ МПа, при температурах Гер, МПа, при температурах
20 850 900 20 800 850 900
12Х18Н10Т - 666 ... 676 215. 225 - 235 ... 245
07X16Н6 1135... 1155 -
09X15Н9Ю 1075 ... 1097
ХН55МВЮ 685 ...930 255 ... 392
ХН55МВЮ + + ХН77ТЮР 785 ... 930 392 420
ВЖ98 + + ВЖЛ12 - 186... 203 -
ЖС6К 617... 637 255 .274 - - 176... 274 -
39. Припои вакуумиой плавки для пайки металлизированной керамики
Марка Технические условия Температура плавления, °C Содержание основных элементов. % (масс.) (Си - остальное)
Ag Pb Со В
ПСрМПд52-28-20В ТУ 48-1-329-84 879 . 898 51,5 ... 52,5 19,5 ... 20,5
ПСрМПд65-20-15В ТУ 48-1-329-84 860.. .910 64,5 . 65,5 14,5 15,5
ПСрПдМКБ65-15-19В* ТУ 48-1-11-79 860.. . 870 64,5 ... 65,5 14,5 ... 15,5 0,3 ... 0,5 0,05 ... 0,15
ПСрМПд59-31-10В* ТУ 48-1-329-84 827.. . 853 58,5 ... 59,5 9,5 . .. 10,5
ПСрМПд68-27-5В* ТУ 48-1-329-84 807.. .. 810 67,5 ... 68,5 4,5 ... 5,5 -
* Припои, используемые для пайки узлов электровакуумных приборов [14].
40. Свойства припоев с низкой упругостью пара, паяемые материалы
Марка Физико-механические свойства при 20 °C Паяемые материалы
МПа 6, % НВ, МПа у, кг/м3
Палладий 100% 210 55 610 12 100 Молибден, вольфрам, металлокера- мические узлы особого назначения Медь, ковар, кобальтовые сплавы,
ПСрМПд65-2О-15 500 24 10 400 никель и его сплавы, титан, цирконий, молибден, вольфрам Медь, ковар, кобальтовые сплавы.
ПСрМПд59-31-1О 520 22 10 100 никель и его сплавы, титан, цирконий, молибден, вольфрам Медь, ковар, кобальтовые сплавы,
ПСрМПд68-27-5 480 23 10 100 никель и его сплавы, титан, цирконий, молибден, вольфрам
3 - 8294
66
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
41. Серебряные припои с палладием Германии
Марка Содержание элементов, % Температура, °C
Ag Си Мп Ni Pb Начала плавления Полного расплавления
SCP-1 68,4 26,6 5 807 810
SCP-2 58,5 31,5 - 10 824 852
SCP-3 65,0 20 15 850 900
SCP-4 54,0 21,0 25 901 950
SCP-7 52,0 28,0 20 879 898
SPM-1 75.0 - 5 20 1000 1120
NPM-1 31 48 21 1120 1120
SPM-2 64 3 33 1180 1200
Золотые припои
Припои на основе золота обладают высо-
кими показателями пластичности, коррозион-
ной стойкостью, электропроводностью, тепло-
проводностью и еще целым радом положи-
тельных свойств.
Золото в чистом виде как припой приме-
няется редко, но оно образует твердые раство-
ры со многими металлами, чем пользуются при
разработке пластичных припоев. Однако при-
менение их ограничивается высокой стоимо-
стью и дефицитностью золота, поэтому золо-
тые припои используют только там, где это
оправдано (пайка вакуумных приборов с ваку-
умно-плотными соединениями, электроконтак-
тов и т.д.).
При пайке изделий с вакуумно-плотными
соединениями применяют в основном сплавы
золота с серебром и медью, которые между
собой образуют непрерывный ряд твердых
растворов (рис. 11 и 12).
Минимальная температура плавления
сплава с 80 % Au и 20 % Си - 889 °C. Введение
в состав медно-золотых припоев серебра, с
которым золото образует также ряд твердых
растворов, позволяет несколько снизить темпе-
ратуру их плавления. Эти припои нашли ис-
пользование при пайке молибдена и графита с
металлами (табл. 42). Дальнейшего снижения
температуры плавления этих припоев достига-
ют введением в их состав цинка, кадмия и ин-
дия (табл. 43-44).
Сплавы золота с германием при содержа-
нии примерно 12 % Ge и 6 % Si пластичны и
плавятся соответственно при температурах
365 и 370 °C.
S00'___1-- . 1. I—"x-.-J-1---1, I
Ад 10 10 30 90 SO to 10 во 90 Au
Массовые во ей Au */,
Рве. 11. Диаграмма состоинии сплаиов
системы золото-серебро
Массовые воли Си f %
Рис. 12. Диаграмма состоииии сплавов
системы золото-медь
Для пайки золотых изделий или изделий,
покрытых золотом, применяют припой с со-
держанием 46 % Au, 32 % Sb, 18 % Zn, 3 % Si и
1 %Ni. Он имеет сравнительно низкую темпера-
туру плавления (590 °C), хорошо растекается по
паяемой поверхности и не растворяет паяемый
материал. Припой с более высокой температу-
рой пайки (740 °C) ЗЛСрМ-583-80 содержит
58,3%Аи, 13 ... 14%Ag, 10 % Cd, 5 ... 6 % Zn,
Си - остальное.
ПРИПОЙ, СОДЕРЖАЩИЕ ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ
67
42. Золотые припои с медью и серебром
Содержание основных элементов, % (масс.) Температура, °C
Au Ag Си Начала плавления Полного расплавления Пайки
94 6 950 980 1030
80 — 20 889 889 890... 1010
75 7,5 17,5 880 895 —
60 20 20 850 870
58,3 30 11,7 835 880
58,3 20 21,7 829 847 —
40 — 60 946 985 1035
37,25 62,75 950 990 990... 1090
35 — 65 970 1010 1040
33,3 33,3 33,4 823 877 —
33,3 40 26,7 780 870 —
30 - 1 70 990 , 1020 , 1060
43. Золотые припои с серебром, медью, цинком, кадмием
Содержание элементов, % (масс) Температура, °C
Au Ag Си Cd Zn Начала плавления Полного расплавления
58,5 4,9 25,6 2,0 9,0 790 837
75,0 7,5 7,5 7,0 3,0 - 800
75,0 2,8 11,2 2,0 9,0 747 788
75,0 9,0 6,0 — 10,0 730 783
75,0 — 15,0 8,2 1,8 793 822
75,0 2,8 11,2 9,0 2,0 738 760
58,5 8,0 22,0 9,4 2,1 744 776
58,5 4,9 25,6 9,0 2,0 738 760
58,5 11,9 25,6 4,0 816 854
58,5 10,3 24,2 7,0 804 836
58,0 24,2 10,8 7,0 765 808
33,3 35,0 21,7 10,0 725 759
33,3 30,0 16,7 — 20,0 695 704
58,5 — 29,5 9,8 2,2 748 793
58,3 16 21,7 2,0 3,0 795 840
44. Золотые припои с палладием и индием
Содержание элементов, % (масс.) Температура, °C
Au Ag Си Pd Cd In Начала плавления Полного расплавления
38 20 20 3 18 630 695
48 16 20 5 10 — 700 800
65 2 13 5 14 720 795
55 10 12 8 14 1 750 835
70 6 10 5 8 780 885
55 11 15 10 8 — 830 900
55 12 15 10 6 2 825 910
70 10 5 5 9 1 790 925
70 — 5 5 940 967
51 15 15 - 1000 1030
68
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
Массовые Золи NC,
Рис. 13. Диаграмма состоииии сплавои
системы золото-иикель
В отдельных случаях для монтажной пай-
ки изделий из высокопрочных коррозионно-
стойких сталей применяют золотые припои
с никелем. Минимальная температура плавле-
ния этих сплавов при содержании 17,5 % Ni -
950 °C (рис. 13).
Сплавы золота с никелем получили ши-
рокое применение в ракетостроении для пайки
изделий, работающих при повышенных темпе-
ратурах, т.е. там, где от паяных соединений
требуются высокие физические, механические
и жаропрочные свойства.
Для придания золотым припоям повы-
шенной коррозионной стойкости и жаропроч-
ности в их состав вводят хром.
Припой с содержанием 6 % Сг и 22 %Ni с
температурой плавления 975 ... 1000 °C позво-
ляет выполнять соединения деталей из корро-
зионно-стойких сталей, удовлетворительно
работающих при температурах до 600 °C
Золотые припои применяют для пайки
платины и ее сплавов; в этом случае в состав
припоев вводят палладий, повышающий их
смачивающую способность (табл. 45).
Золотые припои систем Au-Cu и Au-Ag-
Cu по сравнению с серебряными аналогичного
назначения имеют более низкую упругость пара,
что позволяет их использовать в производстве
электровакуумных приборов с целью получения
вакуумно-плотных соединений, работающих
при длительном нагреве до 700 °C
В табл. 46, табл. 47 приведены паяемые
материалы, составы, свойства золотых припоев
с низкой упругостью пара.
Платиновые припои
Платиновые припои обладают хорошей
способностью смачивать металлы и высокой
сопротивляемостью к окислению. В качестве
припоев применяют сплавы платины с золотом,
индием, медью, никелем и другими металлами
Припои используют для изготовления изделий,
работающих при высоких температурах.
Применение платиновых припоев для
пайки металлов ограничивается высокой стои-
мостью платины, поэтому их используют для
соединения труднопаяемых изделий, например
торий-вольфрамовой проволоки с молибденом
в производстве электронных трубок. Припои
приведены в табл. 48.
45. Многокомпонентные золотые припои с палладием
Содержание элементов, % (масс.) (Ag - остальное) Температура плавления, °C
Au Pd Си Zn Ni Мп
45 .58,3 4 ... 6 5 7,5 1 ... 2 - - 950... 1000
55 ... 58,3 8 ... 10 2... 3 1,0 0,1 ... 0,3 0,1 1100.. ИЗО
75 8,0 7,5 2,0 — — —
75 8,0 6,5 . 7,5 — — — 1100.. ИЗО
45 ... 58,8 8,0 3 ... 5 1,0 0,1 ... 0,3 0,1 1030.. 1070
46. Золотые припои с низкой упругостью пара для пайки металлизироваииой керамики
Марка Технические условия Температура плавления, °C Содержание основных элементов, % (масс.) (Си - остальное)
Аи Ag Ni
ПЗЛМ35В ТУ 48-1-329-84 1000 ... 1020 34,6 ... 35,4 - -
ПЗлМ37,5В 990... 1010 37,1 ... 37,9 — -
ПЗлМН35В 980... 1020 34,6 ... 35,4 — 3,0 ... 3,8
ПЗлМСр75В ТУ 48-1-330-84 892... 900 74,6 ... 75,4 12... 13 -
ПРИПОИ, СОДЕРЖАЩИЕ ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ
69
47. Золотые припои с низкой упругостью пара для паики электровакуумных приборов
Марка Физико-механические свойства при 20 °C Паяемые материалы
ов, МПа 8, % НВ. кгс/мм2 у, кг/м1
Золото 100 % 122 50 18.5 19 300 Вольфрам, молибден
ПЗлМН35В - - Молибден, никель, сталь, ковар, медь
ПЗлПд91В - Молибден, вольфрам, никель, коррозионно-стойкая сталь
ПЗлМ35В 490 24 74 10 500 Медь (толстостенные детали), ковар, никель, мельхиор, константан
ПЗлМСр75В 590 26 170 15 500 Медь, ковар, никель, медно-никелевые сплавы
48. Платиновые припои
Марка Содержание элементов, % Температура, “С
Pt 1г Rh о. Другие элементы, не более Примеси, %, не Начала плавле- Полного расплав- ления
Пл99,93 >99,93 0.15 Pd 0,07 1739 1769
ПлИ-5 94,7 ...95,3 4,7 . 5,3 0,15 Pd 1765 1772
ПлИ-10 89,7 ... 90,3 9,7. .. 10,3 0,15 lr 1780 1795
ПлИ-15 84,6 ... 85.4 14,6 15,4 1800 1830
ПлИ-17,5 82,1 ... 82,9 17,1 .. 17,9 0,25 1807 1837
ПлИ-20 79,5 ... 80,5 19,5 ... 20,5 0,15 Pd 1815 1845
ПлИ-25 74.0 76.0 24.0 ... 26.0 1840 1875
ПлИ-30 69,5 ... 70,5 29,5 30,5 1920 1950
ПлРд-10 89,7 ... 90,3 9,7. 10,3 0,22 1845 1855
ПлРд-20 ПлРд-40 79,6 59,5 ...80,4 ... 60,5 19,6 39,5 ...20,4 ... 40,5 0,23 1895 1940 1905 1950
ПлМ-2.5 97,2 ... 97,8 2,2. 2,8 0,20 Pd 1750 1760
ПлМ-8,5 91,1 ...91,9 8,1 . 8,9 0,20 Pd 0,25 1690 1720
ПлН-4.5 95.1 .95,9 4,1 ... 4,9 Ni 1720 1750
Pt-Ag Pt-Au 70,0 30,0 30 Ag 70 AU 0,23 1185 1200 1560 1440
70
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
Заменители серебряных и золотых припоев
Припои, содержащие драгоценные метал-
лы, должны применяться лишь в том случае,
когда дополнительные затраты на их приобре-
тение оправданны (т.е. в создаваемое паяное
изделие вкладываются большие средства и
огромные трудозатраты, а отказ при эксплуа-
тации этих изделий может привести к значи-
тельному ущербу и чрезвычайным обстоятель-
ствам).
Представленные в табл. 18-23 составы,
свойства медно-фосфорных припоев, а также
полученных с ними паяных соединений (см. п.
«Медно-фосфорные припои») свидетельствуют о
близких к серебряным припоям (ПСр45, ПСр40,
ПСр29,5 и др.) температуре плавления и меха-
нических характеристиках паяных соединений,
что делает возможным замену ими серебряных
припоев. Все медно-фосфорные припои имеют
высокие технологические свойства при пайке и
сравнительно невысокую температуру плавле-
ния. Механические свойства паяных соедине-
ний из меди и медных сплавов в ряде случаев
вполне отвечают эксплуатационным требова-
ниям. предъявляемым к паяным конструкциям.
Припой ПМФОЦрб-4-0,03 и его полный
аналог по физико-механическим характеристи-
кам припой П14 (см. табл. 19-22) нашли наи-
более широкое применение в производстве
паяных конструкций из меди, латуни, бронзы,
мельхиора и получили наибольшее развитие в
производстве [15, 16]. Разработанная в ЗАО
«АЛАРМ» технология получения проволоки,
прутков и лент методом высокоскоростного
затвердевания расплава позволила значительно
расширить номенклатуру и сортамент припой-
ных форм [17]. В настоящее время эта техноло-
гия позволяет получать из труднодеформируе-
мых медно-фосфорных припойных сплавов,
например системы Cu-P-Sn и других систем.
довольно пластичные проволоки малого диа-
метра 0,3 ... 1,5 мм и ленты, что в значительной
степени решает вопросы механизации и автома-
тизации процессов пайки с использованием
бессеребряных припоев. Ранее это было нере-
ально, так как методом горячего прессования из
этих сплавов возможно было лишь получение
довольно хрупких прутков 0 2,5 ... 3,5 мм.
В табл. 49 приведены уточненные данные
механических свойств соединений, паянных
медно-фосфорным припоем П14 и серебряны-
ми припоями ПСр40 и ПСр29,5. Пайка образ-
цов и их механические испытания в соответст-
вии с ГОСТ 28830-90 проводились в одинако-
вых условиях.
Припой П14 взамен серебряных припоев
ПСр45, ПСр40, ПСр29,5, ПСр15, ПСрФ5-5
применяется в производстве бытовых холо-
дильников (медные трубопроводы холодиль-
ных агрегатов), теплообменной аппаратуры, в
приборостроении (в том числе соединения из
латуни), энергетическом машиностроении,
электротехнической промышленности и т.д.
Для пайки соединений из стали со сталью
и ее сочетаний с медью и ее сплавами, никелем
и его сплавами, твердыми сплавами рекомен-
дуются в качестве заменителей серебряных -
припои на основе Cu-Zn-Sn (АЛАРМет-21
(П21)), Cu-Zn-Mn-Sn (П47) и Cu-Zn-Ni-P (П81)
(табл. 50). Припои нашли широкое применение
при пайке стальных и медно-стальных соедине-
ний, в том числе трубопроводов холодильных
агрегатов (припои П81, П21), латунных соеди-
нений и соединений латуни со сталью, в том
числе при пайке чувствительных элементов
манометрических пружин (П81), соединений
твердого сплава со сталью (П47). Пайка осуще-
ствляется газовой горелкой, токами высокой
частоты с использованием флюсов разработки
ЗАО «АЛАРМ» серии ФК, а также в печи.
49. Прочность паяных соединении из латуни Л63 и меди Ml при растяжении (ГОСТ 28830-90)
Припой Паяемый материал тср, МПа (образец типа I) ав, МПа (образец типа 2)
ПСр40 Латунь Л63 140 210
Медь М1 130 240
ПСр29,5 Латунь Л63 168 254
Медь Ml 170 236
П14 Латунь Л63 150 300
Медь МI ! 'б2 222
ПРИПОИ, СОДЕРЖАЩИЕ ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ
71
50. Бессеребряные припои для пайки стали и ее соединений с медью и медными сплавами
Марка припоя Технические условия Плот- ность, Температура, °C Форма поставки, сортамент Изготовитель (Москва)
Начала плавления Полного расплав- ления
П21 ТУ 48-21-843-87 8200 796 830 Прессованные прутки 0 2,5 мм ЭЗКС
АЛАРМет-21 ТУ 48-17228138/ ОПП-014-2002 Проволока и прутки 0 1,2...2 мм ЗАО «АЛАРМ»
П81 ТУ 48-17228138/ ОПП-002-2000 7700 630 660 Проволока и прутки 0 0,4 ... 2,4 мм ЗАО «АЛАРМ»
П47 ТУ 48-17228138/ ОПП-001-98 - 760 810 Проволока и прутки 0 1,6 ,2,0 мм Лента(0,1 ...0,4)х х (5 ... 20) мм ЗАО «АЛАРМ»
51. Прочность паяных соединений
Марка припоя Паяемый материал Tq,, МПа (образец типа 1) < а,, МПа (образец типа 2)
10Х18Н9 159 156
ПСр40 Сталь 20 184 198
10Х18Н9 201 218
ПСр25 Сталь 20 239 322
10Х18Н9 147 168
АЛАРМет-21 Сталь 20 135 298
10Х18Н9тМедь М3 151 192
Сталь 20 + медь М3 187 190
10Х18Н9 172 312
П47 Сталь 20 146 297
10Х18Н9 + медь М3 - 184
Сталь 20 109 66
П81 Сталь 20 + латунь Л63 79
Латунь Л63 204
Медь Л63 225
В табл. 51 приведены механические свой-
ства паяных соединений из стали и сочетаний
стали с медью и латунью. Пайка и испытания
образцов производились в одинаковых услови-
ях в соответствии с ГОСТ 28830-90. Наиболее
легкоплавкий припой П81 (Cu-Zn-Ni-P) реко-
мендуется для пайки телескопических соеди-
нений, при эксплуатации которых он обеспе-
чивает достаточные герметичность, прочность
и вибростойкость при длительной эксплуата-
ции паяных соединений. Припои П47 и
АЛАРМет-21 обеспечивают прочностные ха-
рактеристики, близкие к характеристикам, по-
лучаемым с помощью серебряных припоев
В электровакуумных приборах в качестве
конструкционных материалов применяются
72
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
медь, никель, молибден, железо, сплавы типа
ковар, фени и коррозионно-стойкая сталь. За-
щитными атмосферами при пайке обычно явля-
ются водород или вакуум. Для изделий, которые
должны обеспечивать длительный нагрев в ва-
кууме до 500 °C, используются серебряные при-
пои, а для изделий, нагреваемых до 700 °C, -
золотые, имеющие более высокую температуру
и более низкую, чем у серебряных, упругость
пара. Наибольшее применение имели золотые
припои марок ПЗлМ37,5В; ПЗлМОВ:
ПЗлМН1,5В и серебряные припои ПСр72В,
ПСрМПд68-27-5В; ПСрМПд59-31-10В
Особую группу припоев, разработанных
взамен золотых и серебряных, составляют при-
пои на основе медь-германий [18-20]. Марки
этих припоев и их физико-механические свой-
ства приведены в табл. 52.
Не содержащие серебра припои на основе
меди являются полноценной заменой серебря-
ных припоев, особенно в условиях производст-
ва продукции массового спроса бытовой тех-
ники. В зависимости от конструкции паяемого
соединения разработанные сплавы позволяют
достигать свойств, близких к свойствам соеди-
нений, полученных с серебряными припоями.
Медно-германиевые припои полностью отве-
чают требованиям производства электроваку-
умных приборов и являются полноценными
заменителями золотых и серебряных припоев.
52. Физико-механические свойства медно-германиевых припоев
Свойства припоев Марка (номер) припоя
ПМГрН10-1.5 (702) ПМГрК4-2,5 (570) ПМГрО10-2 8 (698) ПМГрН5-2,8 (507) ПМГрОБ10-1-0,1 (417)
Температура плавления, °C
солидус 966 972 951 1033 860
ликвидус 1018 1008 985 1062 983
Упругость при 700 °C, мм рт. ст. < 1 • 10*7 <1 10’7 < 1 • 10’7 < 1 • 10 7 <1 10’7
Плотность, кг/м3 8450 8580 8590 8600 8580
Твердость по Виккерсу, кгс/мм2.
литой припой 109 99 128 82 84
мягкий припой (полоса толщиной 1 мм) 91 82 59 59 86
Предел прочности при растяжении ств, МПа:
литой припой 345 215 325 240 390
мягкий припой 455 430 385 325 450
Относительное удлинение, %:
литой припой 20,5 6,5 3,7 20 41
мягкий припой 67,5 66.5 35 52,5 56
Коэффициент линейного расширения, КГ6 К"1,
в интервале температур, °C:
10... 100 17,6 17,8 17,2 17,9 12,5
20... 300 18,6 18,8 17,7 17,8 15,4
20... 500 19,9 19,3 18,0 16,6
20... 700 20,7 - 18,2 - 17,5
1 мм рт. ст. ~ 133 Па.
ЖАРОПРОЧНЫЕ И кбРРОЗИОННО-СТОЙКИЕ ПРИПОИ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ
73
ЖАРОПРОЧНЫЕ
И КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЕ ПРИПОИ
НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ
Никелевые припои широко применяют в
качестве припоев для пайки коррозионно-
стойких, жаропрочных сталей и сплавов. Они
позволяют получать паяные соединения, обла-
дающие высокими прочностью и коррозионной
стойкостью как при комнатной, так и при высо-
ких температурах. Наибольшее применение
получили никелевые припои, легированные
хромом, кремнием, марганцем, железом, бором,
фосфором. Хром значительно повышает жаро-
прочность и жаростойкость никелевых сплавов
и температуру плавления. Понижают темпера-
туру плавления также введением кремния, бора,
фосфора, марганца. Вольфрам и ниобий, повы-
шая жаростойкость, несколько понижают тем-
пературу плавления никелевых сплавов.
Отечественными припоями на никелевой
основе группы «ВПр» (табл. 53-55), широко
применяемыми в самолете- и двигателестрое-
нии, паяют высоколегированные, коррозионно-
стойкие стали и жаропрочные сплавы. Пайку
осуществляют в восстановительной или за-
щитной газовой среде, а в некоторых случаях
возможен индукционный или электронно-
лучевой нагрев.
53. Жаростойкие и жаропрочные припои на никелевой основе группы «ВПр»
Марка Стандарт, вид поставки Температура, °C Область применения
Начала плавле- Полного расплав- Пайки
ВПр7 (ПН 52) ОСТ 90082-88, полоса 7900 1120 1150 1170... 1180 Пайка в печах в вакууме, нейтральных газах высоколегированных, коррозионно-стойких и жаропрочных сплавов
ВПр11-40Н ТУ 1-809-108-83. порошок - 908 1020 1080... 1120 Пайка в аргоне и вакууме сплавов типа ЖС6 и деформированных никеле- вых. Паяные соединения работают до 800 °C
ВПр 10 ТУ 1-92-16-81 7800 ИЗО 1160 1180... 1200 Пайка в вакууме, восстановительной газовой среде коррозионно- стойких и жаропрочных сталей и сплавов
ВПр24 ОПТУ 1-809-832-87; ТУ 1-595-81, порошок 1150 1190 1200... 1220 Пайка в вакууме жаро- прочных сплавов типа ЖС6. Рабочая температура до 1100 °C
ВПр27 (Ni-Cr-Al-B) ТУ 1-595-162-83; ТУ 1-595-6-204-85, аморфная лента - 1030 1080 1150... 1200 Пайка в аргоне, вакууме жаропрочных сплавов типаЖСб, ВЖЛ14. Рабо- чая температура до 1000 °C
ВПрЗб (Ni- Cr-W-Co-B) ТУ 595-6-160-93, порошок 1190 1245 1260... 1270 Пайка в вакууме жаропрочных сплавов типаЖС26, рабочая температура до 1150 °C
74
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
Продолжение табл. 53
Марка Стандарт, вид поставки Плот- ность, кг/м3 Температура, °C Область применения
Начала плавле- Полного расплав- ления Пайки
ВПр42 (Ni-Cr-Si-B) Порошок, паста, аморфная лента - 1050 1070 Пайка в вакууме, аргоне жаропрочных сплавов и сталей, обеспечивает жаропрочность и жаростойкость
ВПр44 (Ni-Cr-Co-B) Порошок - 1220 1260 1270... 1290 Пайка в вакууме жаропрочных сплавов типаЖС32
ВПр47 (Ni-Cr-Si-B) Порошок 1150 1190 1200... 1220 Пайка в вакууме жаро- прочных сплавов типа ЖС6 и ВЖЛ12. Соедине- ния работают до 1050 °C
ВПр48 (Ni-Cr-Al-B) ТУ 1-595-6-489-96, порошок - Пайка в вакууме жаропрочных сплавов и коррозионно-стойкой стали. Соединения работают до 1000 °C
ВПр50(№- Cr-Al-Si-B) I ТУ 1-595-4-581-2000, порошок - 1080 1100 1120... 1160 Пайка в вакууме коррози- онно-стойких и жаропроч- ных сплавов. Коррозион- ная стойкость и жаростой- кость до 1000 °C
54. Химический состав припоев на никелевой основе группы «ВПр»
Марка Содержание основных элементов, % (масс.) (Ni - основа)
Мп Si Сг Nb Fe W Mo В Li Al Ti Другие элементы
ВПр7 32... 35 0,8... 1,2 - 2,0... 2,5 0,1 ... 0,8 - - 0,07 ...0,2 - - -
ВПрЮ 10... 15 2,5 ... 4,0 19... 21 2,0... 3,5 3... 5 - - 0,01 0,25 - - Na 0,01 . 0,25 К 0,01 .. 0,25
ВПрП 4... 5 12... 14 4,5... 5,5 - 14... 17 0,2... 0,4 0,1 ... 1,0 -
ВПр11-40Н 1,8... 2,2 - - - - 0,6... 1,2 - -
ВПр24 - 2,5... 3,0 6... 7 10... 11 - 8,5 ... 9,5 1,6... 2,0 0,2... 0,3 4,0... 5,0 1,0
ЖАРОПРОЧНЫЕ И КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЕ ПРИПОИ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ
75
55. Прочность паянных припоями группы «ВПр» соединений коррозионно-стойких,
жаростойких и жаропрочных сплавов
Марка Паяемый материал Временное сопротивление разрыву а,, МПа Предел прочности на срез Тер, МПа
ВПр7 12Х18Н10Т 441. 529 (-70 °C) 441 .510 (+20 °C) 421 . 441 (200 °C) 363 ... 392(400°C) 206. 323 (600 °C) 186 ...216 (700 °C)
ВПр 10 I2X18H10T 294. 304 (-70 °C) 221. 230 (+20 °C) 196... 206(300°C) 186... 196 (500 °C)
15Х18Н12С4ТЮ 265 . 274 (-70 °C) 245 ...255 (+20 °C) 196... 206(300 °C) 186. 196 (500 °C)
ВЖ98 225 . 245 (+20 °C) 118. 131 (900 °C) 49 ...69 (1000 °C)
ВПр 11 ВЖ98 + ВЖЛ12 412... 446(+20°C) 264 .316 (600 °C) 265... 333 (900 °C) 372 ...389 (600 °C) 255 265 (900 °C)
ХН62МВКЮ 190... 196 (+20 °C) 167... 176 (800 °C) 141 ... 152 (900 °C) 74... 83 (1000°C) 34 ... 44 (1050 °C)
ЖС6К 265... 362(950°C) -
Для изготовления паяных высоконагру-
женных конструкций из жаропрочных сплавов и
коррозионно-стойких сталей, работающих в
условиях температур не ниже 950 °C и в агрес-
сивных средах, нашли применение при пайке
реакторных материалов [21] порошки компози-
ционных припоев. В качестве основы компози-
ционных никелевых припоев используются две
марки припоев ПХ13Н75С7Р и ПХ12Н75С8Р в
количестве 80 . 90 %, а в качестве тугоплав-
кого наполнителя - порошки тугоплавкого
сплава ПХ18Н15, молибдена или вольфрама.
Химический состав композиционных припоев,
выпускаемых по ТУ 14-1-3178-81, температура
плавления и прочность полученных с ними
паяных соединений приведены в табл. 56. 57.
76
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
56. Композиционные никелевые припои с размером частиц < 100 мкм
Марка Химический состав, % (масс.) (Ni - основа) Температура, °C
Ст Мо W Si Fe В соли- дуса ликви- дуса
ПХ13Н69С7Р 12,5 . 14,4 6.3... 7,6 10... 12 0,3... 0,5 1010 1100
ПХ10Н64М15С7Р 8,5... 10,2 14 . 16 - 6,5... 7,7 3,5... 5,0 0,2... 0,4 1010 1080
ПХ10Н64В15С7Р 8.5... 10,2 14... 16 6,5... 7,7 3,5... 5,0 0,2... 0,4 1030 1100
ПХ10Н64М11В9С7Р 8,5... 10 10... 12 8... 10 6,0... 7,2 3,5... 5,0 0,2... 0,4 - -
ПХ13Н75С7Р 12... 14 6,8... 7,8 4...6 0,35 .0,5 1030 1100
ПХ13Н75С8Р 10... 12 7,8... 9,0 4...6 035 .0,5 1030 1100
57. Прочность паянных композиционными никелевыми припоями соединений
жаропрочных сплавов
Марка тСр, МПа, при температурах, °C
20 600 800 900
ПХ13Н75С7Р 450 308 242
ПХ13Н75С8Р 350 290 200 —
ПХ10Н64М15С7Р 340 300 250 -
ПХ10Н64В15С7Р 400 350 240 119
Длительное время успешно используется
для пайки ответственных соединений конструк-
ций и узлов активных зон ядерных реакторов
отечественный припой марки ПГ-17Н системы
Ni-Ge-Cr-Fe-Si-Mn (ТУ 1604.001-85). Температу-
ра пайки 1010 ... 1050 °C. Соединения длительно
(более 10 тыс. ч) эксплуатируются в агрессивных
средах, включая жидкометаллические, до 650 °C.
В табл. 58, 59 приведены никелевые
аморфные припои, выпускаемые «МИФИ-
АМЕТО» в виде пластичной ленты шириной
20 мм и толщиной до 0,06 мм.
58. Марки аморфных припоев на никелевой основе
Марка Рекомендуемая температура пайки, °C Область применения
СТЕМЕТ 1301 ТУ 1842-001-13293050-96 1010.. 1177 Электроконтактная пайка на воздухе с флюсами ПВ200, ПВ201; пайка коррозионно- стойких дисперсионно-упроч- ненных сталей, жаростойких сплавов, фехраля, нихрома
СТЕМЕТ 1311 ТУ 1842-004-13293050-96 1020 1050 Пайка в вакууме, инертных газах. Индукционная или газопламенная с флюсами ПВ200, ПВ201. Паяемый материал - стали + твердые сплавы типа ВК, Т5К10
ПРИПОИ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА
77
59. Химический состав аморфных припоев
Марка Содержание элементов, % (масс.)* (Ni-остальное) Температура, °C
Сг Si Со В Fe С Начала плавления Полного расплавления
СТЕМЕТ1301 7 4,6 3,1 3,0 980 1010
СТЕМЕТ13Н - 4 16 4 5 0,4 980 1015
* Среднее значение
Припои на основе железа
В практике пайки применялись сравни-
тельно редко, так как, несмотря на их низкую
стоимость, не удавалось получать пластичные
припои со сравнительно низкой температурой
плавления. Одним из первых припоев на осно-
ве железа для пайки стали был применен чу-
гун, однако паяные соединения обладали низ-
кой пластичностью, имела место диффузия
углерода в паяемый металл.
Железо с марганцем образуют рвд твердых
растворов (рис. 14), сплавы обладают высокой
пластичностью, однако температура их плавле-
ния высокая, в связи с чем для пайки сталей их
не применяют. Введение в эти сплавы никеля,
углерода, меди, кремния, бора позволяет снизить
температуру плавления и улучшить технологи-
ческие свойства (растекаемость, смачиваемость)
припоя. Железомарганцевые припои пластичны,
позволяют получать из них полосы, фольгу, что
расширяет область их применения. Припой
ВЗМИ-49 (14,5 . 16,0 % Мп, 4,5 ... 5,0 % Си,
4,2. 4,7%Ni,0,8 ... 1,0%С,0,1 ... 0,4 % В,
0,1 . 0,4 % Si, 0,1 0,4 % Сг, Fe - остальное)
имеет температуру начала плавления 1070 °C,
полного расплавления 1100 °C. Припои на
железомарганцевой основе (табл. 60, 61)
(ОСТ 34-115-74) нашли применение в произ-
водстве крупногабаритных строительных ме-
таллоконструкций [22]. Наиболее широко в
этой области используются припои П-87 и
П-100. Применение этих припоев дает явное
преимущество перед сваркой, так как повыша-
ет производительность труда, снижает трудо-
емкость, сокращает ручной труд. Индукцион-
ная пайка стыковых соединений элементов
стальных металлоконструкций надежно обес-
печивает равнопрочность паяного соединения
(узла). На базе порошков этих припоев разра-
ботаны составы паст, пленок, закладных дета-
лей (кольца, шайбы, втулки).
Рис. 14. Диаграмма состояния сплавов
системы железо-марганец
Разработка припоев на железной основе
П-87 и П-100 позволила применить пайку вза-
мен сварки в производстве крупногабаритных
стальных строительных конструкций.
Отечественные сложнолегированные при-
пои на основе железа систем Fe-Cu-Ge и
Fe-Cr-Ge-Si-Ni марок ПЖГ-20 и ПЖГ-22 с со-
держанием германия до 25 % (табл. 62) имеют
более высокую жаростойкость, чем никелевые
припои с германием (ПГ-17Н, см. п. «Никеле-
вые припои»). Соединения могут длительно
работать в условиях активной зоны атомных
реакторов с жидкометаллическим теплоноси-
телем при температуре до 800 °C, коррозион-
ная стойкость соединений в кислотных, ще-
лочных и пароводяных средах - на уровне ос-
новного материала [21].
78
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
60. Химический состав и физические свойства железомарганцевых припоев
Содержание основных компонентов, % (масс.) (Fe - остальное) Плот- НОСТЬ, Температура, °C
Марка припоя Мп Ni Си Si с В Сг S и Р, не Начала ления Полного расплав- ления
П-49 14,5... 16,0 4.2 ... 4,7 4,5 ... 5.0 0,1 . 0,4 0,8 ... 1.0 0,1 0.4 0,1 . 0,4 0.08 - 1070 1100
П-80 30.0... 31,5 13 ... 13.5 9,0 ... 10,5 0,05 ... 0.2 <0,1 0.05 ... 0,1 0,04 7450 - 1180
П-87 31,0... 32,5 12... 12,5 11,5 ... 13.0 2,4 ... 3.0 0,3 ... 0,4 0,05 ... 0.1 0.08 7450 1030 1060
П-100 63,5 ... 65,0 4,0... 4,5 5.0 - <0.1 6,0... 6,5 0,04 7400 1120 1140
61. Механические свойства железомарганцевых припоев
Марка а„ МПа 8, % а„. кДж/м: НВ, кгс/мм2
П-87 370 4.5 700 150
П-100 365 15,0 650 120
62. Припои на железной основе с германием, свойства паяных соединений из стали Х13С2М2
(фиксированный зазор 0,05 мм)
Марка ТУ Механические свойства соединений
Температура пайки, °C (в вакууме) тср, МПа а„, Дж/см2
20 °C 650 °C 20 °C 650 °C
ПЖГ-20 ПЖГ-22 ТУ 1604.001-85 ТУ 1604.006-86 ИЗО... 1175 380... 450 280... 350 40... 60 120. 160
Припои применяют в виде порошка,
крупки и закладных деталей, полученных прес-
сованием Припои жидкотекучи, хорошо за-
полняют зазоры размером 0.01 0,5 мм, обра-
зуя вакуумно-плотные соединения.
Марганцевые припои
Основным компонентом в марганцевых
припоях является никель (табл. 63).
Марганец с никелем образуют ряд твердых
растворов (рис. 15), и при содержании 39,5 % Ni
сплав Mn-Ni имеет температуру плавления
1005 °C. Припои на основе марганца обладают
хорошей растекаемостью и способностью сма-
чивать паяемый металл, а также высокой пла-
стичностью. Применяются они для пайки кор-
розионно-стойких сталей, инконеля, нихрома и
др Пайку этими припоями выполняют при
нагреве в печах или ТВЧ в среде нейтральных
газов. Нагрев желательно производить быстро
во избежание испарения марганца из припоя
Рис. 15. Диаграмма состояния сплавов
системы марганец-никель
ТИТАНОВЫЕ ПРИПОИ
79
63. Марганцевые прнпои
Содержание элементов, % (масс.) Температура полного расплавления, °C
Мп Ni Си Ст р
60 40 1005
68 32 - - - 1010
55 36 - 9 1120
70 30 - - 1135
60 30 10 - -
54 36 - 10 1170
54 36 - 10 - —
50 40 10 - -
64. Состав и свойства титановых припоев
Содержание элементов, % (масс.) (Ti - остальное) Температура, °C тср. МПа, соединений титана
Ni Pd Си Со Be Fe Другие элементы Начала плавления Полного раплавления
28 - 12 - -
52 - 15 5 - - 255 ...412
- - - - 4 - 48 Zr -
26 - 10 - - - - 255
- 46 - - 2 - - - 284... 823
- - 40 - - - - 955 986 -
28 - - - - - - 955 955
- - - - - 27 10 Мо -
43,7 - - - - 4.2 Si 950 1000
- - - - - 27 10V
- - - - 4 - 28 V -
- - 50 - - - 3,5 Si - 975
- - - 28 - 30 1025 1025
Титановые прнпои
Титан относится к числу активных метал-
лов, имеет высокую температуру плавления
(1668 °C), сравнительно низкую плотность,
достаточно высокую удельную прочность и
обладает хорошими гетгерными свойствами.
При нагреве выше 400 °C на воздухе титан и
его сплавы активно окисляются; в среде водо-
рода и азота титан образует гидриды или нит-
риды. Припои с титаном обладают повышен-
ной активностью и способностью смачивать
поверхности тугоплавких металлов и металлов.
покрытых окислами. а также минералокерами-
ку; их применяют для пайки тугоплавких ме-
таллов, титана и его сплавов. Пайку произво-
дят в нейтральных газах (аргон, гелий), не со-
держащих кислород, азот и водород, или в
вакууме 1.333 ... 0,00133 Па
Некоторые припои с титаном приведены
в табл. 64, 65. Припои на основе титана пред-
ставляют собой эвтектики титана с медью,
никелем, кобальтом и другими металлами, они
весьма хрупки и их применяют в виде порошка
или паст.
80
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
65. Титановые припои с цирконием, ванадием, ниобием, хромом и бериллием
Содержание элементов, % (Ti - остальное) Температура, °C Паяемый материал
Zr V Nb Cr Та Be Начала плавления Полного расплавления Пайки
30... 38 26 ...30 - 18...22 - 1500 1550 1710
- 30 - - - - 1630 1650
48 - - - 4 950 - 1050 Ниобий и его
- 33 - 1400 1450 1500 сплавы
- 15 - 5 - - - 1650
50 - - - — — 1610 1620 1670
27 9 1650
56 28 - - - - 1150 1205 1250 Вольфрам, мо- либден и его сплавы
- 80 - - - 2205 2260 2400
- 20 - — - 1650 - 1700
66. Отечественные титановые припои
Марка Стандарт, форма поставки Плот- ность, Температура, °C Паяемые материалы, условия пайки
Начала плавле- Полного расплав- ления Пайки
ВПр 16 ТУ 14-1-4111-86; ТУ 1-595-4-662-2002 5800 (литье) 880 890 920 970 Титан и его сплавы, коррозионная стой- кость до 600 °C
ВПр28 ВТУ 93-83, порошок, аморфная лента 830 840 850.. . 870 Пайка в вакууме или атмосфере инертных проточных газов
СТЕМЕТ 1202 ТУ 1825-025-13293-050-01, аморфная лента, шири- на 20 мм, толщина 0,04... 0,06 мм 750 850 850.. .950 Титан и его сплавы, пайка в вакууме или атмосфере инертных проточных газов
ПрМТ45 Порошок 6000 960 970 980.. .. 990 Титан и его сплавы в вакууме, инертных проточных газах. Для деталей с тол- щиной стенок не менее 0,6 мм, паяль- ный зазор <0,1 мм
ПрМТНЖК- 20-5-0,1-0,1 ТУ 48-21-811-86, лента, ТУ 48-0820-0-357-86, проволока 8030 885 950 Пайка в вакууме металлокерамики, деталей электроваку- умных приборов [16]
Хрупкость припоев, содержащих титан,
препятствует изготовлению из них ленты (полос),
фольги или проволоки традиционными методами
обработки давлением. Современные технологии
высокоскоростного затвердевания из расплава со
скоростями охлаждения 10‘ 106 °С/с позволя-
ют получать титановые припои в виде пла-
стичных лент и тонких порошков (табл. 66,67).
АЛЮМИНИЕВЫЕ ПРИПОИ
81
67. Химический состав титановых припоев
Марка
Си Ni Zr Be V Fe Другие элементы
ВПр16 ВПр28 СТЕМЕТ 1202 ПрМТ45 ПрМТНЖК20-5-0,1-0,1 22... 24 16,5 22 49. . . 51 Остальное 8,5 ... 9,5 15,5 12 5 12... 13,5 23 12 1,5 0,8 1 ... 3 0,1 0,7 ... 1,0 Si 0,1 % Si; 20%Ti
Возможно образование этих припоев и в
процессе пайки вследствие контактного плавле-
ния. При пайке в зазор между паяемыми изде-
лиями из титана укладывают фольгу из медно-
никелевого сплава толщиной 0,1 ... 0,3 мм или
титановую фольгу, гальванически покрытую
медью и никелем. При пайке в интервале тем-
ператур 960 1100 °C вследствие контактного
плавления образуется титано-медно-никелевая
эвтектика, являющаяся припоем.
Для конструкций из тугоплавких сплавов,
работающих при высоких температурах, приме-
няют припои, приведенные в табл. 64. Пайка
этими припоями затруднена из-за отсутствия
специального нагревательного оборудования,
особенно для изделий больших габаритов. На-
грев в процессе пайки осуществляют в вакуум-
ных печах, ТВЧ, плазменными горелками, элек-
троконтактным способом и электронным лучом
В табл. 66, 67 приведены наиболее при-
меняемые в отечественной практике титановые
припои, нх свойства и химический состав.
Алюминиевые припои
Для пайки алюминиевых сплавов приме-
няют припои на основе алюминия, цинка и
олова. Припои на основе алюминия обеспечи-
вают паяным соединениям наиболее высокие
коррозионные свойства и механическую проч-
ность, однако они имеют сравнительно высо-
кую температуру плавления, что затрудняет
проведение пайки. В припои на алюминиевой
основе вводят кремний, серебро, медь, цинк,
кадмий и другие металлы. Составы алюминие-
вых припоев, применяемых при пайке алюми-
ниевых сплавов, приведены в табл. 68-70.
Наилучшей коррозионной стойкостью
обладают припои системы алюминий-кремний
(рис. 16). Применяют сплавы системы алюми-
ний-кремний с содержанием 4 ... 13 % Si.
Обычно в качестве припоев используют эвтек-
тический сплав с содержанием около 12 % Si,
имеющий температуру плавления 577 °C. Эту
температуру можно снизить, введя в припой
медь; наиболее низкая температура будет при
28 % Си. В этом случае образуется тройная
эвтектика (припой марки 34А) с температурой
плавления 525 °C. Припой широко применяют
в отечественной и зарубежной промышленно-
сти. Для улучшения технологических свойств
алюминиевых припоев и снижения температу-
ры их плавления вводят цинк.
Рис. 16. Диаграмма состоянии сплавов
системы алюминий-кремний
82
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
68. Алюминиевые припои, свойства и назначение
Марка припоя Стандарт Плот- ность, Температура, °C Область применения
Начала плавления Полного расплавления Пайки
34А ТУ 1-92-46-76 3300 525 525 530... 550 Пайка газопламенная, в печи в вакууме, погружением в расплав солей алюминия и его сплавов, кроме Д16 и содержащих >3 % Mg
СИЛ-0 ТУ 48-17228138/ ОПП-016-2002 (АЛАРМ) 2600 580 590 600 ... 630
АЛ2(АК12) ГОСТ 1583-93 580 590 600 . .. 630 Печная, газопламенная и в соляных ваннах алюминия и его сплавов, кроме Д16. Для пайки дюралюми- ния - припой П425А
П124А - - 510 530 540... 580
П425А - 5700 415 425 455
ВПр 19, прово- лока 3000 515 565 580 ... 590
ВПр23, слитки 315 365 Ультразвуковая, абразивная пайка А1-сплавов
69. Алюминиевые припои
Марка Содержание основных элементов, % (масс.) (А1 - остальное) Температура, °C
Si Си Zn Cd Pb Ge Fe Мп Начала плавления Полного расплавления
34А 5,5 ... 6,5 27 ... 29 - - 525 525
СИЛ-0 10... 13 - - - - - 0,35 0,1 580 590
АЛ2 10... 13 0,6 0,3 - - - - 0,5 580 590
П124А 7 10 - - - - - - 510 530
ВПр 19 4- + - - - - 515 565
ВПр23 ь - - - - - 315 365
Герма- ниевый 1 4,5 - - - 31,5 - - 460 480
Герма- ниевый 2 5,5 - - 28 - 1.5 440 460
В65 3,5 20 24... 26 - - - - - 490 500
П550А 6 27 - 15 15 - - - 530 550
П575А - 19...21 - - - 550 575
П590А 0.9 . 1.1 9... 11 - - - - - 560 590
35А 6,5 ... 7,5 20... 22 - 540
«+» - элемент присутствует в припое
МАГНИЕВЫЕ ПРИПОИ
83
70. Алюминиевые припои, применяемые в США (по ASTM)
Марка Содержание злементов, % Температура, °C
Si Си Fe Zn Mg Mn Cr Al Начала ления Полного расплав- ления Пайки
BAlSi-2 6.8... 8.2 0.25 0,8 0,20 - - - 91,95 90,55 577 600 600. 615
BAlSi-1 4,0 ... 6.0 0.30 0,8 0,10 0,05 0,05 - 94,70 92,70 577 625 625 . 640
BAlSi-3 9,3... 10,7 3,3 ... 4,7 0,8 0,20 0,15 0,15 0,15 85,95 ... 83,15 540 580 580... 640
BAlSi-4 п,з 0,30 0,8 0,20 0,10 0,15 - Остальное 577 600 600... 640
Все припои системы Al-Si-Cu пригодны
для пайки алюминия и его сплавов, имеющих
довольно высокую температуру плавления
(АВ, АМц, АМг и др.), и не пригодны для пай-
ки дюралюминия (Д1, Д16 и др.), не допус-
кающего нагрева выше 505 °C. Введение цинка
и германия значительно снижает температуру
плавления этих припоев, что позволяет их ис-
пользовать для пайки дюралюминия
Припой АЛ2(АК12) предназначен только
для швов, работающих в коррозионно-жестких
условиях, припой ВПр 19 - для деталей, под-
вергающихся анодированию.
Магниевые припои
Магниевые припои применяют главным
образом для пайки магния и его сплавов. В при-
пои вводят алюминий, медь, цинк, марганец.
Эти припои сочетают с твердыми или жидкими
флюсами, предохраняющими их от воспламене-
ния в процессе пайки. Составы некоторых маг-
ниевых припоев приведены в табл. 71.
В процессе пайки магниевыми припоями
при нагреве в печах или пламенем газовой го-
релки необходимо иметь избыток флюса, пре-
дохраняющего от окисления припой и паяный
шов, снижающего прочность соединения. Ме-
ханические свойства приведены в табл. 72.
71. Магниевые припои
Марка Содержание элементов, % Температура, °C
Mg AI Zn Mn Другие элементы Начала плавления Полного расплавления
П380Мг 72 ...75 2,0. 2,5 23 ... 25 560
П430Мг 84,0. 86,25 0,75 ... 1,0 13 15 — — 600
AZ-92 88 ... 90 8,3 ...9,7 1,7...2,3 0,1 0,002 Be 595 600
AZ-125 83 12 5 — — 560 625
— 52,5 21,5 0,30 0,20 25,50 Cd - 415
— 72,5 26 1,25 0,25 — 435
BMg 87 ... 89,7 8,3 ... 9,7 1,7... 2,3 0,10 0,J Si 435 I 564
72. Прочность паяных стыковых соединений на магниевых сплавах, паянных с флюсом Ф380Мг
Марка припоя 1 Паяемый мегалл о.. МПа
П430МГ МА1 МА8 115,84 93,1
П380Мг МА2 МА1 78,4 1 83,3
84
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
Оловянно-свнниовые припои
Олово и свинец сравнительно редко при-
меняют в качестве припоев. Несмотря на то что
олово обладает высокой коррозионной стойко-
стью, паять им не всегда целесообразно, так
как оно, так же как и свинец, имеет низкий
предел ползучести. При низких температурах
чистое олово может претерпевать аллотропи-
ческое превращение, переходя в серый поро-
шок. Наибольшее применение нашли припои,
содержащие 30 ... 60 % Sn (ГОСТ 21930-76,
ГОСТ 21931-76 и ряд ТУ).
Оловянно-свинцовые припои применяют в
различных отраслях промышленности при низ-
котемпературной пайке сталей, никеля, меди и
ее сплавов. Они обладают высокими технологи-
ческими свойствами, пластичны и при выполне-
нии пайки не требуют дорогостоящего оборудо-
вания. Пайку оловянно-свинцовыми припоями
производят обычно при нагреве паяльником.
В зависимости от содержания в припоях олова
изменяются свойства и температура плавления
(рис. 17). Минимальная температура плавления
(183,3 °C) достигается при содержании 61,9 %
Sn. Сплав при этом имеет эвтектическую струк-
туру, весьма пластичен, обладает высокими
технологическими свойствами.
Рис. 17. Диаграмма состояния сплавов
системы олово-свинец
Введение в оловянно-свинцовые припои
сурьмы приводит к повышению предела пол-
зучести, снижает склонность к старению и
предотвращает аллотропические превращения
олова, однако большое количество сурьмы
ухудшает способность припоев смачивать по-
верхность паяемых металлов. При содержании
цинка и алюминия свыше 0,005 % снижается
растекаемость припоя, ухудшается его взаимо-
действие с паяемым металлом, появляется
склонность к образованию трещин при затвер-
девании. Свойства и назначение оловянно-
свинцовых припоев приведены в табл. 73, 74.
73. Химический состав оловянио-свинцовых припоев и область их применения
Марка припоя Химический состав, % (РЬ - остальное) Назначение
Sn I Sb
ПОС 90 89 .91 Бес сурьмянистые Лужение и пайка внутренних швов пищевой посу- ды и медицинской аппаратуры
ПОС 61 60. 62 Лужение и пайка электро- и радиоаппаратуры, пе- чатных плат, точных приборов с высокогерметич- ными швами, где недопустим перегрев
ПОС 40 ПОС 10 39. 41 9 . 11 Лужение и пайка электроаппаратуры, деталей из оцинкованного железа с герметичными швами Лужение и пайка контактных поверхностей элек- трических аппаратов, приборов, реле
ПОС 61 м*1 60... 62 Лужение и пайка медной проволоки в кабельной промышленности и ювелирной технике
ПОСК 50-18’2 49.. 51 Пайка деталей, чувствительных к перегреву, и по- рошковых материалов
' ОЛОВЯННО-СВИНЦОВЫЕ ПРИПОИ
85
Продолжение табл. 73
Марка припоя Химический состав, % (РЬ - остальное) Назначение
Sn Sb
ПОССу 61-0,5 60... 62 Мал 0,2 ... 0,5 Q 4,0 ... 5,0 ^сурьмянистые Лужение и пайка электроаппаратуры обмоток элек- трических машин, оцинкованных радиодеталей
ПОССу 50-0,5 49. 51 Лужение и пайка авиационных радиаторов; пайка пищевой посуды с последующим лужением пище- вым оловом
ПОССу 40-0,5 39... 41 Лужение и пайка белой жести, обмоток электриче- ских машин, пайка оцинкованных деталей
ПОССу 35-0,5 34. 36 Лужение и пайка свинцовых кабельных оболочек электротехнических изделий
ПОССу 30-0,5 29... 31 Лужение и пайка листового цинка, радиаторов
ПОССу 25-0,5 24...26 Лужение и пайка радиаторов
ПОССу 18-0,5 ПОССу 95-5 17. 18 94 ... 96 Лужение и пайка трубок теплообменников электро- ламп уръмянистые Пайка в электропромышленности, пайка трубопро- водов
ПОССу 40-2 39... 41 Лужение и пайка холодильных установок (припой широкого назначения)
ПОССу 35-2 34... 36 1,5 ... 2,0 Пайка свинцовых труб, абразивная пайка
ПОССу 30-2 29... 31 Лужение и пайка в холодильном аппаратостроении, абразивная пайка
ПОССу 25-2 24 ...26
ПОССу 18-2 17... 18 Пайка в автомобильной промышленности
ПОССу 15-2 14 ... 15
ПОССу 10-2 9... 10
ПОССу 8-3 7 ... 8 2,0 ... 3,0 Лужение и пайка в электроламповом производстве
ПОССу 5-1 4... 5 0,5 ... 1,0 Лужение и пайка деталей, работающих при повы- шенных температурах
ПОССу 4-6 3 ... 4 5,0 ... 6,0 Пайка белой жести, латуни и меди
*' Содержит 1,5 . 2,0 %Си.
’г Содержит 17... 19 %Cd
Примечания:
1. Примеси, %, не более, для припоев.
бессурьмянистых: ПОС 90: Sb < 0,05; Си < 0,05; Bi S 0,1; As < 0,02; Ni < 0,02; S < 0,02; Zn S 0,002;
Al < 0,002; Fe < 0,02; ПОС 61, ПОС 40, ПОС 10: Sb < 0,05; Си < 0,05; Bi < 0,1; As < 0,03; Ni < 0,02;
Fe < 0,02; Zn < 0,002; Al < 0,002; S < 0,02; ПОС 61M, ПОСК 50-18: Sb < 0,2; Си < 0,08; Bi < 0,1; As < 0,02:
Ni S 0,02; Zn < 0,002; Al < 0,002; S < 0,02; Fe <; 0,02;
малосурьмянистых: Си < 0,08; Bi < 0,1; As < 0,03; Fe S 0,02; Ni < 0,08; S < 0,02; Zn s 0,02; Al < 0,002;
сурьмянистых: Си < 0,10; Bi < 0,2; As < 0,05; Fe < 0,02; Ni < 0,08; S < 0,02; Zn < 0,002; Al < 0,002;
для ПОССу 95-5: Си < 0,08, Bi <; 0,1; As < 0,05; Fe < 0,02; Ni < 0,02; S < 0,02; Zn < 0,02; Al < 0,002; Pb < 0,07.
2. Малосурьмяиистые припои не рекомендуются для пайки цинковых и оцинкованных деталей.
86
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
74. Механические свойства оловянно-свинцовых припоев при разных температурах
Марка Температура испытания °C J । о., МПа । 6, % тср, МПа
85 26,6 60 -
20 35,2 52 38
-30 93,9 22 —
ПОС 40 -50 -60 115,8 16 62.7
-96 123,4 14 78,6
-183 131,6 3 94,5
-196 131,6 2 98,6
85 25,5 50 -
20 35,2 45
-30 76,5 22
ПОССу 30-0,5 -50 -60 77,5 16 57,2
—96 106,0 10
-183 113,7 /|
-196 117,5 2 88,2
85 27,6
20 35,2 50 35,2
-30 64,0 —
ПОССу 18-0,5 -50 -60 64,0 5 51,7
-96 72,3 4 64,8
-183 99,3 3 78,6
-196 108,9 2 80,6
75. Предел прочности тср, МПа, паяных соединений,
выполненных оловянно-свинцовыми припоями при разных температурах
Паяемый материвл Марка припоя Температура испытания, °C
-196 -183 -96 -50 20 85
Л63 ПОС 40 58,6 37 33,8 23,4 13,8
Сталь 20 ПОС 40 54,5 52,0 51,0 48,3 26,8 21,3
12Х18Н10Т ПОС 40 39,3 39,3 32,4 26,8 22,7 19,8
Л63 ПОССу 30-0,5 — 71,7 59,3 33,0 31,7 13,8
Сталь 20 ПОССу 30-0,5 51,7 48,3 45,3 36,5 32,4 19,8
12Х18Н10Т ПОССу 30-0,5 48,9 21,4 36,5 22,5 21,3 17,9
Л63 ПОССу 18-0,5 39,0 51,0 39,5 36,5 27,5 13,7
Сталь 20 ПОССу 18-0,5 39,3 55,2 47,6 43,4 27,0 16,5
Оловянно-свинцовые припои, а также и
паяные соединения, выполненные ими, при
охлаждении до низких температур меняют
свои механические свойства - охрупчиваются.
Пластичность припоев уменьшается одновре-
менно с ростом их прочности (табл. 75). Пая-
ные соединения, выполненные оловянно-
свинцовыми припоями, имеют низкую корро-
зионную стойкость в условиях гропиков, а
также при наличии конденсата; стойкость при-
поя понижается с повышением содержания в
их составе свинца Для работы в этих условиях
'оловянно-свинцовые припои
87
Рис. 18. Диаграмма состоянии сплавов
системы олово-циик
паяные соединения необходимо защищать ла-
кокрасочными покрытиями. Оловянные при-
пои легируют цинком, серебром, кадмием,
алюминием. Небольшие присадки цинка (9 %)
в олово снижают температуру плавления при-
поя до 199 °C (рис. 18). Припои с содержанием
10 . 40 % Zn применяют для пайки алюминия
с применением ультразвука или абразивным
методом. Введение серебра в оловянно-
цинковые припои измельчает зерно и повыша-
ет коррозионную стойкость.
Припои на основе олова, содержащие се-
ребро, сурьму, медь (ВПрб, ВПр9), обладают
высокой коррозионной стойкостью и приме-
няются во всех климатических условиях без
защиты соединений лакокрасочными покры-
тиями (табл. 76, 77). Представляет интерес
припой на основе олова с висмутом и сурьмой
ВПр35, выпускаемый по ТУ 1-595-139-295-89 в
ваде проволоки для ручной и механизирован-
ной пайки меди, никеля и стали. Температура
плавления припоя 228 ... 230 °C. Паяные со-
единения имеют высокую коррозионную стой-
кость при работе от -70 до +20 °C. Оловянно-
свинцовые припои, применяемые в зарубежной
практике, приведены в табл. 78, 79.
76. Фнзнко-механические свойства оловянно-свинцовых припоев
Марка Температура, °C у, кг/м1 Р. 1(Г*Омм кВт/(м°С) а„ МПа 8, % ак, кДж/м2 НВ
Начала плавле- Полного расплав-
ПОС 90 183 220 7600 12,0 54,42 48,3 40 420 15,4
ПОС 61 183 190 8500 13,9 50,24 42,1 46 390 14,0
ПОС 40 183 238 9300 15,9 41,86 37,2 52 400 12,5
ПОС 10 268 299 10800 20,0 35,17 31,7 44 320 12,5
ПОС61М 183 192 8500 14,3 48,98 44,1 40 ПО 14,9
ПОСК 50-18 142 145 8800 13,3 54,42 39,3 40 490 14,0
ПОССу 61-0,5 183 189 8500 14,0 50,24 44,1 35 370 13,5
ПОССу 50-0,5 183 216 8900 14,9 46,89 37,2 62 440 13,2
ПОССу 40-0,5 183 235 9300 16,9 41,86 39,3 50 400 13,0
ПОССу 35-0,5 183 245 9500 17,2 41,86 37,2 47 390 13,3
ПОССу 30-0,5 183 255 9700 17,9 37,68 35,2 45 390 13,2
ПОССу 25-0,5 183 266 10 000 18,2 37,68 35,2 45 390 13,6
ПОССу 18-0,5 183 277 10 200 19,8 35,17 35,2 - 360 —
ПОССу 95-5 234 240 7300 14,5 46,05 39,3 46 550 18,0
ПОССу 40-2 185 229 9200 17,2 41,86 42,1 48 280 14,2
ПОССу 35-2 185 243 9400 17,9 37,68 39,3 40 200
ПОССу 30-2 185 250 9600 18,2 37,68 39,3 40 250
ПОССу 25-2 185 260 9800 18,5 37,68 37,2 35 240 —
ПОССу 18-2 186 270 10 100 20,6 33,91 35,2 35 190 11,7
ПОССу 15-2 184 275 10 300 20,8 33,49 35,2 35 190 12,0
ПОССу 10-2 268 285 10 700 20,8 33,49 34,5 30 190 10,8
ПОССу 8-3 240 290 10 500 20,7 33,91 39,3 43 170 12,8
ПОССу 5-1 275 308 11 200 20,0 35,16 32,4 15 280 10,7
ПОССу 4-6 244 270 10 700 20,8 33,49 63,7 15 80 17,3
88
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
77. Оловянные прнпои с цинком, серебром, сурьмой, медью, кадмнем
Содержание элементов, % При- Температура, °C
Марка меси, Начала Полиого
Sn Zn Ag Sb Си Cd %, не плавле- расплав- ления
П200А 89... 91 9. 11 0,35 199 210
П250А 79... 81 19 21 0,35 199 250
Sn70Zn 69... 71 29 31 — 0,35 200 315
Sn60Zn 59...61 39 41 — 0,35 200 345
ВПрб
(ПСрОСу8) 83 . 86 — 7,5... 8,5 7,0 8,0 0,5 235 250
ВПр9
(ПСрМ05) 90,8... 93,2 — 4.5...5.5 0.5 1.5 1,5 ..2,5 0,5 215 240
П150А 37,5 ...39,5 3,5 4,1 - - 56,7... 58,7 0,35 150 165
4223-1 70... 80 20. 30 1...2 0,3 260 280
4223-2 50 ... 60 40... 44 2...3 2 4 0,3 320 350
ВЭ49 55 43,5 1,5 0,3 190 400
П170А 78 .80 - 0,9... 1,1 19 . 20 0,3 170 175
ПСрОС2-58* 57,8 .59,8 1,9 .2,1 <0,3 0,35 169 173
ПСрОЗ-97 96,7 .97,3 2,7 .3,3 - 0,3 221 223
* Содержит 37,5 ... 39,5 % РЬ
78. Оловянно-свинцовые прнпон Германии (по DIN 1730)
Марка Содержание элементов, % (Pb - остальное) Температура пайки,
Sn Sb
LSn98 LSn60 LSn50 LSn40 LSn35 LSn33 LSn30 LSn25 LSn8 97,5 ... 98,5 59,5 ... 60,5 49,5 ... 50,5 39,5 ... 40,5 34,5 ... 35,5 32,5 ... 33,5 29,5 ... 30,5 24,5 ... 25,5 7,5 ... 8,5 <3,2 <3,3 <2,7 <2,3 <2,2 <2,0 < 1,7 230 200 230 230 250 250 250 270 300
79. Оловянно-свинцовые припои США (по ASTM)
Марка Содержание элементов, % (РЬ - остальное) Температура полного расплавления, °C
Sn Sb
70A 70В 60А 60В 50А 50В 45А 45В 70 60 50 45 <0,12 <0,50 <0,12 <0,50 <0,12 <0,50 <0,12 <0,50 192 190 216 227
СВИНЦОВЫЕ ПРИПОИ
89
Свинцовые припои
Чистый свинец в качестве припоя мало-
пригоден, так как с Fe, Си, Со, Ni, Al, Zn не
дает паяных соединений достаточной прочно-
сти. Применяют припои на основе свинца с
введением в их состав висмута (рис. 19), кад-
мия (рис. 20), олова, серебра. Висмут и кадмий
понижают температуру плавления сплава и
способствуют получению более прочных и
коррозионно-стойких припоев (табл. 80).
Широкое применение получили свинцо-
вые припои с содержанием до 3 % Ag (рис. 21).
Эти припои обладают высокой пластичностью
и хорошими технологическими свойствами,
имеют большую термостойкость, чем оловян-
но-свинцовые, их используют при пайке меди
и латуни паяльником (см. табл. 81). Свинцовые
припои обладают низкой сопротивляемостью
ползучести при повышенных температурах;
упрочняющими компонентами являются Sb,
Na, Zn, Ag. Среди свинцовых припоев припой
СК-7 (состав 6 ... 10 % Cd, 0,5 ... 1,5 % Zn,
1,0 ... 1,5 % Sb, < 0,3 % Na, остальное - Pb;
температура плавления 270 °C) имеет наиболее
высокий предел ползучести.
10 го зо «о so во 7о w зо
Рис. 20. Диаграмма состояния сплавов
системы свинец-кадмий
Рис. 21. Диаграмма состояния сплавов
системы свинец-серебро
зоо\
100 Г | И И?1 к~
10 го 30 50 00 70 00 ЗОРЬ
Мас»ойщс воли. Рв,%
Рис. 19. Диаграмма состояния сплавов
системы свинец-висмут
Припой на основе свинца состава, %
(масс.): 7,5 Ag; 4,5 Sn; 0,15 Ni; 3,8 Си - обладает
высокой хладостойкостью и может применять-
ся для пайки изделий криогенной техники.
Паяные соединения из меди и латуни, выпол-
ненные припоями на основе свинца, имеют
низкую коррозионную стойкость в условиях
повышенной влажности (тропиков), а при на-
14, k
80. Свинцовые прнпон с висмутом, кадмием и оловом
Марка Содержание элементов, % (РЬ - остальное) Примеси, ие более Температура, °C
Sn Cd Bi Начала плавления Полного расплавления
- 23 - 11 - - 230
ПОСК 50 49... 51 17... 19 - 0,35 142 145
поев 33 32,4 ... 34,4 - 32,3 ... 34,3 0,3 120 130
поев 50 24,5 ... 25,5 - 49... 51 0,3 90 92
90
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
линии конденсата их можно эксплуатировать
только в случае защиты лакокрасочными по-
крытиями.
Припой ВПр18 (табл 81) в отличие от
других припоев, содержащих в своем составе
фосфор, индий, имеет высокую коррозионную
стойкость во всех климатических условиях и
не нуждается в защите лакокрасочными по-
крытиями.
Хорошо зарекомендовал себя припой
на основе системы Pb-Sb марки ВПр40
(ТУ 1-595-139-298-90), выпускаемый в виде
проволоки и применяемый для ручной и
механизированной пайки меди, никеля и
стали. Температура плавления припоя ВПр40
239 ... 300 °C. Паянные им соединения имеют
высокую коррозионную стойкость и работают
при температурах -196 ... +250 °C
81. Припои на основе свинца с серебром
Марка Содержание элементов, % Плот- ность, Температура, °C
РЬ Ag Sn Другие 1 элементы %, не более Начала плавле- Полного расплав-
ПСрЗ* 96... 98 2,7. 3,3 0,5 11300 300 305
ПСр2,5* 91 ... 93 2,2. 2,8 5,0. 6,0 - 0,5 11000 295 305
ПСр2* 61,5 ...64,5 1,7..2,3 29. 31 4,5 . 5,5 Cd 0,5 9600 225 235
ПСр 1,5* 82 .85 1,2... 1,8 14. 16 - 0,5 10400 265 270
- 93,5 1,5 5,0 - 296 301
- 97,5 1,5 1,0 - 309 310
- 98 95 5. 6 1,2 - - - 302 304
ВПр12 Основа 4,5. 5,5 39. 41 4,5 .5,5 Си 1,3 1,7 Sb 0,1 ... ОДР 0,5 9380 220 300
ВПр18 Основа 1,2... 1,8 4,5 ... 5,5 6,0... 8,0In 0,5 10 300 295 | 305
•ГОСТ 19738-74.
ИНДИЕВЫЕ, ЦИНКОВЫЕ,
КАДМИЕВЫЕ, ВИСМУТОВЫЕ И
ТАЛЛИЕВЫЕ ПРИПОИ
Индий является мягким и пластичным
металлом (Гпл = 155 °C), относится к числу
благородных металлов, стоек к окислению,
обладает хорошей электро- и теплопроводно-
стью, низким пределом прочности при растя-
жении, высокой пластичностью (8 = 61 %). Как
припой, индий употребляется сравнительно
редко, однако припои на его основе нашли
широкое применение при пайке вакуумных
соединений, стеклянных и кварцевых изделий
узлов криогенной техники. Припои обладают
высокой коррозионной стойкостью в щелоч-
ных растворах, их применяют при пайке полу-
проводниковых материалов с малым сопротив-
лением перехода шва. Благодаря высокой пла-
стичности индиевых припоев и хорошей сма-
чивающей способности ими металлов и неме-
таллических материалов представляется воз-
можность производить пайку материалов с
различными ТКЛР Химический состав индие-
вых припоев приведен в табл. 82
Эвтектический индиевый припой состава
74 % In, 26 % Cd (рис. 22) хорошо растекается
при пайке германиевых элементов и полупро-
водниковых материалов.
Рис. 22. Диаграмма состояния сплавов
системы индий-кадмий
ИНДИЕВЫЕ, ЦИНКОВЫЕ, КАДМИЕВЫЕ, ВИСМУТОВЫЕ И ТАЛЛИЕВЫЕ ПРИПОИ
91
82. Индиевые многокомпонентные припои
Со Температура полного
In Cd РЬ Sn Ag Zn Ti Bi расплавления, °C
25 - 75 231
80 - 15 5 - 156
97,2 - - 2,8 - 143
42,8 - 7,8 46,8 2,6 - 121
50 — 50 — 120
44,2 - 46,8 - 9,0 117
74 24.25 - 1,75 - 116
48,2 - 4 46 1,8 - 108
44 14 42 - - 93
44,2 13,6 41,4 0,8 - 90
66 - - 34 72
74 26 - 123
97 - 141
Цинковые припои. Для пайки изделий
из алюминиевых и цинковых сплавов приме-
няются припои на основе цинка с оловом. При
содержании олова более 30 % припои облада-
ют наиболее высокой прочностью и достаточ-
ной пластичностью, технологичны при пайке
сплавов алюминия и цинка, однако коррозион-
ная стойкость этих соединений во влажной
атмосфере низкая и требуется защита их лако-
красочными покрытиями. Для обеспечения
технологических свойств в состав цинко-
вых припоев вводят алюминий, кадмий и
другие металлы (табл. 83).
Рис. 24. Диаграмма состояния сплавов
системы кадмий-серебро
Рис. 23. Диаграмма состояния сплавов
системы кадмий-иинк
Цинковые припои, используемые в зару-
бежной практике, приведены в табл. 84.
Кадмиевые прнпои. Кадмий как припой
находит ограниченное применение. Использу-
ют двойные или многокомпонентные сплавы
кадмия с цинком (рис. 23), серебром (рис. 24),
оловом, магнием, никелем, свинцом и индием
для пайки меди, латуни, алюминия и других
металлов (табл. 85).
Изделия, работающие при температурах
280 ... 300 °C, паяют кадмиевыми припоями,
содержащими магний и никель; для ультразву-
ковой пайки и лужения алюминия используют
кадмиевые припои с оловом
92
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
83. Цинковые припои, состав, температура плавления
Марка Содержание элементов, % (Zn - остальное) Температура, °C
А1 Си Cd Sn Ag Si Pb Mn Начала Полного расплав-
В63 8 3...5 0,5 - 1,5 360 420
ПЦАМ-65 19... 20 14... 15 - — - — 330 420
ПЗООА - - 39. 41 - - — 266 310
П425А 19. 21 14... 16 — - — 415 425
П480А 19. 21 14. 16 - - - - 0,5 ... 0,7 480 490
Мосэнерго «Б» 25 35 - - - 250 300
ПЦАМКд-45 13,5 10 31,5 - - - 320 340
ПЦАМКд-40 11,5 8,5 40,0 - - - 290 310
ПСр5АКЦ 2... 3 - 4... 5 <0,15 - 400 420
ПАКЦ 19 20 - <0,15 — 420 450
ПЦАМ8М 8 5 0.6 - - 14 360 410
- - 40 — __ - - 266 335
20 15 - - 163 346
- - 40 - - 199 370
Мосэнерго«А» - 1,5 40 - - 200 370
- 7 4 0,5 - 0,5 370 380
- 5 - - - - - 380
- 19... 21 4... 5 - - - 377 395
48* Н 7 - - - - 385 389
ВПр23 4... 6 0.2. 0,3 2,0.. - - - 0,9... 1,5 315 365
Со 2,5 Mg
* Содержит 0,5 % Со.
84. Цинковые прнпон, применяемые за рубежом
Страна Марка Содержание элементов, % (Zn - остальное) Температура ПОЛНОГО расплавления,°C
Си Al Sn Cd Mg
Велико- британия Чехия Zn80Sn 6,5 6,0 5,0 18,0 5 - 300 390... 440
Германия LZnCd40 LZnA115 LZnSn LZnCd - 4 15 39 39 35 ... 45 4 - 330... 350 390... 430 355 ... 400 320
США Япония 2 2,6... 3,7 5 3,7 ... 4,8 5 4,2 ... 8,5 - 0,03. 0,05 400 350... 400
ИНДИЕВЫЕ, ЦИНКОВЫЕ, КАДМИЕВЫЕ, ВИСМУТОВЫЕ И ТАЛЛИЕВЫЕ ПРИПОИ
93
85. Припои на основе кадмия
Содержание элементов, % (Cd - остальное) Температу-
Марка Zn Ag Mg Ni Sn Al Cu pa полного расплавле- ния, °C
К-1 0,8 . 1,7 2,5. 3,5 325
Cd + 5%Ag 5,0 - — - 393
- 16,0 5,0 - — - • 285
- 15,0 15,0 400
R83-17 17.4 — 266
LCdZn20 17 ...25 - 280
К-3 2,5 . 3,5 0,03 . 0,08 - - - 330
- 40 - - 310
ПСрЗКд4 0,5 .1,5 2,5... 3,5 - - 325
— 11... 13 0,1 ...0,2 — — 420
ПСр8УЦН 5...7 7...9 1,5 ...2,5 - 370
ПСр5КЦН 1,5 ...2,5 4... 6 1,5 ...2,5 - 355
30 3... 5 294
- 3,8 38,5 150
- 3,5 45 170
20 30 — _ 277
ПЦАМКдЗЗ 32... 34 - 9,5 7,0 260
ПЦАМКД40 39... 41 — 11 12 8... 9 310
ПЦАМКд45 45 13,5 9,5 . 10,5 340
- 50 — — — 320
- 30 - - - - - 332
* ГОСТ 19738-74.
86. Механические свойства кадмиевых припоев в литом состоянии
Температура испытания, °C
Марка -60 20 150 200 250
а„ МПа 8, % а., МПа 8, % МПа 8, % МПа 6, % а,, МПа 8, %
К-1 К-3 К83-17 ПСр5КЦН ПСр8КЦН Cd + 5%Ag 147,5 186,8 0,4 1,0 132,4 113,0 117,9 151,7 147,6 111,0 40,0 25,8 3,5 3,0 31,3 88,3 26,9 7 93,7 34,5 40,0 44,2 39,3 17,9 17 93,7 7,8 31,6 39,3 31,6 3,2 21,9
Припои с серебром обеспечивают термо-
стойкость соединений из меди до 250 °C, до-
бавка в эти припои цинка повышает термо-
стойкость соединений до 300 °C, Механиче-
ские свойства некоторых кадмиевых припоев
приведены в табл. 86. На медных сплавах кад-
миевые припои обеспечивают прочность пая-
ных соединений тср = 108 . 196 МПа.
Висмутовые припои. Висмут - металл,
имеющий низкие пластичность и прочность,
обладает склонностью к трещинообразованию
при затвердевании, поэтому он как припой не
94
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
используется. Однако сплавы с большим содер-
жанием висмута применяют в качестве припоев
с температурой плавления 46 .. 167 °C. Для
этих припоев характерно увеличение в объеме
при переходе из жидкого состояния в твердое и
при дальнейшем охлаждении.
Висмутовые припои плохо смачивают
железо и конструкционные стали. Для улучше-
ния смачиваемости эти металлы оцинковыва-
ют, облуживают оловянно-свинцовыми при-
поями или покрывают гальванической медью.
Чаще всего висмутовыми припоями паяют
медь и латунь в случае, когда не допускается
высокий нагрев паяемого материала.
В висмутовые припои вводят кадмий,
свинец, олово, цинк, индий, галлий для сниже-
ния температуры плавления и обеспечения
необходимых свойств (рис. 25-27).
Химический состав некоторых низкотем-
пературных висмутовых припоев приведен в
табл. 87.
Рис. 26. Диаграмма состояния сплавов
системы висмут-олово
м
Рис. 27. Диаграмма состояния сплавов
системы висмут-свинец-кадмий
Ar Cd, 7.
Живк.+а. | |
1W1 -1 1 |\
Рис. 25. Диаграмма состояния сплавов
• системы висмут-кадмий
87. Висмутовые припои
Марка Содержание элементов, % (Bi - остальное) Температура полного расплавления, °C
РЬ Sn Cd In Ti
— 22,4 10,8 8,2 18 26
— 18,0 12,0 — 21,0 - 58
Сплав Вуда 24,5 ... 25,3 12,0... 13,0 12,0... 13,0 — — 60
Сплав Арсенваля 45,1 9,6 — — — 79
— 35,1 20,1 9,5 — — 80
— 33,3 — — 11,5 91
Сплав Розе 25,0 25,0 — — — 94
— 27,5 13,9 — — 16,6 93
— 22,0 15,9 — — — 100
— — 26,0 20,0 — — 103
— 14,8 25,8 — — — 114
— 22,0 22,0 — — — ПО
Сплав Липовница 26,67 13,63 10,0 — — —
— — — 30,0 — 10 123
— 32,6 — — 6,2 128
— - — 38,5 — 21,1 144
— 8,3 - 30,5 — 21,2 149
- 31,3 - - 25 167
ИНДИЕВЫЕ, ЦИНКОВЫЕ, КАДМИЕВЫЕ, ВИСМУТОВЫЕ И ТАЛЛИЕВЫЕ ПРИПОИ
95
Таллиевые припои Галлий имеет низ-
кую температуру плавления 29,8 °C, хорошо
смачивает материалы, обладает необычайно
большой способностью проникать по границам
зерен металлов (Sn, In, Cd, Pb, Al), образуя
эвтектику (рис. 28-30). При пайке, например,
алюминия припоями с большим содержанием
галлия последний проникает по границам зе-
рен, что значительно охрупчивает паяное со-
единение при 20 °C и более высоких темпера-
турах. Подобное действие оказывают таллие-
вые припои также и при пайке материалов,
значительно растворяющих их и не образую-
щих с ними легкоплавкой эвтектики; припои
приведены в табл. 88.
Рис. 29. Диаграмма состояния сплавов
системы галлий-индий
88. Таллиевые припои
Марка Содержание элементов, % Температура, °C
Ga Те Zn Sn In Ag Начала плавления Полного расплавления
- 100 - - - 29
- 99,5 0,5 - - - 27
- 95 - 5 - 25 25
- 92 - 8 - 20 20
- 82 - 6 12 - - - 17
- 76 - - 24 16 16
- 67 - 4 __ 29 - 13
62 - - 13 25 - - 5
- 61 - 1 13 25 - - 3
ГИС 73,8 ... 74,2 - - - 23,8. 24,2 1,9... 2,1 - -
№2* 55 - - 11 25 - 10 10
гисм Сплав ГИС (34 ... 36 %) + медный порошок (64 ... 66%) -
* Содержит I % Zr, 4 % Mg.
96
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
ПОРОШКОВЫЕ, КОМПОЗИЦИОННЫЕ И В порошковом виде изготавливаются как ПАСТООБРАЗНЫЕ ПРИПОИ высокотемпературные, так и низкотемператур- ные припои. Для изготовления паяльных паст Порошковая металлургия позволяет изго- порошки припоя должны иметь сферическую тавливать порошки из различных металлов, в или близкую к ней форму, для прессования из том числе из припоев-сплавов. Из порошков порошков закладных элементов (таблеток, возможно изготовление деформированием в колец, шайб и т.д.) форма частиц порошка холодном состоянии прутков, лент, а также должна быть неправильной с развитой поверх- паст и ленточных припоев на органической ностью. Так, например, порошковый припой связке. Порошковые припои могут быть изго- ПДОл5П7 на основе Cu-P-Sn по ТУ 14-1-3709- товлены дроблением, распылением расплава, 84 поставляется двух видов: прессуемый и термоцентробежным распылением в инертном непрессуемый. Наиболее применяемые припои газе, сфероидизацией порошков компонентов в виде порошка изготавливаются на Ni-Cr-Si-B, припоев и т.д. В зависимости от назначения Cu-Zn-Mn, Cu-Mn-Ni, Fe-Ni-Cr основах. На припоя порошок применяют в виде гранул основе порошков припоев для пайки инстру- размером 10 ... 200 мкм. Порошковые припои мента изготавливают пластичную самофлю- могут быть изготовлены механическим смеше- сующую паяльную ленту. В табл. 89 приведе- нием порошков компонентов припоя, порош- ны марки порошковых, композиционных по- кое из слитков, выплавленных из компонентов рошковых припоев и паяльных паст, а также припоя, порошка из слитков и остальных ком- номера стандартов, по которым они выпуска- понентов. ются отечественной промышленностью 89. Выпускаемые отечественной промышленностью порошковые, композиционные прнпон и паяльные пасты
Марка пропоя, основа Стандарт Форма поставки
ПДО5П7 (Cu-P-Sn) niO2(Cu-Mn-Zn) ПИ 12 (Cu-Zn-Mn) ПИ25 (Cu-Zn-Mn) ПЖ60НХБ (Fe-Ni-Cr) ПСр45 (Ag-Cu-Zn) ПСр40 (Ag-Cu-Zn-Cd) Пр-Д70Г24Н5 (ВПр2) (Cu-Mn-Ni) Оловянно-свинцовые припои ПОССу61-0,5 Л63 ВПр11-40Н (Ni-Si-B) ПХ1ЗН69С7Р (Ni-Cr-Fe-Si) ПХ10Н64М15С7Р (Ni-Mo-Cr-Si-Fe) ПХ10Н64И15С73 (Ni-W-Cr-Si-Fe) ПХ10Н64МПВ9С7Р (Ni-Cr-Mo-W-Si-Fe) ПСрМЦКД40 (Ag-Cu-Zn-Cd) ПС ПОС61 «К» АС ПОСВ-45 «К» и «ЛО» ПС ПОС61 «ЛО» ПС ПОС-61 «НС» ППВС-1 (Си2О) ППВС-2 (CuCOj Си (ОН)2- Малахит-1) ППВС-3 (Малахит-2 - СиСоз • Си(ОН)2 + Ni(C2H3O2)2) ТУ 14-1-370984 ОСТ 48-184-81 Порошок Порошок Самофлюсующая паяльная лента из порошка Порошок Порошок Порошок Порошок В том числе порошок Порошок Т аблетированный Композиционный порошок
ТУ 1700-038-00224633-02
ТУ 14-1-3687-84 ТУ 48-1-366-77 ТУ 48-1-376-77 ТУ 14-1-3143-81 ГОСТ 21931-76 ТУ 48-0220-029-89 ТУ 2.035.574.8558.056-88 ТУ 1-809-108-83
ТУ 14-1-3178-81 Композиционный порошок
ТУ 48-1-789-89 Паяльная паста
ТУ 400К «Р»1805-22-91 ТУ 48-3535-1-92
ТУ 113-03-10-27-89
ПОРОШКОВЫЕ* КОМПОЗИЦИОННЫЕ И ПАСТООБРАЗНЫЕ ПРИПОИ
97
Химический состав припоев и области их
применения указаны в соответствующих раз-
делах настоящей главы
Композиционные припои состоят из на-
полнителя и более легкоплавкой порошковой
составляющей. Температура плавления напол-
нителя должна быть выше температуры пайки.
Наполнитель композиционного припоя может
быть в виде порошка, гранул и волокон [23]
Припои позволяют осуществлять пайку соеди-
нений с зазорами шириной 0,06 ... 1,5 мм, что
очень важно, когда капиллярные силы «уже не
работают», а зазор не может быть при сборке
равномерным по длине паяного шва. Наполни-
тель, растворяясь в расплавленном припое,
повышает вязкость расплава, удерживает его в
сравнительно широких зазорах; его частицы
выполняют роль дополнительных центров кри-
сталлизации. Благодаря наполнителю умень-
шается количество усадочных дефектов, улуч-
шаются структура паяного шва и эксплуатаци-
онные характеристики паяного соединения в
целом. Композиционные припои надежно
удерживаются в широких зазорах, что весьма
важно также при пайке телескопических со-
единений трубопроводов из коррозионно-
стойких сталей [24].
Паяльные пасты состоят из сплава-прн-
поя в порошковом виде, связки и, если это не-
обходимо, флюса. Преимуществами паст перед
другими припойнымн формами являются пре-
жде всего: точность дозировки припоя и флюса
при автоматической подаче, отсутствие расте-
кания избытка припоя (хороший товарный
вид), возможность подачи припоя в соединения
сложной конфигурации При использовании
паст имеется возможность точно знать о расхо-
де материала, который вводится в количестве,
достаточном и необходимом для создания ка-
чественного паяного соединения.
Другое преимущество паст заключается в
возможности управления их характеристиками.
Например, с помощью подбора компонентов
можно изменять вязкость паст от более жидко-
го состояния до более густого. Низкая вязкость
паст используется в том случае, когда необхо-
димо нанести паяльную пасту на большую
поверхность. В этом случае это можно осуще-
ствить с помощью пульверизатора. Более вяз-
кие пасты используются в случае автоматиче-
ского дозирования с помощью различного вида
шприцев несколькими точками вдоль предпо-
лагаемого паяного соединения.
Другой характеристикой может являться
размер порошковых частиц припоев. Совре-
менный уровень производства позволяет мето-
дами распыления в защитном газе получать
широкий интервал дисперсности порошков
практически всех известных припоев. Дис-
персность порошка, используемого для приго-
товления паст, определяется величиной зазо-
ров, методом нанесения паст на поверхность
соединяемых изделий. Обычно для паяльных
паст используется порошок припоя фракции
менее 150 мкм.
Пасты также могут по-разному себя вести
при нагреве в процессе пайки, обеспечивая
самопроизвольное затекание компонентов в
соединение в начале нагрева, однако главное
требование заключается в том, что компоненты
должны находиться только в том месте, куда
их нанесли, исключая разбрызгивание и из-
лишнее растекание по поверхности. При этом
в некоторых случаях пасты могут заранее
наноситься в область образования паяного
соединения Наиболее актуально использова-
ние паяльной пасты при пайке конструкций,
имеющих множество паяных соединений (на-
пример, беструбные теплообменники, имею-
щие до нескольких тысяч соединений) и под-
вергаемых одновременной пайке. В качестве
флюса может быть использован любой флюс,
применяемый при пайке изделия непорошко-
вым припоем. Наиболее современные дости-
жения в области пайки воплотились при созда-
нии низкотемпературных паст, выпускаемых
по ТУ 400К«Р» 1805-22-91 (см. табл. 89).
В качестве флюса в порошковых припоях
для пайки алюминия и магния применяют сме-
си хлористых и фтористых солей, для высоко-
температурной пайки - флюсы, содержащие
боратные соединения
К связующим веществам в пастообразных
припоях предъявляется ряд требований: в про-
цессе пайки они не должны окислять припой и
паяемый металл, при выгорании не оставлять
на поверхности сажистого остатка, не препят-
ствовать растеканию припоя; продукты сгора-
ния не должны быть токсичны. Чаще всего для
материала связующего выбирается смесь орга-
нических высокомолекулярных углеводородов
При изготовлении паст с добавками флюса
обычно содержание металла варьируется около
65 % по массе, при изготовлении паст для бес-
флюсовой пайки в печной атмосфере содержа-
ние порошка припоя достигает 85 ... 90 %
по массе.
4 - 8294
98
ПРИПОИ И ПАЯЛЬНЫЕ СМЕСИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочник по пайке / Под ред.
И. Е. Петрунина. М.: Машиностроение, 1984.
400 с.
2. Лашко С. В., Лашко Н. Ф., Нага ле-
тя н И. Г. и др. Проектирование технологии
пайки металлических изделий: Справочник.
М.: Металлургия, 1983. 280 с.
3. Смнрягнн А. П., Смирягнна Н. А.,
Белова А. В. Промышленные цветные металлы
и сплавы. М.: Металлургия, 1974. 488 с.
4. Нормирование расхода материаль-
ных ресурсов в машиностроении: Справочник.
М.: Машиностроение, 1988. Т. 2. С. 232-246.
5. Припои и флюсы для пайки. Марки,
состав, свойства и область применения. ОСТ
4 Г0.033.200.
6. Иванов И. Н., Кузнецова Г. П. Со-
временное состояние материалов и технологии
пайки инструмента / В сб.: Сварка и родствен-
ные технологии в современном мире. Мат-лы
науч.-техн. конф. СПб., 2002. Т. 2. С. 8-10
7. Rasmussen. Mechanism of Spreading
and oxide displement by BcuP-2 brazing filler
metal. Welding joural, 1975. B. 154. № 10.
8. Гржнмальский Л. Л. Самофлюсую-
щие припои Л.: Знание. 1972. 82 с.
9. Куфайкнн А. Я. н др. Пайка меди со
сталью медно-фосфористым припоем с приме-
нением медного барьерного покрытия // Авто-
матическая сварка. 1987. № 6. С. 57-58.
10. Краткий справочник паяльщика /
Под ред. И. Е. Петрунина. М: Машинострое-
ние, 1991. С. 53-54.
11. Контроль испарений и газов в цехе //
Weld. Des. and Fabrication. 1978. V 61. № 3.
P. 60-65
12. Cadmiumfreis Lot. Techn. Rept. 1983.
V. 10. №4.
13. Ерошев В. К., Козлов Ю. А., Пав-
лова В. Д. Конструирование и технология из-
готовления паяных металлокерамических уз-
лов. М.: ЦНИИ «Электроника», 1988. Ч. 1.
186 с.
14. Ковалевский Р. Е., Чекмарев А. Л.
Конструирование и технология вакуумно-плот-
ных паяных соединений. М.: Энергия, 1968.
208 с.
15. Ильина И. И., Аснновская Г. А.,
Карпухина А. Ф. Свойства соединений из
меди и ее сплавов, паянных припоем ПМФОЦр
6-4-0,03 // Сварочное производство. 1983. № 1.
16. Пашков И. Н., Ильина И. И., Мар-
кова И. Ю. Анализ состояния вопроса эконо-
мии драгоценных металлов в производстве
паяных конструкций (способами высокотемпе-
ратурной пайки) / В сб.: Сварка и родственные
технологии в современном мире / Междуна-
родн. науч.-техн. конф. СПб., 2002. С. 1-7.
17. Пашков И. Н„ Ильина И. И., Шо-
кнн С. В. Опыт, тенденции производства и ис-
пользования присадочных материалов для вы-
сокотемпературной пайки изделий в России 1
В сб • Пайка. Современные технологии, мате-
риалы, конструкции. М.: ЦРДЗ. 2001. Сб. № 2
С. 37-40.
18. Туторская Н. Н., Ерофеева Л. А.,
Юшкина Е. И. и др. // Сварочное производст-
во. 1982. № 5. С. 14-15.
19. Туторская Н. Н„ Королева С. П.,
Юшкина Е. Н. н др. // Сварочное производст-
во. 1975. № 2 С. 39—41
20. Туторская И. И., Ерофеева Л. А.,
Королева С. П. и др. // Сварочное производст-
во. 1983. № 11. С. 36-37.
21. Понимаш И. Д., Орлов А. В., Рыб-
кин Б. В. Вакуумная пайка реакторных мате-
риалов. М.: Энергоатомиздат. 1995. 191 с
22. Петрунин И. Е„ Мороз П. К., Стре-
калов Г. Н„ Шенн Ю. Ф. Пайка при произ-
водстве крупногабаритных строительных ме-
таллоконструкций. М.: Стройиздат, 1980. 148 с.
23. Лашко С. В., Лашко Н. Ф. Пайка
металлов. М.: Машиностроение, 1988. 376 с.
24. Чекунов И. П. Высокотемпературная
пайка трубопроводов из коррозионно-стойкой
стали. М.: Машиностроение, 1988. 80 с.
Глава 4. ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
ПРИРОДА ФЛЮСОВ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
Флюс согласно ГОСТ 17325-79 - химиче-
ское вещество, применяемое для удаления
окисной пленки с поверхности паяемого мате-
риала и припоя в процессе пайки.
Для обеспечения высокого качества пая-
ного соединения флюсы должны отвечать
следующим требованиям:
- вступать во взаимодействие с окисной
пленкой основного металла прежде плавления
припоя. Температура активного действия флю-
са должна несколько превышать температуру
его плавления и быть ниже температуры плав-
ления припоя;
- смачивать место пайки для снижения
поверхностного натяжения расплава припоя и
улучшения его растекаемости по паяемой по-
верхности,
- не менять своего химического состава
при нагревании вследствие испарения отдель-
ных компонентов, т.е. не снижать активность в
предусмотренном интервале температур;
остатки флюса не должны вызывать
коррозии паяного соединения, а после пайки
должны легко удаляться;
- быть устойчивыми в условиях транс-
портировки и хранения.
Паяльный флюс должен обеспечивать
взаимодействие с окисной пленкой на поверх-
ности основного металла и расплава припоя,
что достигается подбором флюсующих ве-
ществ, активных к окислам окисной пленки как
основного металла, так и припоя [1]. Кинетика
взаимодействия компонентов флюса в процес-
се пайки включает:
- химическое взаимодействие компонен-
тов флюса с окисной пленкой с образованием
соединений, растворимых во флюсе;
- химическое взаимодействие компонен-
тов флюса с металлом, в результате чего про-
исходит разрушение окисной пленки и переход
ее в шлак;
- растворение окисной пленки основного
металла и припоя во флюсе.
Активные компоненты флюса выбирают в
зависимости от характера окислов окисной плен-
ки на поверхности металла. Для кислого окисла
флюс должен иметь основной характер, для ос-
новного окисла флюс должен быть кислым.
В общем случае взаимодействие флюса с окис-
ной пленкой может происходить по реакции
Ме„О„ + Ф = Ме„О„ Ф
где Ме„О„ • Ф - продукт реакции. Возможность
протекания этой реакции зависит от изменения
ее изобарно-изотермического потенциала, оп-
ределяемого уравнением
AZT=AZMen0n.®-AZMenOri-AZ,,
W AZMemo„ -Ф , AZMf 0 и Д7ф - соответст-
венно изобарно-изотермические потенциалы
продуктов реакции, окисла и флюса.
Если AZT< 0, то реакция возможна, т.е
вещество Ф обладает флюсующими свойствами;
при AZT > 0 реакции не будет. Изобарно-изотер-
мические потенциалы веществ, участвующих в
реакции, определяются по уравнению
&Zr = A + BT\gT + CT,
где Г - температура процесса; А, В и С - коэф-
фициенты.
Химическая активность компонентов
флюса усиливается введением в него фторидов
щелочных и щелочноземельных металлов, рас-
творяющих окисную пленку. Для удаления
окисной пленки используются также вещества,
взаимодействующие более активно с основным
металлом, чем с его окислом. Химически взаи-
модействуют с основным металлом реактивные
флюсы, обеспечивающие пайку или лужение
без применения припоя [2]. При этом флюс,
например хлорид тяжелого металла, вступая в
реакцию замещения, выделяет металл, выпол-
няющий роль припоя.
Прн пайке сплавов с трудноудаляемыми
окислами в состав флюса вводят лигатуры ме-
таллов, которые вступают в реакцию с окисла-
ми труднопвяемого материала, образуя соеди-
нения, растворимые во флюсе или взаимодей-
ствующие с ним. Согласно ГОСТ 19250-73
флюсы классифицируют следующим образом:
- по температурному интервалу активно-
сти - высокотемпературные (выше 450 °C) и
низкотемпературные (ниже 450 °C);
- по природе растворителя - водные и не-
водные;
- по механизму действия - защитные и
химического действия;
- по природе активаторов высокотемпе-
ратурные флюсы подразделяются на галоге-
100
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
нидные, боридные, фторборатные, борцдно-
галогенвдные и борвдно-углекислые; низко-
температурные флюсы подразделяются на ка-
нифольные, кислотные, галогенвдные, гидра-
зиновые, фторборатные, анилиновые, стеари-
новые и др.;
- по агрегатному состоянию - твердые,
жидкие и пастообразные.
ФЛЮСЫ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ
ПАЙКИ
Флюсы для пайки черных и
цветных металлов
Активным компонентом боридных флю-
сов является борный ангидрид (В2О3), который
образуется при разложении обезвоженной бу-
ры (Na2B4O7 Т„„ = 740 °C) и борной кислоты
(Н3ВО3). Борный ангидрид, соединяясь с ос-
новными окислами металлов, образует легко-
плавкий шлак, защищающий поверхность пая-
емого металла от окисления. Так, прн пайке
меди с применением флюса на основе борной
кислоты образуются легкоплавкие бораты по
следующей реакции:
СиО + 2Н3ВО3 = СиО • В2О3 + ЗН2О.
Прн использовании в качестве флюса бу-
ры происходит реакция
CuO + Na2B4O7 = СиО • В2О3 + Na2B2O4 .
Образовавшаяся смесь легкоплавких солей
(СиО - В2О3 и Na2B2O4) плавится при темпе-
ратуре более низкой, чем каждая из них в от-
дельности. Аналогично происходит пайка н дру-
гих металлов, имеющих основные окислы. Из-
вестны бораты ZnOB2O3; CuOZnOB2O3;
2Fe2O, ЗВ2О3 и др. Боратные флюсы исполь-
зуются главным образом при пайке железа и
низкоуглеродистых сталей медью, медно-
цинковыми и серебряными припоями, а также
меди, бронз, томпака, латуней с высокой тем-
пературой плавления медно-цинковымн н се-
ребряными припоями. При пайке металлов,
имеющих кислые окнслы (например, кремне-
зема SiO2 при пайке чугуна), во флюсы вводят
окислы или соли натрия (например, Na2CO3).
В этом случае протекает реакция
SiO2 + 2Na2CO3 = (Na2O)2 • SiO2 + 2CO2.
При пайке легированных сталей и жаро-
прочных сплавов, содержащих хром, титан,
молибден, вольфрам, флюсующего действия
буры и борной кислоты недостаточно. Поэтому
в таких случаях в состав боридных флюсов
вводят фториды щелочных н щелочно-земель-
ных металлов - фтористый калий (KF), фтори-
стый натрий (NaF), фтористый литий (LiF),
фтористый кальций (CaF2), которые хорошо
растворяют окисную пленку при пайке. Первые
три фторида применяют при температуре пай-
ки ниже 850 °C; фтористый кальций, имеющий
температуру плавления 1375 °C, - выше 850 °C.
При пайке коррозионно-стойких и жаро-
прочных сталей, меди, серебра, золота, их
сплавов при относительно низких темпера-
турах с успехом применяют фторидно-борид-
ные соединения - фторборат калия (KBF4) с
Гпл = 540 °C и в ряде случаев фторборат натрия
(NaBF4) с Гпл = 370 °C. Их эвтектическая смесь
плавится при температуре 360 °C. С бурой
фторборат калия образует эвтектику (31 %
Na2B4O7) с Тпл = 320 °C. Фторборат калия раз-
лагается при пайке по реакции
KBF4=KF + BF3. (1)
Выделяющийся при этом фтористый ка-
лий растворяет окислы на поверхности метал-
ла, а трехфтористый бор вступает с ними в
химическое взаимодействие. Например, при
пайке коррозионно-стойкой стали окись хрома
взаимодействует с трехфтористым бором по
реакции
Cr2O3 + 2BF3 = 2CrF3 + В2О3.
Борный ангидрид при этом может всту-
пать в реакции с окислами, образуя бораты.
Применение фторборатов позволило создать
высокоактивные флюсы со сравнительно низ-
кой температурой активного действия (550 .
800 °C).
Флюсы, содержащие соединения бора и
фториды, заметно повышают свою активность,
если в их состав ввести металлы, вступающие в
реакцию замещения с окислами труднопаяе-
мых металлов. Например, при пайке высоко-
хромнстых сплавов во флюс вводят лигатуру,
состоящую из алюминия, меди н магния. При
этом протекают реакции
Cr2O3 + 2А1 = А12О3 + 2Сг ,
Сг2О3 + 3Mg = 4MgO + 2Сг.
ФЛЮСЫ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
101
Несмотря на то что окислы алюминия и
магния более химически стойки, чем окись
хрома, они лучше растворяются во фторидах и
не препятствуют процессу пайки. По этому
принципу разработан один из наиболее распро-
страненных флюсов для пайки коррозионно-
стойких сталей и жаропрочных сплавов - флюс
марки ПВ 201. Наиболее широко применяемые
фторборатные флюсы (ГОСТ 23178-78) приве-
дены в табл. 1. В табл 2 приведены составы
фторборатных, боридно-галогенидных и бо-
ридно-углекислых флюсов, применяемых в
настоящее время. В состав этих флюсов входят
в различных сочетаниях фториды, бориды,
галогениды, окислы, углекислые соли щелоч-
ных и щелочно-земельных металлов, азотно-
кислые соли и другие соединения
1. Высокотемпературные фторборатные флюсы (ГОСТ 23178-78)
Компоненты Содержание (массовые доли), % Температур- ный интервал активности, °C Назначение и характеристика
Бура обезвоженная Na2B4O7 Борный ангидрид В2О3 Фтористый кальций „ р (флюс ПВ 200) V 2 18 ...20 65 ... 67 14 . 16 800... 1200 Пайка конструкционных и коррозионно-стойких сталей, жаропрочных сталей, сплавов высоко- и среднеплавкими припоями
Бура Na2B4O7 Борный ангидрид В2О3 Фтористый кальций CaF2 Лигатура (А148 %, Си 48 %, Mg 4 %) (флюс ПВ 201) 11 ... 13 76 . 78 9,5 10,5 0,9... 1,1 800 1200 Пайка конструкционных и коррозионно-стойких сталей, жаропрочных сталей, сплавов высоко- и среднеплавкими припоями. Флюс более активен, чем ПВ 200, за счет введения лигатуры
Фторборат калия KBF4 Борный ангидрид В2О3 Фтористый калий KF (флюс ПВ 209) 22 ... 24 34 .36 41 ... 43 700... 900 Пайка конструкционных и коррозионно-стойких сталей, меди и медных сплавов средне- плавкими припоями
Фторборат калия KBF4 Борный ангидрид В2О3 Фтористый калий (флюс ПВ 284) 40 44 23 ... 25 33 .37 500... 850 Пайка конструкционных и коррозионно-стойких сталей, меди и медных сплавов средне- плавкими припоями
Фтористоводород- pjp ная кислота Борная кислота Н3ВО3 Гидроокись калия кон (флюсПВ284Х) 43 . 45 29.. 31 25 ... 31 420 . 780 Пайка конструкционных и коррозионно-стойких сталей, меди и медных сплавов средне- плавкими припоями
Фтористоводород- ная кислота Борная кислота Н3ВО3 Гидроокись калия (флюсПВ209Х) 34,3. 36,3 34,8... 36,8 27,9 ... 29,9 700... 900 Пайка конструкционных и коррозионно-стойких сталей, меди и медных сплавов средне- плавкими припоями Флюс имеет такой же поэле- ментный состав, как флюс ПВ209
102
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
2. Нестандартные флюсы для высокотемпературной пайкн черных и цветных металлов
Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика
Бура Хлористый натрий Фтористый натрий Na2B4O7 NaCl NaF 90 7,2 7,4 2,6... 2,8 800 1150 Пайка чугуна латунными легированными алюминием припоями
Борная кислота Н3ВО3 40... 65
Фторборат калия Фторокись калия Раствор едкого калия 35 .65% kbf4 KOH 15 20... 40 5...25 550 . 950 Пайка твердых сплавов и высокоуглеродистых инст- рументальных сталей
Бура Борная кислота Фторборат калия Фтористый литий Фтористокислый калий Na2B4O7 H3BO4 K.BF4 LiF kof2 5. 25 60. 80 2. 8 1 ... 5 4 ... 10 870. .920 Пайка меди с коррозионно- стойкой сталью. Флюс изготавливается путем раст- ворения в воде при нагреве смеси солей в соотношении 4:1
Борная кислота Фтористый натрий H3BO4 NaF 49. 53 Остальное 850 Пайка углеродистых, хро- моникелевых сталей, чугу- на, меди и ее сплавов латун- ными припоями
Борная кислота Углекислый литий Углекислый калий H3BO4 Li2CO3 K2CO3 50... 60 20. 25 20... 25 780.. . 1100 Пайка чугуна латунными припоями
Вольфрамат кобальта COWO4 0,1 ... 8
Фтористый калий KF 5...8
Фтористый натрий Окись вольфрама NaF WO3 2...4 1 ... 10 1000. 1200 Пайка твердосплавного инструмента
Окись кобальта Co2O3 0,1 . 1
Борный ангидрид B2O3 Остальное
Бура Фторборат калия Окись вольфрама Окись кобальта (флюс марки 100) Na2B4O7 kbf4 WO3 Co2O3 36,6 46,5 13,5 3,5 900.. . 1100 Пайка твердосплавного инструмента. Флюс изготавливается по ТУ 48-4-346-84
Бура Борная кислота Na2B407 H3BO3 50 50 800.. . 1150 Пайка углеродистых сталей, чугуна, меди, латуни, брон-
Бура Борная кислота Na2B4O7 H3BO3 80 20 800 1150 зы и твердых сплавов мед- но-цинковыми и серебря- ными припоями
ФЛЮСЫ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
103
Продолжение табл. 2
Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика
Борная кислота Н3ВО3 Фтористый калий (обез- воженный) (флюс № 18В) 60 40 550... 850 Пайка сталей, медных и никелевых сплавов серебря- ными припоями
Бура Na2B4O7 Борный ангидрид В2О3 Фтористый калий KF Хлорид кобальта или никеля 20... 35 20... 35 45. 60 1 ...20 540 ...860 Пайка твердых сплавов на основе карбидов вольфрама, кобальта, молибдена сереб- ряными припоями
Бура Na2B4O7 Фтористый натрий NaF Углекислый натрий Na2CO3 Азотнокислый натрий NaNO3 73 ... 83 10. 15 3...5 3...5 600... 900 Пайка чугуна с коррозион- но-стойкой сталью
Борный ангидрид В2О3 Фтористый калий KF Фтористый натрий NaF Углекислый литий Li2CO3 Азотнокислый калий KNO3 Фторборат калия KBF4 15... 25 10... 20 5... 10 2...б 5 ... 15 Остальное 600... 900 Пайка латуни с применени- ем для нагрева пламени кислородно-ацетиленовой горелки
Фтористый литий LiF Хлористый цинк ZnCl2 Хлористый барий ВаС12 8... 10 26. 28 Остальное 850... 900 Пайка алюминиевой бронзы
Бура (кристаллическая) Na2B4O-, Борная кислота Н3ВО3 Фтористый натрий ^ар (или калий) Фторборат калия или КВр натрия Алюминат лития LiAlO (калия или натрия) 20... 30 20... 30 20... 40 15 30 5 650 850 Пайка изделий из коррози- онно-стойких сталей, меди и ее сплавов припоями с 25 75 % серебра и работающих в агрессивных средах
Фторборат калия KBF, Фтористый калий KF 71 ...73 27... 29 500... 1000 Пайка сталей, меди и ее сплавов
Бура Na2B4O7 Фтористый натрий NaF Хлористый натрий NaCl Хлористый калий КС1 Хлористый барий ВаС12 Хлористая медь CuCl Хлористое олово SnCl2 Борный ангидрид В2О3 9. 12 8... 10 15 ... 17,5 15... 17,5 10... 15 2...5 8... 10 Остальное 650 ...850 Пайка меди и ее сплавов медно-цинковыми и медно- марганцовистыми припоями
104
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Продолжение табл. 2
Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика
Фторборат калия kbf4 30... 34
Борный ангидрид В2О3 16... 19
Хлористый калий КС1 9... 11 650 850 Пайка меди и ее сплавов
Хлористый литий LiCl 16... 21
Двухлористое олово SnCl2 20... 24
Бура Борная кислота Фтористый кальций Толченое стекло Лигатура (48 % А1, 48 % Си, 4 % Mg) Na2B4O7 Н3ВО3 CaF2 7...8 39...41 2...3 47,7... 51,8 0,2... 0,3 850.. . 1200 Пайка коррозионно-стойких и конструкционных сталей, жаропрочных сплавов, меди, никеля и их сплавов. Флюс имеет широкий ин- тервал активного действия
Бура Na2B4O7 Основа
Борный ангидрид B2O3 10... 60
Фторид щелочных или щелочноземельных металлов 5.. 15 820. 1200 Пайка быстрорежущих сталей
Лигатура Cu-Si (6 ... 13 % Si)
Бура Na2B4O7 7... 12
Борная кислота H3BO3 25. 35
Фтористый калий Хлористый натрий Углекислый натрий KF NaCl Na2CO3 15. 25 4 6 4. 6 80 . 1200 Пайка стали с медью, брон- зой, латунью, бронзы с бронзой, латуни с латунью
Фтористый кальций CaF2 Остальное
Эвтектика: бура-фторбо- рат калия (31 и 69 % соответственно) Фтористый калий (обезвоженный) Борный ангидрид Хлористый кадмий Хлористый натрий (флюс марки Ф450) KF B2O3 CdCl2 NaCl 45... 60 20...25 10.. 18 5... 13 4 10 430. ..650 Пайка легированных сталей, меди и ее сплавов серебря- ными припоями газовой горелкой, в печах, погруже- нием в расплав и ТВЧ. Остатки флюса легко уда- ляются проточной водой. На флюс разработаны стан- дарты, держателем которых является Объединенный институт высоких темпера- тур РАН [3]
ФЛЮСЫ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
105
Продолжение табл. 2
Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика
Фторборат калия KBF4 Борный ангидрид В2О3 Криолит 3NaF A1F3 Хлористый цинк 7 (флюс марки ФАБС) [4] п 2 56..60 27... 29 4... 6 8... 10 7k. = 400 Пайка алюминиевых бронз серебряными припоями. Остатки флюса легко уда- ляются горячей водой
Бура Na2B4O7 Хлористый натрий NaCl Хлористый калий КС1 Хлористый барий ВаС12 Хлористая медь CuCl Хлористое олово SnCl2 Фтористый натрий NaF Борный ангидрид R „ (флюс марки Ф29) [10] 23 9... 12 15 ... 17 15... 17 10... 15 2... 5 8. 10 8... 10 Остальное 650 ...850 Пайка меди
Фтористый алюминий AIF. Фтористый литий LiF Фтористый кальций CaF2 Активированный уголь (флюс марки ФЗОЗ) [11] . 50 25 24 850... 1050 Пайка коррозионно-стойких сталей и меди
Авторами работы [5] создан высокоак-
тивный фторборатный флюс марки ФК-47 для
пайки коррозионно-стойких и конструкцион-
ных сталей, жаропрочных сплавов, меди и
медных сплавов припоями, имеющими темпе-
ратурный интервал плавления от 600 до 850 °C
В институте «ВНИИинструмент» разработана
серия фторборатных флюсов марок Ф70, Ф86,
Ф88, Ф88А, Ф89 и ФИ 15 взамен известного
флюса марки Ф100, содержащего окислы тя-
желых металлов вольфрама и кобальта. Ис-
пользование этих флюсов позволило значи-
тельно повысить качество твердосплавного
инструмента и улучшить условия труда [6, 7].
В ЗАО «АЛАРМ» (Москва) осуществлено
улучшение известных фторборатных флюсов
марок ПВ209, ПВ201, ПВ284. Снижен темпе-
ратурный интервал активности флюсов, остат-
ки которых могут легко удаляться после пай-
ки [8]. Новые высокоактивные фторборатные
флюсы марок ФК-235, ФК-250, ФК-320 и паста
ФП-1 для пайки сталей, меди, никеля, серебра
и их сплавов, а также твердых и жаропрочных
сплавов, поставляемых ЗАО «АЛАРМ» по
ТУ 48-17228138/ОПП-013-97, приведены в
табл. 3.
Флюсы для пайкн алюминия и его сплавов
Алюминий и его сплавы относятся к труд-
нопаяемым металлам, так как окись алюминия
(А12О3) является весьма стойким химическим
соединением. Основой флюсов для пайки алю-
миния и его сплавов в большинстве случаев
является легкоплавкая эвтектика LiCl-KCl
(Гщ, = 352 °C), растворителем окислов являют-
ся фториды щелочных металлов, активным
компонентом, как правило, служит хлористый
цинк ZnCl2. Так, наиболее широко распростра-
ненный флюс марки 34А состоит из хлоридов
калия, лития, цинка и фторида натрия. При
106
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
3. Фторборатные флюсы ЗАО «АЛАРМ»
Марка флюса Элементный состав, % (масс.) 7™, °C Температура активности, °C Примечание
В К F О Na
ФК-235 10,5 ... 13 28... 32 38... 42 Ост. 280... 320 450... 850 Пайка меди, никеля, серебра, их сплавов, сталей. Флюс растворим в воде, легко смывается после пайки
ФК-250 13 . 16 31 ... 35 Ост 30... 33 400... 450 550 950 Пайка меди, никеля, серебра, их сплавов, жаропрочных и твердых сплавов, конструкцион- ных и коррозионно- стойких сталей. Флюс растворим в воде, легко смывается после пайки
ФК-320 11,5... 13 23 . 25 30... 33 30... 32 400... 430 550... 950 Пайка меди, никеля, их сплавов, жаропрочных и твердых сплавов мед- ными и серебряными припоями
Паста ФП-1 17... 20 3... 5 7...9 Ост. 12... 15 600... 700 850. 1200 Пайка меди, никеля, их сплавов, сталей и твер- дых сплавов. Паста легко смывается после пайки
пайке с этим флюсом хлористый цинк вступает
с алюминием в реакцию
2Ai+3Znci3=2Aici3+3Zn.
Хлористый алюминий, являющийся газо-
образным веществом, при температуре выше
182 СС способствует разрушению окисной плен-
ки, которая одновременно растворяется во
фториде натрия. Металлический цинк высажи-
вается на поверхности алюминия и вступает с
ним во взаимодействие, образуя сплав, состав
которого отвечает линии ликвидуса равновес-
ной диаграммы состояния системы А1 • Zn при
температуре пайки. Возможно также образова-
ние при пайке алюминия не только галогени-
дов алюминия (A1F3, А1С13, А1Вг3), но и субга-
логенидов (A1F, А1С1) по реакции
2А1 + A1F3 = 3 A1F или
хА1 + МеГг =хА1Г + Ме,
где символом «Г» обозначен любой из галоге-
нидов [9]. При температуре пайки субгалоге-
ниды имеют более высокую упругость паров,
чем галогениды, что положительно влияет на
процесс удаления с паяемой поверхности
окисной пленки. В табл. 4 приведены составы
флюсов для высокотемпературной пайки алю-
миния и его сплавов на основе хлоридов ще-
лочных металлов. Эти флюсы, в зависимости
от физико-химических свойств активного ком-
понента, используют при пайке газовым пла-
менем, в печах, в расплавах солей, ТВЧ и пр.
Увеличение хлористого цинка во флюсе
свыше 10 12 % нежелательно, так как воз-
можна эрозия поверхности алюминия, а также
снижение коррозионной стойкости паяного
соединения [1]. <
В ряде случаев хлористый цинк заменяют
хлористым оловом, хлористым кадмием
или совсем отказываются от введения его в
состав флюса. В итоге созданы новые марки
некоррозионно-акгивных флюсов марок ФК-5
ФЛЮСЫ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
107
4. Флюсы для высокотемпературной пайкн алюминия и его сплавов
Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика
Хлористый литий LiCl Хлористый калий КС1 Хлористый цинк ZnCl2 Фтористый натрий (флюс марки 34А, ТУ NaF 48-4-229-87) 29... 35 54... 56 8... 12 9... 11 420... 620 Пайка алюминия и его сплавов, содержащих не более 1 ... 1,5 % магния Нагрев печной, газопламенный, ТВЧ. Исключается пламя кисло- родно-ацетиленовых горелок, так как снижается активность флюса
Хлористый литий LiCl Хлористый калий КС1 Хлористый цинк ZnCl2 Фтористый натрий N р (флюс320А) 42 28 24 6
Хлористый натрий NaCl Хлористый калий КО Хлористое олово SnCl2 Фтористый натрий ^ар (флюс марки ФЗ) 38 47 5 10
Хлористый литий LiCl Хлористый калий КС1 Хлористое олово SnCl2 Хлористый кадмий CdCl2 Фтористый натрий ^ар (флюс марки Ф5) 38 45 3 10 420... 620 Пайка i юминиевых сплавов типа АД1, АМц, АМг. Флюс менее гигроскопичен из-за отсутствия хлористого цинка
Хлористый литий LiCl Хлористый калий КС1 Хлористый кадмий CdCl2 Фтористый натрий N „ (флюс марки Ф370) 38 47 10 5 360... 620
Хлористый литий LiCl Хлористый калий КС1 Хлористый цинк ZnCl2 Фтористый натрий „ (флюс марки Ф380) 38 47 10 5 360 620 Пайка алюминиевых сплавов в соляных ваннах
Хлористый калий КС1 Хлористый литий LiCl Карналлит (КС1 MgCl2 6Н2О) (флюс марки Ф17) 51 41 8 470 ... 620 Пайка погружением в соляных ваннах
108
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Продолжение табл 4
Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика
Хлористый калий КС1 40
Хлористый литий Хлористый ии нк Фтористый натрий (флюс марки ФВЗХ) LiCl ZnCl2 NaF 36 16 8 360 .650 Пайка алюминиевых сплавов при- поями на цинковой основе
Хлористый калий KCI 41
Хлористый литий LiCl 23
Хлористый натрий Фтористый натрий Nad NaF 22 6 350.. .. 650 Пайка сплавов типа АД1, АМц, АМг в печи и в соляных ваннах
Хлористый цинк (флюс марки 124) ZnCI2 8
Хлористый калий KCI 45
Хлористый литий LiCl 35
Хлористый натрий Фтористый калий Фтористый алюми- ний (флюс марки 16ВК, ТУ 48-4-472-86 Новосибирского завода редких металлов) NaCl KF AIF, 10 5 5 480.. .650 Пайка алюминия и его сплавов в соляных ваннах и в печах. Флюс менее гигроскопичен из-за отсутст- вия хлористого цинка, термически более стоек и не вызывает сильной эрозии паяного соединения
Хлористый калий Хлористый литий Хлористый натрий Фтористый алюминий Фтористый калий Хлористый цинк или хлористый кадмий KCI LiCl NaCl A1F3 KF ZnCl2 44 34 12 5,4 0,1 380.. .650 Пайка погружением в расплав флюса без предварительного нане- сения припоя. Припоем служит жидкий сплав цинка с алюминием, образующийся на поверхности детали в результате обменной реакции алюминия с хлоридом цинка
Хлористый калий KCI 40... 50
Хлористый литий Фтористый калий Хлористый свинец Хлористый кадмий LiCl KF PbCl2 CdCl2 30. 50 9... 13 1 2 1 ..6 360. .650 Флюс обладает высокой активно- стью, рекомендуется для пайки горелкой
Фтористый цинк ZnF2 3
ФЛЮСЫ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
109
Продолжение табл 4
Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика
Хлористый калий КС1 Хлористый цинк ZnCl2 Хлористый натрий NaCl Хлористый кальций СаС12 Фтористый калий KF Фтористый натрий NaF 34... 40 20... 30 15 ...20 15 ...20 3,5 1,8 360 650 Пайка припоями на цинковой осно- ве типа сплавов 30 % А1 и 70 % Zn
Хлористый калий КС1 Хлористый натрий NaCl Хлористый литий LiCl Фтористокислый р аммоний Фтористый литий LiF 55 ...65 12 . 18 15 .25 4...6 2 .5 480 . 650 Пайка алюминиево-магниевых сплавов припоями на основе алю- миния с добавкой магния
Хлористый цинк ZnCl2 Хлористая медь CuCl 20... 40 60... 80 360... 600 Реактивно-флюсовая пайка алюми- ния. Остатки флюса удаляются промывкой водным раствором соды, затем водой
Хлористый калий КС1 Хлористый кальций СаС12 Хлористый натрий NaCl Фтористый литий LiF 34.2... 51 27,5 ... 32 13,5 ...32 5 420... 650 Пайка алюминия и его сплавов в расплаве солей
Хлористый калий КС1 Хлористый натрий NaCl Хлористый кальций СаС12 Хлористый алюминий А1С13 40...45 17... 20 17... 20 6... 7 480... 650 Пайка алюминия и его сплавов в расплаве солей
Хлористый литий LiCl Хлористый натрий NaCl Фтористый калий KF Фтористый алюминий A1F3 Окись кремния SiO2 30...40 8... 12 4...6 4...6 0,5 ... 5 520... 650 Реактивный флюс для пайки алю- миния и его сплавов погружением, на поверхности паяемых изделий при 580 °C образуется припой типа алюминий-кремний
Хлористый калий КС1 Хлористый натрий NaCl Хлористый литий LiCl ФТОРИСТОКИСЛЫЙ г- ГУГЦГ аммонии Фтористый литий LiF 60 15 17 5 3 480... 630 Пайка алюминиево-магниевых, а также магниевых сплавов; позволя- ет производить анодирование пая- ного шва. Рекомендуется для пайки горелкой
по
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Продолжение табл 4
Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активное™, °C Назначение и характеристика
Хлористый кальций СаС12 Хлористый натрий NaCl Хлористый цинк ZnCl2 Хлористый калий КС1 31 ...45 2... 14 1 6 Остальное 500 . 530 Пайка алюминиевых радиаторов погружением в расплавленный флюс. Состав ванны во время пайки стабилен
Хлористый калий КС1 Хлористый литий LiCl Фторцирконат калия K3ZrF? 40... 60 30... 50 1 ... 10 480 ...650 Пайка погружением труднопаяемых сплавов алюминий-магний, алю- миний-м агний-кремний
Хлористый калий КС1 Фторцирконат калия K3ZrF7 Хлористый литий LiCl 10... 14 5...6 Остальное 520 ...650 Пайка алюминия и его сплавов. Флюс устойчив при длительном нагреве
Хлористый калий КС1 Хлористый литий LiCl Хлористый кальций СаС12 Фтористый натрий NaF Хлористый натрий NaCl 55 . 57 28. 30 7,5 ... 8,0 6,5 . 7,5 2. 5 500... 650 Пайка тонкостенных деталей в печи при длительных выдержках
Хлористый калий КС1 Хлористый натрий NaCl Хлористый литий LiCl Фтористый натрий NaF Хлористое олово SnCl2 Хлористый кадмий CdCl2 25... 50 20... 30 5...20 5 ... 15 2... 10 2... 10 390... 600 Пайка алюминия и его сплавов в печи с воздушной атмосферой. Флюс обеспечивает минимальную (менее 0,06 мм) эрозию основного металла
(Тт = 535 ... 550 °C) и ФК-20 (Тт = 520 ...
535 °C), не содержащих хлористый цинк, для
пайки газовыми горелками, в электропечах,
ТВЧ [12] Флюсы эти применяются и в виде
паст ФКП-5 и ФКП-20. Не вызывают коррозии
паяного соединения также флюсы на основе
эвтектики KF-A1F3 (45 моль % A1F3 и 55 моль
% KF, Т„„ = 560 ... 570 °C), предназначенные
для высокотемпературной пайки алюминия в
среде защитных газов (азот, аргон).
Введение в солевую систему KF-A1F3
фторидов кремния позволило создать новые
марки флюсов ФАФ 540 и ФАФ 550 [13]. Во
время пайки с этими флюсами при контакте с
алюминием происходит восстановление крем-
ния из кремнефторидов с образованием на по-
верхности тонкого слоя расплава, близкого по
составу эвтектики Al-Si, что существенно
улучшает смачиваемость и растекание припоев
по поверхности алюминия. Применение этих
флюсов дает возможность паять тонкие и раз-
нотолщинные изделия н даже без припоя.
Флюсы для пайки магниевых сплавов
Пайка магниевых сплавов представляет
определенные трудности из-за наличия на
паяемой поверхности химически устойчивой
пленки сложного состава, содержащей окись
магния, гидроокись магния, углекислые и сер-
нокислые соединения. Флюсовую пайку изде-
лий из магниевых сплавов можно осуществ-
ФЛЮСЫ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
ill
лять паяльником, газопламенными горелками,
нагревом ТВЧ, погружением в расплавленный
флюс при температурах 420 ... 600 °C. Флюсы
оказывают реактивное и диспергирующее дей-
ствие, а также частично растворяют окись маг-
ния. Так, флюс на основе карналлита с добав-
лением фтористого натрия и небольшого коли-
чества окиси алюминия обеспечивает частич-
ное растворение окиси магния фтористым на-
трием. Взаимодействие окиси алюминия с маг-
нием на тех участках, где окисная пленка раз-
рушена, происходит по реакции
А12О3 + 3Mg = 3MgO + 2 Al.
Выделившееся при этой реакции небольшое
количество алюминия осаждается на поверхность
магния и сплавляется с припоем, а образовавшая-
ся окись магния растворяется флюсом.
Как показали термодинамические расче-
ты [14], проведенные для температуры пайки
523 °C, реакции между окисью магния и фто-
ридами калия или натрия нет:
AZior-Mgo = + 583 000 кДж/моль;
AZNaF-MgO = + 162 000 кДж/моль,
что косвенно говорит о растворяющем дейст-
вии фторидов на окись магния. Наиболее рас-
пространенные составы флюсов на основе га-
логенидов щелочных и щелочно-земельных
металлов для пайки магния и его сплавов при-
ведены в табл. 5.
5. Флюсы для высокотемпературной пайки магния и его сплавов
Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интер- Назначение и вал активности, °C характеристика
Карналлит плавленый KClMgCl2 Криолит 3NaFAlF3 Окись цинка ZnO 89 8 3 420... 620
Фтористый натрий NaF Окись алюминия А12О3 Карналлит KClMgCl2 7 .9 3... 5 Остальное 420... 500
Хлористый литий LiCl Хлористый калий КС1 Хлористый натрий NaCl Фтористый натрий NaF Фторалюминат натрия Na3AlF6 49,5 31,5 9 8 2 600 Пайка магниевых сплавов припоями на основе магния с добавками алюми-
Хлористый калий КС1 Хлористый литий LiCl Хлористый натрий NaCl Фтористый натрий NaF Фторалюминат натрия Na3AlF6 42,5 37 10 10 0,5 ния и цинка 600
Хлористый калий КС1 Хлористый литий LiCl Хлористый натрий NaCl Фтористый натрий NaF 46 26 24 538. 600
112
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Продолжение табл. 5
Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интер- вал активности, °C Назначение и характеристика
Хлористый калий КС! 42
Хлористый литий LiCl 23 Пайка магниевых сплавов припоями на
Хлористый натрий NaCl 21 540... 600 основе магния с
Фтористый литий LiF 10 добавками алюми- ния и цинка
Фтористый натрий NaF 4
Хлористый калий КС! 55 Пайка магниевых сплавов погружени-
Хлористый магний MgCl2 34 430... 540 ем в расплав солей припоями системы магний-цннк-кад-
Хлористый барий ВаС12 9 мнй. Флюс замеши- вают на спирту и
Фтористый кальций CaF2 2 наносят в воде пасты на паяемое изделие
Хлористый калий KC1 36
Хлористый натрий NaCl 30
Хлористый литий LiCl 18 590
Фтористый литий LiF 8
Хлористый НИНК ZnCl2 7,9
Хлористый свинец PbCl2 0,1
Хлористый калий KC1 54 Пайка магниевых
Хлористый натрий NaCl 26 сплавов
Хлористый кадмий CdCl2 12
Фтористый литий LiF 8
Хлористый калий KC1 57
Хлористый литий LiCl 36 560
Фтористый натрий NaF 6
Хлористая сурьма SbCl3 1
Флюсы для пайки титана
и его сплавов
Флюсовая пайка титана и его сплавов
имеет ограниченное применение в промышлен-
ности из-за недостаточно высокого качества
паяных соединений. Чаще пайку проводят в
вакууме или в аргоне марки А, очищенном от
примесей кислорода, азота и паров воды. Флю-
сы, рекомендуемые для пайки титана на основе
хлоридов и фторидов различных металлов, ма-
лоактивны, в процессе пайки вступают во взаи-
модействие с основным металлом, загрязняя его
поверхность. Припои, предназначенные для
пайки титана, недостаточно хорошо смачивают
поверхность титана и плохо затекают в зазор.
Все это требует доработки технологии флюсо-
вой пайки титана и его сплавов. Удовлетвори-
тельные результаты получены при использова-
нии флюсов, приведенных в табл. 6 [15].
СПОСОБЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И НАНЕСЕНИЯ ФЛЮСОВ
113
6. Флюсы для пайки титана и его сплавов
Компоненты Содержание (массовые доли), % Назначение
Хлористый натрий NaCl 45
Хлористый калий КС1 36
Хлористое серебро AgCl 10
Фтористый литий LiF Остальное Пайка в печах и газовой горелкой при-
Хлористый калий КС1 36 поями на алюминиевой основе
Хлористый стронций SrCl2 45
Хлористое олово SnCl2 10
Фтористый литий LiF 9
Фтористый калий KF 50
Хлористый калий KC1 45
Хлористый барий BaCl2 5 Пайка титана со сталью серебряными припоями
Фтористый калий KF 35
Хлористый калий KC1 50
Хлористый барнй BaCl2 10 5
Титановые изделия могут подвергаться
реактивно-флюсовой пайке. В состав флюса в
этом случае входят хлориды олова или серебра.
Прн флюсовании протекают реакции
Ti+2SnCl2=TiCl4 + 2Sn;
Ti + 4AgCl = TiCl4 + 4Ag
Четыреххлорнстый титан, образующийся
при этих реакциях при температуре пайки,
является газообразным веществом и улетучи-
вается из зоны пайки. Восстановленное олово
или серебро покрывает поверхность титана,
которую затем можно паять по обычной техно-
логии.
СПОСОБЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
И НАНЕСЕНИЯ ФЛЮСОВ
Флюсы для высокотемпературной пайки
черных и цветных металлов
Флюсы приготавливают путем смешения
обезвоженных компонентов и тщательного пе-
ремешивания полученной смеси. Предваритель-
ное прокаливание необходимо для удаления
воды, которая может привести к значительной
пористости паяного шва. Буру необходимо рас-
плавить при температуре 740 . 800 °C в графи-
товых тиглях и вылить затем на противни из
коррозионно-стойкой стали, после чего из-
мельчить в фарфоровых мельницах или метал-
лической ступке. Компоненты фторборатных
флюсов обезвоживают прокаливанием при
температуре 300 ... 400 °C. Приготовленные
флюсы следует хранить в стеклянной посуде с
притертой пробкой.
Перед пайкой флюсы необходимо заме-
шать на воде или спирте и нанести на паяемое
место до нагрева. Лучшие результаты получа-
ются, если в качестве растворителя использу-
ются не этиловый спирт или вода, а много-
атомные спирты - глицерин, этиленгликоль,
пропиленгликоль и др Образующийся при
пайке летучий эфир создает в зоне пайки газо-
вую защиту от окисления кислородом воздуха.
Лигатуру алюминий-магний-медь, вводимую
во флюс ПВ201, приготавливают расплавляя
алюминий и медь, затем при температуре око-
ло 700 °C в расплав вводят магний при силь-
ном перемешивании сплава. Полученный сплав
размалывают в шаровой мельнице или фарфо-
ровой ступке до состояния пудры. В тех случа-
ях, когда нельзя получить флюс в пастообраз-
ном состоянии, он наносится на паяемую по-
114
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
верхность непосредственно во время пайки в
виде порошка. Паяемая поверхность для этого
предварительно нагревается до температуры
300. 400 °C.
Флюсы для пайки алюминия, магния,
титана и их сплавов
Флюсы на основе галогенидов щелочных
и щелочно-земельных металлов готовят путем
сплавления предварительно просушенных
компонентов флюса. Хлориды и фториды ще-
лочных и щелочно-земельных металлов прока-
ливают при температуре 600 ... 650 °C. Хлори-
ды тяжелых металлов (цинка, олова, свинца)
переплавляют. После охлаждения сплав солей
размалывают и хранят в плотно закрытой стек-
лянной посуде.
При пайке в соляных ваннах особенно
необходима тщательная просушка компонен-
тов флюса. В качестве материала ванн исполь-
зуют никель или сплавы на его основе, не разъ-
едающиеся расплавом соли при температуре
пайкн 580 .. 620 °C. Флюс для пайки магния и
его сплавов на основе карналлита готовят в
фарфоровом тигле. В расплавленный карналлит
вводят криолит и окись цинка; полученную
смесь нагревают до температуры 500 ... 550 °C,
разливают в противни и после охлаждения
размалывают.
УДАЛЕНИЕ ОСТАТКОВ ФЛЮСА
ПОСЛЕ ПАЙКИ
Ьоридные и фторборатные флюсы, содер-
жащие буру и борную кислоту, образуют после
пайки на паяном шве нерастворимую в воде
плотную стекловидную пленку, которую можно
удалить одним из следующих способов [15]:
- охлаждением после пайки в проточной
воде. Из-за различия коэффициентов объемно-
го расширения флюса и металла происходит
растрескивание пленки флюса и отделение от
металла;
- длительное (5 ... 6 ч) кипячение изде-
лия в воде с последующей промывкой в 20 %-
ном водном растворе хромового ангидрида,
- кипячение в течение 2 ч при температу-
ре 140 °C в ванне, содержащей 500 ... 600 г/л
NaOH и 200 ... 250 г/л NaNO3;
- выдерживание 15 ... 30 мин при темпе-
ратуре 40 ... 50 °C в 10 ... 12 %-ном растворе
кислого сернокислого калия (KHSO4).
Остатки флюсов после пайки алюминия и
его сплавов удаляют:
- травлением в течение 5 .. 15 мин в
концентрированной азотной кислоте при ком-
натной температуре;
- промывкой в холодной воде в течение
5 ... 10 мин,
- травлением в 10 %-ном растворе азот-
ной кислоты и пассивированием в 10 %-ном
растворе двухромовокислого натрия в течение
5 ... 10 мин;
- промывкой в горячей 50 ... 80 °C воде с
последующей сушкой струей горячего воздуха.
ФЛЮСЫ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ
ПАЙКИ
Подход к анализу композиций флюсов
обычно осуществляется с позиции их активно-
сти, т.е. получения максимальной смачиваемо-
сти и растекания припоев. Традиционно для
низкотемпературной пайки используются так
называемые «активные» флюсы на основе га-
логенидов тяжелых и щелочных металлов.
Основным компонентом таких флюсов являет-
ся хлорид цинка ZnCl2. В чистом виде хлорид
цинка как флюс не используется в связи с вы-
сокой температурой плавления 330 °C. Обычно
используемые флюсы, приведенные в табл. 7,
можно разделить на четыре типа: водный рас-
твор ZnCl2; водный раствор ZnCl2, активиро-
ванный соляной кислотой (в обиходе «травле-
ная кислота»); водные растворы легкоплавких
солевых эвтектик и комплексные солевые сис-
темы тяжелых и щелочных металлов, в боль-
шинстве своем также активированные НС1
При растворении ZnCl2 в воде протекает типо-
вой гидролиз соли, образованной слабым осно-
ванием поливалентного металла:
ZnCl2 + Н2О = ZnOHCl + НС1 1 -я ступень;
ZnOHCl + Н2О = Zn(OH)2 + НС1 2-я ступень.
Гидролиз по 2-й ступени при комнатной
температуре практически не идет. При нагреве
с водным раствором флюса поверхность слабо-
окисленной меди подвергается сложной гидра-
тации, покрываясь зеленоватой пленкой основ-
ной соли:
2Cu -I- Н2О + СО2 = (СиОН)2СО3,
при этом оксид меди Си2О частично окисляет-
ся до СиО за счет гидратации. В процессе
дальнейшего нагрева под пайку, несмотря на
испарение воды, гидролиз по 2-й ступени уси-
ливается, сдвигаясь вправо, поскольку обра-
зующийся гидрооксид цинка нерастворим в
ФЛЮСЫ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
115
7. Галогеиидиые флюсы для низкотемпературной пайки черных и цветных металлов
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Температур- ный интервал активности, °C Назначение и характеристика флюса
1 Хлористый цинк Вода 40 60 290 ... 350 Пайка углеродистых и низколегиро- ванных сталей, меди, никеля и их сплавов
2 Хлористый цинк Хлористый аммоний Вода 48 12 40 150... 320
3 Хлористый аммоний Хлористый цинк Соляная кислота Вода (флюс «Прима 2») 6 5 85 150 ...400 Пайка медных сплавов и железа
4 30 ... 40 %-ный водный раствор хлористого цинка Соляная кислота 2 1 180... 330 Пайка коррозионно-стойких сталей типа 12Х18Н9Т
5 Кадмий хлористый Натрий хлористый Цинк хлористый Аммоний хлористый (флюс ФК-30) 30 50 15 5 400 Пайка меди и ее сплавов припоями с высокой температурой плавления
6 Цинк хлористый Олово двухлористое Медь хлорная Кислота соляная Вода (флюс ЗИЛ-1) 40 5 0,5 3,5 51 Пайка стали, железа, чугуна припоями с большим содержанием свинца
7 Хлористый цинк Двухлористое олово Хлористый калий Хлористый аммоний Соляная кислота Вода (флюс ЗИЛ-2) 40 2 1 1 2 54 Пайка стали, чугуна, меди и ее сплавов малооловянистыми припоями или припоями на основе цинка, кадмия, висмута
8 Хлористый цинк Хлористый натрий Хлористый калий Вода (флюс ЗИЛ-4) 40 5 1 54 Пайка стали, оцинкованного железа и медных сплавов припоями с большим содержанием свинца
9 Цинк хлористый Натрий хлористый Медь хлорная Соляная кислота Вода (флюс ЗИЛ-5) 40 20 2 1 37 Пайка меди и ее сплавов цинковыми припоями
10 Цинк хлористый Олово двухлористое Натрий хлористый Кислота соляная Вода (флюс ЗИЛ-6) 40 2,5 10 2 45,5 Пайка сталей висмутовыми припоями
116
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Продолжение табл. 7
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Температур- ный интервал активности, °C Назначение и характеристика флюса
П Соляная кислота Двухлористое олово Вода 5 ... 18 0,4 15 Ост - Пайка меди преимущественно висмутовыми припоями
12 Хлористый цинк Хлористый аммоний Двухлористое олово Соляная кислота Хлористый хром Поверхностно-активные вещества Вода 30... 50 7 ... 14 1 . 5 1 ... 5 0,5 ... 8 Ост. Пайка стальных листов, покрытых хромом, коррозионно-стойкой стали, литейного чугуна, меди, латуни
13 Окислы тяжелых металлов (Pb, Sn и др.) Хлориды и бромиды тяжелых металлов Хлорид меди Хлористый аммоний 5 15 22 58 Пайка чугуна малооловянистыми припоями. Порошок флюса в виде пасты замешивают на спирте или глицерине
14 Хлористый ЦИНК Хлористый аммоний Соляная кислота 31 ...35 63 ... 67 1 ... 2 250... 400 Пайка углеродистых и коррозионно- стойких сталей, меди и медных сплавов. Флюс длительно сохраняет активность
15 Хлористый цинк Хлористый аммоний Песок кварцевый 25... 50 15 . 50 5 ... 25 Пайка сталей в ваннах. Песок уменьшает образование дыма
16 Хлористый натрий Хлористый кальций Хлористый никель Кислый фтористый калий Йодистый калий Соляная кислота Хлористый цинк 0,5 1 0,5 1 0,5 ... 1 1 ... 2 2 . 3 2...3 Ост. Пайка преимущественно коррозионно-стойких сталей свинцовыми припоями. Можно паять конструкционные стали, медь, никель и их сплавы свинцовыми и оловянно-свинцовыми припоями
17 Хлористый калий Хлористый кальций Хлористый никель Кислый фтористый натрий Йодистый калий Соляная кислота Хлористый цинк 0,5 ... 1 0,5... 1 0,5 ... 1 1 ...2 2...3 2...3 Ост. 250... 400 Пайка преимущественно коррозионно-стойких сталей свинцовыми припоями
18 Смесь хлористого цинка и хлористого аммония в соотношении (2-4) 1 Хлорид железа Основа 0,5... 10 350... 400 Пайка радиаторов из латуни
ФЛК5СЫ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
117
Продолжение табл. 7
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Температур- ный интервал активности, °C Назначение и характеристика флюса
19 Хлористый цинк Хлористый натрий Хлористый калий Хлористый стронций 63,5... 74,5 9,5 ... 11 12 ... 14 0,5 ... 15 Пайка сталей, меди, медных сплавов. Флюс нетоксичен, негорюч, нелетуч, не требует предварительного снятия окислов
20 Хлористый цинк Хлорное железо Кислый фтористый аммоний Станнат натрия Вода 10 ... 20 1 ... 8 3 ... 15 1 ...7 ! Ост. Пайка термокомпенсаторов из вольфрама и его сплавов
воде, но хорошо растворим в разбавленных
кислотах:
Zn(OH)2 + 2НС1 = ZnCl2 -I- 2Н2О.
Если кислоты, образовавшейся при гид-
ролизе, недостаточно, то осадок гидрооксида
мешает нормальному течению расплава при-
поя. Адсорбируясь на поверхности, он усили-
вает указанную гидратацию, теряя ОН-ионы и
восстанавливаясь до гидрооксида меди (1),
являющегося неустойчивым соединением, лег-
ко окисляющимся вновь, и т.д. Аналогичная
картина наблюдается и с продуктами гидролиза
СиС12: легкоплавкая основная соль по 1-й ступе-
ни хорошо растворима в воде, а Си(ОН)2 - не-
растворим. Восстановление основного оксида
меди Си2О происходит по реакции
Cu2O + 2НС1 = 2СиС12 + Н2О
Анионный механизм ее изложен в [16].
Часть образовавшегося и недиссоциированного
хлорида меди с основной солью цинка образу-
ет смешанный гидрооксогалогенидный ком-
плекс Zn(CuCl2)OH, хорошо растворимый в
воде. Поэтому важно иметь в виду, что нор-
мальное протекание процесса пайки требует
повышенной интенсивности нагрева; в против-
ном случае при пайке приходится постоянно
добавлять флюс.
Теперь нетрудно понять, с какой целью в
насыщенный раствор ZnCl2 добавляют соля-
ную кислоту (2-й тип флюсов, например № 4,
табл. 7) - ее задача растворить осадок Zn(OH)2:
Zn(OH)2 + 2НС1 = ZnCl2 + 2Н2О.
Третий тип флюсов, содержащих смесь
хлоридов ZnCl2 и NH4CI (флюс № 2, табл. 7),
характерен снижением температуры плавления
в соответствии с их диаграммой состояния. Это
соответствие в известной мере можно достичь,
напротив, при низком темпе нагрева, когда с
испарением воды 1-я стадия гвдролиза ZnCl2
сдвигается влево, а гидролизу подвергается ка-
тион соли NH4CI, образованной слабым основа-
нием. По мере испарения воды состав флюса
возвращается к исходным ингредиентам:
NH4CI + Н2О -» NH4OH + НС1.
В сущности, раствор NH4CI характеризу-
ется реакцией накопления ионов Н+, и, как
известно, его 3 %-ный раствор является весьма
неплохим флюсом, причем остатки продукта
его гидролиза - NH4OH - разлагаются на ам-
миак и воду В частности, в работе [17], как
одно из положительных свойств хлорида ам-
мония, рассматривается возможная диссоциа-
ция его при нагреве на аммиак и хлористый
водород; при этом аммиак при нагреве также
диссоциирует на N2 и ЗН2, т.е. якобы образу-
ются защитная среда и восстановитель. Такое
утверждение ошибочно, так как восстановите-
лем может быть атомарный водород, который
образуется при температуре выше 500 °C.
Последний тип флюсов, содержащих до-
бавки солей щелочных и тяжелых металлов,
рассчитан на «заместительную» способность
элементов в ряду Бекетова: каждый впереди-
стоящий элемент вытесняет последующие из
растворов их солей. Правомерен вопрос: уда-
ляется ли полностью оксид, например, меди
при толщине структурно-сложного образова-
118
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
ния на поверхности порядка 30 ... 40 нм за счет
реакции протонирования, или же кислород
удаляется с реальной атомарной поверхности
на глубину 3-4 межатомных расстояний, а его
место восполняют выделенные из солей атомы
меди, например по реакции
Sn + CuCl2 = Cu + SnCl2.
В самом деле, медь не растворяется в со-
ляной и разбавленных кислородсодержащих
кислотах, и механизм ее травления достаточно
сложен, а тем более осложнен доступ протона
на определенную глубину. Именно поэтому,
видимо, флюсы типа № 18, табл. 7, содержат в
своем составе «травитель» - хлорид железа,
хотя медь может и растворяться в растворе
аммиака, образуя комплексное соединение
2Cu + 8NH4OH + О2 = 2Cu(NH3) 4 ОН2 + 6Н2О
Если согласиться с тем, что частично вос-
становленная медь сама себя покрывает медью
по реакции замещения, то при пайке, например,
латуни эту функцию могут выполнять цинк ла-
туни или олово из припоя. Тогда может оказать-
ся, что пайка проходит как бы по «барьерному»
слою, а остающийся под ним кислородсодержа-
щий слой может существенно повлиять на кине-
тику образования промежуточных фаз, а следо-
вательно, на прочность соединения и сам харак-
тер разрушения. Что касается реакций замеще-
ния в ионных соединениях непосредственно
между солями да еще с одним и тем же анионом,
то по ним в литературе пока нет убедительных
данных. Следует полагать, что их роль во флю-
сах аналогична роли хлорида цинка, поэтому
флюсы № 7,16,17 практически не используются
В отношении практически неиспользуемых
«реактивных» флюсов необходимо отметить, что
для образования слоя расплава толщиной не
менее 5 ... 6 мкм, по которому возможно расте-
кание 3-го рода (сплавление) [16], содержание
«реактивного» компонента должно быть по
крайней мере не ниже, чем содержание хлорида
цинка в одноименных флюсах.
ФЛЮСЫ НА основе
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Основу органических флюсов составляет
канифоль. Как продукт жизнедеятельности,
канифоль - гидроксиполиконденсат амино-
абиетиновой кислоты с примесями органиче-
ских кислот жирного ряда. Растворы канифоли
и ее расплав имеют нейтральную реакцию сре-
ды. Выпускается дегидратированная, очищенная
от примесей (фумаризованная) каннфоль под
маркой ОК-5 (Нижний Новгород, ЦНИЛХИ).
Промышленная неочищенная канифоль выпус-
кается под марками «А» и «В». В чистом виде
канифоль как флюс используется крайне редко,
в основном для очистки и облуживания па-
яльного инструмента. Наиболее распростра-
ненным из канифольных флюсов является
флюс ФКСп (табл. 8, № I), известный как
инактивный 30 %-ныЙ ее раствор в этаноле
Определенное статистическое количество мо-
лекул или цепей, соединенное пептидными
группировками и заканчивающееся карбок-
сильными и амидными «хвостами», определяет
типовую активность канифоли, позволяющую
использовать ее в виде расплава или раствора
для пайки материалов, обладающих хорошей
паяемостью:
OH-R OH-R OH-R
I I I
. -H2N-CH-C-NH-CH-C-NH.. ,NH-CH-C=O
II II I
00 о-н
Диссоциация канифоли по ионам водорода и в
расплаве, и в растворах обнаруживается лишь
по краевому эффекту на индикаторной бумаге,
что свидетельствует о том, что канифоль все-
гда сохраняет структуру биполярного иона
аминокислоты с нейтральной реакцией среды:
Н R-OH
г I I
H-N-CH-COO"
I
н
Н R-OH
\ ।
►n-ch-coo:H:5s
L_________Т
Несмотря на это, раствор канифоли уже при
комнатной температуре восстанавливает оксид
меди характерной для аминокислот реакцией
образования комплексной соли меди
R-CH-C=O
I \>
NH2 х
"'":cu,
NH2 ""' /
I /°
R-CH-C=O
которая может протекать между двумя разно-
ориентированными молекулами, соединяя их в
общую цепь.
ФЛЮСЫ'НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
119
Остатки канифольных этаноловых рас-
творов страдают известными недостатками
Во-первых, в тех местах, где растекшийся
флюс нагревался до 80 °C, этиловый спирт
окисляется, минуя альдегидное состояние, ки-
слородом воздуха до уксусной кислоты, при-
чем катализатором этой реакции является сама
медь. Во влажной атмосфере остатки кислоты
образуют с оксидом меди ацетат, известный
как «ярь-медянка», используемая для изготов-
ления зеленой краски:
R-CHj-OH + [201 -> R-C + Н2О.
ОН
R-CH2-OH + 20 - - - R-C + Н2О,
О
//
2R-C + Cu2O = 2RC00CU + Н2О (R = СН3)
ОН
Новые канифольные флюсы поэтому готовят
на пропаноле-2, окисляющемся до ацетона
Пептидные группировки относительно
легко гидратируются, поскольку на ближай-
шем к аминогруппе атоме углерода находится
гидроксил. В результате, в условиях повышен-
ной влажности, остатки канифоли как бы рас-
сыпаются на молекулы, образуя серо-желтый
порошок. Добавки некоторых активаторов,
например нитрилотриэтанола, усиливают гид-
ролиз остатков и, в частности, продукта реак-
ции канифоли с оксидом - комплекса двухва-
лентной соли меди. Образующийся гидрооксид
меди голубого цвета
Cu(RCOO)2 + 2Н2О = 2RCOOH + Си(ОН)2,
смешиваясь с желтыми абиетинатами, образует
смесь солей серо-зеленого цвета, которые сле-
дует отличать от ацетатной зелени при анализе
электрохимических явлений.
Первые попытки создать флюсы-лаки
(см. табл. 8, № 3, флюс ЛТИ-120) не увенча-
лись успехом. Флюсы-лаки на основе поли-
эфирных смол (двухатомный спирт - двухос-
новная кислота) экологически опасны высоко-
токсичными растворителями (метилэтилкетон).
Активирование канифоли карбоновыми кисло-
тами (см. табл. 8, № 10, 14-16) не решает про-
блемы электрохимической коррозии, не говоря
уже о флюсах, содержащих галогенопроизвод-
ные и элементоорганические соединения. По-
этому остатки всех органических флюсов, кро-
ме флюса ФКСП на основе фумаризованной
канифоли, следует удалять.
8. Канифольные, каиифольио-галогенидные и каиифольсодержащие флюсы
для низкотемпературной пайки
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика флюса
1 Канифоль Спирт этиловый (Флюс ФКСп) 30 70 150.. .300 Пайка меди припоями с
2 Канифоль Стеарин Спирт этиловый (Флюс КЭ) 24 75 150.. .300 Для латуней и бронз менее эффективен
3 Канифоль Диэтиламин солянокислый Триэтаноламин Спирт этиловый (Флюс ЛТИ-120) 24 4 2 70 200.. . 300 Пайка меди и ее сплавов, углеродистой стали и цинка
4 Ортофосфорная кислота, плотность 1,6. 1,7 Канифоль Спирт этиловый или этиленгликоль (Флюс ЛМ-1) 32 6 32 200 240 Пайка хромоникелевых коррозионно-стойки?: сталей припоями с содержанием олова не менее 30 %; для пайки медн и ее сплавов не рекомендуется
120
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Продолжение табл. 8
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика флюса
5 Хлористый аммоний Хлористый цинк Канифоль Спирт этиловый (Флюс ЛК-2) 3 30 66 200... 360 Пайка хромоникелевых коррозионно-стойких сталей припоями с содержанием олова не менее 30 %; для пайки меди и ее сплавов не рекомендуется
6 Канифоль Анилин солянокислый Спирт этиловый 22 2 76 200 .350 Пайка меди, латуни и оцинкованного железа
7 Вазелин технический Канифоль Глицерин Хлористый цинк Парафин 45 30 15 6 4 180 300 Флюс-паста Пайка медных электротехнических приборов
8 Канифоль Этиловый спирт Бромированный углерод (фреон 114В2) 10... 40 2,4 . 3,6 57,6... 86,4 Пайка медн. Флюс негорюч, легко удаляется при очистке
9 Канифоль Полипропиленгликоль 35 ...40 40... 65 Пайка электротехнических соединений; обеспечивает получение светлых блестящих швов
10 Канифоль Формамид Спирт этиловый 5... 25 2,5.. 15 Ост. - Пайка никелированной поверхности; не вызывает коррозии соединений
11 Триэтаноламин Октадецилам ин Фенол Анилингидрохлорид Канифоль 83 10 0,5 1,5 5 Пайка эмалированных проводов
12 Фосфат калия Фосфат натрия Фосфат кальция Канифоль 1,5 . 1,8 6,8... 7,3 1,2... 1,3 Ост. Пайка печатных плат. Флюс имеет повышенную активность, хорошо отмывается
13 Канифоль Трифтортрих лорэтан Ацетон Этиловый спирт 15 25 5. 70 8... 20 Ост. Пайка и лужение никеля, серебра и их сплавов
14 Карбамид Канифоль Глицерин Этиловый спирт 5. 10 15...25 0,1 ... 10 Ост. Пайка высокопрочных медных сплавов
ФЛЮСЫ'НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
121
Продолжение табл 8
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение н характеристика флюса
15 Метилтетрагидрофталевый ангидрид Канифоль, растворенная в спирте 10 ...46 Ост. Пайка медн и ее сплавов Флюс обладает гидрофоб- ными свойствами
16 Дибутилфталат Канифоль 20 ...90 Ост. Пайка медн и ее сплавов Флюс нетоксичен
17 Канифоль Малеиновая кислота Поверхностно-активное вещество АПП-2 Этиловый спирт 30... 33 0,3... 3 0,1 Ост. Пайка меди и ее сплавов Преимущественно пайка плат печатного монтажа
18 Канифоль Иод Спирт этиловый 10 ...40 0,01... 0,001 Ост. Пайка и лужение меди и ее сплавов. Остатки флюса удаляются спиртом нли фреонами
19 Изопропанол Канифоль Солянокислая соль диметиламина Изопарафин 66 2 2 98 Пайка радиоэлектронной аппаратуры. Флюс хорошо удаляет оксиды, не выделяет ядовитых газов н не вызывает коррозии паяных соединений
20 Фосфат аммония Фторид аммония Канифоль 10. 90 0,5. 15 Ост. Пайка хромсодержащих коррозионно-стойких сталей припоями Pb-Sn
21 Канифоль Иодид титана Капроновая кислота 16,8 .20 4,2... 10 Ост - Пайка меди и ее сплавов. Флюс обладает повышенной активностью
22 Канифольное масло, получен- ное перегонкой при 180 . 250 °C Этиловый спирт 70 30 190 260 Пайка медн. Флюс не вызывает коррозии основного металла
23 Канифоль Катапин-ингибитор Этиловый спирт 3 ... 5 35 ...40 Ост - Пайка углеродистых н коррозионно-стойких сталей и медных сплавов с содержа- нием алюминия до 10 %
Флюсы, представленные в табл. 9 как
анилиновые, гидразиновые и прочие, следует
отнести к категории органических бескани-
фольных флюсов. Акцент на анилин и гидра-
зин сделан не случайно: данные вещества как
производные аммиака достаточно реакционно-
способны. В сущности, азот с водородом обра-
зует два соединения: аммиак NH3 и гидразнн-
H2N-NH2. Амины - это производные аммиака,
в которых один или несколько атомов водоро-
да замещены углеводородными радикалами.
Первичный, однорадикальный амин имеет
формулу - R-NH2, следовательно, гидразин -
безрадикальный диамин.
Использование анилиновых и гидразино-
вых флюсов сопряжено с безусловным соблю-
дением правил производственной санитарии и
экологической безопасности. ПДК этих ве-
ществ в воздухе рабочей зоны не должна пре-
вышать 0,1 мг/м3, относя их 1-му классу опас-
ности. В качестве флюсующего ингредиента
обычно используются хлорзамещенные соли:
122
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
9. Гидразиновые, анилиновые и другие органические флюсы для
низкотемпературной пайки черных и цветных металлов
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика флюса
1 Молочная кислота Вода 15 85 180 ... 280 Пайка меди, латуни, бронзы
2 Солянокислый гидразин Вода 5 95 150... 330
3 Вазелин Салициловая кислота Триэтаноламин Спирт этиловый (Флюс ВТС) 100 10 10 40 180 .300 Пайка меди, серебра, золота и их сплавов
4 Глицерин Гидразин солянокислый Вода 35 5 60 230... 350 Пайка меди и ее сплавов, никеля, серебра, углеродистых сталей
5 Гидрохлорид амина Уксуснокислый цинк Вода 10... 40 5 ... 30 Ост. - Пайка меди и ее сплавов. Флюс не вызывает коррозии паяных соединений
6 Гидразин солянокислый Глицерин Муравьинокислый натрий Дистиллированная вода I ...3 40... 55 1 ... 3 Ост. - Пайка меди и ее сплавов Флюс нетоксичен, остатки легко удаляются
7 Эфир полиэтиленгли- коля и тетрахлорфта- лиевого ангидрида Хлоруксусная кислота Растворитель 14...74.5 1,4... 23 20... 80 Пайка никеля. Флюс нетоксичен, остатки легко удаляются
8 Феруловая кислота Растительная смола Органический растворитель 0,1 ... 30 1,0...30 Ост. Пайка меди, серебра, сплава свинец-олово. Применяется в узлах и блоках радио- электронной аппаратуры
9 Полиэфирная смола Триэтаноламин Диэтаноламин Дистиллированная вода 61 64 0,5 .4 0,1 ... 4 Ост. Пайка меди, никеля, серебра и их сплавов припоями олово-свинец
10 Масло авиационное Масло цилиндровое Триэтаноламин 65 ... 83 115...30 2... 5 - Пайка печатных плат волной припоя
П Этиленгликоль Малеиновый ангидрид Вода 7,5-40 18... 75 Ост. - Лужение металлов, преимущественно никеля
12 Глицерин Додецилсульфат натрия Адипиновая кислота Этиловый спирт 20... 45 0,5 ... 1,2 4.. 10 Ост. Пайка термочувствительных элементов с минимальным временем нагрева. Флюс нетоксичен
ФЛЮСЫ'НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
123
Продолжение табл. 9
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика флюса
13 Глицерин Метилтетрагидрофталиевый ангидрид Триэтаноламин Этиловый спирт 0,1 . 10 0,1 . 10 Ост Пайка меди и ее сплавов. Остатки флюса хорошо смываются водой
14 Адипиновая кислота Этиленгликоль Изопропиловый или этиловый спирт 5 5 Ост. Механизированная пайка печатных плат
15 Триэтаноламин Бензойная кислота Спирт Фреон 113 1,5 4 18... 20 74,5 ...76,5 Пайка печатных плат
16 Триэтаноламин Ангидрид фталиевой кислоты Одноатомный спирт 0,4...40 0,6... 0,8 Ост Пайка деталей радиоаппаратуры
17 I лицерин Этиловый спирт 1 Ост. - Пайка печатных плат
18 Воск Олеиновая кислота 80 Ост. - Пайка меди и ее сплавов
19 Мочевина в виде кусков или водного раствора, концен- трации не менее 10 % 100 - Пайка низкоуглеродистой стали, меди, цинка. Флюс нетоксичен
20 Триэтаноламин Дизтиленгликоль 2...3 97... 98 Пайка проводов в эмалевой изоляции. Изоляцию можно не зачищать. Флюс не вызывает коррозию
21 Триэтаноламин Диэтиленгидрохлорид Катапин-ингибитор Спирт этиловый 10... 80 5. 10 5 ... 15 Ост. До 420 Пайка меди. Флюс имеет широкий интервал активного действия
22 Анилин солянокислый Глицерин Вода кипяченая 1 ...25 18 .. . 25 Ост. Пайка труднопаяемых материалов, преимущественно манганина
23 Соединение неопентилгли- коля с хлорэндиковым и тетрахлорфталиевым ангидридом Этилацетат 10... 60 Ост. Пайка изделий в приборостроении и радиоэлектронике
124
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Продолжение табл. 9
Ns п/п Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение и характеристика флюса
24 Таловое масло Растворитель 3 ... 10 Ост. 220... 260 Пайка изделий в радиоэлектро- нике и приборостроении. Флюс обладает лучшими техно- логическими свойствами по сравнению с канифольными
25 Глицерин Анилин солянокислый Спирт этиловый NN-диэтиланилин 35 10 4 15 60 .65 1 10 200 . 215 Пайка преимущественно металлизированных изделий методом погружения
26 Глицерин Янтарнокислый аммоний 97 .98 2... 3 Пайка меди. Флюс не вызывает коррозии соединений
27 Эпоксидная смола Метилтетрагцдрофталиевый ангидрид 4... 66 Ост. - Пайка и лужение меди и никеля
28 Дибутилфталат Поливинилпироллидон Полиэфирная смола 79,5 ... 81,5 2, ...4,5 Ост. 280... 300 Пайка и лужение серебросодер- жащими припоями. После пайки образуется влагостойкая пленка, препятствующая коррозии паяного соединения
29 Низкомолекулярный поли- винилпироллидон Стеариновая кислота Диэтиленглнколь Дибутилфталат 2.5 ... 4.5 3,5 ... 5,5 71 . 77 17 ... 19 100... 300 Пайка деталей с покрытием серебра и меди. Очистка после пайки производится в трихлорэ- тилене. Соединения отличаются высоким качеством
30 Моноэтаноламин Диэтиламин солянокислый 70... 80 20... 30 - Пайка и лужение материалов с серебряным, оловянным и оло- вянно-свинцовым покрытиями
31 Гидразин Смесь спирта, воды и вазелина 1 ... 10 Ост. - Пайка меди и медных сплавов. После пайки не остается шлаков
32 Карбамид Аммоний салициловокислый Триэтаноламин Этиловый спирт 5... 10 8... 10 1 ...2 Ост. Пайка печатных плат
C6H5NH2+HC1^C6H5NHjC1 - гидрохло-
риды, способные к сольватации в органических
растворителях, диссоциации и термическому
разложению. Последнее - специфическое свойст-
во солей вообще, например: NH4C1 -> NH3 + НС1.
Не менее эффективными компонентами
флюсов являются первичные и вторичные ами-
ны, амиды и гетероциклические соединения
Например, широко используемый во флюсах
нитрилотриэтанол (триэтаноламин) благодаря
тригональной форме молекулы
ФЛЮСЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
125
Н-б-СН2СН2
Н-б-СН2СН2<^*
N-CH2-CH2-:b-H6
легко приобретает с температурой смещение
электронной плотности кислорода к атому азота
и способность к гетероциклическому разрыву
полярной связи О-Н (справа) с отщеплением
протона, т.е. являясь типичной органической
щелочью, проявляет свойства кислоты, обеспе-
чивая хорошее флюсование. При этом левые
фрагменты молекулы с ОН-группировками ста-
новятся способными ассоциировать продукты
реакции по типу образования глицератов.
Бесканифольные элементоорганические
флюсы (табл. 10), в которых растворителем
являются многоатомные спирты - глицерин и
этиленгликоль, частично или полностью заме-
щающие воду во флюсах типа представленных
в табл. 7 и лучше защищающие металл от по-
вторного окисления, обеспечивают хорошую
технологичность.
10. Бесканифольные флюсы, содержащие органические и
неорганические соедииеиия для низкотемпературной пайки черных и цветных металлов
№ п/п Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, “С Назначение и характеристика флюса
1 Вода Глицерин Хлористая медь Хлористое олово (Флюс Ф-10) 47 47,9 0,1 5,0 200 ...300 Пайка углеродистых сталей
2 Глицерин Вода Хлористый кадмий CuCI2 2CuO 4Н2О Хлористое олово (Флюс Ф-16) 40 40 9,6 0,8 9,6 200... 290 Пайка углеродистых сталей
3 Вода Глицерин Хлористое олово Хлористый кадмий Соляная кислота (Флюс Ф-25) 41 40 5 10 4 20... 300 Пайка коррозионно-стойких сталей
4 Этиленгликоль или глицерин или их смесь 1:1 Диэтиламин солянокислый Ортофосфорная кислота (Флюс 38Н) 50 25 25 350 Пайка нихрома, бериллиевой бронзы, константана, коррозионно- стойкой стали
5 Ортофосфорная кислота Этиловый спирт Вода 0,2 1 1 - Алюминиевая и бериллиевая бронзы, корро- зионно-стойкие стали
6 Хлористый цинк Глицерин Хлористый аммоний Метиловый спирт Вода («Прима-1») 73 60 27 Г 150...400 Пайка меди и ее сплавов, металлов платиновой группы
। приведены в литрах
126
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Продолжение табл. 10
№ п/п Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение н характеристика флюса
7 Глицерин Хлористый аммоний (насыщенный р-р) Хлористый цинк (насыщенный р-р) 25 3 72 Пайка меди и ее сплавов, оцинкованного железа
8 Хлорид цинката аммония Хлориды щелочных металлов Гранулированный инертный материал плотностью0,1... 1 г/см3 Окись и карбонит цинка Фенолформальдегидная смола 60 4... 18 1,5 5... 25 0,1 ... 1 Пайка консервных банок припоем на основе свинца. Флюс сохраняет свойства в процессе нагрева до 385 °C
9 Хлористое олово Глицерин Дистиллированная вода Хлористая медь 9... 11 44 .46 42... 47 До 0,4 Пайка углеродистых и низколегированных сталей Флюс отличается слабой коррозионной активностью
Ю Хлористый кадмий Хлористое олово Соляная кислота Глицерин Дистиллированная вода 9... 11 3 . 5 38 .42 40... 42 Пайка коррозионно-стойких сталей
Н Глицерин Вазелин Хлористый цинк (паста Ниссо) 5 80 15 200... 360 Пайка меди
12 Соляная кислота Хлористый алюминий Формальдегид Вода 3 ... 6 3...6 4... 8 Ост. Пайка меди, медных сплавов и сталей припоями с пониженным содержанием олова
13 Фтористый натрий Вазелин Глицерин Этиловый спирт Хлористый цинк 4.6 67..69 3...6 16...20 4.6 Пайка преимущественно изделий из бериллиевой бронзы
14 Хлористое олово Гидразин солянокислый Карбамид 0,5 .5 3 ... 20 5... 50 Ост. 180... 350 Пайка оцинкованного железа
15 Глицерин Хеллатные соли Соляная кислота 92... 97 2. 8 0,1 ... 1 Пайка печатных плат. Флюс нетоксичен, тепло- стоек, не вызывает корро- зии, легко смывается водой
16 Хлористый алюминий Этиленгликоль Гидроокись алюминия Спирт этиловый 4. 6 48. 52 0,2... 0,6 46 . . . 52 Пайка стали, медн, никеля и их сплавов. Флюс малотоксичен, остат- ки легко удаляются водой
ФЛЮСЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
127
Продолжение табл. 10
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Температурный интервал активности, °C Назначение н характеристика флюса
17 Полиэфирная смола Соляная кислота Этиловый спирт 60... 80 0,1 ... 10 Ост. Лужение меди и стали оловянно-свинцовыми припоями. Остатки флюса смываются водой
18 Фосфорная кислота Полиэтиленгликоль Карбонат меди Двухаммониевый фосфат Вода 25. 85 15. 65 0,1 . 15 0...40 Ост Пайка меди и плакирован- ной медью коррозионно- стойкой стали
19 Лауролоперидиновый бромид Щавелевая кислота Водный раствор аммония (22. 24%) 20. 30 2 . 10 Ост Пайка деталей из латуни припоем олово-сурьма
20 Боргидрид натрия Гидроокись аммония Глицерин 0,5 ... 5 40... 50 Ост. 240 Пайка преимущественно изделий из никелевой бронзы
21 Глицерин Фосфорная кислота Поливинилпираллидон 84. 96 2... 10 2... 6 150... 280 Пайка преимущественно изделий из никеля и других неблагородных металлов
Флюсы для низкотемпературной пайки
алюминия и «среднетемпературной» пайки
магниевых сплавов приведены в табл. 11.
Сложность проблемы создания флюсов для
пайки алюминия не только в отсутствии ва-
лентных модификаций оксида, но и в некой
параллельности однотипных химических реак-
ций при практически исчезающей малой раство-
римости легкоплавких металлов в алюминии.
Известно, что оксид алюминия в достаточной
степени растворим в кислотах и щелочах
А12О3 + 6HCI = 2А1С13 + ЗН2О,
А12О + 2NaOH + ЗН2О = 2NaAI(OH)4
При этом алюминий и, вероятно, собст-
венно образующийся спай при такой малой рас-
творимости припоев в алюминии также раство-
рим в кислотах и щелочах
2А1 + 6HCI = 2А1С13 + ЗН2,
2А1 + 2NaOH + 6Н2О = 2NaAI(OH)4 + ЗН2.
Растворение металла между тем не помогает, а
ухудшает смачивание. Образующиеся гидроок-
соалюмннаты при нагреве разлагаются с обра-
зованием гидрооксида алюминия А1(ОН)3,
представляющего белое студенистое вещество,
нерастворимое в воде. При этом гидрооксид
разлагается вновь с образованием оксида:
2АЬ(ОН)з -> А12О3 + ЗН2О,
поэтому более удовлетворительные результаты
могут быть получены при пайке с флюсами,
содержащими фторбораты или фтористоводо-
родную кислоту, растворенную в органических
аминах, притом с припоями, содержащими
галлий, литий, цинк. Однако борфтористые
соединения н фтористоводородная кислота
быстро разлагаются при нагреве, и удовлетво-
рительные результаты могут быть получены на
тонкостенных, быстронагревающихся конст-
руктивах, лентах, фольгах и т.п. Существенной
сложностью является то обстоятельство, что
остатки таких флюсов должны немедленно
удаляться, что значительно снижает техноло-
гичность производственного процесса. При
использовании «реактивных» флюсов возни-
кают проблемы с внешним формированием
паяного соединения и достаточно выраженной
эрозией.
128
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
11. Флюсы для низкотемпературной пайки алюминия, магния и сплавов на их основе
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Температур- ный интервал активности, °C Назначение и характеристика флюса
I Триэтаноламин Фторборат кадмия Фторборат цинка Фторборат аммония (флюс Ф59А) 82,5 10 2.5 5 Пайка алюминия и сплава
2 Триэтаноламин Фторборат цинка Фторборат аммония (флюс Ф61А) 82 10 8 150... 320 АМЦ с медью и сталью припоями на основе олово-цинк и цинк-кадмий
3 Триэтаноламин Фторборат кадмия Фторборат аммония (флюс Ф54А) 82 10 8 -
4 Бромистый цинк Бромистый калий ( = 215 °C) 50... 30 50... 70 Пайка алюминия. Флюс бездымный. Может применяться в виде водного раствора
5 Хлористый свинец Хлористый калий Хлористый кобальт 95 ... 97 1,5 ... 2,5 1.5. 2.5 Реактивный флюс для свин- цевания алюминия. Толщи- на покрытия не менее 30 мкм
6 Триэтаноламин н другие амины с высокой Комплекс первичных или вторич- ных алкиламинов и борфтористых соединений Смола 15 ... 30 3...25 Ост. Пайка алюминия с медью. Остатки флюса не удаляют
7 Борфтористый аммоний Борфтори'стый кадмий Эпоксидная смола 4 .7 4... 7 Ост. Пайка алюминия в электро- приборах. Зону пайки покрывают затвердевшей эпоксидной смолой для повышения долговечности
8 Хлористый цинк Хлористый аммоний Вода К массе смеси добавляют: ланолин белый вазелин 5... 62 5... 35 22 80 16... 416 10... 510 Пайка алюминия и его спла- вов. Флюс имеет хорошие технологические свойства и обеспечивает высокую прочность и коррозионную стойкость соединений
9 Хлористый калий Хлористый литий Фтористый цинк Хлористый кадмий Хлористый цинк (флюс Ф134) 35 30 10 15 10 390 . 420 Пайка магниевых сплавов и сплавов алюминия со значительным содержанием магния (АМгЗ, АМгб)
10 Хлористый калий Хлористый литий Фтористый кадий Хлористый натрий Хлористый стронций (флюс № 8) 35 20 5 35 5 435 Пайка магниевых сплавов припоями на основе магния с добавками алюминия и цинка
ФЛЮСЫ'НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
129
Из всей приведенной в табл. 7-11 обшир-
ной номенклатуры флюсов наиболее удачные и
хорошо зарекомендовавшие себя в промыш-
ленности флюсы выделены в табл. 12. Эти
флюсы имеют стандартизованную техниче-
скую документацию, четкую технологию изго-
товления, а многие из них централизованно
производятся на промышленных предприяти-
ях, гарантирующих их соответствие ТУ со-
гласно ОСТ 4 Г0.033.200 [18]
12. Наиболее распространенные в промышленности низкотемпературные флюсы,
имеющие стандартизованную документацию (ОСТ4 Г0.033.200.)
№ Марка флюса Компоненты Содержание (массовые доли), % Назначение Технологическая характеристика
1 ФКСп Канифоль сосновая марок А. В. ОК-5 Спирт этиловый или изопропиловый 10... 60 90... 40 Пайка цветных металлов и сплавов Пайка электромонтаж- ных соединений Органосмы- ваемый. Остатки можно не удалять
2 ФПЭт Смола полиэфирная ПН-9 или ПН-56 Этилацетат 15... 50 85 ... 50 Флюс-лак для электро- монтажа. Консерви- рующее покрытие плат Остатки можно не удалять
3 ФКТ Канифоль сосновая марок А, В, ОК-5 Тетрабромид дипентена Этилацетат Спирт этиловый 20 0,1 ...0,2 1,8 . 1,9 Ост. Пайка электромонтаж- ных соединений. Пайка цветных металлов и сплавов Органосмы- ваемый. Остатки можно не удалять
4 ФКТС (ФКТБ)* Канифоль сосновая марок А, В, ОК-5 Кислота оксибензойная* Нитрилотриэтанол Спирт этиловый 15.. 30 3 ... 3,5 1 ... 1,5 Ост. Пайка цветных металлов и сплавов, электромон- тажных соединений Органосмы- ваемый
5 ЛТИ-120 Канифоль сосновая марок А, В, ОК-5 Диэтиламингцдрохлорид Нитрилотриэтанол Спирт этиловый 20... 25 3... 5 1 ...2 Ост. Пайка цветных металлов и сплавов Органосмы- ваемый
6 ФДФС Диэтиламингидрохлорид Кислота ортофосфорная Этиленгликоль 20... 25 20... 25 50 ...60 Пайка цветных и черных металлов Водосмывае- мый
7 ФЛЯГлВ Кислота лимонная Кислота янтарная Глицерин Вода дистиллированная 5... 10 2... 50 30... 70 Ост. Пайка цветных металлов Водосмывае- мый
8 ФЦА Цинк хлористый Аммоний хлористый Вода Гидроокись цинка 45,5 9,0 45,5 До выпаде- ния осадка Пайка черных и цветных металлов Водосмывае- мый
9 ФАТСп Ангидрид фталиевый или малеиновый Нитрилотриэтанол Спирт этиловый 6... 24 4... 16 90 ...60 Пайка цветных металлов и сплавов Органоводо- смываемый
5 - 8294
130
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Продолжение табл. 12
№ Марка флюса Компоненты Содержание (массовые доли), % Назначение Технологическая характеристика
10 ВФ-130 Кислота лимонная Лапромол 294 ПЭГ-115 Спирт этиловый 4 ... 12 45... 10 5... 10 68 ... 86 Пайка электромонтаж- ных соединений Водосмывае- мый
П ФАГл Анилин гидрохлорид Глицерин 25... 30 70... 75 Пайка труднопаяемых материалов Водосмывае- мый
12 Ф-25” Хлорное олово Хлористый кадмий Кислота соляная Глицерин Вода 5 10 4 40 31 Пайка углеродистых сталей Водосмывае- мый
13 Прима-2 Аммоний хлористый Цинк хлористый Кислота соляная Вода 6 5 85 Пайка черных и цветных металлов Водосмывае- мый
14 - Цинк хлористый Аммоний хлористый Вода 48 12 40 Пайка черных и цветных металлов Водосмывае- мый
15 ЗИЛ-1 Цинк хлористый Олово двухлористое Медь хлорная Кислота соляная Вода 40 5 0,5 3,5 51 Пайка черных и цветных металлов Водосмывае- мый
Кислота оксибензойная может быть заменена на бензойную.
** Разрешен к применению прн наличии разрешения на утилизацию кадмиевых электролитов.
Самостоятельную группу технологиче-
ских материалов составляют пастообразные
композиционные припои и паяльные пасты,
приведенные в табл. 13. Как видим, пастооб-
разные композиции и паяльные пасты - отнюдь
не новое технологическое направление. По-
рошковая металлургия изготавливает порошки
различных металлов и сплавов, в том числе и
припоев необходимых дисперсности и формы
Последующее механическое смешение порош-
ка припоя с адгезионно-флюсующей компози-
цией является основой производства паяльных
паст и прессованных материалов для низко- и
высокотемпературной пайки.
13. Пастообразные композиционные припои и паяльные пасты
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Назначение
1 Хлористый цинк Хлористый аммоний Канифоль Идитол Уротропин Двуокись титана Порошок припоя 7...9 2...4 4...6 11 ... 18 0...0.6 10,6... 12,4 58...62 Пайка предохранителей, резисторов, конденсаторов
ФЛЮСЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
131
Продолжение табл. 13
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Назначение
2 Хлористый литий Хлористый калий Хлористый натрий Хлористый стронций 20... 24 31 ... 38 21 ...25 5 ... 6,5 Пайка алюминия и его сплавов. Паста длительного хранения. Размер частиц порошка не менее 250 мкм
3 Криолит Связующее вещество (полимеры полиакрилатов, полигликоля) Порошок припоя систем Al-Si, Al-Zn,Al-Cu, Al-CU-Zn 13 ... 16 7... 35 15 ...75
4 Порошок припоя системы Al-Si Одноатомный спирт Шеллак Фторцирконат калия 70... 80 18 ...25 0,1 ... 0,9 Пайка алюминия. Пасту хранят в герметичной таре
5 Припой Sn-Pb Хлористый цинк Хлористый аммоний Глицерин Полиэтиленгликоль Желатин Вода 68 80 4,2 9,4 1,9... 3,5 4,7 ...9,1 0,9 . 2 0,2... 0,5 Ост. Пайка сталей, меди, медных сплавов и других металлов. Паста легко смывается водой
6 Канифоль Глицерин Полиэтиленгликоль Анилингидрохлорид Мочевина Припой Sn-Pb 22,4 . 49,1 31,7... 58,4 17,1 ...21,2 0,8... 1,6 0,5 ... 0,8 Ост. Пайка меди, серебра и их сплавов. Паста не вызывает коррозию паяных соединений
7 Вольфрам Окись кальция Двуокись кремния Двуокись титана Окись алюминия Растворитель (44 % карбоната этилена и 13 % этилцеллюлозы) 21,5 7,5 5,5 5,5 3,5 56,5 Соединение электрических выводов с металлизированной керамикой Оптимальная температура пайки 1500 °C
8 Припой ПРМТ-45 Водный раствор поли- винилового спирта 75 ... 80 20... 25 Пайка титановых сплавов в вакууме и аргоне. Остатки смываются горячей водой
9 Порошок ПОС-СуЗО-2 Хлористый цинк Хлористый натрий Хлористый аммоний Крахмалит Вода 75 ... 80 7... 8 0,4 ...0,6 0,04... 0,1 0,2... 0,4 10... 18 Паста имеет устойчивое коллоидное состояние до +40 °C. Требует удаления остатков флюса тщательной промывкой
132
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Продолжение табл. 13
№ Компоненты Содержание (массовые доли), % Назначение
10 Порошок ПОССу-ЗО-2 Бензойная кислота Глицерин 75 ... 80 0,5 ... 0,8 16... 18 Паста имеет устойчивое коллоидное состояние при температурах -50... +50 °C
11 Порошок ПОССу-ЗО-2 Вазелин Бензойная кислота Аммоний хлористый Эмульгатор ОП-7 75 ...80 18. 22 1,2... 1,3 1,2... 1,3 0,4 ...0,6 Пайка стали, меди, никеля и латуни. Удаление остатков флюса не обязательно
12 Спирт Глицерин Хлористый аммоний Солянокислый анилин Триэтаноламин 30 45 18 5 2 Флюсующий состав смешивается с порошком припоя в соотношении 1 :6. Удаление остатков флюса не обязательно
Как следует из табл. 13, первые паяльные
пасты для низкотемпературной пайки в качест-
ве адгезивно-флюсующей композиции обычно
содержали известный флюс, например на осно-
ве канифоли, активированной хлоридами ме-
таллов (см. табл. 13, пасты № 1; 6). Необходи-
мая реологическая вязкость пасты достигалась
введением в состав флюса таких ингредиентов,
как крахмал, декстрин, воск, ланолин и т.п.
Существенным моментом развития данной
технологии оказалась возможность изготовле-
ния сложных многокомпонентных порошков
для паст путем предварительного смешения
отдельных порошкообразных составляющих
(табл. 13, паста № 8) с образованием припоя в
процессе контактно-реакционного плавления
этой смеси. Известно и использование компо-
зитных паяльных паст, состоящих из основного
припоя и более высокотемпературного напол-
нителя (например, ВПр11-40Н), обеспечиваю-
щего удержание основного припоя от вытека-
ния из некапиллярных зазоров, и т.п.
Флюсосодержащие композиции на основе
канифоли, активированной хлоридами, даже
при условии их надлежащего хранения оказы-
вались недолговечными, быстро теряли флю-
сующие свойства, вызывая сильное окисление
порошковой составляющей При этом резко
сокращался срок производственного хранения
даже в контролируемых условиях, а остатки
флюса плохо удалялись промывкой в воде и
органических растворителях, что способство-
вало развитию электрохимической коррозии.
Такие пасты использовались только в конст-
рукционной пайке и совершенно не применя-
лись в производстве радиоэлектронной аппара-
туры. Дисперсность паст находилась в преде-
лах 10 ... 200 мкм; реологические свойства
паст не обладали способностью к прецезион-
ному дозированию, легко растекались по паяе-
мой поверхности и не позволяли осуществлять
пайку в потолочном положении. Содержание
порошкового припоя в них не превышало 80 %;
в итоге эти пасты образовывали большое коли-
чество остатков, особенно в труднодоступных
местах, затрудняя их гарантированное удаление.
Прогресс развития электронной индуст-
рии в начале 1980-х гг. поставил специфиче-
скую задачу разработки двух типов принципи-
ально новых композиций флюсов и паяльных
паст: с неудаляемыми полимеризующимися
остатками флюсующей композиции и с остатка-
ми, гарантированно удаляющимися в воде по
самой элементарной технологии. Принципиаль-
ное значение при этом приобрела «системность»
или взаимозависимость и совместимость целой
группы последовательно используемых в техно-
логии органических материалов.
СИСТЕМНЫЕ ФЛЮСЫ
И ПАЯЛЬНЫЕ ПАСТЫ ДЛЯ
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
Современная печатная плата, изготовлен-
ная из специального диэлектрика, имеет сетк>
медных проводников, закрытых полимерной
защитной пленкой, называемой «солдерма-
СИСТЕМНЫЕ ФЛЮСЫ-И ПАЯЛЬНЫЕ ПАСТЫ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ ПАЙКИ 133
ской». Маска защищает токонесущие провод-
ники от воздействия расплавленного припоя и
имеет специальные топологические окна,
вскрытые над контактными площадками, к
которым должны быть припаяны поверхност-
но-монтируемые ингредиенты (ПМИ). Платы
характеризуются довольно высокой плотностью
монтажа: на 1 см2 поверхности может находить-
ся более 20 открытых контактных площадок с
установленными на них ПМИ; при этом рас-
стояния между соседними токоведущими про-
водниками могут составлять 0,15 ... 0,2 мм.
Естественно, изделия с подобной плотностью
паяных соединений чрезвычайно трудно под-
даются примитивному отмыванию остатков
флюса, которые во влажной атмосфере резко
снижают сопротивление изоляции между про-
водниками, вызывая короткие замыкания или
электрический пробой даже без видимых при-
знаков электрохимической коррозии. Поэтому
главной технической проблемой современной
электроники стала проблема создания флюсов
и композиций, остатки которых образовывали
бы на поверхности гидрофобную электроизо-
ляционную полимерную пленку с достаточно
высоким эстетическим качеством.
Поскольку в процессе нагрева и пайки
флюс стекает с выступающих элементов и от-
тесняется расплавом припоя на периферию
соединений, остающаяся полимерная пленка не
может выполнять роль общего влагозащитного
покрытия, в связи с чем в необходимых случа-
ях изделия дополнительно покрывают влаго-
защитным лаком. При неудаляемых остатках
флюса лак непосредственно наносится на ос-
тавляемую пленку флюса. В некоторых типах
изделий специального назначения печатные
платы, после их установки в обрамляющий
корпус, дополнительно заливаются специаль-
ными органическими компаундами, защи-
щающими электросхему от внешних механиче-
ских воздействий. Перед заливкой компаун-
дом, а иногда и перед лакировкой отдельные
крупногабаритные и металлоемкие элементы
дополнительно крепятся специальными орга-
ническими клеями, адгезивами и клеящими
скотчами, обеспечивающими устойчивость при
знакопеременных и вибрационных нагрузках.
В химико-технологическом аспекте готовое
изделие представляет собой «слоеный ком-
плекс», не допускающий не только его механи-
ческих нарушений, но и возможность его газо-
и влагопроницаемости в ряду: диэлектрик -
солдермаска - остающаяся пленка остатков
флюса - адгезивы - влагозащитный лак - ком-
паунд [19]. Само понятие «системность» озна-
чает взаимозависимость молекулярной струк-
туры каждого элемента этого «комплекса».
При этом в химическом отношении каждый из
этих материалов должен являться кинетически
устойчивым к различного рода воздействиям
внешней среды.
Одним из возможных вариантов решения
этой задачи является получение в виде конеч-
ного продукта полиамидного покрытия на ос-
нове природных или синтетических смол [20].
Поликонденсаты этих смол могут обеспечить
качество паяных соединений только на мате-
риалах, обладающих хорошей паяемостью. По-
этому также требуется и создание эффективных
флюсов для труднопаяемых материалов с гаран-
тированно удаляемыми остатками в воде с це-
лью обеспечения производственной и экологи-
ческой безопасности финишных операций.
Существует ряд способов «активации» ка-
нифоли, приводящих к образованию высокомо-
лекулярного продукта. Не принимая во внима-
ние гидроксильную группу и полагая, что кани-
фоль является простой а-аминокислотой, реак-
ция поликонденсации биполярных ионов соот-
ветствует, как указано выше, образованию
полипептида с повторяющейся группировкой и
атактической (указанной стрелкой) конфигура-
цией протона на азоте:
Если расплав канифоли термически дис-
социирован по биполярной схеме, то для ли-
нейной поликонденсации цепи в простейшем
случае в качестве «активатора» можно исполь-
зовать либо другую аминокислоту, либо гидро-
ксиламин. Полагая, что в реакции биполярного
иона с оксидом меди отделяется водород ами-
ногруппы
Cu2O + 2NH3ReCOO* = 2NH2ReCOOCu + Cu+,
а образующаяся при этом соль диссоциирует в
процессе нагрева по схеме
NH2ReCOOCu«t= NH2K,COO + Cu+,
го, опустив для простоты изложения бимоле-
кулярный характер реакции в параллельных
цепях и полагая, что на восстановление оксида
от одной молекулы отделяется один протон.
134
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
«бесконечная» схема бимолекулярной поли-
конденсации примет ввд:
Н НОН
\ \ // \
. /N-R^OH + H—N-[C~C\+ ^N-R,-OH,
Н Н о н
гидроксиламин
или:
\ ч ?
.. N-R^N-Ro-C-N-Rj-OH ...
Н Н । ►00CRoH2N
Анион продукта реакции канифоли с ок-
сидом присоединяется к «потерявшему» свои
протоны атому азота гидроксиламина Ионы
меди осаждаются на паяемом металле, т.е. на
меди. Если же процесс развивается по основно-
му кислотному механизму с уходящим на вос-
становление оксида протоном карбоксила, то
\ \ // /
. N-R.JOH+N-Ro-C 4- OHt-Ri-N... ,
н н он н
н н о н
х I II /
... N-R.-N-Ro-C-O-R.-N ...
HZ L*- OOCRJHjl? Н
в итоге реакции ничего не меняется по сравне-
нию с предыдущим случаем.
Если вернуться к флюсам из табл. 8 и 12,
то можно увидеть, что ни одного флюса, по-
добного рассмотренному варианту, нет!
В лучшем случае есть попытки использовать
оксикислоту (см. табл. 12, ФКТС) или двухос-
новную кислоту (см. табл. 9, флюс № 14) в рас-
чете на термоактивированный отрыв ОН-группы
от карбоксила. Однако стабильной реакции при
этом получить невозможно.
Использование готовой полиэфирной
смолы в соответствующем растворителе (табл
11, флюс № 2) - казалось бы, понятное и пра-
вильное решение, однако полиэфиры весьма
подвержены пиролизу (обугливанию) остатков;
в итоге паяные соединения имеют крайне неэс-
тетичный вид. Эти флюсы хороши для меж-
операционной защиты изделий (плат) от окис-
ления контактных площадок. Новые системные
флюсы, представленные в табл. 14, в сущности
построены по стереобимолекулярной схеме [21],
исключающей газо- и влагопроницаемость
внутри самой пленки остатков. В целях повы-
14. Системные флюсы и паяльные пасты для радиоэлектроники
№ Марка флюса Компоненты Содер- жание, % (масс.) Температурный интервал активности, °C Технологическая характе- ристика и назначение
1 ФПС-6 Канифоль модифицированный л-изомер циклогексиламина а-оксиаминокарбоно- вая кислота Пептидный активатор а-смачиватель Изопропилбензол, пропанол-2 5...25 3 ... 10 2... 10 1 ...5 0,5 Ост. 160... 280 Термически поликон- денсируемый флюс для пайки радиоэлектронной аппаратуры с неудаляе- мой пленкой остатков. Используется при пайке с общим нагревом изделий
2 ФПС-6 НП (НК) Синтетическая смола «Циклоамннофоль» Пептидный активатор а-смачиватель Изопропилбензол. пропанол-2 5...25 3...5 0,5 Ост. 160 ... 280 Нормально конденси- рующийся при комнат- ной температуре флюс для ручной пайки с местным нагревом. С неудаляемыми остатками
СИСТЕМНЫЕ ФЛЮСЫ И ПАЯЛЬНЫЕ ПАСТЫ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ 135
Продолжение табл. 14
№ Марка флюса Компоненты Содержание, % (масс.) Температурный интервал активности, °C Технологическая характе- ристика и назначение
3 ФПС-6 НПБ Синтетическая смола «Бензаминофоль» Пептидный активатор а-смачиватель Изопропилбензол, пропанол-2 5...25 3 ... 5 0.5 Ост. 160... 280 Нормально конденси- рующийся флюс для ручной пайки с повы- шенными электроизоля- ционными характери- стиками
4 ФПС-8 Органическая кислота из группы оксиамино- замещенных Тетрафункциональная лиганда гидроксиэти- лендиамина а-смачиватель Азеотропная смесь многоатомных спиртов 5... 10 10... 25 0,5 Ост. 130... 300 Водосмываемый флюс для пайки радиоэлек- тронной аппаратуры. Для любых методов нагрева
5 ФПС-8 ЛО Элементоорганический комплексообразователь Тетрафункциональная лиганда гидроксиэти- лендиамина а-смачиватель Азеотропная смесь многоатомных спиртов 5... 25 10... 50 0,5 Ост. 130 300 Водосмываемый флюс повышенной активности для пайки радиоэлек- тронной аппаратуры. Для любых методов нагрева
6 ФПС-10 Ароматический фосф анид амид Галогенангидрид органической кислоты Глицерин, глицедол 15 .40 5... 15 Ост. 130 330 Водосмываемый флюс для лужения и пайки труднопаяемых мате- риалов и стали на никелевой основе
7 ПС ПОС-61 «К» Порошок припоя Синтетическая смола «Циклоаминофо ль» Пептизатор из группы нитрилооксиэтиламина Стабилизатор дисперсности ПАВ Полигликоль 88 ... 90 6,5 ... 9,5 2... 4,5 1 ... 2 0,06... 0,09 Ост. 180 . .. 280 Паста паяльная с неуда- ляемыми поликонденси- рующимися остатками для радиоэлектронной аппаратуры и конструк- ционной пайки
8 ПС ПОСВ-45 «К»* Порошок припоя ПОСВ-45А «Циклоам инофоль» Пептизатор группы нитрилооксиэтиламина Стабилизатор дисперсности ПАВ Гликоль 88 ...90 6,5 ... 9,5 2 ... 4,5 1 .2 0,06... 0,09 Ост. 130... 280 Паста паяльная с неуда- ляемыми остатками на основе сверхпластично- го припоя ПОСВ-45 А (7™ =117 °C). Для ступенчатой пайки и пайки теплочувстви- тельных элементов аппаратуры
136
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Продолжение табл 14
№ Марка флюса Компоненты Содержание, % (масс.) Температурный интервал активности, °C Технологическая характе- ристика и назначение
9 ПС ПОС-61 «ло» (ЛОЮ Порошок припоя Элементоорганический комплексообразователь Полифункциональная лиганда оксиэтилендиамина Карбокатион Стабилизатор дисперсности ПАВ Полигликоль 86 ...88 1,5... 3,5 4... 10 2... 3 2... 3,5 0,05 ... 0,08 Ост. 180... 280 Паяльная паста с водо- смываемыми остатками для монтажной и конст- рукционной пайки в радиоэлектронике
10 ПС ПОСВ-45 «ЛО» Порошок припоя Элементоорганический комплексообразователь Лиганда оксиэтилендиамина Карбокатион Стабилизатор дисперсности ПАВ Полигликоль 86 ... 88 1,5 .3,5 4 10 2 .3 2 . .. 3,5 0,05... 0,08 Ост. 130 ...280 Паяльная паста с водо- смываемыми остатками на основе сверхпластич- ного припоя ПОСВ-45А* для монтажной и конст- рукционной пайки в радиоэлектронике
Н ПС ПОС-61 «НФ»; ПС ПОСВ-45 «НФ» Химический состав анало- гичен № 9 и 10 с комплексо- образователем из группы нитрилов. Растворитель - многоатомный спирт 130 ... 280 Водосмываемые паяль- ные пасты с улучшенной реологией композиции
12 ППЛ- 260** Порошок припоя ПОС-61 Ангидрид органической кислоты Полиамин Глицедол Водосмываемая паяльная паста для радиоэлектроники
Низкотемпературный сверхпластичный (8 = 300 %) припой ПОСВ-45А, ВА0.033.001 ТУ, Т™ =
= 117 °C, предназначен для пайки теплочувствительных элементов н ступенчатой пайки. Используется как
заменитель дефицитного индиевого припоя ПОИн-52, в том числе для конструкционной пайки изделий из
термостойких пластмасс типа «темплен». Выпускается также в виде композитного материала ПОСВ-45С:
свинец 100 ... 300 мкм с двух сторон плакированный припоем ПОСВ-45А, 50 мкм. Используется как термо-
компенсатор при соединении материалов с резко различными КЛР. Паяльные флюсы и пасты марок ФПС и
ПС выпускаются соответственно по ТУ 400 СП «ЭВ» 2178-137-92 и ТУ 400К «Р»1805-22-91. Разработчик -
фирма «ПАН-СОЛДЕРС», Москва
** Паста паяльная ППЛ-260 выпускается фирмой «СИЭТ», Ярославль.
шения термостойкости они содержат кинетиче-
ски устойчивые ароматические соединения.
Поскольку рассмотренная выше схема
«активации» канифоли является термически
поликонденсационной, флюсы ФПС с индек-
сом «К» не могут в полной мере использовать-
ся для ручной пайки, ремонта и доработки ап-
паратуры, т.е. в техпроцессах с местным нагре-
вом и произвольно растекающимся флюсом.
В этом случае используются флюсы ФПС с
индексами «НП» или «НПБ», конденсирующие-
ся при комнатной температуре. Время конден-
СИСТЕМНЫЕ ФЛЮСБ1И ПАЯЛЬНЫЕ ПАСТЫ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ 137
сации «наотлип» - 1 ... 1,5 мин; время полной
конденсации -4 ч. Основу этих флюсов со-
ставляет специально синтезированная смола,
растворенная в летучих растворителях или в их
азеотропных (неразделяющихся) смесях. Все
флюсы марок ФПС имеют сопротивление изо-
ляции остатков при температурах до +80 °C
не ниже Ю10 Ом мм (1011 Ом см.) (рис. 1). Со-
противление изоляции остающейся пленки
флюсов, измеренное в гигростате при +30 °C
и относительной влажности 95 %, составляет
0,6 Ю10 Ом мм. Следует отметить, что сопро-
тивление изоляции чистой печатной платы в
гигростате составляет 104 Ом • см, а требуемое
схемотехническое значение должно быть не
ниже 107 Ом см, поэтому печатные платы в
условиях повышенной влажности без дополни-
тельной влагозащиты использоваться не могут.
Синтез водосмываемых композиций су-
щественно не отличается от схемы синтеза
неудаляемых композиций, с той лишь разни-
цей, что основными ингредиентами являются
оксипроизводные углеводородные соединения.
Для перевода продуктов реакции в водораство-
римые аквакомплексы в них используется эле-
ментоорганический комплексообразователь.
Паяльные пасты «системного» типа по-
строены по тем же принципам, что и флюсы,
поэтому они существенно отличаются от па-
яльных паст, представленных в табл 12. Со-
временные паяльные пасты - это прежде всего
Рис. 1. Температурно-временная завнсимость
сопротивления изоляции остающихся пленок
флюсов н композиций паяльной пасты:
I - ФПС-6,4 ч после пайки; 2 - ФПС-6,
через трое суток; 3 - ФПС-6НП, 4 ч после пайки;
4 - ФПС-6НП, через трое суток; 5 - ФПС-6НПБ,
4 ч после пайки; 6 - ФПС-6НПБ, через трое суток,
7 - композиция пасты «К» после пайки;
8- композиция пасты «К» через трое суток
дисперсные системы со специальной реологи-
ей. Основное значение в их композиции имеет
так называемая «обратимая связнодисперс-
ность» или тиксотропность (сохранение формы
отпечатка после нанесения). Пасты условно
делятся на мягкие и жесткие. Первые, иногда
называемые «кремами», приготавливаются на
гелеподобных органических композициях,
имеющих низкие адгезионные и внутренние
когезионные связи, однако их контролируемая
вязкость может достигать 4000 Па • с. Жесткие
пасты имеют высокие адгезионные свойства
при относительно невысокой вязкости -
1000 ... 1500 Па-с, тем не менее на места пай-
ки наносятся труднее. Этот тип паст предна-
значен главным образом для одновременной
установки ЭРИ в отверстия платы и ПМИ на
контактные площадки с осуществлением про-
цесса оплавления (пайки), в котором ПМИ
находятся в потолочном положении, а элемен-
ты, установленные в отверстия, - в нормаль-
ном верхнем положении.
Пасты выпускаются с различной дис-
персностью частиц припоя; 25 . 40 мкм и
40 .. 75 мкм. Частицы могут иметь любую
форму - сферическую и несферическую, что
принципиального значения не имеет. Нанесе-
ние паст осуществляется методами сеткогра-
фической (для конструкционной пайки) и тра-
фаретной печати, а также с помощью пневмо-
дозаторов. В последнем случае сферическая
форма частиц является предпочтительной, если
диаметр выходного наконечника менее 0,8 мм.
Паяльные пасты с неудаляемыми остат-
ками при повторном нагреве позволяют осуще-
ствлять подпайку случайно не оплавленных
соединений без дополнительного нанесения
флюса. Водосмываемые композиции повторной
пайке без использования специального совмес-
тимого с остатками пасты флюса (ФПС-8) не
подлежат. Неудаляемые композиции паст при
ремонте, доработке и дополнительной установке
настроечных элементов также требуют приме-
нения совместимого флюса (ФПС-6НП). В про-
тивном случае произвольно используемый,
тоже неудаляемый, флюс может необратимым
образом повлиять на характеристики остатков
пасты и их химическую устойчивость.
Различные пасты требуют и различных
режимов оплавления. В особенности это каса-
ется водосмываемых паст. Типовой режим
оплавления (рис. 2): предварительный подог-
рев при 90 . 130 °C, участок быстрого набора
температуры со скоростями 2 ... 4 °С/с до мак-
138
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Рис. 2. Типовой термопрофнль оплавления
паяльных паст в конвекционной печи «Heller»
снмальной температуры оплавления; темпера-
турный участок собственно оплавления при
210 ... 240 °C и охлаждение. Нарушения режи-
мов на участке предварительного подогрева и
превышение температуры оплавления для во-
досмываемых паст, как правило, приводят к
потере их водосмываемости без применения
специальных детергентов (моющих средств),
что, по сути дела, ведет к потере смысла водо-
смываемой технологии в аспекте ее производ-
ственной и экологической безопасности. Более
подробное изложение этих вопросов - в рабо-
тах [22,23].
СПОСОБЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И
НАНЕСЕНИЯ ФЛЮСОВ ДЛЯ
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
Приготовление флюсов для низкотемпе-
ратурной пайки, указанных в табл. 7-12, обыч-
но не связано с их химическим составом, а
связано с растворимостью ингредиентов в раз-
личных растворителях (табл. 15). Типовая ме-
тодология заключается в приготовлении общих
или раздельных растворов с последующим
смешением, фильтрованием и т.д.
Системные флюсы приготавливают по
иной методике: вначале из основных ингреди-
ентов приготавливают конечный продукт,
обычно при температурах 120 .150 °C; толь-
ко потом полученное вещество или синтезиро-
ванную смолу растворяют в соответствующем
растворителе, обычно также при определенной
температуре, а в некоторых случаях - в посто-
янном электрическом поле. Седиментирую-
щиеся (оседающие) композиции через уста-
новленный срок хранения реструктурируют
при сопутствующем нагреве и в электричес-
ком поле.
15. Способы приготовления флюсов
Компоненты флюса Способ приготовления
Канифоль, этиловый спирт Измельченную канифоль растворяют в этиловом спирте
Канифоль, хлористый цинк, хлористый аммоний, этило- вый спирт Все компоненты растворяют в спирте. После отстаивания в течение 24 ч жидкость осторожно сливают
Канифоль, гидразин соля- нокислый, глицерин, этило- вый спирт В спирте последовательно растворяют канифоль, гидразин и глицерин
Стеарин, канифоль, хлори- стый цинк, нашатырь, вазе- лин, вода Приготовляют водный раствор хлористого цинка с нашатырем, к которому добавляют смесь стеарина с измельченной канифолью. В этот раствор добавляют вазелин и перемешивают
Флюсы типа ЗИЛ-1, ЗИЛ-2 Отдельно приготовляют растворы хлоридов цинка, калия, аммо- ния и раствор двухлористого олова в соляной кислоте. В по- следний вливают горячую воду. В раствор хлористого цинка последовательно добавляют растворы хлоридов
Триэтаноламин, фторбора- ты тяжелых металлов и аммония Триэтаноламин разливают в фарфоровую посуду по числу ком- ветствующий компонент, затем все порции сливают вместе, пе- ремешивают и готовый флюс хранят в стеклянной посуде
ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПАЙКЕ
139
Органические флюсы в связи с их пожа-
роопасностью хранят в полиэтиленовой таре.
Флюсы, содержащие хлористый цинк или на-
шатырь, следует хранить в металлической таре.
Если к этим реагентам добавлены хлориды
тяжелых металлов, то их хранят в стеклянной
или керамической посуде. Хлоридные флюсы
используют в виде растворов или паст. На
паяемую поверхность их наносят кистью или
погружением детали в раствор флюса. Кани-
фольные и другие органические флюсы также
применяют в виде растворов или паст. На
паяемые материалы их наносят кистью, погру-
жением, шприц-дозаторами, валиком, вспени-
вающими устройствами и распылением.
ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПАЙКЕ
Недостатки флюсовой пайки привели к
созданию более эффективных способов удале-
ния окисной пленки с металла в процессе пайки.
С этой целью применяется пайка в газовых сре-
дах, которая имеет следующие преимущества:
- получение более качественного соеди-
нения;
- повышение производительности про-
цесса,
- уменьшение коробления вследствие
равномерного нагрева изделия;
- доступность контроля температуры
пайки и времени выдержки в печи;
- возможность автоматизации и механи-
зации технологического процесса;
- отсутствие необходимости в очистке
деталей после пайки от остатков флюса
Для пайки применяют восстановитель-
ные, инертные, активированные газовые среды,
а также вакуум
Восстановительные газовые среды
Наиболее высокие восстановительные
свойства имеет водород. Однако вследствие
взрывоопасности его применение ограничено
Чистый водород применяют при пайке высоко-
легированных сталей в печах небольшого объ-
ема. Целесообразнее применять водород в сме-
си с азотом. При содержании водорода менее
10 % его смесь с азотом невзрывоопасна. Перед
употреблением азотоводородную смесь очи-
щают от примесей кислорода и паров воды.
Большое распространение в качестве вос-
становительной газовой среды при пайке полу-
чил диссоциированный аммиак, который при
нагреве до 600 °C в присутствии катализатора
(окислы железа) разлагается на водород и азот
в соотношении 75 и 25 % по объему соответст-
венно. Благодаря высокому содержанию водо-
рода полученная смесь газов восстанавливает
окислы металлов при пайке не только низколе-
гированных сталей, но и сталей и сплавов, со-
держащих легкоокисляющиеся элементы, та-
кие, как хром, марганец, кремний [1]. При этом
азотоводородная смесь не должна содержать
паров воды и недиссоциированного аммиака,
наличие которых приводит к обезуглерожива-
нию поверхности сталей.
Недостатком диссоциированного аммиа-
ка является его взрывоопасность. Для получе-
ния газовой смеси с меньшим содержанием
водорода производят частичное сжигание дис-
социированного аммиака или добавляют в
смесь азот
Кроме рассмотренных восстановитель-
ных газов при пайке применяют газовые смеси
более сложного состава, полученные путем
полного или частичного сжигания углеводо-
родных газов, образующих так называемые
эндотермические и экзотермические атмосфе-
ры [24]. В ряде случаев для пайки могут быть
использованы генераторные газы, получаемые
из твердых горючих материалов. Основные
сведения о восстановительных газах, исполь-
зуемых при пайке, приведены в табл. 16 [24]
Взаимодействие водорода и окиси угле-
рода с окислами металлов происходит по реак-
циям:
— МетО„ + Н2 = —Ме+ Н2О,
п п
—MemO„+СО = —Ме + СО2.
п п
Термодинамический анализ этих реакций
[16] показывает:
- с повышением температуры восстано-
вительные свойства водорода повышаются, а
окиси углерода снижаются. До температуры
810 °C более активным восстановителем явля-
ется окись углерода, выше этой температуры -
водород;
- при температуре пайки эти газы восста-
навливают окислы Ag, Cd, Со, Си, Ge, Fe, Mo,
Ni, Sb, Sn и Pb. В сплавах стойкость окисной
пленки зависит от ее химического состава.
Практика показала, что в восстановительной
атмосфере можно успешно паять лишь низко-
углеродистые и иногда легированные стали;
140
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
16. Состав и назначение восстановительных газов
Газовая среда (условное обозначение) Химический состав, % Осушка до точки росы, °C Назначение
СО со2 н2 сн4 N,
Водород - 100 -60 .-80 Пайка легирован- ных сталей и жаропрочных сплавов
Диссоциированный аммиак - 75 25 -60 Пайка низкоугле- родистых сталей
Продукт неполного сжигания аммиака 7... 20 Ост. -20 ... -40
Генераторный древесноугольный газ (ГГ-С) 30 2 6 1 - -10
Генераторный древесноугольный газ (ГТ-ВО) 33 0,2... 0.7 6 1 - -25 Пайка углероди- стых и низколеги- рованных сталей
Продукт частичного сжигания углеводо- родных газов - экзогаз (ПСО-06) 10 0,1 16 1,5 - -40
Продукт частичного сжигания углеводо- родных газов- экзогаз (ПСО-09) 2 0,1 2 - -40
Продукт частичного сжигания углеводо- родных газов - экзогаз (ПСС-Э) 20 0,2 5 2 -25
Эндогаз с частичным сжиганием (КГ-В0) 21 0,5 40 2 - -40
- на восстановительные свойства газов
сильное влияние оказывают влага, примеси
кислорода и двуокиси углерода. Тщательная
очистка водорода и окиси углерода от влаги,
углекислого газа и кислорода значительно по-
вышает активность газов.
Пайку в указанных средах производят
преимущественно медью при температуре
1120 ... 1150 °C. Для пайки при более низкой
температуре медно-цинковыми и другими
припоями необходимо дополнительное флюсо-
вание, что осуществляется обычно смачивани-
ем места пайки раствором флюса с последую-
щей сушкой. При этом возможна пайка при
температуре 900 ... 950 °C даже легированных
сталей.
ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПАЙКЕ
141
Активированные газовые среды
В качестве активных газовых сред, при-
меняемых при пайке, используют различные
галоидосодержащне газообразные соединения
и пары некоторых веществ. Одним из таких
газовых флюсов является хлористый водород,
который реагирует с окнслами металлов с об-
разованием паров воды и газообразных или
жидких хлоридов, легко удаляемых из зоны
пайки [24]. Недостатком применения техниче-
ского хлористого водорода является его спо-
собность разъедать поверхность стали Для
пайки стальных изделий тугоплавкими при-
поями применяют фтористый водород, полу-
чаемый при разложении фтористого аммония и
фторбората аммония по реакциям [15]
2NHdF —» N2+ ЗН2+2HF
(при температуре 600 ... 800 °C);
2NHJ3E, -» N2 + ЗН2 + 2HF + 2BF3
(при температуре 850 ... 950 °C).
Фтористый водород добавляется в инерт-
ную среду при пайке. Широкое применение в
качестве активатора газовых сред получил трех-
фтористый бор BF3. Он менее токсичен, чем фто-
ристый водород, его можно хранить и транспор-
тировать в баллонах в сжатом состоянии
Для пайки трехфтористый бор обычно
получают термическим разложением фторбо-
рата калия KBF4 при нагревании до температу-
ры плавления (540 °C). Продуктами диссоциа-
ции являются фтористый калий и трехфтори-
стый бор.
Хорошими активаторами являются и дру-
гие боргалоидные соединения - треххлористый
бор и трехбромистый бор, а также треххлори-
стый фосфор Физические свойства бор- и
фосфоргалоидных соединений приведены в
табл. 17
С окислами боргалоидные соединения
могут дать два вида реакций: с образованием
галогенида металла и окиси бора
^-МетО„ + ВГ3 ~МеГ2„ Дв2О3
2п 2п — 2
и с образованием галогенида металла и трига-
логенокиси бора
— МегаО„ + ВГ3 = -МеГ^ Д(ВОГ)3.
17. Физические свойства бор- и
фосфоргалоидных соединений
Соединение Температура, °C
плавления кипения
Трехфтори- стый бор BF, -128.7 -100.4
Треххлори- стый бор ВС13 -107 17,5. 18,5
Трехброми- стый бор ВВг3 —46 96,6
Треххлори- стый фосфор РС13 -93,6 75 1
Знаком «Г» в реакциях обозначен один из гало-
генов - фтор, хлор или бром. Эксперименталь-
но установлено, что трехфтористый бор реаги-
рует со многими химически стойкими окисла-
ми. В атмосфере с трехфтористым бором уда-
ется паять такие труднопаяемые материалы,
как коррозионно-стойкие стали и жаропрочные
сплавы. Однако в связи с тем, что фториды
являются довольно тугоплавкими веществами,
успешная пайка в трехфтористом боре осуще-
ствляется при высоких температурах (1050 .
1150 °C).
Более желательным активатором газовой
среды, чем трехфтористый бор, является трех-
хлористый бор, который образует легкоплав-
кие и летучие хлориды. Треххлористый бор,
как показали термодинамические расчеты [24],
является более химически активным соедине-
нием по отношению к окислам, чем трехфто-
ристый бор. Только окислы бериллия, молиб-
дена, ниобия и вольфрама не реагируют с трех-
хлористым бором. Однако не все металлы, с
окислами которых реагирует треххлористый
бор, удается спаять в атмосфере, содержащей
это соединение, например сплавы магния. Од-
ной из причин, вследствие которых пайка в
треххлористом боре не происходит, является
образование в ряде случаев так называемого
сажистого бора по реакции
- Ме + ВС13 = - МеС1* + В,
к к
препятствующего контакту жидкого припоя с
основным металлом. Эта реакция характерна
для магния, титана, алюминия и некоторых
других металлов
142
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
Одним из перспективных активаторов га-
зовых сред является трехбромистый бор, так
как температура плавления и кипения броми-
дов, как правило, ниже, чем соответствующие
температуры для хлоридов. С термодинамиче-
ской точки зрения [24] трехбромистый бор
является более активным соединением, чем
треххлористый бор. Он реагирует почти со
всеми окислами, кроме окиси бериллия. Таким
образом, боргалоидные соединения дают по-
ложительный эффект при пайке легированных
сталей, жаропрочных сплавов и других метал-
лов, кроме алюминия, магния, титана. При
этом трехфтористый бор обеспечивает пайку
тугоплавкими припоями, а треххлористый бор
и трехбромистый бор - тугоплавкими и сред-
неплавкими.
Газами-носителями активных компонен-
тов могут быть азот, аргон, а также восстано-
вительные атмосферы, о которых говорилось
выше. Концентрация активных газов (объем-
ные доли) в зависимости от их природы меня-
ется в широких пределах: от 1 3 % до
0,01 ... 0,001 %.
Среди активаторов газовых сред особое
место занимает треххлористый фосфор РС13,
взаимодействующий с окислами по реакции
^Ме„О„ + РС13 = ^MeCl*. + 1р2О3,
с образованием триокиси фосфора, представ-
ляющей собой жидкость с температурой кипе-
ния 75,5 °C, и хлоридов, являющихся при тем-
пературе пайки жидкими или газообразными
веществами.
Термодинамический анализ этой реакции
[24] показывает, что в атмосфере, содержащей
треххлористый фосфор, возможна пайка алю-
миния, поскольку при температуре выше 182 °C
все продукты взаимодействия окиси алюминия с
треххлористым фосфором находятся в газооб-
разном состоянии. С термодинамической точки
зрения возможна пайка в треххлористом фосфо-
ре и титана. Треххлористый фосфор для пайки
магния неприемлем, так как в его атмосфере
окись магния, так же как и в треххлористом
боре, образует хлористый магний с температу-
рой плавления выше температуры плавления
самого магния. В процессе нагревания металлов
в атмосфере треххлористого фосфора можег
выделиться свободный фосфор по реакции
— Ме+РС13 = —MeCL + Р .
к 5 к *
Растеканию припоев выделившийся фос-
фор не препятствует, поскольку при темпера-
туре пайки он находится в газообразном со-
стоянии и уносится с потоком газов. Рекомен-
дуемая концентрация РС13 - 0.1 . 0,001 % по
объему.
В качестве активной газовой среды для
пайки сложнолегированных сталей можно
применять фториды титана или циркония, по-
лучаемые при разложении фтортитаната или
фторцирконата калия при нагреве под пайку до
температуры 700 900 °C [25] Указанные
соли в виде суспензии наносятся на паяемые
поверхности или размещаются в емкостях из
коррозионно-стойкой стали. Продуктами раз-
ложения являются жидкий фтористый калий и
газообразные фториды титана или циркония,
которые активно восстанавливают окислы
хрома, никеля, молибдена. Оптимальное со-
держание фторидов составляет 5 ... 10 % от
объема контейнера, заполненного аргоном
0,5 .. 0.8 ат (1 ат » 0,1 МПа). Пайка высоко-
прочной стали (легированной никелем хро-
мом, молибденом, титаном и алюминием), мед-
но-марганцевым припоем марки ПМ17 в этой
среде происходит при температуре 1010 + 10 °C.
В последнее время находит применение также
способ бесфлюсовой пайки меди и ее сплавов в
активных газовых средах на основе пере-
гретого водяного пара с микро дозами (до 0.1 %
по объему) хлоридов [26].
Инертные и нейтральные газовые среды
В качестве защитной атмосферы при пай-
ке различных материалов и сплавов применяют
инертные или нейтральные газы, не содержа-
щие водород. Наибольшее распространение
получил аргон - одноатомный газ плотностью
1,78 кг/м3, поставляемый по ГОСТ 10157-79 в
баллонах марок А. Б и В. В аргоне марки А
содержится не более 0,003 % кислорода, не
более 0.01 % азота и не более 0.03 г/м3 воды
при давлении 1,33 105 Па. В аргоне марок Б и
В должно быть не более 0,005 % кислорода,
0,04 % и 0,10 % азота и воды соответственно.
Гелий - одноатомный газ плотностью
0,178 кг/м3. Широкого распространения при
пайке не получил ввиду его высокой стоимости
Аргон всех трех марок применяют при
пайке коррозионно-стойких и жаропрочных
сталей, вольфрама и других металлов. В аргоне
марки А, дополнительно очищенном от приме-
сей кислорода, азота и паров воды, осущест-
ПАЙКА В ВАКУУМЕ И ПАРАХ ЛЕГКОИСПАРЯЕМЫХ МЕТАЛЛОВ
143
вляют пайку титана и его сплавов при темпера-
туре 800 ... 900 °C. В атмосфере аргона и гелия
без дополнительной очистки от примесей мож-
но паять медь и ее сплавы припоями на основе
латуни.
В ряде случаев вместо дорогостоящих
инертных газов применяется более дешевый
азот (плотность 1,251 кг/м3). Технический азот,
поставляемый в баллонах, содержит около 3 %
кислорода. Поэтому для пайки азот необходи-
мо тщательно очищать от примесей кислорода
и паров воды. С успехом осуществляют пайку
в атмосфере сухого азота изделий из меди,
поскольку окислы меди не отличаются высо-
кой стойкостью и разлагаются уже при темпе-
ратуре 740 ... 780 °C. В качестве припоев при-
меняют латуни, некоторые бронзы, медно-
фосфористые и серебряные припои. Инертные
или нейтральные газы при пайке латуней и
бронз не применяются без дополнительной
активации [24].
ПАЙКА В ВАКУУМЕ И
ПАРАХ ЛЕГКОИСПАРЯЕМЫХ МЕТАЛЛОВ
Пайку в вакууме обычно применяют для
изделий из материалов, чувствительных к пе-
регреву в защитно-восстановительных газах
или взаимодействующих с флюсами. В вакуу-
ме паяют конструкции, имеющие труднодос-
тупные полости, а также для исключения кор-
розии, создаваемой остатками флюсов. В ряде
случаев пайка в вакууме более экономична,
чем другие виды пайки.
Известно, что при нагревании стойкость
окислов металлов снижается. Однако темпера-
тура полной диссоциации окислов настолько
высока, что достичь ее при температурах пайки
и современного вакуумного оборудования не
удается. В табл. 18 приведены значения вакуу-
ма, необходимого для диссоциации некоторых
18. Значения вакуума, необходимого
для диссоциации некоторых окислов
при температуре 1150 °C
Окислы Вакуум, Па
Fed 1,33 10^
Cr20j 1,33-10'13
МпО 1,33-10"16
SiO2 1,33-ю'7
ТЮ2 1,33-КГ19
А12Оз 1,33-10“25
19. Температура заметного испарения
некоторых элементов в вакууме
Элемент Темпе- ратура плавле- ния, °C Температура заметного испарения, °C, в вакууме
1,33-10-2 Па 1,33-10‘Па
Серебро 951 763 847
Алюминий 659 724 807
Бор 2140 1052 1140
Бериллий 1273 912 1029
Кадмий 321 148 180
Кобальт 1293 1249 1362
Хром 1900 813 -
Железо 1527 1094 1195
Магний 650 287 331
Медь 1083 946 1035
Марганец 1244 717 791
Молибден 2621 1923 2090
Ниобий 2600 2124 2355
Никель 1455 1157 1257
Олово 232 823 922
Кремний 1210 1024 1116
Титан 1727 1134 1249
Ванадий 1730 1455 1586
Вольфрам 3482 2554 1767
Цинк 420 311 244
Цирконий 1852 1527 1660
окислов при температуре 1150 °C [24]. При
пайке в высоком вакууме следует учитывать
испарение металлов. Особенно это касается
таких металлов, как цинк, кадмий, марганец и
магний. Чем выше вакуум, тем ниже темпера-
тура, при которой начинается испарение ме-
талла. В табл. 19 приведены значения темпера-
тур, при которых начинается заметное испаре-
ние элементов в вакууме до плавления [24].
В вакууме испаряются не только металлы,
но и их окислы, что способствует осуществлению
процесса пайки. Например, окислы V2O5 и МоО2
испаряются в вакууме 1,33 • 10“3 Па при темпера-
турах 1000 . 1300 °C, Сг2О3 - при температуре
1000 °C, МоО3 - при температуре 550 °C и
WO2 - при температуре 800 °C [24]. На практи-
ке удается паять в вакууме 1,33 1О'! Па многие
металлы и сплавы благодаря растворению оки-
слов в паяемом металле Например, окисная
пленка на титане растворяется при температуре
144
ФЛЮСЫ И ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ
выше 700 °C. Поэтому титан успешно паяют в
вакууме 1,33 .. 1,33 10 2 Па при температуре
около 1000 °C. Оптимальный вакуум для мед-
ных изделий, идущих на изготовление электро-
вакуумных приборов, составляет 0,133 Па.
Пайку производят с использованием припоев
на основе серебра ПСр 72, ПСр 50.
Коррозионно-стойкие стали и жаропроч-
ные сплавы, имеющие стойкие окислы, пред-
варительно покрывают слоем никеля толщиной
13 ... 15 мкм Глубина вакуумирования -
1,33 10~2 ... 1,33 • 103 Па. Молибден с молиб-
деном или с другими металлами и сплавами,
например с медью, никелем, коррозионно-
стойкой сталью, можно паять в вакууме
1,33 1 (Г2 ... 1,33 10"3 Па. Положительные ре-
зультаты получены при пайке бериллия в ва-
кууме 1,33 10’... 1,33-10"4 Па [24].
Пайка в парах металлов имеет ограни-
ченное применение При вакуумной пайке
труднопаяемых металлов, например алюминия,
можно использовать пары легкоиспаряемых
элементов, таких, как магний, цинк, литий и
др. При пайке в парах металлов в контейнер с
изделием вводится некоторое количество лег-
коиспаряемого металла. После предваритель-
ного вакуумирования и нагрева контейнера
пары пегкоиспаряемого металла связывают
весь свободный кислород, имеющийся в каме-
ре. Поскольку парциальное давление кислоро-
да резко снижается, начинается диссоциация
окислов, находящихся на поверхности паяемо-
го изделия. Свободные частицы газообразного
металла растворяются в поверхностном слое
металла изделия, образуя сплав, который при
определенной температуре расплавляется и
затекает в зазор. Наибольшее распространение
этот метод получил при пайке алюминия и его
сплавов. В качестве легкоиспаряемого металла
используют магний.
Технологический процесс пайки алюминия
в парах магния заключается в следующем [24]
1. Поверхность алюминиевой детали по-
крывают слоем меди толщиной 10 12 мкм
любым из известных способов. Возможно
покрытие и другими металлами - никелем,
серебром.
2. Паяемые детали устанавливают в кон-
тейнер с предварительно помещенными в него
навесками магния (вместо чистого магния
можно использовать его сплавы).
3. В камере пайки создается вакуум до
1,33 -10’3 Па.
4. Контейнер нагревается до температуры
пайки при непрерывном удалении выделяю-
щихся газов
5. При температуре порядка 570 °C алю-
миний с медным покрытием и газообразным
магнием образует эвтектику, которая служит
припоем при соединении элементов паяемого
изделия.
При пайке сталей с использованием паров
активных металлов, таких, как цинк, марганец,
литий, кроме вакуума можно применять за-
щитные газы (азот, углекислый газ). Например,
пайка коррозионно-стойкой стали Х18Н10Т
припоем ПСр72 осуществляется в парах лития
при давлении 13,3 гПа при температуре менее
900 °C. Применение паров марганца позволяет
проводить пайку конструкционных и коррози-
онно-стойких сталей в низком вакууме
1,3-10“’ .. 1,3-1 О*3 гПа при температуре 940 °C
припоями систем медь-марганец и медь-
никель-марганец. Пары цинка позволяют осу-
ществить бесфлюсовую пайку латунью без
испарения цинка из припоя в атмосфере азота
или углекислого газа низколегированных ста-
лей, например марок 40Х, ЗОХГСА при темпе-
ратуре 910 ... 920 °C [27].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Петрунин И. Е„ Лоцманов С. Н.,
Николаев Г. А. Пайка металлов. М.: Метал-
лургия, 1973
2 Петрунин И. Е. Физико-химические
процессы при пайке. М.: Высшая школа, 1973.
3 Куфайкин А. Я., Шибаев М. В., Ко-
валевский Р. Е. / Мат-лы семинара «Припои,
флюсы и материалы для пайки». М.: ЦРДЗ.
2002. С. 37
4. Попов А. С. и др. Флюс для высоко-
температурной пайки алюминиевых бронз /
Мат-лы науч.-техн. конф. М„ 1989.
5. Кургузов Н. В. Флюс для пайки мед-
ных трубопроводов бытовых холодильников /
Мат-лы семинара «Роль процессов пайки в
создании новой техники». М., 1996. Ч. 2.
6. Иванов И. Н., Кузнецова Г. Н. Со-
временное состояние технологии, припоев и
оборудования для пайки режущего инструмен-
та / Мат-лы семинара «Пайка, современные
технологии, материалы, конструкции». Сб. № 1.
М.: ЦРДЗ, 2001. С. 52.
7. Иванов И. Н. Современное состоя-
ние материалов и технологии пайки инстру-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
145
мента / Мат-лы семинара «Припои, флюсы и
материалы для пайки». М., 2002. С. 34.
8. Пашков И. Н., Ильина И. И., Шо-
хин С.В. Опыт и тенденции производства и
использования присадочных материалов для
высокотемпературной пайки изделий в России /
Мат-лы семинара «Пайка, современные техно-
логии, материалы, конструкции». Сб. № 2. М.:
ЦРДЗ, 2001
9. Лашко Н. Ф., Лашко С. В. Пайка
металлов. М.: Машиностроение, 1977.
10. Петрунни И. Е., Шеин Ю. Ф. Флюс
для высокотемпературной пайки меди / А.с.
№814629 от 23.03.81.
11. Шеин Ю. Ф. Флюс для высокотемпе-
ратурной пайки нержавеющих сталей и меди /
А.с. № 1324808 от 23.07.87
12. Кургузов Н. В. Некоррозионный
флюс для высокотемпературной пайки алюми-
ния / Мат-лы семинара «Пайка в создании из-
делий современной техники». М„ 1977
13. Хорунов В. Ф., Сабадаш О. М., Ан-
дрейко А. А. Высокотемпературная пайка
алюминия с использованием флюса системы К,
Al, Si/F / Мат-лы семинара «Пайка, современ-
ные технологии, материалы, конструкции»
Сб. № 1. М.: ЦРДЗ, 2001. С. 37
14. Уикс И. Е., Блок Б. Е. Термодина-
мические свойства 65 элементов, их окислов,
галогенидов, карбидов и нитридов. М.: Метал-
лургия, 1965.
15. Хряпин В. Е. Справочник паяльщика.
М.: Машиностроение, 1981.
16. Парфенов А. Н. О термокинетиче-
ских и термически активируемых процессах в
теории синтеза органических композиций па-
яльных паст / В сб.: Пайка. Современные тех-
нологии, материалы, конструкции / Мат-лы
семинара. М. ЦРДЗ, 2001. № 1. С. 12-19.
17. Лашко С. В., Лашко Н. Ф. Пайка
металлов. М Машиностроение, 1967. 257 с.
18. Отраслевой стандарт МРП - ОСТ;
Г0.033.200 «Припои и флюсы для пайки»,
1986.
19. Парфенов А. Н. О постановке новой
научно-технической проблемы органического
спая // Практическая силовая электроника.
2002. № 7.
20. Парфенов А. Н. Технологические
материалы для поверхностного монтажа И
Электронные компоненты. 1999. № 4.
21. Ласло П. Логика органического син-
теза. М.: Мир, 1988. Т. 1-2.
22. Парфенов А. Н. Элементарная тех-
нология поверхностного монтажа. Секреты
мастерства и стратегия успеха И Практическая
силовая электроника. 2002. № 6. С. 43-50.
23. Парфенов А. Н. Платы печатные.
Перспективы ретроспективы // Практическая
силовая электроника. 2002. № 7. С. 42-53.
24. Есенберлин Р. Е. Пайка и термиче-
ская обработка деталей в газовой среде и в
вакууме. Л.: Машиностроение, 1972
25. Суслов А. А. Пайка сложнолегиро-
ванных сталей в газовых средах / Мат-лы се-
минара «Пайка в создании изделий современ-
ной техники». М., 1977. С. 100.
26. Акимов А. А., Поплавский А. П.
Исследование и реализация технологии пайки
меди и ее сплавов в активных газовых средах
на основе водяного пара / Мат-лы семинара
«Пайка в создании изделий современной тех-
ники». М., 1977. С. 111.
27. Перевезенцев Б. Н., Тюнин Ю. Н.
Пайка сталей с использованием паров актив-
ных металлов / Мат-лы семинара «Новые дос-
тижения в области пайки». Киев, 1981.
Глава 5. ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАИКИ
Современное состояние отечественного
машиностроения требует реформирования
технической базы предприятий и реконструк-
ции технологического оборудования, в гом
числе и для пайки. Имеющееся на машино-
строительных заводах специализированное
оборудование: печи и установки различных
типов - представляют по-прежнему значитель-
ную техническую ценность. В большинстве
случаев это наследие можно рационально мо-
дернизировать или подвергнуть восстанови-
тельному ремонту с использованием основы
металлоконструкций, с заменой старых систем
контроля, регулирования, электроавтоматики и
программного управления на современные.
Такой подход правомерен при реанимации
производства, так как позволяет ускорить ос-
воение новых изделий (паяных конструкций)
на основе имеющихся ресурсов с учетом но-
вейших технологий пайки и современного обо-
рудования Новейшее оборудование, сугубо
специализированное, может быть востребовано
только в условиях значительного роста серий-
ного (крупносерийного, массового) производ-
ства. В этой связи задачи энергоресурсосбере-
жения начинают стимулировать расширение
разработок и производства более эффективной
высококомпактной теплообменной аппаратуры
с использованием процессов пайки в специали-
зированных печах с защитно-восстановитель-
ными газовыми средами.
Головная организация по технологии энер-
гетического, транспортного и тяжелого машино-
строения (ГНЦ РФ НПО «ЦНИИТМАШ», Мо-
сква) проводит системные разработки и модер-
низацию паяльного оборудования, печей и т.п.
для пайки. Это открывает возможность новых
разработок и выпуска перспективных паяльных
установок с учетом организации новых серий-
ных производств и реконструкции заводов ма-
шиностроения, тепловозе-, дизелестроения,
энергетического оборудования и создания пая-
ных теплообменных аппаратов энергосбере-
гающих установок широкого профиля [1]
ПЕЧИ
Пайка в печах наиболее полно воплощает
технологические возможности и особенности
процесса, обеспечивает стабильность качества
соединений, позволяет максимально механизи-
ровать и автоматизировать изготовление пая-
ных изделий за счет групповой обработки, се-
рийного, крупносерийного и массового произ-
водства и может быть весьма экономичной [1]
По методу нагрева печное оборудование разде-
ляют на газопламенное и электропечи сопротив-
ления, индукционные печи и установки, кото-
рые, в свою очередь, можно разделить на печи с
контролируемой средой и вакуумные [2].
Тепловые процессы при пайке в печах
Процессы пайки сопровождаются переносом
энергии в форме теплоты, при этом происходит
обмен энергией между отдельными элемента-
ми конструкции, между областями окружаю-
щей среды в печи, а также с массой технологи-
ческой оснастки. Большинство промышленных
печей для пайки - высокотемпературные, и в
них большую роль играет передача теплоты
паяемым изделиям конвекцией и излучением
Теплообмен зависит от температуры процесса,
габаритов, геометрии рассматриваемой системы
и теплофизических характеристик сред и участ-
вующих в теплообмене тел. При расчетах теп-
лоотдачу (конвективный теплообмен) в печах
определяют по закону Ньютона-Рихмана:
0 = a(7',-7'2)S,
где 7) и Т2 - температура поверхности тела и ок-
ружающей среды, °C; 5 - нагреваемая площадь,
м2: а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 °C).
При расчетах лучистого теплообмена
следует учитывать интенсивность спектраль-
ного излучения «серого» тела, которое при
всех значениях длины волны в одно и то же
число раз меньше интенсивности спектрально-
го излучения абсолютно черного тела, находя-
щегося при той же температуре-
Л = ЕХС,Г5(ес2ш' -1) ‘,
е=£с0Ш4=сШ4,
UooJ liooj
где Л - интенсивность спектрального излуче-
ния «серого» тела, Вт/м2; Е - интенсивность
интегрального излучения или излучательная
способность «серого» тела, Вт/м2; ек, е - соот-
ветственно спектральная и интегральная сте-
пень черноты; С| - первая постоянная излуче-
ния, равная 0,374 • 10'5 Вт м2; С2 - вторая по-
стоянная излучения, равная 1,4388 102 м • °C;
X - длина волны, м; Т абсолютная температу-
ра, °C; Со - коэффициент излучения абсолютно
ПЕЧИ
147
черного тела, равный 5,7 Вт/(м2 °C4); С = Со -
коэффициент излучения «серого» тела.
Степень черноты реальных тел зависит в
основном от состояния их поверхности и тем-
пературы. Условия теплопередачи определяют
режимы пайки, которые, в свою очередь, суще-
ственно влияют на производительность про-
цесса и качество изделий. Например, в конвей-
ерных электропечах вследствие различного
расположения изделий относительно нагрева-
телей и взаимного затенения возникает перепад
температур между отдельными изделиями.
В этом случае необходимо решать задачу о
размещении изделий на конвейере. Оптималь-
ный вариант решения поставленной задачи
определяется зависимостью времени нагрева от
характера загрузки, в частности от массы изде-
лий, приходящейся на единицу длины конвей-
ера печи dm/. Возможны несколько видов такой
зависимости при последовательном изменении
числа изделий в рабочем пространстве печи
Если паяемые изделия располагают таким обра-
зом, что они не оказывают влияния друг на дру-
га и при изменении их числа условия нагрева
остаются одинаковыми, то время нагрева не
зависит от dmt (рис. 1, тип загрузок Г). Если при
размещении изделий они начинают затенять
друг друга, уменьшая тем самым тепловой
поток, воспринимаемый поверхностью загруз-
ки (тип //), то время нагрева возрастает с уве-
личением dm,, но не пропорционально dm,. Это
следует из формулы для расчета времени на-
грева
- т
где т масса загрузки; S - поверхность, вос-
принимающая тепловой поток; у - коэффици-
ент, зависящий от температуры печи и темпе-
ратурного диапазона нагрева изделий; С„ -
приведенный коэффициент излучения. Отсюда
т т
видно, что отношение — = — определяет вре-
мя нагрева, так как теплоемкость и коэффици-
ент у остаются неизменными, а С„ меняется
незначительно.
Рис. 1. Типы загрузок паяемых изделий
в электропечах непрерывного действия
Если при изменении числа изделий их те-
пловоспринимающая поверхность практически
остается неизменной (рис. 1, тип III), то время
нагрева увеличивается прямо пропорционально
массе изделий. При достаточно высокой плот-
ности деталей (рис. 1, тип IV) загрузка по сво-
ему характеру приближается к загрузке одного
массивного тела и время нагрева увеличивает-
ся быстрее, чем dmt. Таким образом, при пайке
изделий в конвейерных печах и последова-
тельном увеличении массы загрузки зависи-
мость времени нагрева до заданной температу-
ры от dm, можно представить в виде графика
(рис. 2, а). На рис. 2, б показан характер изме-
нения производительности печи [2].
При увеличении dmt производительность
рассчитывают по формуле
g=^L,
где L длина печи; /„ - соответственно вре-
мя нагрева и выдержки.
При определенных условиях имеет место
оптимальное, т.е. соответствующее максимуму
производительности, размещение изделий в
печи. Оптимум находится при значениях dmh
соответствующих III и IV типам загрузки. При
этом с увеличением времени выдержки /„ оп-
тимальное значение dmt возрастает. При г,«t„
максимум производительности приходится на
минимальную для типа IV загрузки dm/; при
tB » t„ - на максимально допустимую dm,.
В промежуточных случаях определяют значе-
ние dm,, соответствующее максимальной про-
изводительности, по специальной методике [8].
Определение максимальной производительно-
сти пайки при оптимальном размещении изде-
лий по указанной методике может быть осуще-
ствлено и в случаях нагрева в печах периоди-
ческого действия [2].
Рис. 2. Зависимость времени нагрева паяемых
изделий (а) и производительности печи (б)
от различных типов загрузки / - IV:
/ - /,« t„; 2-t,n {„соизмеримы; 3 -1,»/„
148
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
Электропечи с контролируемыми сре-
дами оснащены устройствами для транспорти-
рования паяемых изделий, а в некоторых слу-
чаях - установками для приготовления газовых
смесей. В массовом производстве крупных
изделий целесообразно применять высокопро-
изводительные электропечи с шагающим по-
дом для пайки в среде водорода или азотно-
водородной смеси (табл. 1).
В электропечах с шагающим подом наи-
большее распространение получила конструк-
ция шагающих балок с вынесенной в зону по-
ниженных температур металлической частью.
Опорная часть балки, находящаяся в зоне вы-
соких температур, футерована огнеупорным
кирпичом. Уплотнение штоков приводных
цилиндров вертикального перемещения произ-
водят с помощью сальников и сильфонов. За-
грузку и выгрузку поддонов с изделиями осу-
ществляют через торцевые проемы. Уплотне-
ние загрузочных и разгрузочных проемов про-
изводят с помощью шлюзования изделия.
На рис. 3 приведена типовая схема элек-
тропечи с шагающим подом, состоящая из трех
рабочих камер. Непосредственно за камерой
загрузки /, в которой производят шлюзование,
установлена камера предварительного нагрева
3. К камере пайки 4 герметично примыкает
секционная камера охлаждения, передвижение
по которой осуществляется толкателем. После
охлаждения изделий в контролируемой среде
до температуры 80 ... 100 °C поддоны перед
разгрузкой шлюзуют в разгрузочной камере 6
Широко применяют электропечи для пайки
изделий в восстановительной среде. Например,
конвейерная электропечь сопротивления
СКЗ-4.20.1.5/11.5-Х45М1 оснащена камерой
охлаждения и предназначена для высокотемпе-
ратурной пайки узлов с массой не более 2,0 кг.
Электропечь (рис. 4) состоит из камер на-
грева и охлаждения, форкамер, конвейерной
ленты, нагревательных элементов привода
Футеровка камеры нагрева двухслойная (из
легковесного шамота и перлитовых плит)
Свод камеры нагрева съемный и уплотнен с
корпусом печи песочным затвором. Эндогаз
подается в камеру нагрева от комплектуемой
газоприготовительной установки ЭН-60.
Проволочные зигзагообразные нагревате-
ли расположены на своде, боковых стенках и в
поду. Нагреватели каждой зоны имеют отдель-
ный подвод электропитания через понижаю-
щие печные трансформаторы. Перед камерой
нагрева и за камерой охлаждения расположены
форкамеры 2 и 5 (камеры загрузки и разгрузки)
со шторками и пламенными завесами, умень-
шающие расход эндогаза и подсос воздуха в
печь. Камера охлаждения состоит из трех во-
доохлаждаемых секций, установленных на
фундаменте. Изделия через камеры нагрева и
1. Электропечи с шагающим подом с водородной н азотно-водородной средой
Техническая характеристика ОКБ-1583 СЮЗХ-4.57,2/12 ОКБ-1582
Температура рабочего пространства, °C Размеры рабочего простран- ства, мм Производительность печи. кг/ч, не более Габаритные размеры печи, мм 1300 80x420x18 200 95 2500x24 000x3000 1180 80x100x19 700 150 5700x31 000x2800 1100 80x420x19 709 150 2500x26 500x3000
Рис. 3. Электропечь с шагающим подом:
/ - камера загрузки; 2 - поддон с изделием; 3 - камеры предварительного нагрева;
4 - камера пайки; 5 - камера охлаждения; 6 - камера разгрузки
ПЕЧИ
149
Рис. 4. Конвейерная электропечь сопротивления СКЗ-4.20.1,5/11,5-45М:
а - схема (/ - ленточный конвейер; 2 и 5 - передняя и задняя форкамеры; 3 - камера нагрева;
4 - камера охлаждения); б - зависимость производительности G от нагрузки (кг) на 1 м конвейерной ленты
охлаждения транспортируют конвейерной лен-
той, натянутой на систему барабанов. Рабочая
ветвь ленты опирается в форкамере и камере
охлаждения на лист, а в камере нагрева - на
балки из жаропрочной стали. Привод состоит
из электродвигателя постоянного тока и двух
червячных редукторов. Зависимость произво-
дительности печи от нагрузки иллюстрируется
графиками на рис. 4, б.
Очищенный газ под давлением подается
на входные запорные вентили, а затем через
фильтр в магистраль соответствующей камеры
печи. Газовая магистраль оснащена ротаметра-
ми, позволяющими регулировать расход газа
(от 0,08 до 240 дм3/ч). В системе предусмотре-
на возможность подачи газа в зависимости от
требований технологического процесса через
испарители (для получения газообразного
флюса) [2].
К более производительным печам отно-
сится электропечь СКЗ-8.5О.З,5/11,5Х100М1
(табл. 2)
Эти электропечи выпускал Дагестанский
завод электротермического оборудования как
левого, так и правого исполнения, что позволя-
ло более рационально использовать производ-
ственные площади [2]
В производстве полупроводниковых при-
боров широко применяют конвейерные элек-
тропечи сопротивления с водородной средой.
Во ВНИИЭТО (Москва) разработана унифици-
рованная серия конвейерных водородных элек-
тропечей на базе типовых комплектующих
изделий и узлов (табл. 3) [11,14].
Конструктивно вся серия печей модуль-
ного исполнения позволяет для одинаковых по
сечению рабочих камер печей собирать их из
блоков с числом тепловых и электрических зон
6, 9 или 12. Рабочий канал образован металли-
ческим муфелем из жаростойкой стали. Корпу-
са нагревательных камер выполнены водоох-
лаждаемыми. Каждая зона питается через ти-
ристорный регулятор напряжения и понижаю-
щий трансформатор; нагреватели нихромовые
2. Технические характеристики электропечей
Тип печи СКЗ-4.20.1,5/11,5Х45М1 С КЗ-8.50.3,5/11,5Х 100М1 (М3)
Мощность печи, кВт 85 266
Производительность, кг/ч 45 ... 80 250... 450
Напряжение, В 380 380
Температура рабочего пространства, °C 1150 1100
Максимальная нагрузка на 1 м конвейерной ленты, кг 13,5 26
Габаритные размеры печи, мм 2025x13 000x2150 2300x20 600x2300
Масса печи, т 8,1 28,6
150
ОТЁЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
3. Электропечи водородные конвейерные сопротивления
Технические данные СКН-0.5,3.6.0,5/ /9-Х 15М1* СКН-1.36.0,7/ /9-Х 15М1* СКН-1,6.28.1/ /10-Х15М1* СКЗ-1.70. 0,8/11
Установленная мощность, кВт 48 38 40 42
Максимальная температура рабочего пространства, °C 900 900 1000 1100
Число тепловых зон 12 9 4 5
Сечение рабочего пространства, мм 50x50 100x70 160x100 100x80
Габаритные размеры печи, мм 800x1950x8800 800x1950x8800 800x1950 x 8800 1100x2050x7450
Масса печи, т 5 1,5 4,5 4,9
* Печи модульного исполнения
4. Толкательные водородные электропечи модульного исполнения
Технические данные СТН-2,5.20.1/12-М1 СТН-2,5.20.1,6/12-М1 СТН-2,5.20.1/15-М8
Мощность, кВт 47 60 60
Рабочая температура, °C, не более 1350 1350 1500
Расход, м3/ч:
водорода 1,1 1,1 2,1
охлаждающей воды 3 3 3
Скорость проталкивания лодочек, м/ч 0,3 ... 150 0,3 ... 150 0,3 ... 30
Размеры рабочего пространства, мм 250х 2200х 140 250 х 2200 х 200 250 х 2200 х 140
Габаритные размеры лодочки, мм 220x330x90 220х330х ПО 220x330x90
Масса печи, т 7,16 7,30 6,60
или молибденовые. Автоматическое регулиро-
вание температуры осуществляет высокоточ-
ный регулятор ВРТ. Для непрерывной записи
температур по зонам предусмотрен многото-
чечный электронный потенциометр. Точность
регулирования температуры ±2,0 °C.
В качестве привода конвейера таких пе-
чей применен тиристорный электропривод
ЭТЗР1, обеспечивающий скорость движения
0,0005 ... 0,0025 м/с с отклонением ±1 %. На
входе и выходе печей расположены азотные
завесы, предотвращающие проникновение воз-
духа в рабочий объем. Изготовитель - Таган-
рогский завод электротермического оборудо-
вания [2].
Толкательные водородные электропечи
сопротивления (табл. 4) применяют для пайки
мелких изделий при крупносерийном производ-
стве с режимами до 1500 °C в среде водорода.
Толкательные однокамерные электропечи
снабжены корундовым муфелем, на который
намотан молибденовый нагреватель. Футеров-
ка печей выполнена из огнеупорных и тепло-
изоляционных стандартных элементов, а про-
странство между муфелем и огнеупорной
кладкой заполнено высокоогнеупорной засып-
кой. Контролируемая среда может подаваться в
печь как прямотоком, так и противотоком (на-
встречу движению изделий). Контроль запол-
нения печей газовой средой осуществляется
через факелы по регламенту технологической
инструкции, а защита от разрушения в резуль-
тате образования взрывоопасной смеси газов -
с помощью предохранительного клапана. Печи
ПЕЧИ
151
комплектуют электрооборудованием, обеспе-
чивающим плавное выведение на рабочий ре-
жим. Автоматическое регулирование темпера-
туры каждой зоны печи производится при по-
мощи термопар и системы терморегулирова-
ния. Имеющиеся в производстве печи требует-
ся реконструировать на основе применения
современных систем контроля и программного
регулирования.
Наряду с электропечами непрерывного
действия для пайки изделий широко используют
муфельные, камерные, колпаковые, элеваторные
и в некоторых случаях шахтные печи [2].
Колпаковые печн выпускают с одним
или двумя рабочими колпаками, состоящими
из следующих основных узлов: рабочей каме-
ры, стола загрузки, механизма перемещения
колпака и пульта управления.
Более высокой производительности процес-
сов пайки достигают при использовании двух-
колпаковой электропечи с поочередным энерго-
силовым обслуживанием рабочих камер и при
подготовке камер установки к процессу пайки
очередной садки, например печи СКБ-7001А
с программным управлением (табл. 5).
Печь СКБ-7001А снабжена электромеха-
ническим приводом перемещения колпаков,
системой автоматического регулирования ре-
жимами пайки по заданной программе и про-
граммным регулирующим устройством. Пита-
ние печи осуществляется через силовой пони-
жающий трансформатор ТСУ-50/0,5А, снабже-
ние контролируемой средой - автоматическое
Технические данные некоторых колпаковых и
элеваторных электропечей для пайки приведе-
ны в табл. 6,7.
5. Технические характеристики
колпаковой электропечи СКБ-7001А
Установленная мощность, кВт
Температура, °C
рабочая
максимальная
Расход, м’/ч
водорода
(одним колпаком).
охлаждающей воды
Размеры рабочего
пространства, мм .
Габаритные размеры, мм
Масса печи, т ...
40
1200
1400
0,5
1,0
0 200 х 300
1740 х 1800 х 2050
Для пайки изделий в водородной среде
ВНИИЭТО разработал модификацию элева-
торной электропечи СКБ-7018М (рис. 5), более
производительную по сравнению с электропе-
чью СКБ-7018; обе печи производительнее по
сравнению с СКБ-7001А
Электропечь СКБ-7018М (рис. 5) состоит
из нагревательной камеры 1 и механизма подъ-
ема днища 3. Камера представляет собой цилин-
дрический стальной водоохлаждаемый корпус,
установленный на колоннах 2. Нагреватель
трехфазный, из вольфрамовых прутков, равно-
мерно расположенных вокруг рабочего простран-
ства. Теплоизоляция осуществляется набором
молибденовых экранов между корпусом и нагре-
вателем. Нагреватели питаются от сети 380 В
через автотрансформатор РТТМ-250/05 и
трансформаторы ТПТ-160/150ВК.
6. Колпаковые электропечи для пайки в среде водорода
Характеристика Одноколпаковые печи
И059.015 ЦЭП-241А СГН-2.4-2/13И1 ЛМ-3360 И059-014
Потребляемая мощность, кВт 5 35 43 20 7
Рабочая 1300 1150 1300 1200 1300
температура, °C Расход газа, м3/ч 0,125 0,05 0,125
Размер рабочего пространства, мм 0 130x160 0 210x300 0 200x400 0 170x250 0 130x160
Габаритные размеры печи, мм 745x1620x1480 1600x1680x1680 3120x1840 x 2435
152
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
7. Элеваторные электропечи для пайки в среде водорода
Характеристика И059.004 И059.005 СКБ-7018 СКБ-7049 СКБ-7018М
Установленная (потребляемая) мощность, кВт 170(140) 300(250) 260 (200) 140(118) 260(210)
Рабочая тем- пература, °C 1200 1200 1600 2000 1750
Расход газа*. м3/ч 1,0 3,5 1,5 1,0 1,0
Размеры рабо- чего простран- ства. мм 0510x800 0670x1400 0600x500 3200 x 300 0500x500
Габаритные размеры, мм 2200x1800x3100 3930x2400x4270 1840x1500x2800 1840x1520x2900
' Расход газа за цикл.
ВидА
Рис. 5. Электропечь сопротивления СКБ-7018М
Изделия устанавливают на подставку из
вольфрамовых и молибденовых штабиков.
Днище камеры с подставкой перемещается
вертикально электромеханическим приводом
В корпусе камеры имеется глазок для наблю-
дения и контроля за температурой оптическим
пирометром. На колоннах электропечи распо-
ложены панели управления системами водоох-
лаждения и газоподвода. Датчиком регулиро-
вания температуры служат вольфраморениевые
термопары [2].
Системы блокировок, сигнализация и пре-
дохранительное устройство обеспечивают без-
аварийную работу систем и механизмов элек-
тропечи в ручном и автоматическом режимах.
Для пайки крупногабаритных изделий в
контролируемой среде применяют шахтные
электропечи (табл. 8) со специальными контей-
нерами, в которые подается газовая среда [2].
8. Шахтные электропечи для пайки изделий
Характеристика ОКБ-3176A СШЗ-25.50/10-Л1 СШЗ-8.40/10 Г-65 Т-95А
Мощность, кВт 285 600 336 65 95
Максимальная температура, °C 900 1000 1100 1300 1300
Размеры рабочего пространства, мм 1350x3000 2500x5000 800x4000 300 х 1600 300x2350
Масса изделия (садки), кг 2500 15 000 2000 -
Габаритные размеры, мм 5180x3020x930 10 500x7300x8400 4730x2700x8220 -
Масса печи, кг 23 000 50000 18 500 -
ПЕЧИ
153
Печи разработки «НПЦ ЭТО-ЭСКА-
ТЕРМ». Обновленные электропечи шахтные
СШЗ-10.20/10, СШЗ-25.20/7 и другие предна-
значены для пайки, отжига цветных металлов,
закалки, нормализации углеродистых и низко-
легированных сталей (табл. 9, рис. 6).
Электропечи типа СНО (табл. 10) по тре-
бованию заказчика укомплектовываются загру-
зочными тележками, которые позволяют меха-
низировать загрузку и выгрузку контейнеров.
Нагревательная камера представляет собой
9. Технические характеристики
печн СШЗ-10.20/10
Мощность, кВт:
установленная
номинальная ..
Температура в рабочем
пространстве, °C
Напряжение питающей сети, В
Частота тока, Гц
Число фаз
Число тепловых зон .
Размеры рабочего пространства,
мм
Масса загрузки, т, не менее ....
Среда в рабочем пространстве
Масса электропечи, т
211,0
210,0
1000
380
50
3
3
0 1000x2000
2,0
Защитная
12,79
металлический корпус, зафутерованный огне-
упорным и теплоизоляционным материалами.
В электропечи исполнения М2 корпус выпол-
нен повышенной герметичности [2]. В качестве
огнеупорного материала использованы полно-
весный корунд марки КО и высокоглиноземи-
стый легковесный шамот ВГЛ-1,3; теплоизоля-
ция выполнена из ультралегковесного шамота
марки ШЛ-0,4. На боковых стенках футеровки
имеются ниши, в которых устанавливают
U-образные нагреватели. В рабочем простран-
стве размещены 20 нагревательных элементов
из дисилицида молибдена ДМ-400/400. Сверху
нагревательная камера закрыта или защитным
кожухом (исполнение Ml) с жалюзи для луч-
шей циркуляции воздуха, или двумя водоохла-
ждаемыми крышками (исполнение М2). Для
определения температуры по длине рабочего
пространства в камере установлены три термо-
пары [2]
В шкафу с силовым электрооборудовани-
ем размещены печной трансформатор ТПО-
40/20/40ПК, автомат-пускатель, трансформатор
тока, тиристорный регулятор напряжения
РНТО-250-330, а также системы водо- и газо-
подвода. В шкафу управления установлены
приборы термоконтроля и автоматики, систе-
мы блокировки и сигнализации.
Рнс. 6. Габаритные размеры и рекомендуемое расположение оборудования электропечи СШЗ-10.20/10И1:
/ - кожух; 2 - футеровка; 3 - нагреватели; 4 - механизм подъема и поворота крышки;
5 - шкаф; 6 -трансформатор
154
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
10. Камерные электропечи для пайки в контролируемых средах
Технические данные ОКБ-1107 СНО-3.4,5,2/16 СНО-3,2.6.2.5/1.5
Ml М2
Мощность, кВт 3,0 18,3 26 26
Рабочая температура, °C 1200 1500 1500 1560
Размеры рабочего пространства, мм 250x100x160 450x200x300 600x350x320 600x250x320
Габаритные размеры, мм 730x500x560 1320x1090x1840 1320x1400x1950 1900x1400x1950
Масса печи, кг 680 1500 4200 4200
Регулирование температуры производит-
ся автоматически двумя способами: с помощью
программатора ПРУ, электронного потенцио-
метра КСП1 и регулятора РУ или с помощью
только электронного потенциометра КСП1 и
регулятора РУ. Выбор режима регулирования
определяется конкретной технологией. У су-
ществующих на производстве печей необходи-
ма реорганизация систем контроля и регулиро-
вания [1]
Изготовляют камерные электропечи уни-
фицированных серий СНО и СНЗ с металличе-
скими нагревательными элементами и номи-
нальной температурой до 1000 . 1200 °C для
широкой номенклатуры изделий, паяемых в
воздушной и контролируемой средах. Элек-
тропечи исполнения Ml укомплектованы по-
нижающими трансформаторами для питания
нагревательных элементов. Их рекомендуют
при режиме работы в три смены, так как нагре-
вательные элементы в них большого сечения,
вследствие чего печи в эксплуатации более
надежны.
Электропечи СНО и СНЗ исполнения И2
(в табл. 10 не представлены) лучше применять
при одно- и двухсменной работе. Они занима-
ют меньшую площадь, так как питаются непо-
средственно от сети. Эти печи не могут рабо-
тать с применением контролируемых сред,
срок службы их нагревателей меньше, чем в
печах исполнения Ml. Конструкции двух более
крупных типоразмеров электропечей исполне-
ний Ml и И2 с размерами пода 600 х 1200 мм и
800 х 1600 мм предусматривают механизацию
загрузочно-разгрузочных операций [2].
Изготовители камерных электропечей -
Бийский завод «Электропечь» и Чадырлунг-
ский завод «ЭТО».
Некоторые технические данные по новым
камерным печам разработки НПЦ «ЭТО-ЭСКА-
ТЕРМ» (Москва, факс (095) 278-94-19) приве-
дены в табл. 11. Электропечи состоят из герме-
тично сваренного металлического кожуха, фу-
терованного огнеупорными и теплоизоляцион-
ными материалами; зигзагообразные нагрева-
тели получают питание от сети переменного
тока через понижающие трансформаторы. За-
грузочный проем печи перекрывается футеро-
ванной дверцей, которая поднимается и опус-
кается с помощью электромеханического при-
вода (СНЗ/СНО-6.12.4/10; СНЗ/СНО-8.16.5/10),
а также вручную (СНЗ/СНО-З.6.2/10 и
СНЗ/СНО-4.8.2,5/Ю).
В электропечах типа СНЗ предусмотрена
пламенная завеса, автоматически перекры-
вающая загрузочный проем во время открыва-
ния дверцы. Горючий газ должен подаваться в
инжекционный смеситель от сети под давлени-
ем не ниже 4000 ... 5000 Па.
После загрузки изделий дверца закрыва-
ется (пламенная завеса гаснет). По окончании
нагрева дверца открывается (загорается пла-
менная завеса), изделия выгружаются и элек-
тропечь загружается новой садкой. Для безо-
пасности при загрузке и выгрузке предусмот-
рена блокировка, отключающая питание нагре-
вателей во время открывания дверцы.
При использовании в электропечи взры-
воопасной атмосферы предусмотрена блоки-
ровка, включающая звуковую сигнализацию
при падении температуры ниже 750 °C. Регу-
лирование температуры в электропечи двухпо-
зиционное, автоматическими самопишущими
потенциометрами.
Для периодической проверки рабочей
температуры предусмотрено отверстие для
термоэлектрического преобразователя. Это
11. Камерные электропечи
Параметр СНЗ/СНО- 3.6.2/10 снз/сно- 4.8.2.5/0 снз/сно- 6.12.4/10 СНЗ/СНО- 8.16.5/10 СНЗ-4.8.2.5/12 СНЗ-6.12.4/12 СНЗ-8.16.5/12
Установленная мощность, кВт 14 25 58 81 19 51 71
Мощность без нагрузки, кВт (СНЗ/СНО) 6.0/4,5 8,0/6,0 13,5/9 20/13,5 11.2 20 27
Максимальная температура. °C 1000 1200
Напряжение питающей сети, В 380/220
Расход защитного газа, м3/ч (для СНЗ) 3 4 8 12 4 8 12
Размеры рабочего пространства, мм 300x600x200 400x800x250 600x1200x400 800x1600x500 400x800x250 600x1200x400 800x1600x500
Объем рабочего пространства печи, л 36 80 288 640 1 288 640
12. Камерные электропечи с загрузочным устройством
Технические данные СНЗ-11.22.7/12-БЗ СНЗ-11.22.7/12-Б4
Мощность. кВт 140 135
Номинальная температура, °C 1200 1200
Напряжение питающей сети, В 380 380
Расход защитной среды, м /ч 20 20
Размеры рабочего пространства, мм 2200x1200x700 2200x1100x700
Габаритные размеры печи, мм 3000x9200x7700 3000x4100x3200
Масса, кг 20 000 13 000
156
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Д ЛЯ ПАЙКИ
отверстие может быть использовано для отбора
газа на анализ. Электропечи не требуют специ-
ального фундамента и могут быть установлены
непосредственно на полу цеха.
Камерные электропечи сопротивления
СНЗ-11.22.7/12-БЗ и СНЗ-11.22.7/12-Б4 (табл. 12)
укомплектованы специальным загрузочным
устройством. В приведенных в табл 12 элек-
тропечах обеспечивается повышенная стой-
кость контейнеров благодаря наличию в рабо-
чем объеме защитной среды эндогаза. В кон-
тейнерах могут размещаться не только малога-
баритные изделия, но и изделия длиной до
1100 мм. Нагреватели, выполненные из сплава
Х27Ю5Т-Н (ГОСТ 10994-74), установлены на
боковых стенках, в поду, на своде, а также на
торцовой стенке и дверце рабочей камеры.
Для создания защитной среды печи ком-
плектуют газоприготовительными установка-
ми. Загрузочный проем печи перекрывается
пламенной завесой, предотвращающей попада-
ние в печь воздуха при загрузке и выгрузке
контейнеров. Подъем дверцы камеры нагрева и
передвижение механизма загрузки осуществ-
ляются электроприводом Электропечь имеет
автоматическое и ручное управление.
Современными разработками «ВНИИ-
ЭТО» являются электропечи сопротивления с
волокнистыми футеровочными материалами.
Электропечи с волокнистыми футеровоч-
ными материалами - новый этап развития пе-
честроения; предназначены для нагрева изде-
лий в окислительной и защитной атмосферах и
могут применяться во всех отраслях народного
хозяйства, где требуется нагрев изделий до
температуры 1000 °C (спецпечи могут эксплуа-
тироваться до 1150 °C).
Электропечи должны сохранять свои па-
раметры в пределах установленных норм в
процессе и после воздействия следующих ме-
ханических факторов внешней среды по группе
условий Ml (ГОСТ 17516-90): вибрационные
нагрузки с частотой не более 15 Гц, макси-
мальное ускорение 0,5g.
Условия эксплуатации печей СНЗ и СНО.
высота над уровнем моря не более 1000 м; атмо-
сферное давление от 6300 до 8000 Па, темпера-
тура окружающего воздуха +1 ... 35 °C; относи-
тельная влажность воздуха до 80 %. Макси-
мальный тепловой поток, выделяемый в цехо-
вое пространство работающей в режиме номи-
нальной температуры электропечью при тем-
пературе окружающей среды 20 °C, приведен в
табл. 13. В период перегрузки, происходящей в
течение 5 мин при температуре рабочего про-
странства 1000 °C, дополнительно выделяется
тепло. Норма параметра приведена в табл. 14.
Окружающая среда - невзрывоопасная с
допускаемым содержанием газов, паров и пыли
в концентрациях, не превышающих указанных
в ГОСТ 12.1.005-88. Степень защиты электро-
печей 1Р20- по ГОСТ 14254-96.
Электропечи типа СНО/СНЗ (табл. 15)
представляют собой нагревательную камеру,
состоящую из следующих основных составных
частей: кожуха, футеровки, нагревателей, ме-
ханизма открывания дверцы, монтажа электри-
ческого. В конструкции электропечей типа
СНЗ предусмотрен газоподвод контролируе-
мой атмосферы для подачи контролируемой
атмосферы в печное пространство и газопод-
вод пламенной завесы для создания пламенной
завесы перед загрузочным проемом при подъ-
еме заслонки Особенностью электропечей
является выполнение огнеупорного и тепло-
изоляционного слоев футеровки из волокни-
стых огнеупорных материалов
13. Максимальный тепловой поток
Тип оборудования СНО-3.6.2/10-ИЗ | СНЗ-3.6.2/10-И2 СНО-4.8.2,5/10-ИЗ СНЗ-4.8.2.5/10-И2
Норма параметра, кВт 3,4 5,9 5,1 7,1
14. Дополнительное выделение тепла
Тепловой поток, кДж СНО-3.6.2/ 10-ИЗ СНЗ-3.6.2/10-И2 СНО-4.8.2,5/10-ИЗ СНЗ-4.8.2,5/10-И2
Из рабочего про- странства печи 13 000 4930 18 270 8220
При сгорании про- пан-бутановой смеси - 12 510 - 16 680
При сгорании при- родного газа - 14 250 - 25 650
15. Технические данные электропечей типа СНО/СНЗ
Параметр СНО-3.6.2/10-ИЗ 1 ~ 1 СНЗ-3.6.2/10-И2 СНО-4.8.2,5/10-ИЗ СНЗ-4.8.2,5/10-И2
Установленная мощность, кВт 16 15 27 27
Потребляемая мощность, кВт 11,6 11,9 21,1 21
Рабочая температура, °C 1000
Среда в рабочем пространстве Окислительная | Защитная Окислительная | Защитная
Напряжение, В: питающей сети цепей управления 380 220
Частота тока, Гц 50
Число фаз 1 3 3 3
Размеры рабочего пространства, мм 300 X 600 X 200 300 х 600 х 200 400 х 800 х 250 400x800x250
Масса электропечи (комплекса), кг 857 1120 1316 1870
Масса садки, кг 110 110 220 220
Производительность в установленном режиме, кг/ч 36 32 70 75
Удельная мощность, кВт/м3 322,2 330,5 263,75 262,5
Удельный расход электроэнергии за цикл термообработки, кВт • ч/кг 0,31 0,364 0,29 0,280
Стабильность температуры, °C ±10
Расход энергии при холостом ходе, кВт 3,4 5,9 5,1 7,1
Расход контролируемой атмосферы, м3/ч - 3 - 4
Расход горючего газа на пламенную завесу, м’/ч: природного пропан-бутановой смеси 5 1,5 - 9 22
Средний срок службы электропечи, лет 8
Установленный срок службы электропечи до списания, лет 6
Средний ресурс нагревателей, ч 6800 10 900 5600 10 700
Установленный ресурс нагревателей, ч 4200 6000 3000 6000
Аккумулированная энергия, кВт • ч 71,7 76,7 127,87 139,5
5
158
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
Нагреватели электропечей, расположен-
ные на боковых стенках и в поду, выполнены
зигзагообразными для электропечей типа СНЗ
и в виде спирали для электропечей типа СНО.
Питание нагревателей в электропечах типа
СНЗ осуществляется через понижающий
трансформатор. Конструкция механизма от-
крывания дверцы обеспечивает открытие за-
грузочного проема и надежный прижим за-
слонки к кожуху электропечи.
Принцип действия печей СНЗ. При дос-
тижении в рабочем пространстве электропечи
заданной температуры нагреватели отключа-
ются, открывается заслонка. В электропечах
СНЗ при этом автоматически открывается
электромагнитный вентиль на газоподводе
пламенной завесы.
Загорается пламенная завеса для предот-
вращения потерь тепла и выхода газа за преде-
лы рабочего пространства. Изделия загружа-
ются в электропечь, после этого закрывается
заслонка (в электропечах СНЗ автоматически
также закрывается электромагнитный вентиль,
прекращается горение пламенной завесы)
Включаются нагреватели, и происходит пайка
деталей садки по технологическому режиму
По окончании процесса нагреватели отключа-
ются, заслонка открывается, садка выгружается
из электропечи, цикл повторяется.
Система управления электропечами осу-
ществляется с помощью шкафов управления,
выполненных на новой элементной базе с ис-
пользованием интегральных микросхем, бес-
контактных логических элементов; кроме того,
предусмотрена возможность использования
микропроцессорных устройств.
При организации производства малосе-
рийных мелких паяных изделий и опытных
конструкций рекомендуется использование
нескольких групп лабораторных муфельных,
камерных и шахтных печей разработки и про-
изводства фирмы «ТЕХНОТЕРМ» при АОЗТ
ИЭЦ ВНИИЭТО.
Электропечи фирмы «ТЕХНОТЕРМ» по
потребительским качествам не уступают про-
дукции зарубежных фирм и сертифицированы
Госстандартом.
Малогабаритные муфельные электропечи
с полезным объемом от 3 до 10 л имеют рабо-
чую камеру, образованную керамическими
муфелями с вмонтированными в них спираль-
ными проволочными нагревателями. Нагрев в
печах на 3 и 6 л объема производится с трех
сторон: боковые стенки и свод, а в электропе-
чах на 10 л - с четырех сторон: боковые стен-
ки, свод и под. Выпускаются две модификации:
с нагревателями, полностью 'заделанными в
керамику на температуру до 1050 °C, и с на-
гревателями, частично заделанными в керами-
ку на температуру до 1150 °C. Для программ-
ного регулирования температуры электропечей
применен цифровой регулятор, позволяющий
проводить режим пайки с высокой точностью.
Для технологий флюсовой пайки конструкций,
сопровождающихся выделением газов, выпус-
каются модификации печей с системой вытяж-
ки газов (напряжение 220 В) (табл. 16)
16. Муфельные электропечи (лабораторные)
Модель печи Рабочий объем, л Температу- ра, °C Мощность, кВт Габаритные размеры, мм Масса
рабочей камеры печи
СНОЛ 3/10 СНОЛ 3/11 3 3 1050 1150 1,8 1,8 150x200x100 425x530x520 30 30
СНОЛ 6/10 СНОЛ 6/11 6 6 1050 1150 2,2 2,2 180x270x130 450x600x545 40 40
СНОЛ 10/10 СНОЛ 10/11 10 10 1050 1150 4,0 4,0 200хх300х180 470x620x595 50 50
Электропечи с вытяжкой газов
СНОЛ 3/10-В СНОЛ 3/11-В 3 3 1050 1150 1,8 1,8 150x200x100 425x610x650 32 32
СНОЛ 6/10-В СНОЛ 6/11-В 6 6 1050 1150 2,2 2,2 180x270x130 450x680x675 42 42
СНОЛ 10/10-В СНОЛ 10/11-В 10 10 1050 1150 4,0 4,0 200x300x180 470x700x725 52 52
ПЕЧИ
159
Камерные электропечи значительного
типоразмерного ряда, включающего малогаба-
ритные лабораторного назначения, позволяют
организовать производство паяных конструк-
ций различного назначения и размеров, пред-
ставлены в табл. 17 и 18. Электропечи имеют
двух- и трехслойную футеровку, малые потери
тепла и низкую наружную температуру корпу-
са: температура печи 1250 °C. Термопреобра-
зователь выполнен из PtRu-Pt и имеет практи-
чески неограниченный срок службы.
Шахтные электропечи с полезным объе-
мом от 80 до 220 л на температуру до 1200 °C
отличаются тем, что загрузка производится
сверху, что удобно для некоторых технологий.
Нагрев равномерный, так как нагреватели рас-
положены по всем четырем сторонам (табл. 19)
17. Камерные электропечи (лабораторные) с рабочей температурой 1250 °C
Модель печи Рабочий объем, л Мощность, кВт Напряже- Габариты, мм Масса
рабочей камеры печи
СНОЛ-6/12 6 2,5 220 180x270x130 460x620x575 47
СНОЛ-12/12 12 4,3 220 200x350x180 495x650x635 65
18. Камерные электропечи с рабочей температурой 1250 °C
Модель печи Рабочий объем,л ность, кВт Напряже- ние, В Габариты, мм Масса печи, кг
рабочей камеры печи
СНОЛ 15/12 15 5,0 220 250x250x250 860x810x640 100
СНОЛ 20/12 20 6,0 220 300x300x250 910x860x640 125
СНОЛ 25/12 25 6,0 220 250x400x250 860x930x720 130
СНОЛ 36/12 36 10,0 220 300x600x200 910x1190x1220 180
СНОЛ 40/12 40 9,0 220 350x350x300 960x910x690 140
СНОЛ 50/12 50 5,0 220 350x400x350 960x970 x 730 150
СНОЛ 60/12 60 12,0 220 400x400x400 1010x1000x980 200
СНОЛ 80/12 80 18,0 380 400x800x250 1130x1360x1305 300
СНОЛ 120/12 120 18,0 380 400x800x400 1055x1350x910 280
СНОЛ 120/12-И1 120 18,0 380 400x800x400 1045x1380x980 300
СНОЛ 120/12-И2 120 18,0 380 400x400x800 1055x920x1320 280
СНОЛ 150/12 150 23,0 380 600x600x400 1280x1250x1050 350
СНОЛ 200/12 200 24,0 380 500x550x750 1245x1355x1420 400
СНОЛ 250/12 250 30,0 380 500x1000x500 1255x1545x1150 500
СНОЛ 500/12 500 36,0 380 600x800x1100 1425x1620x1800 800
СНОЛ 1000/12 1000 69,0 380 800x1000x1250 1465x1805x1920 1400
СНОЛ 1500/12 1500 99,0 380 900x1200x1400 1565 x 2005 x 2070 1800
19. Шахтные электропечи
Модель Рабочий объем, л Темпера- тура,^ Мощ- ность, кВт Напряже- ние, В Габариты, мм Масса
рабочей камеры печи
сшол 80/12 80 1250 9,0 220 370x370x600 1020x800x1065 200
СШОЛ 220/12 220 1250 24,0 380 915x400x600 1680x1125x1175 400
160
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
20. Плавильные тигельные электропечи
Модель Рабочий объем, л Темпера- тура, °C Мощность, кВт Напря- жение, В Тип тигля Габариты, мм Масса
рабочей камеры печи
сшол 10/10-Т 10 1050 6,0 220 тгзо 230x230x210 710x890x615 НО
сшол 50/10-Т 50 ! 1750 16,5 380 ТГ50 330x380x465 790x880x820 179
21. Камерные лабораторные высокотемпературные электропечи
Модель печи Рабочий объем, л Темпера- тура, °C Мощность, кВт Налряже- ние, В Габариты, мм печи, кг
рабочей камеры печи
енол 12/13 12 1350 6,5 220 200x300x200 520x575x920 80
енол 12/15 1550 8,0
енол 12/16 1650 8,0
Плавильные электропечи для выплавки
припоев из цветных металлов и пайки погруже-
нием в расплав флюса или припоя выпускаются
в двух модификациях: для плавки алюминиевых
припоев на температуру 1000 °C (тигель шамот-
но-графитовый ТГ-30 на 10 кг алюминия; не
вынимается из печи, а раздача производится
черпаком) и для плавки медных припоев на тем-
пературу 1200 °C (тигель шамотно-трафитовый
ТГ-50 на 50 кг сплава и вынимается из печи для
его разливки) (табл. 20).
Камерные лабораторные высокотем-
пературные электропечи с полезным объе-
мом 12 л на рабочую температуру 1300 ...
1600 °C обеспечивают возможность продолжи-
тельной работы при высоких температурах в
воздушной среде. Печи этого типа позволяют
проведение сверхбыстрого нагрева за 30 ... 40
мин до номинальной температуры. Такие уни-
кальные качества достигнуты благодаря ис-
пользованию термостойких нагревателей ново-
го поколения из хромита лантана, а также вы-
сококачественной теплоизоляции из керамово-
локнистого материала (табл. 21). Для удобства
эксплуатации предусмотрена параллельно от-
водимая в сторону дверца и воздушное прину-
дительное охлаждение кожуха с двойной стен-
кой. Использование микропроцессорного регу-
лятора-программатора на 2, 8 или 20 участков,
с тиристорным источником питания, позволяет
осуществлять технологические режимы пайки
и термообработки с высокой точностью без
присутствия оператора. Конструктивное ис-
полнение печей на температуры 1300, 1500 и
1600 °C однотипное; отличие заключается в
использовании различной теплоизоляции.
Камерные электропечи с выдвижным
подом и полезным объемом от 400 до 1000 л на
рабочую температуру 1200 °C имеют ряд пре-
имуществ: 1) подина выкатывается из печи, и
разгрузка-загрузка производится быстро;
2) полнее используется объем камеры; 3) мож-
но выкатывать подину при 500 °C (кратковре-
менно до 1000 °C), выполняя разгрузку и по-
грузку новой садки, что позволяет экономить
время и электроэнергию. Производительность
такой электропечи в 1,5-2,5 раза выше, а рас-
ход электроэнергии на 10 ... 20 % меньше, чем
у обыкновенной камерной электропечи равно-
го объема. Хорошая равномерность температу-
ры обеспечена по всему объему рабочей каме-
ры (табл. 22). Область применения электропе-
чей с выкатным подом достаточно широка,
включая пайку в контейнерах с песочным за-
твором и т.п
Нагреватели печей. Большое значение
для безотказной работы электропечей имеет
стойкость нагревательных элементов, особенно
при высокотемпературной пайке, в специаль-
ных газофлюсовых средах. Прецизионные
ПЕЧИ
161
22. Камерные электропечи с выкатным подом
Модель печи Рабочий Темпе- ратура, °C Мощ- ность, кВт Напря- жение, В Габариты, мм Масса,
рабочей камеры печи
СНОЛ 400/12-ВП 400 1250 36,0 380 570x170x600 1225x2025x1555 1100
СНОЛ 700/12-ВП 700 1250 52.0 380 1000x1170x600 1765x2035x1555 2000
СНОЛ 1000/12-ВП 1000 1250 63,0 380 800x1600x800 1620x2780x1835 2300
23. Предельные диаметры проволоки
для нагревателей
Сплав Предельные
Х15Ю5 0,2 7,5
Х23Ю5 0,3 7,5
Х23Ю5Т 0,3 ... 7,5
Х27Ю5Т 0,5 . 6.0
Х15Н60 0,4 • 3,0
Х15Н60-Н 0,1 .. 7,5
Х20Н80-Н 0,1 ... 7,5
ХН70Ю-Н 1,0 ... 7,0
ХН20ЮС 0,8 ... 7,5
Условное обозначение проволоки диамет-
ром 1,5 мм из сплава марки Х23Ю5Т для нагрева-
тельных элементов: проволока 1.5-Х23Ю5Т-Н
ГОСТ 12766.1-90.
сплавы с высоким электрическим сопро-
тивлением имеют наибольшее применение в
электропечах для изготовления нагревателей
различной конструкции Марки сплавов для
нагревателей регламентируются ГОСТ 10994-
74 (группа VI - сплавы с высоким электриче-
ским сопротивлением, обладающие необходи-
мым сочетанием электрических, коррозионных
и других свойств). Сортамент проволоки из
сплавов для нагревателей регламентирован
ГОСТ 12766.1-90 и приведен в табл. 23. Свой-
ства сплавов приведены в табл. 24.
Проволоку изготовляют в мягком терми-
чески обработанном состоянии. По согласова-
нию изготовителя с потребителем проволоку
изготовляют с травленой поверхностью; рабочие
температуры проволоки приведены в табл. 25
В ряде случаев конструктивно предпоч-
тительно и целесообразно по условиям экс-
плуатации применять для электронагревателей
ленту из прецизионных сплавов с высоким
электрическим сопротивлением по ГОСТ
12766.2-90. Ленту в зависимости от марки
сплава изготовляют с предельными размерами,
приведенными в табл. 26.
Ленту изготовляют с обрезной кромкой
шириной 6; 8; 10; 12; 14; 15; 16; 18; 20; 25; 30;
32; 36; 40; 45; 50; 60; 80; 100; 150; 200; 250 мм.
Пример условных обозначений: лента толщиной
1,5 мм, шириной 20 мм, обычного качества,
без нормирования механических свойств из
сплава марки Х23Ю5Т для нагревательных
элементов: лента 1,5 х 20 - 1-БМ-Х23Ю5Т-Н
ГОСТ 12766.2-90
Механические и электрические свойства
ленты толщиной 0,2 мм и более в состоянии
поставки должны соответствовать нормам,
приведенным в табл. 27.
Карбидокремниевые электронагрева-
тели (КЭН) применяются в электропечах со-
противления периодического и непрерывного
действия при температуре на поверхности ра-
бочей части КЭН до 1450 °C в воздушной или
нейтральных атмосферах и до 1250 °C - в вос-
становительной атмосфере. Работа нагревате-
лей при температуре, превышающей предель-
ные, приводит к резкому сокращению их срока
службы, что должно быть учтено в системах
автоматического контроля и регулирования
печей.
Ь - 8294
24. Физические свойства сплавов, используемых для изготовления нагревателей
Показатель Х15Ю5 Х23Ю5 | Х23Ю5Т | Х27Ю53 Х15Н60, Х15Н60-Н | Х20Н80-Н ХН20ЮС
Плотность, г/см3 7,28 7,25 7,21 7,19 8,2 8,4 7,7
Температура плавления, °C 1500 1500 1500 I 1510 1390 1400 1380
Структура Ферритная Аустенитная Аустенитная’
Магнитность Ферромагнитны Немагнитны Немагнитен’*
Твердость НВ 150 .200 180 ...250 200... 250 200... 250 140... 150 140 . 150
Температурный коэффициент линейного расширения, К'1, в интервале 20 ... 1000 °C 16 - КГ6 15- КГ6 15 Ю-6 15 - 10-6 17 • 10"6 18 • W* 19 • 10"6
Температуропроводность, 10“5 м2/с:
при 25 °C 0,39 0.35 0,34 0,34 0,30 0,31 0,30
при 400 °C 0,41 - 0,37 0,37 - 0,44 0,41
при 800 °C 0.46 0,48 0,48 - 0,56 0,50
Удельная теплоемкость, кДж/(кг • К):
при 25 °C 0,48 0,48 0,48 0,50 0,46 0,44 0,48
при 800 °C 0,77 - 0,75 0,69 - - 0,64
* С массовой долей до 3 % феррита.
” При наличии феррита - слабоферромагнитная.
25. Рабочие температуры нагревательных элементов, работающих на воздухе
Марка сплава Рекомендуемая рабочая температура нагревательного элемента, °C, в зависимости от диаметра или толщины продукции, мм
0,2 0,4 1,0 3,0 6,0 и более
Х15Ю5 750 850 900 950 1000
Х23Ю5 950 1025 1100 1150 1200
Х23Ю5Т 950 1075 1225 1350 1400
Х27Ю5Т 950 1075 1209 1300 1350
Х15Н60-Н 900 950 1000 1075 1125
Х20Н80-Н 950 1000 1100 1150 1200
ХН70Ю-Н 950 1000 1100 1175 1200
ХН20ЮС 900 950 1000 1050 1100
Примечание Во вновь создаваемой и модернизируемой технике вместо сплава Х27Ю5Т рекомендуется использовать сплав Х23Ю5Т.
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
ПЕЧИ
163
26. Предельные размеры ленты
Сплав Толщина, мм Ширина, мм
Х15Ю5 Х23Ю5 Х23Ю5Т Х27Ю5Т 0,2 .3,2 6... 80
Х15Н60 Х15Н60-Н Х20Н80-Н 0,1 ... 3,2 6... 250
ХН20ЮС 0,1 ... 3,2 6 . 80
КЭН в печах устанавливаются либо гори-
зонтально, либо вертикально, специальных
держателей при максимальной температуре
использовать не требуется, так как нагреватели
сохраняют достаточную прочность.
КЭН получают путем спекания высоко-
чистого крупнозернистого карбидокремниевого
порошка при температуре свыше 2400 °C и
представляют собой огнеупорные неметалличе-
ские изделия в форме круглого стержня или
грубки. Нагреватели состоят из средней рабочей
части (разогревается до высоких температур) и
двух выводов (токоподвод к рабочей части),
пропитанных парами кремния Удельное элек-
тросопротивление материала рабочей части
27. Свойства ленты (ГОСТ 12766.2-90)
Марка сплава Временное сопротивле- ние разрыву о„ МПа, не более Относительное удлинение 65. %, не менее Удельное электрическое сопротивление. мкОмм
Х15Ю5 736 16 1,24 .. . 1,34
Х23Ю5 736 14 1,30. 1,40
Х23Ю5Т 765 12 1,34.. . 1,45
Х27Ю5Т 785 10 1,37 .. . 1,45
Х15Н60, Х15Н60-Н, Х20Н80-Н 834 20 1,05 .. 1,06.. . 1,16 . 1,17
ХН20ЮС 736 25 0,99 .. . 1,07
нагревателя значительно выше, чем выводов, в
результате чего при прохождении через нагрева-
тель электротока основная масса тепла выделя-
ется именно на рабочей части. При этом токо-
подводы, которые проходят через футеровку
печи, остаются относительно холодными. На
концах этих выводов напылен слой алюминия
для создания надежного электрического контак-
та между выводами и топокодводами. Нагрева-
тели типа КЭНВПС могут иметь диаметр рабо-
чей части от 14 до 45 мм. Они изготавливаются
в виде полых трубок с толстыми стенами.
Типы КЭНов ОАО «Подольскогнеупор»
представлены на рис. 7 и в табл. 28
Нагрузка на электронагреватель, темпе-
ратура нагревателя, а отсюда и скорость «старе-
ния» прямо пропорциональны удельной «ватт-
ной» нагрузке, т.е. мощности на 1 см2 поверхно-
сти рабочей части нагревателя. Максимальный
срок службы нагревателя обеспечивает самая
низкая нагрузка - в пределах 3 ... 8 Вт/см2
(в соответствии с конструкцией печи):
H'ya=W/S,
где W - потребляемая энергия, Вт; S - площадь
поверхности рабочей части, S = nDL.
а)
Рис. 7. Типы КЭНов:
а - КЭНАПС; б - КЭНВПС; в - КЭНБС;
1 - рабочая часть; 2 - выводы
164
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
28. Технические характеристики и размеры КЭНов
Тип Содер- жание SiC, % Порис- тая, % Сопротивление, Ом, при испытании под током с разогре- вом до 1000°С Размеры, мм
Диаметр Длина рабо- чей части Общая длина
кэнв 97 28 0,52 .. . 1,95 14 ...30 300. .. 960 710.. . 1455
кэнвп 97 28 0,52.. . 2,95 12 ...30 300.. . 960 190.. . 1455
КЭНА 97 24 1,30,. .. 6,50 8. .. 14 100. .. 250 270.. .. 750
КЭНБС 96 28 1.00 . 1,80 25 300 400 900 .. . 1200
кэнс 97 25 2,00 .. .. 5.00 45 ... 55 400 600
КЭНАПС 97 23 0,82 . 4,54 18 ... 25 250 . 800 1050 . 1700
кэнвпс 97 23 0,45 .. .2,36 25 ...45 400 . 810 1100 . . 1480
кэнп 97 28 1,10.. . 2,80 25 ... 30 935 . 960 1425 .. .. 1455
Обозначения в названиях КЭНов: А. Б, В - класс; П - пропитанные металлическим кремнием
выводы; С - склеенные.
В производственных печах эксплуатация
карбидокремниевых электронагревателей без
регулятора напряжения не допускается.
Для высокотемпературных печей (см., на-
пример, табл. 17) используют специальные тер-
мостойкие нагреватели из хромита лантана, а
также наиболее высокотемпературные нагревате-
ли из дисилицида молибдена (табл. 29), Кирова-
канский завод высокотемпературных нагрева-
телей выпускает нагреватели из дисилицида
молибдена прямой и U-образной форм.
29. Типоразмеры нагревателей из
днснлицида молибдена
Нагреватель* Масса, кг
ДМ 100/125
ДМ 100/150
ДМ 150/150
ДМ 180/150
ДМ 180/185
ДМ 200/200
ДМ 200/250
Прямые
0,0150
0, 170
0,180
0,200
0,230
0.250
0,300
Продолжение табл. 29
Нагреватель* Масса, кг
ДМ 180/150 0.230
ДМ 180/185 0,260
ДМ 180/250 0,320
ДМ 180/300 0,400
ДМ 180/350 0,460
ДМ 180/400 0.520
ДМ 200/200 0,280
ДМ 200/250 0,340
ДМ 225/560 0,700
ДМ 250/185 0,300
ДМ 250/250 0,360
ДМ 250/300 0,400
ДМ 250/400 0,550
ДМ 315/300 0,640
ДМ 315/400 0,640
ДМ 400/250 0,400
ДМ 400/400 0,570
ДМ 400/500 0,680
В обозначении нагревателя числитель
указывает размер длины рабочей части (в мм),
знаменатель - длину вывода (в мм).
Примечание. Диаметр рабочей части
нагревателя 6,0 мм, диаметр вывода 12,0 мм По-
требитель может заказать U-образные нагреватели
с отогнутыми рабочими частями.
U-образные
ДМ 150/300 I 0,390
ДМ 150/500 0,610
ПЕЧИ
165
30. Физические свойства
некоторых газов и паров
Вещество Относительная молекулярная масса Масса моле- кул, 10“ г
Водород 2,02 3,35
Гелий 4,0 6,64
Пары воды 18,0 29,4
Азот 28,0 46,5
Воздух 28,7 47,6
Кислород 32,0 53,1
Аргон 39,9 56,2
В шахтных и камерных электропечах пай-
ку изделий часто производят с загрузкой в спе-
циальные контейнеры, в которые подается газо-
вая контролируемая среда. Жесткие контейнеры
для печной пайки изготовляют из жаростойких
сталей и коррозионно-стойких сплавов. В кон-
струкции контейнеров большое значение имеет
размещение трубок для ввода и отвода газовой
контролируемой среды, так как от этого зави-
сит полнота удаления воздуха из объема кон-
тейнера. При использовании газовых сред лег-
че воздуха отводную трубку необходимо рас-
полагать у днища контейнера. При применении
для пайки среды тяжелее воздуха трубку для
выхода газов размещают в верхней части кон-
тейнера. Физические свойства некоторых газов
и паров приведены в табл. 30.
Контейнеры для пайки изделий в контро-
лируемых средах разделяют на жесткие и мяг-
кие. Жесткие контейнеры уплотняют песчаны-
ми затворами, охлаждаемыми фланцами либо
фланцами, ввариваемыми непосредственно в
корпус контейнера [3]. Мягкие контейнеры
выполняют из тонколистовых материалов,
плотно облегающих изделие, и герметизируют
сваркой В результате вакуумирования внут-
ренней полости мягкого контейнера обеспечи-
вается надежное поджатие сопрягаемых по-
верхностей.
Газоприготовительные установки.
Контролируемая атмосфера (КА) использует-
ся в процессах термической и химико-терми-
ческой обработки, пайки, порошковой метал-
лургии и др. Получаемые в газоприготовитель-
ных установках КА заданного состава должны
обеспечить в процессе пайки смачивание и
растекание припоя по поверхности соединяе-
мых деталей и заполнение зазора, а также по-
зволяют при термической обработке защитить
поверхность изделий от окисления и обезугле-
роживания, исключить активные флюсы и, как
следствие, существенно сократить припуски и
объем последующей механической обработки, а
также исключить экологически вредные после-
дующие операции травления, пескоструйной и
дробеструйной очистки поверхностей; повысить
прочность и долговечность изделий и снизить
трудоемкость обработки.
Установки для получения контроли-
руемых сред, исключающих влияние на каче-
ство изделий влаги, кислорода и других приме-
сей, содержащихся в исходных газовых средах,
выпускают нескольких типов. Так, специаль-
ные установки, например ИО-6-М2, предназна-
чены для сушки и очистки водорода, азота, ар-
гона и других газов, используемых для высоко-
температурной пайки сталей, медных и никеле-
вых сплавов. Принцип работы установки - ад-
сорбция и химическое связывание примесей
регенерируемыми поглотителями. Для очистки
используют реагенты: от окиси углерода, углево-
дорода и водорода - окись меди; от кислорода -
окись марганца; от азота - металлический каль-
ций. Влагу и двуокись углерода удаляют с по-
мощью цеолитов. В случае использования арго-
на его содержание в итоге превышает 99,999 % с
точкой росы -60 °C. На рис. 8 приведена
структура установки для тонкой очистки
инертных газов, которую используют в процес-
сах нагрева при пайке реакционно-активных
материалов, например титана, циркония, ниобия
и сталей, легированных активными металлами
Производительность установок не менее 1 м3/ч
Очищенный газ содержит кислород в концен-
трации не более 1 • 10-5 % по объему. Типораз-
мерный ряд установок разработан и произво-
дится ООО НПЦ «ЭТО-ЭСКАТЕРМ» (гос
лицензия ФЛЦ № 001149).
При необходимости затрат большого ко-
личества аргона следует применять установки
для его многократного использования, напри-
мер 1ИО-12 и 1 ИО-50 Производительность
установок очистки оборотного газа соответст-
венно 12 и 50 м3/ч. Установки обеспечивают
регулирование давления среды и ее температу-
ры и состоят из элементов предварительной и
окончательной очистки аргона, системы реге-
нерации газа и поглотителей, а также накопи-
теля газа. В ряде случаев устройство для очи-
стки аргона монтируют совместно со специ-
альной печью, где совмещен период откачки
рабочей камеры печи с циклом регенерации
аргона по замкнутому контуру, т.е. минуя печь
166
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
Рис. 8. Установка для очистки аргона:
/ - шкаф управления; 2 - блок очистки аргона; 3 - блок вакуумирования; 4 - емкостной аппарат;
I- выход аргона из блока; II-прибор анализа: III- вход водорода; IV- вход аргона
для пайки, что значительно сокращает цикл
процесса. Заложенная в установке возможность
регулирования расхода аргона позволяет осу-
ществлять термический цикл пайки с повы-
шенной скоростью охлаждения и, следователь-
но, увеличивать производительность процесса.
Устройство очистки и регенерации арго-
на включает влагопоглотитель для осушки
баллонного аргона, печь-реактор для тонкой
очистки аргона от примесей кислорода, насос-
компрессор, обеспечивающий транспортирова-
ние аргона по замкнутому контуру, элементы
для регулирования и контроля чистоты аргона
до пайки и после. Устройство вмонтировано в
виде единого блока с входным и выходным
штуцерами для отбора проб на газоанализатор.
В целях предотвращения загрязнения объема
печи и газовакуумных магистралей продуктами
распада углеводородных соединений, перекач-
ка аргона осуществляется безмасляным насо-
сом-компрессором с эластичной камерой из
полиуретана (табл. 31).
Установки для приготовления диссоции-
рованного аммиака (диссоциаторы аммиака)
серии ДА наиболее часто используются в про-
цессах пайки, порошковой металлургии, тер-
мообработки высоколегированных хромистых
коррозионно-стойких сталей и отжига латуней.
Наличие встроенного испарителя и блока тон-
кой очистки и осушки атмосферы позволяет
повысить надежность и качество работы уста-
новки и всей технологической линии пайки
высоколегированных сталей и сплавов.
31. Технические данные установки ИО-6
для очистки аргона
Установленная мощность, кВт 29,0
Рабочая температура, °C 660
Производительность, м’/ч 6,0
Давление газа, МПа
на входе 490
на выходе . 9,8 . 49
Содержание, %
аргона 99,996
кислорода < 0,001
водорода < 0,0005
влаги . < 0,001
Водородно-азотные смеси, используемые
для пайки изделий, не должны содержать не-
диссоциированный аммиак, так как при соеди-
нении с кислородом последний образует окись
азота, содержание которой более 0,2 % приво-
дит к обезуглероживанию и азотированию ста-
ли. Очистка от недиссоциированного аммиака
производится пропусканием газовой смеси
после диссоциации через сосуд с водой. Типо-
вая технологическая схема установки для при-
готовления водородно-азотной смеси из ам-
миака показана на рис. 9. Технические данные
установок - в табл. 32 и на рис. 10.
Для пайки изделий из высоколегирован-
ных коррозионно-стойких сталей и сплавов, а
также из бескислородной меди в качестве вос-
становительной среды применяют осушенный
ПЕЧИ
167
Рис. 9. Типовая технологическая схема установок дли приготовления контролируемой среды из аммиака:
1 - баллон с аммиаком; 2 - поплавковый регулятор уровня; 3 - предохранительный клапан; 4 - испаритель;
5 - манометр; 6 - редуцирующий вентиль и регулятор давления; 7 - охладитель газа; 8 - диссоциатор;
9 - камера сжигания; /0-газовый запальник; 11,12- ротаметры; /3 - регулирующий кран;
14 - исполнительный механизм; 15 - водяной затвор; 16 - сигнализатор падения давления; 17 - воздуходувка;
18 - кран; 19 - блок фильтрации газа; 20 газоанализатор; 21 - камера охлаждения, 22 - термометр;
23 - осушитель; 24 - термоэлектрический термометр; 25 - холодильная машина; 26 - калорифер;
27 - измеритель влажности; 28 - фильтр; 29 напоромер
32. Технические данные диссоциаторов аммиака серии ДА
Показатель ДАЖ-2,5 ДАЖ-40 ДАС-60
Производительность, м3/ч 2,5 40 60
Состав газовой среды, % 75Н2; 25N2; 75 Н2; 25 N2; 4-2 Н2;
(по объему) <0,001NH3 <0,001NH3 остальное N2
Точка росы, °C -60 -60 -60
Габаритные размеры, м 1.8x0,92x2 3.1x1,6x2.5 4 х 4,2 х 2,6
Масса, т 0,91 2,3 6
Рис. 10. Диссоциатор аммиака серии ДА:
1 - блок диссоциации; 2 - блок осушки
и очищенный водород (табл. 33). Используют
технический водород, поставляемый в балло-
нах, либо сетевой, транспортируемый по тру-
бопроводу от специальных установок.
В некоторых случаях, особенно в элек-
тровакуумном производстве, применяют водо-
род повышенной чистоты, получаемый в ре-
33. Технические данные установок
для очистки водорода
Характеристика ' ВО-6 ВО-20
Установленная мощность, кВт 3,0 8,0
Рабочая температура, °C 250 300
Производительность, м3/ч Содержание, %: 6,0 20,0
водорода Не менее 99,995
кислорода Не более 0,005
Влажность водорода, г/м3 0,10.. . 0,008
зультате его диффузии через фольговую мем-
брану из палладиевых сплавов, например на
установке ультрачистого водорода УЧВ-2А
(табл. 34).
168
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
34. Технические данные установки УЧВ-2А
Потребляемая мощность, кВт 8,0
Рабочая температура диффузи-
онного элемента, °C, не более 500
Производительность, м’/ч 1.0
Давление водорода, Па:
на входе.. 500. 800
на выходе ... 980
Предельный вакуум, Па 5 • 10г2
Расход воды, л/ч 500
Габаритные размеры, мм . 1000х700х 1800
Масса, кг 370
В процессах массового производства раз-
личных изделий применяют конвейерные элек-
тропечи со средой эвдогаза. В табл. 35 и на
рис. 11 приведены технические данные устано-
вок для приготовления эндотермической кон-
тролируемой среды серии ЭН, используемых в
процессах нагрева под пайку углеродистых и
легированных сталей, пайки стеклоприпоями
сталей и спекания порошковых углеродистых
композиционных материалов В конструкции
современных эндогенераторов реализованы
новые технические решения, позволяющие со-
кратить удельное потребление электроэнергии
на 25 ... 30 % в результате использования теп-
лоты отходящих газов и сокращения тепловых
потерь, а также обеспечить высокое качество
эндогаза (практически полное отсутствие метана
при низких и стабилизированных концентраци-
ях диоксида углерода и водяных паров).
Наряду с использованием эвдогаза для
пайки применяют и экзотермические смеси
газов, получаемые при сжигании углеводород-
ных газов с коэффициентом расхода воздуха
0,6 ... 0,9. На установках (табл 36) обеспечи-
вается очистка экзотермической среды от дву-
окиси углерода и паров воды, а также ее охла-
ждение с автоматическим регулированием
(рис. 12).
35. Технические параметры эндогенераторов серии ЭН
Характеристика ' ЭН-16 ' ЭН-30 ЭН-60 ЭН-125
Производительность, м3/ч 16 30 60 125
Номинальная мощность, кВт 7,5 11 21 39
Габаритные размеры, м 1x1,9x2,1 1x2,45x2,1 1,1x2,25x2,38 1,25x2,92x2,5
Масса, т М 1 1,4 1,7 2,7
Вид Г
Рис. 11. Габаритный чертеж эндогенераторов серии ЭН:
/ - блок газогенератора; 2 - блок сероочистителя; 3 - панель управления;
4 и 5 - шкафы управления; б - трансформатор; / - вход газа, // - выход газа
ПЕЧИ
169
36. Технические параметры экзогенераторов
Характе- ристика ЭК-80 ЭК-160 ЭК-315 ЭКЖ-60 ЭКОВ-60 ЭКОВ-125 ЭКОВК-60
Производи- тельность, 80 160 315 60 60 125 60
м3/ч Номинальная мощность, 1,75 2,88 2,78 7,0 19 43 19,5
кВт Состав газо- вой среды, % 2-10 С< Э, 2-12 Н2, 6-12 СО2, < ;0,5СН4 2 СО, <0,5 -40 4,2 х 3,7 х 2Н2, СО2 5,2х4,8х 2Н2, <0,1 СО,
по объему Точка росы, °C Габаритные 2,3х1,6х 20... 30 3,3х1,9х 3,7х1,8х 4,5хЗ,2х <0,05С02 -60 .70 5,0х3,3х
размеры, м х2,3 х2,7 х2,8 х2,5 хЗ.О х3.4 хЗ.О
Масса в фу- терованном 1,63 2,6 3,8 4,45 7,7 17,0 7,2
виде с адсор- бентом, т
Примечание. Возможна поставка установок с производительностью 8, 16,32,64 м’/•
Рис. 12. Экзогенератор:
1 - блок сжигания; 2 - блок очистки;
- блок охлаждения: 4 - вакуумный насос
Установки для приготовления экзотерми-
ческой контролируемой атмосферы (экзогене-
раторы) серии ЭК используются в процессе
пайки, отжига стали и цветных металлов. Блоч-
ный принцип конструкции жзогенераторов и
современные методы очистки газов позволяют
значительно расширить область применения
газовых сред и номенклатуры обрабатываемых
материалов. Условия эксплуатации оборудова-
ния безопасны, так как получаемые газовые
среды малотоксичны и невзрывоопасны. Новые
конструктивные решения экзогенераторов обес-
печивают повышение их производительности и
качества газовых сред в результате рециркуля-
ции продуктов сгорания, рационального разме-
щения адсорбентов, новых способов продувки и
вакуумирования при регенерации и др.
При печной пайке в контейнерах с нагре-
вом в печах типа СНО высокохромистых корро-
зионно-стойких сталей, жаропрочных и жаро-
стойких сплавов следует применять еще более
активные контролируемые среды. В этих случа-
ях используют среды из чистых инертных газов,
азота или водорода с добавками газообразного
флюса, например трехфтористого бора, фтори-
стого водорода, хлористого аммония и др. Газо-
образный флюс получают смешением продуктов
диссоциации солей с газами-носителями: газ из
баллона через осушители поступает в диссо-
циатор, откуда смесь среды с газообразным
флюсом по трубопроводу направляется в ва-
куумированный контейнер. При этом избыточ-
ное давление газообразной смеси в контейнере
(примерно 500 ... 1500 Па) контролируется с
помощью манометра.
Вакуумные электропечи выполняются
периодического и непрерывного действия. Печи
периодического действия наиболее распростра-
нены и представлены колпаковыми, элеватор-
ными, муфельными, безмуфельными печами и
др К печам непрерывного действия следует
отнести печи, в которых загрузка очередной
партии изделий в нагревательную камеру не
170
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
связана с выгрузкой обрабатываемых изделий из
печи, т.е. нагревательная камера в печи непре-
рывного действия работает без простоев, что
достигается устройством двух-, четырехшлюзо-
вых камер (загрузочной, разгрузочной), а также
камер предварительного и основного нагрева.
Для пайки изделий из материалов, актив-
но взаимодействующих с газами и трудно-
паяемых в контролируемых средах, наиболь-
шее применение получили печи периодическо-
го действия. Печи являются экологически чис-
тыми и предназначены не только для пайки,
отжига, а также спекания тугоплавких и редких
металлов и сплавов на их основе. В качестве
материалов нагревателей, экранов, токопрово-
дов, подставок использованы в основном мо-
либден, вольфрам, графит и углеродные спец-
материалы.
Печи отличают низкий уровень газоотде-
ления, малая тепловая инерция, ускоренное
охлаждение садки. В табл. 37 приведены тех-
нические данные некоторых колпаковых печей.
Новый тип колпаковых печей с принудитель-
ным охлаждением приведен в табл. 38
37. Колпаковые вакуумные электропечи
Параметр Одноколпаковая Двухколпаковые
И059.010 ЛМ-3206 ЛМ-4100
Потребляемая мощность, кВт 80 20 25
Рабочая температура, °C 2500 1200 1200
Материал нагревателей Вольфрам Молибден Графит
Вакуум, Па 6,7 • Ю* 4 • 10'3 2 • 10'3
Размеры рабочего пространства, мм 150x500 230x435 180x380
Габаритные размеры, мм 2500x1000x3500 2000x1400 x 3000 1850x1350x3220
38. Колпаковые электропечи с экранной теплоизоляцией и принудительным охлаждением
Параметр СГВЭ-3,3.3,8/14 И1 (PZ 810) | СГВЭ-3,3.3,8/14 И2 (PZ 865)
Среда в рабочем пространстве Рабочая температура, °C Кратковременно допустимая температура, °C Мощность, кВт Напряжение, В Размеры рабочего пространства, мм Градиент температуры в рабочем пространстве, °C Размеры камеры нагрева, мм Максимальная масса загрузки, кг Остаточное давление в рабочей камере, мм рт. ст Расход охлаждающей воды, м3/ч Способ охлаждения загрузки Вакуум, инертный газ 1400 1500 40 380 0 330x380 ±10 0 362x470 50 10-5 1 8 В вакууме или инертном Ускоренное охлаждение в газе вместе с печью. Из- инертном газе с помощью быточное давление газа рециркуляционного вен- до 0,07 МПа тилятора
Система управления технологиче- скими режимами Программируемая электронная или микропроцессорная, количество программируемых точек температурной кривой - 23, в том числе нагрев - 13, охлаждение - 10, регистрация давления и температурной кривой (темпе- ратура в 4 точках печной камеры)
Габаритные размеры печи (включая подъем), мм 1000x1300x2750 2780x4190x3120
ПЕЧИ
171
Рис. 13. Элеваторная вакуумная электропечь
СЭВ-8.8/16ЭМ1:
/ - механизм подъема; 2 - под; 3 - подставка;
4 - нагреватель; 5 экраны; б - вакуумный агрегат
Наряду с колпаковыми применяют ваку-
умные элеваторные и шахтные электропечи.
В вакуумные элеваторные печи паяемые изде-
лия загружают снизу на стол с помощью специ-
ального механизма, поднимаемого и прижимае-
мого к нижнему торцу корпуса нагревательной
камеры (рис. 13). В шахтные электропечи изде-
лия загружают сверху, устанавливая их на под-
ставку или закрепляя специальной подвеской.
Технические данные некоторых элева-
торных и шахтных вакуумных электропечей
приведены в табл. 39 и 40.
Элеваторные вакуумные печи типа СЭВ
оснащены автоматическим программным регу-
лированием температуры и регистрирующим
устройством давления (вакуума), имеют необ-
ходимое число блокировок, обеспечивающих
безопасную работу и предотвращающих непра-
вильные действия обслуживающего персонала,
которые могут привести к выходу из строя элек-
тропечи и отдельных элементов. Конструкции
электропечей и нагревателей удобны для об-
служивания, сборки и ремонта. Нагреватели
долговечны в работе, имеют водоохлаждаемые
токоподводы. Перепад температур по всему
объему рабочего пространства составляет не
более ± 1,0 % от рабочей температуры.
Отсутствие внутри рабочего пространства
теплоизоляционных огнеупоров, керамических
деталей, крепящих нагреватели, позволяет бы-
стро получать и поддерживать высокий вакуум,
а также обеспечивать минимальное газовыделе-
ние из элементов нагревательной камеры, что
улучшает качество паяемых изделий. Нагрева-
тельные камеры выполнены в виде водоохлаж-
даемых стальных корпусов, в которых установ-
лены молибденовые нагреватели и экранная
теплоизоляция. Они характеризуются сравни-
тельно малой инерционностью с ускоренным
охлаждением за счет напуска нейтрального газа.
Срок службы нагревателей составляет около
6000 ч (разработчик - ВНИИЭТО).
Для высокотемпературной пайки изделий
из титановых и других активных металлов и
сплавов применяют вакуумные шахтные элек-
тропечи с экранной теплоизоляцией без кера-
мической футеровки (см. табл. 39,40,42).
39. Вакуумные элеваторные электропечи
Параметр СЭВ-2.4/20-М02 ; СКВ 7050 СЭВ-5 5/16Э-М1 СЭВ-8.8/16Э-М1 СЭВ-11.5,5/163
Установленная 250 140 340’ 510 535
мощность, кВт Номинальная 2000 2000 1600 1600 1600
температура, °C Вакуум, Па Размеры рабочего 0 200x400 0 300x300 1,3 • ю-4 0500x500 0800x800 01100x550
пространства, мм Расход охлаждаю- 20 3 16 16 17
щей воды, м3/ч Габаритные размеры, мм Масса, кг 4000х3750х 4750 7500 4600 6400х4190х 5790 15 000 9150х4900х 6300 30200 5560х4180х 6100 16500
" При работе с водородной средой установленная мощность 445 кВт.
172
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
40. Вакуумные шахтные электропечи
Параметр СШВ-11.3,85/ 9Э-М1 СШВ-5.15/ 13Э-М2 СШВЛ-0,6.2/ 16Э-М1 СШВЛ-1.2,5/ 25М-04
Мощность, кВт:
установленная 565 550 10 63
камеры нагрева 500 485 8 60
Рабочая температу- ра, °C 900 1300 1600 2500
Вакуум, Па 1,3 ю”
Размеры рабочего пространства, мм 1100 x 400 500x1500 60 x 200 100x250
Масса изделий, кг, не более 4000 2000 0,5 10
Расход охлаждаю- щей воды, м3 19 22 0,5 2.8
Габаритные размеры, мм 9250x5425x5000 7300x6740x4000 1400x1075x1630 2200x1720x1960
Масса, кг 19 600 39 200 650 1900
41. Характеристики материалов для нагревательных элементов вакуумных электропечей
Характеристика Молибден Тантал Вольфрам Графит
Температура нагрева в вакууме, °C, не более 1700 2200 2300 2200
Удельное электросопротивление, Ом • м. 0,048 0,155 0,055 8 . 12
Температура плавления, °C 2600 3000 3580 3700
Температура начала контактных реакций, °C’
с углеродом 1300 1000 1500 -
с окисью магния, окисью алюминия 1600 1800 2000 1800
с окисью циркония 2200 1600 1600 1600
с окисью бериллия 1900 1600 2000 2300
с окисью тория 1900 1900 2200 2000
Плотность, кг/м3 10 200 16600 19 340 2200
Электропечь СШВ-5.15/13Э-М2 состоит из
трех тепловых зон; нагреватели питаются от сети
через понижающие трансформаторы; теплоизо-
ляция обеспечивается пятью молибденовыми
экранами и двумя экранами из коррозионно-
стойкой стали. Электропечь СШВЛ-0,6.2/16Э-М1
кроме пайки в вакууме может быть использова-
на для пайки изделий в среде аргона с регулиро-
ванием его давления, а печь СШВЛ-1.2,5/25М-
04 - для пайки в среде водорода. В этих элек-
тропечах напряжение, подаваемое на нагревате-
ли, регулируют тиристорными регуляторами.
В некоторых случаях для пайки изделий в
вакууме используют камерные электропечи,
которые имеют горизонтально расположенную
подставку. Изделия в этом случае загружают
через открытую дверцу. В качестве конструк-
ционных материалов в вакуумных электропе-
чах применяют нихром, хромель и подобные
сплавы, используют для нагревателей графит и
тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден,
тантал), основные характеристики которых
приведены в табл. 41.
ПЕЧИ
173
42. Вакуумные печи разработки СКТБ АО «ВНИИЭТО»
Параметры СНВЭ- 1.3.1/16-И4 СНВЭ- 1.3.1/16-И2 СНВЭ- 2.4.2/26-И1 СНВЭ- 9/13 СНВЭ- 9/18 СШВЭ- 1.2,5/25-ИЗ СШВЭ- 1.2,5/20
Мощность, 20/1600; 27/2000; 35/1600; 14/1300; 29/1800; 18/1800; 30/2000;
кВт/темпера- 15/1400; 21/1800; 28/1400; 12/1100 22/1600; 24/2000; 18/1400
тура, °C 13/1300 16/1600 24/1300 13/1300 34/2200
Мощность вакуумной системы, кВт 3,1 3,1 7,75 3,1 3,1 3,1 3.1
Остаточное давление, Па 6х 103 10’2 6х 10 г3 10'2 102 6х10'3 6х10~3
Расход воды, м3/ч 0,8 1,0 1,5 0,4 1,0 1.5 2,5
Масса загрузки, кг 15 12 30 20 20 12 12
Размеры ра- бочего про- странства, м 0,Зх0,1х х0,1 0,Зх0,1х х0,1 0,4 х 0,2 х х0,2 0,4x0,15 х0,15 0,4х0,15х х0,15 0,1x0,25 0,1x0,25
Габаритные размеры, м 1,65х1,45х х1,85 1,65x1,45 X х1,85 1,9х1,5х х1,85 1,8х 1,5х х1,8 1,8x1,5х х1,8 1,75х1,48х х1,85 3,5x2,0х х2,3
Масса, т 0,8 0,8 0,95 0,9 0,9 0,8 0,8
СКТБ АО «ВНИИЭТО»: 109052, Москва, ул. Нижегородская, 29.
43. Технические характеристики вакуумных электропечей
с нагревательными блоками из углеродных материалов
Характеристика СНВГ-4/16 СНВГ-16/16 СНВГ-4/22 СШВГ-2/22 СНВГ-16/22 ' СНВГ-30/20
Мощность, кВт/ температура, °C 8/1600; 6,8/1400; 6/1300 23/1600; 20/1400; 18/1300 13/2200; 11/2000; 9,5/1800 13,5/2200; 12/2000; 10,3/1800 35/2200; 30/2000; 25/1800 42/2000; 37/1800; 31/1600
Мощность вакуум- ной системы, кВт 1,1 2,75 1,1 3,1 2,75 7,75
Остаточное давление, Па 1 1 1 1(Г2 1 10’2
Расход охлаж- дающей воды, м3/ч 0,4 1,0 0,4 0,6 1,6 1,6
Масса загрузки, кг 15 35 15 12 35 60
Размеры рабочего пространства, м 0,30х0,12х х0,12 0,4 х 0,2 х х0,2 0,30х0,12х х0,12 0,4х0,10х х0,25 0,4 х 0,2 х х0,2 0,55 х 0,25 х х0,23
Габаритные размеры, м 1,65х1,45х х1,85 1,90х1,50х х1,85 1,65х1,45х х1,85 1,75х1,48х х1,85 1,90х1,50х х1,85 1,90х1,50х х1,85
Масса печи, т 0,8 0,95 0,8 0,8 0,95 0,95
Применение углеродных композицион-
ных материалов (УКМ) в качестве нагреватель-
ных блоков позволило СКТБ АО «ВНИИЭТО»
(Москва) существенно улучшить технико-
экономические характеристики вакуумных
печей нескольких типов (табл. 42, 43).
174
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
Печи являются экологически чистыми и
предназначены для пайки, спекания магнитов,
твердых сплавов, карбидосталей и отжига кон-
струкций из их сочетания. В печах использова-
ны различные виды углеродных композицион-
ных материалов (УКМ), обеспечивающие на-
дежность эксплуатации конструкции (свиде-
тельство № 4882 И Бюл. изобретений № 8.
1997). Срок службы нагревательных блоков из
УКМ при температурах до 1600 °C - 3 года, при
1700 ... 2000 °C - 2 года, при 2100 . 2200 °C -
1000 ч
Средства откачки. Для создания вакуу-
ма в рабочих объемах электропечей или кон-
тейнеров применяют насосы (табл. 44, 45):
механические типа ВН для получения остаточ-
ного давления в диапазоне (1,33 . 0,13) Па,
диффузионные для получения остаточного
давления (1,3 10 !... 1,3 • 10-6) Па
Вакуумные золотниковые насосы типа НВЗ
предназначены для замены вакуумных насосов
типа ВН. Их применяют для откачки воздуха,
неагрессивных газов, паров и парогазовых сме-
сей, предварительно очищенных от капельной
влаги и механических загрязнений. Насосы
НВЗ-20, НВЗ-75 и НВЗ-150 - одноступенчатые
параллельного действия; НВЗ-50Д, НВЗ-ЮОД-
двухступенчатые последовательного действия.
Смазывание насосов - циркуляционное; насос и
электродвигатель смонтированы на общей фун-
даментной плите [2]. Промышленность выпус-
кает также вакуумные агрегаты типа ВА, пред-
ставляющие собой в комплексе диффузионный
насос и вакуумный затвор, обеспечивающий
различные скорости откачки (табл. 46) [2].
44. Вакуумные насосы типа ВН
Характеристика | ВН-461М РВН-20 ВН-2Г ВН-1НГ ВН-4Г ВН-6Г
Средняя скорость откачки при давлении 1 Па, л/с 0,81 3.3 7,0 18,3 59,0 155,0
Вакуум, Па, не менее 0,13 0,67 0,40 0,40 0,67 1,33
Потребляемая мощность, кВт 0,6 0,6 1,7 2,8 7,0 18,0
Масса, т 0,075 0,075 0,108 0,312 0,59 1,521
4S. Вакуумные насосы типа НВЗ
Характеристика НВЗ-20 НВЗ-50Д НВЗ-75 НВЗ-100 НВЗ-150
Скорость откачки, л/с Вакуум, Па, не менее: 20 50 75 100 150
с учетом паров рабочей жидкости 6,67 6,67-10"' 6,67 6,67-10“' 6,67-10“'
по воздуху 6,67-10“' 6.67-10“3 6,67-10“3 6,67-10 6,67-10“'
с учетом паров рабочей жидко- сти при напуске газобалласта 1.06-102 1,33 1,06-102 1,33 1 06-102
Мощность, кВт 1.9 6,0 8,0 9,5 12,0
Количество масла на одну заправку, л 2,5 10,0 14,0 20,0 28,0
Охлаждение Воздух Вода
Расход охлаждающей воды (при 20 °C), м3/ч - 0,6 1 13
Примечания: 1. Парциальное давление паров воды на входе в насос 2,34 Ю’Па.
2. Наибольшее рабочее давление 2 • 104 Па.
3. Предельная температура масла в насосе 80 °C
4 Рабочая жидкость - вакуумное масло ВМ-4 или ВМ-6.
ПЕЧИ
175
46. Вакуумные агрегаты
Характеристика ВА-01-1 ВА-05-1 ВА-5-4 | ВА-8-4
Средняя скорость откачки, дм3/с 50 250 2200 4000
Расход охлаждающей воды, дм3/с 0,014 0,033 0,110 0,140
Тип насоса для предварительной откачки ВН-461М, РВН-20 ВН-2Г ВН-1МГ ВН-1МГ
Масса, т 0,043 0,085 0,330 0,476
47. Вакуумные затворы
Характеристика СПлПТ80 СПлПТ150 СПлПТ250 СПлПТ500
Мощность электродвига- теля, кВт 0,03 0,03 0,12 0,12
Диаметр условного прохода, мм 80 150 250 500
Время открытия (закрытия), с, не более Натекание воздуха 15 32 20 34
(атмосферного) внутрь затвора, л • Па/с, не более 2,6-10-4 3,9-10-4 6,6 Ю"4 1,1кг8
Расход охлаждающей воды, л/ч 120 120 240 240
Габаритные размеры, мм 775x260x230 1015x320x250 1425x500x240 2150x800x297
Масса, кг 44 70 84 435
Применяют откачные агрегаты с электро-
дуговыми сорбционными высоковакуумными
насосами для откачки электропечей, рабочие
процессы в которых сопровождаются большим
газовыделением. Такие агрегаты имеют боль-
шую скорость испарения геттерного материала
благодаря применению элекгродуговых испа-
рителей. Испарение активного металла (титана)
происходит с поверхности катода электродуго-
вого испарителя вследствие высокой концен-
трации энергии (106 ... 107 А/см2) в катодном
пятне дуги постоянного тока. Дуга горит в па-
рах испаряемого металла при низком давлении
остаточных газов в камере насоса. Катодное
пятно перемещается по поверхности испарения
охлаждаемого катода, поэтому металл катода
испаряется равномерно и нагревается до тем-
пературы значительно ниже температуры его
плавления. Откачка активных газов (водорода,
кислорода, азота, углекислого газа, окиси угле-
рода и др.) происходит при осаждении титана
на внутреннюю поверхность камеры электро-
дугового сорбционного насоса [2]
Вакуумные затворы и вентили. Вакуум-
ные затворы (табл. 47) предназначены для раз-
деления коммуникаций сверхвысоковакуумных
электропечей с давлением до 1,8 10~3 МПа при
температурах прогрева до 200 °C. Используют
также затворы в устройствах шлюзования ва-
куумных электропечей, камер охлаждения и в
автоматических линиях.
Наряду с вакуумными затворами, приве-
денными в табл. 47, производственное объеди-
нение «Вакууммаш» (Казань) выпускает затво-
ры типа ЗВЭ (табл. 48) [2]
Для соединения или перекрытия отдель-
ных частей вакуумных систем служат вентили
различных конструкций. В одних шток уплот-
нен сильфоном, в других перекрытие произво-
дится прижатием металлического клапана с
резиновой прокладкой к седлу стального кор-
пуса. Применяют также высоковакуумные вен-
тили с электромагнитным закрытием - откры-
тием (клапаны), уплотняющим элементом в
которых является резиновая прокладка. На
практике используют и другие конструкции
вакуумных вентилей [2, 17].
176
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
48. Вакуумные затворы типа ЗВЭ
Характеристика ЗВЭ-100 ЗВЭ-160 ЗВЭ-250 ЗВЭ-400 ЗВЭ-630
Мощность электродвигателя, кВт 0,063 0,1 0,1 0,2 0,4
Диаметр условного прохода, мм 100 160 250 400 630
Время открытия (закрытия), с. не более 20 25 30 35 50
Натекание воздуха (атмосферного) внутрь затвора, л-Па/с, не более 2 10’5 2 10 s ЗКГ5 6 10“5 1 • 10“5
Проводимость (теоретическая) в молекулярном режиме, л/с 1200 3340 13 400 16 250 14 600
Габаритные размеры, мм 480х122х 580х122х 740х182х 1020х182х 1850х240х
х340 х420 х580 х740 х150
Масса, кг 17 22 50 130 470
Приборы для измерения и контроля
вакуума. Для измерения значений абсолютно-
го давления применяют манометры, а для изме-
рения значений остаточного давления вакуум-
метры. Термопарные вакуумметры типа ВТ-2А
и ВТ-2А-П представляют собой устройства,
состоящие из термопарного манометра, схемы
питания нагреваемой термопары и прибора,
измеряющего ЭДС. Термопарный вакуумметр
выполняют в двух вариантах: ВТ-2А - перенос-
ной прибор настольного типа, ВТ-2А-П па-
нельный. Диапазон измеряемого давления раз-
деляется на два поддиапазона: 33,3 ... 26,7 Па и
26,7 .. 0,13 Па. В первом поддиапазоне ваку-
умметр рассчитан на работу с термопарной
манометрической лампой ЛТ-2 или ионизаци-
онной манометрической лампой ЛМ-2 [2].
Для измерения давления в диапазоне
1,3 103 .. 1,3 • 1О“10 Па применяют ионизаци-
онные вакуумметры типа ВИ-12, где использо-
ван метод косвенного измерения тока, а изме-
ряемое давление определяют по градуировоч-
ной кривой, отражающей зависимость давле-
ния от величины ионного тока
Наиболее распространенным манометри-
ческим преобразователем, применяемым в оте-
чественных ионизационных вакуумметрах,
является ионизационная манометрическая лам-
па типа ЛМ-2, выполненная в виде стеклянного
баллона, вдоль оси которого расположен
V-образный катод из вольфрамовой проволоки.
Вокруг катода в виде редкой двухзаходной
сетки из молибденовой проволоки расположен
анод, непосредственно прогреваемый электри-
ческим током. Пределы измерения ЛМ-2 огра-
ничены давлением около 1,3 10~7 Па.
Манометрическую лампу ЛМ-2 обычно
применяют в комплекте вакуумметра типа ВИ-3
в ионизационной части, вакуумметра ВИТ-1.
Для измерения более низких давлений приме-
няют манометрическую лампу ИМ-12, которая
отличается от лампы ЛМ-2 большими разме-
рами баллона и несколько иной конструкцией
электродов.
В вакуумметр ВИ-12 входит выносной
блок, на передней панели размещены ручки
управления и два стрелочных прибора для из-
мерения тока коллектора и тока эмиссии иони-
зационного манометрического преобразователя
ИМ-12. Прибор позволяет производить запись
значений давления, для чего на задней стенке
имеется разъем «Запись» для подключения
самопишущего прибора Вакуумметр ВИ-12
предназначен для работы при температуре
10 ... 35 °C. Питание вакуумметра осуществля-
ется от сети 220 В, 50 Га Потребляемая мощ-
ность не более 280 Вт. Габаритные размеры
прибора 420 х 300 х 232 мм [2]. Для проверки
вакуумной плотности соединений и уплотне-
ний используют галоидные и гелиевые течеи-
скатели различных конструкций. В случаях,
когда контролируемые объекты не допускают
применения гелия, используют аргоновый те-
чеискатель [2].
Для обнаружения мест течей в вакуумных
электропечах применяют галоидный течеиска-
тель, принцип действия которого основан на
свойстве раскаленной платины эмитировать
положительные ионы и резко эмиссию в при-
ПЕЧИ
177
сутствии галоидов. Течеискатель типа ГТИ-3
состоит из измерительного блока и выносного
щупа, в котором смонтированы датчик, венти-
лятор и телефонный зуммер. Вакуумный атмо-
сферный галоидный течеискатель типа
ВАГТИ-4 в отличие от ГТИ-3 имеет дополни-
тельный датчик для подсоединения к линии
предварительного разрежения.
Действие гелиевых течеискателей типа
ПТИ основано на выделении гелия из смеси
всасываемых в течеискатель газов путем их
ионизации, ускорения ионов электрическим
полем и разделения их в магнитном поле по
массе. Отклонение стрелки прибора и звуковая
сигнализация свидетельствуют о наличии течи.
Течеискатель ПТИ-10 позволяет обнаруживать
натекание около 10-12 м3 Па/с [2].
Специализированные печи для пайки.
Наряду с описанными выше печами для сни-
жения материальных и трудовых затрат ис-
пользуют высокопроизводительное паяльное
оборудование. Так, при массовом изготовлении
режущего инструмента применяют комплект
печного оборудования и агрегатов для механи-
зированной пайки и термообработки в контро-
лируемой среде, предупреждающей обезугле-
роживание и окисление поверхностей. Указан-
ное оборудование оснащено механизмами за-
грузки и разгрузки, моечными машинами и
позволяет легко изменять режимы процесса
применительно к мелкосерийному производст-
ву. В комплект оборудования входят камерные
механизированные электропечи серии СНЦ и
агрегаты СНЦА универсального назначения
(табл. 49).
Для последовательного проведения опера-
ций пайки в вакууме и термообработки (закалка
в масле или охлаждение в контролируемой сре-
де) за один цикл служит элеваторная электро-
печь СЭВ-3.3/11.5ФМ2. Технические данные
приведены в табл. 50.
49. Агрегаты для пайки и термообработки в контролируемой среде
Агрегаты и электропечи, входящие в их состав Мощность номинальная, кВт Температура. °C
СНЦА-5.10.5/3-С1 350
СНЦ-5.10.5/10 108
СНЦА-5.10.5/7-С1 396 950... 1150
СНЦА-3.5.3/3-С1 142
СНЦ-3.5.3/10 37
’ Всостав агрегата входят печи СНЦ-5.10.5/10 и МНП-5.10.5/1
S0. Технические характеристики
элеваторной электропечи СЭВ-3.3/11.5ФМ2
Установленная мощность, кВт
Напряжение, В:
питающей сети
на нагревателях
Рабочая температура, °C .
Остаточное давление, Па.
Масса загрузки изделий, т
Расход охлаждающей
воды, м’/ч
Размеры рабочего
пространства, мм
Габаритные размеры, мм .
Масса, т...................
34
380
132
1150
1,3 Ю'1
0,05
1,5
300x300
2800 x 3800 X 3060
Для пайки изделий применяют также ин-
дукционные муфельные электропечи, обеспе-
чивающие быстрый разогрев муфеля токами
промышленной частоты до рабочей температу-
ры. Конструктивно они выполнены в виде ка-
мерных электропечей либо проходными. При
необходимости производить вертикальную
загрузку крупногабаритных узлов применяют
индукционные установки промышленной час-
тоты с вертикальным расположением муфеля.
Такие установки представляют собой индукци-
онные электропечи элеваторного типа с загруз-
кой изделий снизу с выдвижной тележкой для
пода, который поднимается гидравлическим
подъемником. Применение индукционных
муфельных электропечей промышленной час-
тоты позволяет производить пайку изделий в
вакууме, контролируемой среде и на воздухе с
использованием флюсов [2].
178
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ
Для индукционной пайки используют вы-
сокочастотные генераторы, а также установки
повьшенной и промышленной частот. В ком-
плект оборудования входят источники пита-
ния, индукторы и устройства, необходимые для
ручной, механизированной либо автоматизиро-
ванной фиксации и транспортирования паяе-
мых изделий [2].
Тепловые процессы при индукционном
нагреве. Интенсивность индукционного нагре-
ва зависит не только от электрических данных
(частоты тока, напряженности поля, эффекта
близости и др.), но и от физико-химических
свойств материалов. Скорость нагрева немаг-
нитных материалов в значительной мере опре-
деляется их удельной электропроводностью о
При нагреве ферромагнитных материалов зна-
чительную роль играет магнитная проницае-
мость ц. Если процесс нагрева носит особый
характер и трансформация электрической энер-
гии в тепловую происходит внутри самого из-
делия, то глубинный прогрев изделия токами
высокой частоты подчиняется законам тепло-
проводности Удельная электропроводность
материала связана с внутренней теплопровод-
ностью X соотношением
Х/ст = а7',
где а = ЗХ2/е2 - постоянная Видемана-Фран-
ца; к - постоянная Больцмана; Т - абсолютная
температура; е — заряд электрона. Это уравне-
ние справедливо в пределах (применяемых в
производстве) температур пайки. В свою оче-
редь, X связана с температуропроводностью а
и теплоемкостью с следующим соотношением:
а = Х(су),
где у - плотность нагреваемого материала,
X = 0,03 ... 0,15 (для сталей).
Распределение температур в нагретом те-
ле тесно связано с параметрами ст, у, я, с и X.
Если цилиндрическое тело радиусом г помес-
тить в индуктор и нагреть его при установив-
шемся режиме, то распределение температур
по его сечению можно выразить функцией
Т = г
где Тг - температура в центре сечения, т.е. на
расстоянии г от поверхности тела; Го - темпе-
ратура на поверхности тела; X' - внешняя теп-
лопроводность; S - площадь боковой поверх-
ности нагретого тела.
Указанное распределение температур при
нагреве ГВЧ массивных изделий под пайку
особенно важно, так как от перепада темпера-
тур зависит качество пайки. При этом необхо-
димо иметь в виду, что в случае неустановив-
шихся тепловых процессов распределение
температур внутри изделия определяется более
сложными расчетами:
dT= к а2Т
dt су dx2 ’
где х — направление, по которому происходит
изменение температуры Т во времени t. Поэто-
му при ступенчатом нагреве массивных изде-
лий пользуются экспериментальными данными
зависимости распределения температур во
времени. При пайке толстостенных изделий
иногда требуется нагрев только на определен-
ную глубину, поэтому в результате изучения
электромагнитных и тепловых явлений опре-
делены критерии для выбора частоты тока по
заданной глубине нагревах*:
150 2500
х2 < J < х2
Верхний предел означает, что глубина
прогретого до сверхкритической температуры
слоя должна быть меньше глубины проникно-
вения тока А* в сталь, нагретую выше точки
магнитных превращений. Нижний предел оп-
ределяется ростом мощности и потерь в индук-
торе до значений, при которых эксплуатация
индуктора затруднена. В этом диапазоне может
быть выделена оптимальная частота тока,
обеспечивающая наивысший КПД процесса и
коэффициент мощности индуктора:
х*«(0,4...0,5)Д*; /опт«600/х2.
Такой выбор частоты тока обеспечивает
наиболее равномерное распределение энергии
в нагреваемом теле, малый перепад температур
при минимальном времени нагрева и незначи-
тельные тепловые потери на нагрев сердцеви-
ны тела, т.е. высокий термический КПД (г]т).
Важно отметить, что если напряжение источ-
ника питания поддерживается постоянным при
соблюдении указанных условий выбора часто-
ты тока, мощность источника в течение време-
ни нагрева остается почти постоянной, что
позволяет наиболее полно использовать источ-
ник питания, а следовательно, повышает энер-
гетический показатель установки.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ
179
Рис. 14. Зона оптимальных соотношений
голщииы стенки d и диаметра трубы D при
индукционном нагреве с частотой 50 Гц
Рис. 15. Кривые выбора частоты тока для
равномерного иагрева изделия прямоугольной
формы при индукционном нагреве
(кривые 1,2,3-отношение сторон изделия g
соответственно равное 5,3,1):
Для пайки изделий из труб большого диа-
метра с различной толщиной стенок наиболее
целесообразно использовать частоту тока 50 Гц.
Оптимальное соотношение толщины стенки и
диаметра труб при индукционном нагреве пока-
зано на рис. 14, из которого видно, что на про-
мышленной частоте тока можно успешно про-
водить пайку труб диаметром 400 мм, если тол-
щина стенки не менее 20 мм, и диаметром
800 мм, если толщина стенки не менее 5 мм [2]
Более распространены случаи, когда в
процессе пайки необходимо получить заданное
распределение температур по сечению нагре-
ваемого тела. В частности, это важно при вы-
боре условия нагрева изделий прямоугольной
формы На рис. 15 приведены кривые
= О/(Ал,т1т)], гЛе F0=aT/D - кри-
терий Фурье или безразмерное время нагрева
изделий толщиной D; g - отношение сторон
изделия прямоугольной формы; А* - глубина
проникновения тока; цт - термический КПД.
Эти кривые позволяют выбирать частоту тока
такой, чтобы к заданному моменту времени
распределение температур по периметру изде-
лия было равномерным для случая адиабатиче-
ского нагрева (g = 0) и при г]т = 0,9 (д = 0,1Ро)
Термический КПД цт представляет со-
бой отношение разности удельной поверхност-
ной мощности и плотности мощности тепло-
вых потерь к удельной поверхностной мощно-
сти. Зависимость глубины прогрева изделия
при индукционной пайке от времени нагрева
при правильно выбранном режиме генератора
приведена на рис. 16 [2].
Рис. 16. Зависимость глубины прогрева изделия
от времени нагрева
Установки для индукционной пайки с
тиристорными преобразователями. Совре-
менные тиристорные (ранее ламповые) генера-
торы преобразуют электрический ток промыш-
ленной частоты в ток высокой частоты, посту-
пающий в индуктор, в котором нагревают
паяемые изделия. Индукционную пайку вы-
полняют с использованием универсальных
типов стандартных высокочастотных генерато-
ров и специализированных установок, предна-
значенных специально для пайки конкретного
типа изделия, а также применяемых для по-
верхностной закалки при смене индукторов.
Генераторы мощностью 1, 2, 3, 4 и 5 кВт сле-
дует использовать для единичной высокотем-
пературной пайки конкретных небольших из-
делий и для групповой низкотемпературной
пайки. На генераторах мощностью 10 кВт пая-
ют металлорежущий и буровой инструмент с
поперечным сечением в зоне пайки до 5,0 см2,
а также тонкостенные ферромагнитные изде-
лия с сечением до 5 см2, но больших размеров.
Установки мощностью 25 ... 60 кВт, частотой
180
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
440 кГ ц применяют при единичной, групповой
и механизированной пайке преимущественно
тонкостенных изделий значительных размеров.
Установки частотой 66 кГц более универсаль-
ны, и их широко применяют для пайки самых
разнообразных изделий.
Наибольшее распространение получили
установки мощностью 60 кВт. Генераторы
мощностью 100 .. 160 кВт применяют при
высокотемпературной пайке крупногабарит-
ных изделий с наружным диаметром 140 ..
200 мм. Эти же генераторы используют при
механизированной пайке, когда необходим
запас мощности для создания интенсивного
магнитного поля в зоне пайки при движении
нагреваемых изделий через относительно
длинные проходные индукторы.
Генераторы мощностью до 10 кВт выпол-
нены в одном блоке; ламповые генераторы
мощностью 25 кВт и выше состоят из несколь-
ких блоков. Блок нагрузочного контура, к кото-
рому непосредственно подключается индуктор,
может быть отнесен от остальных блоков на
расстояние до 15 м, что упрощает планировку
рабочих помещений и позволяет экономить про-
изводственные площади (табл. 51). Тиристорные
преобразователи частоты более компактны:
мощность одного блока 100 кВт и выше.
При выборе генератора следует учитывать
номенклатуру паяемых изделий, так как приме-
нение генераторов повышенной мощности при-
водит к перерасходу электроэнергии и охлаж-
дающей воды. В выборе мощности следует ру-
ководствоваться тем, что при максимальной
мощности и правильной настройке генератора
процессы нагрева до 1000 1200 °C изделий из
ферромагнитных металлов протекают удовле-
творительно, если на 1 см2 нагреваемой по-
верхности приходится 1 кВт мощности тока
высокой частоты, обозначенной в паспорте
генератора. Поэтому для пайки изделий, мак-
симальное из которых имеет суммарную пло-
щадь поверхности в зоне пайки 20 см2, следует
применять установку ВЧИ-25/0,44 (табл. 52).
При правильном выборе конструкции индукто-
ра и оптимальных режимах на этой установке
можно производить пайку цилиндрических
изделий диаметром до 60 мм (по высоте, рав-
ной диаметру) [7].
Тиристорное управление выпрямленным
напряжением обеспечивает высокую степень
стабилизации процесса Точность стабилиза-
ции напряжения ±0,1 % для генератора
ВЧГ1-25/0,44, для остальных ± 0,5 %. Двери
снабжены электромеханическими блокировка-
ми, что обеспечивает безопасность обслужива-
ния. Генераторы оснащены защитой от радио-
помех и электромагнитных излучений, обеспе-
чивающей соблюдение норм по радиопомехам
и санитарии.
51. Генераторы с ламповым преобразователем для пайки изделий
Характеристика ВЧГЗ- 4/1,76 ВЧГ4- 10/0,44 ВЧГ1- 25/0,44 ВЧГ6- 60/0,44 ВЧГ2- 100/0,066 ВЧГЗ- 160/0,066
Мощность рабочая, кВт 4 10 25 60 100 160
Частота тока рабочая, МГц 1,76 0,44 0,44 0,44 0,066 0,066
Мощность, потребляемая от сети, кВт 6,8 15,5 33,0 87 141 235
КПД, % 70 74 87 75 72 72
Коэффициент мощности 0,85 0,85 0,85 0,87 0,88 0,88
Предел регулирования анодного напряжения, кВ 2...6 2... 7 2... 7 3 ... 10 3 ... 10 3 ... И
Точность стабилизации, %, анодного напряжения при колебании питающей сети ± 5 % ±0,5 ±0,5 ±0,1 ±0,5 ± 1,0 ± 1,0
Расход охлаждающей воды, м’/ч 0,75 1,2 1,0 2,2 5,5 6,0
Размер установки в плане, м2 0,9 1,1 2,2 3,8 4,0 7,2
Масса, т 0,5 1,05 1,2 1,84 2,6 4,25
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ 181
52. Установки высокочастотные типа ВЧИ
Характеристика ВЧИ4-10 вчи- 25/0,44 ВЧИ- 63/0,44 ВЧИ2- 100/0,066 ВЧИЗ-З- 160/0,066
Мощность рабочая, кВт 10 25 63 100 160
Частота тока рабочая, МГц 0,44 0,44 0,44 0,066 0,066
Мощность, потребляемая от сети, кВт 18 43 103 165 280
Расход охлаждающей воды, м3/ч 1,2 1,5 3,3 7,5 7,5
Размеры установки в плане, м2 1,3 3,1 3,1 5,8 8,1
Площадь выносного нагрузочного контура, м2 - 0,5 0,5 1,7 j Ь7
53. Полуавтоматы для индукционной пайки конденсаторов
Характеристика ВЧИЫО/0,44 ВЧИЗ-10/0,44
Мощность, кВт 10
Частота, МГ ц 0,44
Температура пайки, °C 135.. . 235
Напряжение питающей сети, В 220/380
Расход м3/ч:
охлаждающей воды при 0.2 . 0.25 МПа 2,0 2,5
сжатого воздуха при 0,2 . 0,4 МПа 3,6 3,6
Производительность, число паек за 1 ч 140 225
Габаритные размеры, мм 1720x1745x2785 1965x1970x2865
Масса, т 1,7 2,0
Для массового выпуска паяных конденса- торов используют полуавтомат, обеспечиваю- щий флюсование поверхностей пайки, автома- тический цикл процесса и выгрузку изделий. Весь технологический процесс расчленен на две последовательно выполняемые операции пайки на полуавтоматах ВЧИ1-10/0.44 и ВЧИЗ- 10/0,44 (табл. 53) [21 54. Техинческне характеристики полуавтомата СП-1 Мощность, кВт 10 Частота тока, МГц.. 0,44 Температура пайки, “С 235 Напряжение питающей сети, В 220 Расход охлаждающей воды, м’/ч . 2 Производительность, число паек за 1 ч 120 „ с 600 х800х Габаритные размеры, мм х900 Масса.т 1,5 При изготовлении аккумуляторов прово- лочные токовводы аккумуляторных пластин припаивают к внешним стержням на полуав- томате СП-1 с ламповым генератором ЛЗ-13, табл. 54 [12]. Установки с машинными преобразова- телями частоты. Машинный генератор обес- печивает токи частотой 2 15 кГц и состоит из электродвигателя трехфазного тока и соеди- ненного с ним генератора. Параллельно с элек- тродвигателем включается электродвигатель возбудителя, регулируемого реостатом. Коле- бательный контур подключен к генератору и представляет собой конденсаторную батарею, соединенную параллельно с первичной обмот- кой трансформатора ТВЧ. Вторичная обмотка этого трансформатора, понижающего напря- жение, соединена с индуктором. Технические характеристики индукционных установок с машинными генераторами, применяемых для пайки изделий, приведены в табл. 55 [2].
182
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
55. Технические характеристики установок с машинными генераторами для пайки
Характеристика ИЗ 1-30/8 И34-100/8 Н32-100/8 КИН5-250/2.4 КИН6- 250/10К И32-200/8
Потребляемая мощность, кВ А 50 138 140 - 280
Мощность, кВт 30 100 100 250 250 200
Рабочая частота тока, Гц Напряжение, В: 8000 8000 8000 2400 10 000 8000
высокочастот- ной сети 400 800 800
максимальное на индукторе 74 246 246
Расход охлаж- дающей воды
при давлении 0,2 . 0,3 МПа, 43 97,5 120 60 60 170
л/мин Максимальная поверхность нагрева, см2 25 200 200 400
Габаритные 3750 х1300 х 2800х1200х 5200 х2000х 3225x1800 х 325х1800х 7000 х 2400 х
размеры, мм х2000 х2000 х2000 х2300 х2000 х2000
Масса, т 2,2 3,17 4,5 4,0 4,0 7,0
56. Технические характеристики установок
Характеристика У-184М У-268
Генератор ПВС-100-2500:
мощность, кВ А 100 100
частота тока, Гц 2500 2500
Температура нагрева изделия, °C 1200 1200
Рабочий вакуум, Па 1,3 103 1.3 10“3
Диаметр, мм, трубных заготовок-
наружный 100 400 80. 120
внутренний 60 ... 360 55. 75
Объем камеры, м3 0,33 0,33
Усилие сжатия, Н, не более 10 000 10 000
Производительность, число паек в смену 14 14
Габаритные размеры, мм 2000x1350x2190 2300x3200x2000
Масса, т 2,2 2,5
Установки состоят из нагревательного
блока, шкафов управления (контакторного и
пускового), блока охлаждения и преобразова-
теля ВПЧ-100-2500, ВПЧ-100-8000, служащих
источником энергии повышенной частоты.
Двигатели преобразователей питаются от сети
напряжением 220/380 В, с частотой тока 50 Гц.
Специальные индукционные уста-
новки для пайки на базе машинных ге-
нераторов. Это специализированные ус-
тановки, обеспечивающие кроме теплово-
го режима пайки заданное прессовое дав-
ление на соединяемые поверхности и сре-
ду при процессе нагрева, табл. 56.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ
183
57. Опытно-серийные установки для пайки и
диффузионной пайко-сварки изделий под давлением
Характеристика А306-08 А306-20 СЖМ232 7000 СДВУ-12 СДВУ-15-2 СДВУ-32 СДВУ-50
Источник нагре- ва (генератор) И060.011 А624.25 И060.083 ЛЗ-13 ЛЗ-67 ЛЗ-2-67 ЛЗ-13 (13 кВт),
Мощность, кВт 26 25 25 13 67 67 ЛЗ-2-67 (67 кВт)
Максимальная температура, °C Рабочая среда, МПа 1300 1100 1100 1100 1500 1500 1500
вакуум 2,7- 105 6,7 • 10“5 6,7 10 5 6,7 10“5 2,7 • 10 5 6,7 • 10'5 6,7 10"’
водород азот 0,4 0,08 - -
Диапазон рабо- чих усилий, Н: 1-я ступень 1000 ... 10 000 500.. 10 000 500 . 10 000 350... 5000 450... 21 000 248.. 4150 0... 3000
2-я ступень 10 000.. 100 000 10 000... 100 000 10 000... 100 000 544... 9050 -
Привод меха- низма сжатия Гидравлический Электро- механи- ческий
Размеры рабочей камеры, мм 0120x100 0120x180 0120x180 220х200х х250 500x345 х х320 500х345х х320 500x345 х х320
Габаритные размеры, мм 1450х х ЮООх х2470 2570х х1500х х2100 1550х х1000х х2100 1270х х720х Х1408 2350 х х970х х2335 2700 х х!520х х2205 X X о
Масса (без гене- ратора), т 0,8 3,0 1,45 0,7 1,8 1,0 0,5
58. Технические характеристики установки
для пайки трубопроводов
Мощность, кВт. 60
Частота тока. кГц.. 70
'I емпература пайки, °C . 1050
Напряжение на индукторе, В ... . До 140
Расход охлаждающей воды, м’/ч,
при давлении 0.2 . 0.55 МПа 4
Производительность,
число паек в 1 ч, не более 400
Габаритные размеры, мм 1300 х400х 1800
Масса, т........................... 0,35
Установки типа У для индукционной и
индукционно-диффузионной пайки разработа-
ны в ИЭС им. Е. О. Патона. Характеристики
некоторых установок для пайки ТВЧ под дав-
лением изделий электровакуумного приборо-
строения приведены в табл. 57
На базе выпускаемых высокочастотных
генераторов компонуют специализированные
опытно-серийные установки для механизиро-
ванной и автоматизированной высокотемпера-
турной пайки изделий (табл. 58)
В производстве паяных изделий эффек-
тивны установки карусельного типа с автоном-
ным вакуумированием каждой позиции в от-
184
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
дельности. Так, например, полуавтоматическую
установку ПС-1 используют для индукционной
вакуумной пайки электродов к корпусам свечей
зажигания двигателей внутреннего сгорания,
табл. 59. Аналогичная установка карусельного
типа применяется для автоматизированной пай-
ки в среде водорода изделий электровакуумной
техники на базе генератора ТВЧ типа А624.01
[2]. Для пайки бурового инструмента использу-
ют полуавтоматическую установку непрерывно-
го действия ИТ1-100/8, в которой совмещены
процессы пайки и термической обработки в
восстановительной среде эндогаза, табл. 60 [2]
Перечисленные выше установки на базе лампо-
вых и машинных генераторов целесообразно
модернизировать путем применения современ-
ных тиристорных преобразователей [1].
В Научно-техническом центре по проекти-
рованию и выпуску высокочастотного и ультра-
звукового оборудования Всероссийского научно-
исследовательского института токов высокой
частоты им. В. П. Вологдина (ВНИИТВЧ) разра-
ботано и производится новое поколение устано-
вок для нагрева при пайке, сварке и термообра-
ботке, а также источники питания с различными
диапазонами частот: 0,5 ... 10 кГц; 16 ... 44 кГц;
0.066 ... 1,76 МГц; свыше 5,28 МГц.
59. Технические характеристики
полуавтомата ПС-1
Мощность лампового
генератора, кВт..
Напряжение питающей сети, В
Температура пайки. °C
Вакуум. Па..
Габаритные размеры, мм ..
Масса, т
60
380
1150
0,13
1000x940x1800
0,7
60. Технические характеристики
полуавтомата ИТ1-100/8
Мощность, кВт
Частота тока. кГц
Температура пайки. °C
Напряжение, В:
генератора
питающей сети
Расход, м’/ч:
охлаждающей воды .
сжатого воздуха
Производительность, число паек/ч
Производительность газогенера-
торной установки ЭК-8-0-М2, м’/ч
Габаритные размеры, мм
Масса т ....
100
8
1000 1200
380
220
8.5
0,5
64
15 ... 30
0 4000x3240
3,0
Источники питания 0,5 ... 10 кГц. Источ-
ники диапазона частот 0,5 .. 10.0 кГц в основ-
ном используются для питания индукционных
печей, технологических устройств индукцион-
ного нагрева металлических изделий с различ-
ными целями. По элементной базе эта группа
делится на электромашинные генераторы и
тиристорные генераторы (тиристорные преоб-
разователи частоты или среднечастотные гене-
раторы)
Тиристорные источники представлены
следующими типами: СЧГ1-30/10; -50/10;
-60/10; -100/2,4: -160/10; -250/4; СЧГ2-60/2.4;
-100/4; -250/10; -3200/1; СЧГЗ-100/10; -250/2.4;
СЧГ9-100/10; СЧГ12-100/10.
Дальнейшее повышение качества выпус-
каемых индукционных технологических ком-
плексов и установок для пайки, плавки, закал-
ки ВНИИТВЧ решает посредством кооперации
с рядом фирм.
Индукционные нагреватели, компенси-
рующие конденсаторы, устройства автоматики
для технологических комплексов выпускаются
фирмой ВНИИТВЧ, а источники питания
средней частоты, теплообменники и другое
электротехническое оборудование - фирмой
«Estel Pluss». Высокочастотный нагрев обеспе-
чивается рядом преобразователей в диапазоне
частот от 0,5 до 10,0 кГц.
Статические (тиристорные) преобразова-
тели, выпускаемые фирмой «Estel Pluss». име-
ют ряд преимуществ перед преобразователями
других производителей: схема параллельного
инвертора имеет меньшее количество силовых
полупроводниковых приборов, что определяет
меньшие габариты преобразователя, более
глубокое регулирование мощности, более вы-
сокий КПД преобразователя.
Электромашинные генераторы в новых
разработках используют редко ввиду дорого-
визны, необходимости размещения в отдель-
ном помещении и др. Основными достоинст-
вами этих генераторов являются простота сис-
темы управления, отсутствие специальных
требований к фундаменту, синхронизация при
параллельной работе нескольких генераторов,
широкий диапазон режимов безаварийной ра-
боты (последнее дает большое преимущество в
системе централизованного питания индукци-
онных установок).
Тиристорные генераторы звукового
диапазона используются в современных ин-
дукционных плавильных печах и установках
для нагрева и термообработки металлических
деталей. Основные преимущества тиристорных
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ
185
генераторов - невысокая стоимость, высокий
коэффициент полезного действия в широком
диапазоне потребляемой нагрузкой мощности,
отсутствие потерь холостого хода, отсутствие
вращающихся, соответственно быстро изнаши-
вающихся частей, широкие возможности авто-
матизации процессов иагрева и настройки ре-
жимов. При необходимости генераторы осна-
щаются согласующими трансформаторами и
фазокомпенсирующими конденсаторами и
системой водяного охлаждения (при необхо-
димости - автономной).
Характеристики некоторых источников, на-
пример СЧГ1-30/10, представлены в табл. 61 [1].
На базе источников питания типа СЧГ раз-
работан ряд установок нагрева. Мощность уста-
новок не ограничена и определяется только за-
данной производительностью от 5 до 1000 кВт,
мощностной ряд - от 5 до 1000 кВт; частотный
ряд - от 50 до 440 000 Гц. Установки предназна-
чены для поверхностной термической обработ-
ки, подогрева под пайку, пайку и закалку. Раз-
меры и форма обрабатываемых деталей - от
швейной иглы до деталей диаметром 3000 мм и
длиной 6000 мм. Установки могут оснащаться
системами программного управления, регулиро-
вания температуры нагрева, замкнутыми систе-
мами охлаждения оборудования.
Условные обозначения установок: ИЗ! -
установка для нагрева при пайке или закалке с
тиристорным или транзисторным преобразова-
телем частоты; ИЗЛ - установка для нагрева
при пайке с ламповым генератором.
Установка ИЗТ-60 имеет следующие ха-
рактеристики (табл. 62). В комплект постав-
ляемого оборудования входит механизм пере-
мещения изделий вертикального типа.
62. Характеристики установки ИЗТ-60
Мощность, кВт 60
Частота, кГц.... 2,4; 4,0; 10,0
_ „ 0 6ООХ
Размеры нагреваемой детали, мм .
х1500+4000
Максимальная длина нагреваемой
и закаливаемой зоны, мм 1500... 4000
Аналогичная индукционная установка
ИЗЛ-25 на базе лампового генератора частоты
может быть использована для пайки высоко-
температурными припоями различных конст-
рукций, табл. 63.
Научно-производственной фирмой
«ФРЕАЛ» при ВНИИТВЧ разработано и про-
изводится несколько компактных тиристорных
источников питания. Генератор среднечастот-
ный СЧГ2-15/4 предназначен для питания уст-
ройств индукционного нагрева различного
технологического применения (нагрев под
пайку, пластическую деформацию, поверхно-
стная закалка, отжиг и т.п.). Имеет следующие
отличительные особенности: высокий КПД;
стабилизацию выходного напряжения; регули-
рование выходного напряжения (мощности) в
широких пределах; воздушное охлаждение,
табл. 64
63. Характеристики установки ИЗЛ-25
Мощность, кВт 25
Частота, кГц ... 440
г, „ 0 4ОХ
Размеры нагреваемой детали, мм
х (300+400)
Максимальная длина нагреваемой
и закаливаемой зоны, мм . 250 ... 4000
61. Характеристики источника питания
СЧГ1-30/10
Параметры питающей сети:
напряжение, В 380+19
частота, Гц. 50
Число фаз.. 3
Мощность, потребляемая от сети, кВт 40
Мощность выходная, кВт 30 + 5
Напряжение выходное, В 400
Частота рабочая, кГц.. 10. 20
Расход водяного охлаждения, м3/ч 1,0
„ я 1200x710
Габариты, мм
Х1910
Масса, кг....................... 500
64. Технические характеристики
генератора СЧГ2-15/4
Напряжение питающей сети, В
Частота питающей сети, Гц .
Число фаз
Мощность* выходная, кВт, не более
Мощность потребляемая от сети, кВт
Частота рабочая, кГц
Напряжение выходное, В .
Выходной ток, А, не более
Масса, кг.
Габаритные размеры, мм .
380
50
3
15
16,5
3,2 .4,0
40 200
85
90
580х470х
Х400
' При согласованной нагрузке иа рабочей час-
тоте с эквивалентным активным сопротивлением
2,6 ...2,7Ом.
186
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
Генератор высокочастотный ФД-10/66
предназначен для индукционного нагрева де-
талей из стали и цветных металлов и сплавов:
пайка твердым и мягким припоем, поверхност-
ная закалка, гермообработка, плавка припоев.
Имеет следующие отличительные особенно-
сти: экономичность и высокий КПД (свыше
90 %), малые размеры и массу, удобство при
работе и транспортировке, высокую надеж-
ность, воздушное охлаждение, табл. 65.
ОАО «УПИ-РЕЗОНАНС» (Екатеринбург)
изготовляет индукционное оборудование для
поверхностного и сквозного нагрева в технологи-
ческих установках УИПА высокотемпературной
пайки резцов, сверл, буровых коронок и другого
инструмента, лопаток турбин, труб и т.д. Мощно-
стной ряд 5 ... 320 кВт, рабочая частота 8 ...
20 кГц. В состав установок входят тиристорный
преобразователь частоты, нагревательный пост с
индуктором, механизм загрузки и блок компен-
сации. Для каждого обрабатываемого изделия
поставляется индуктор требуемой конструкции.
По согласованию с заказчиком нагревательный
пост выполняется с ручным или автоматическим
механизмами загрузки и перемещения деталей
65. Технические характеристики
генератора ФД-10/66
(ООО НПФ «Фреал и Ко», С.-Петербург)
Напряжение питающей сети, В
Частота питающей сети, Гц
Число фаз.
Мощность потребляемая, кВ • А,
не более ... ........
Мощность выходная, кВт, не более.
Частота рабочая, кГц..
Напряжение выходное, В .....
Масса, Ki
380
50
3
11
10
50. 100
250
12
450Х240Х
хЗЗО
Габаритные размеры, мм
В случае вертикального положения при
загрузке и пайке изделий применяют специали-
зированные индукционные установки про-
мышленной частоты с вертикальным располо-
жением муфеля, нагреваемого индуктором
Установки представляют собой индукционные
муфельные электропечи элеваторного типа с
загрузкой изделий снизу с выдвижной тележки
с подом печи, поднимаемым гидравлическим
приводом. Регулирование и контроль режимов
процесса автоматические. Применение индук-
ционных муфельных установок промышленной
частоты позволяет паять изделия из металличе-
ских и неметаллических материалов в различ-
ного типа контейнерах, вакууме, контролируе-
мых средах, а также на воздухе с использова-
нием флюсов (табл. 66).
Муфельные индукционные установки ис-
пользуют для пайки до рабочей температуры
1250 °C. При отработке режимов пайки на этих
установках необходимо определять допусти-
мые удельные мощности (рис. 17).
Рис. 17. Зависимость допустимой удельной
поверхностной мощности, кВт/м2, от диаметра
нагреваемых муфелей, контейнеров или
специзделий при индукционном иагреве токами
промышленной частоты:
Pi - для сталей аустенитного класса;
Л - для сталей ферритного класса
66. Технические характеристики муфельных индукционных установок для пайки
Характеристика ПИНК-25 ПИНК-80 ПИНК-130 ПИНК-180 ПИНК-200
Мощность, кВт 25 80 130 180 200
Ток на индукторе, А 80 250 400 320 300
Расход воды, л/ч 200 550 850 1200 1300
Размеры рабочего пространства, мм 500х 300х х200 ЮООхбООх х400 1500х900х хбОО 2000х1200х х800 8000х800х хЗОО
Габаритные размеры, мм 1050х950х х-1420 1550х1240х х1620 2050 х1540х х1820 2550х1840х х2020 8550х1440х х1520
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ
187
Рис. 18. Зависимость минимальной мощности
генератора Pmi„ при сквозном индукционном
иагреве от производительности G и
температуры t иагрева, °C:
1 - алюминий; 2 - графит, 3 - медь; 4 - сталь
(при высокотемпературной пайке); 5 - сталь (при
низкотемпературной пайке); б-латунь и серебро;
7 - бронза; 8 - свинец
Выбор параметров индукционных уста-
новок. Кривые для определения мощности ге-
нератора при сквозном нагреве различных мате-
риалов исходя из требуемых производительно-
сти и температуры приведены на рис. 18.
Значения основных параметров высоко-
частотных установок, например значения
номинальных мощностей 0,16; 0,25, 0,40; 0,63,
1,0 кВт и далее, получаемые умножением этих
величин на 10, 100 и 1000, установлены нор-
мами [10]. Рабочие частоты тока установок
также регламентированы. При выбранной ра-
бочей частоте для пайки легко определить оп-
тимальные режимы работы установки по кри-
вым, приведенным на рис. 18. После определе-
ния требуемой минимальной мощности генера-
тора следует принять ближайшее большее зна-
чение по стандартной шкале мощностей.
Значения КПД установлены в зависимо-
сти от рабочей частоты и приведены ниже.
Рабочая частота тока
генератора, МГц 1 1 ... 30 30
КПД генератора 0.65 0.60 0.60
Установленные нормами рабочие частоты
тока установок и допустимые пределы их от-
клонения приведены в табл. 67 (применение
для высокочастотных установок других частот
без специального разрешения Министерства
связи запрещено) Кривые, приведенные на
рис. 19, построены для оптимального режима
работы установки при правильно выбранной
67. Рабочие частоты тока установок и
их допустимые отклонения
Рабочая частота тока, кГц Допустимое отклонение, %(+) Рабочая частота тока, кГц Допустимое отклонение, %(±)
18 7,5 13,56 1,0
22 7,5 27,12 1,0
44 10,0 40,68 1,0
66 12,0 81.36 1.0
440 2.5 152,5 1,0
880 1,0 300,0 1,0
1760 2,5 2375,0 2,0
5280 2,5 22 125,0 0,5
Рис. 19. Зависимость минимальной
колебательной мощности генератора Pmin при
пайке тонкостенных изделий и местном иагреве
от глубины иагрева h и производительности G:
1 - одновременный нагрев всей поверхности;
2 - непрерывно-последовательный нагрев
частоте тока для случая пайки изделий внутри
соленоидного индуктора с относительно не-
большими зазорами между индуктором и из-
делием.
Выбор минимальной мощности генерато-
ра для пайки тонкостенных изделий с местным
нагревом осуществляют по кривым, приведен-
ным на рис. 19, а зависимость времени нагрева
от глубины прогрева определяют по рекомен-
дуемому диапазону (см. рис. 16).
Источник питания необходимо выбирать
с учетом мощности генератора в зависимости
от температуры пайки и свойств паяемых ма-
териалов. На рис. 20 приведены кривые для
определения мощности генератора при низко-
и высокотемпературной пайке различных ма-
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
Рис. 20. Зависимость колебательной
мощности генератора иа 1 см2 сечеииа шва от
времена пайки (1 - медь; 2 - латунь и бронза;
3 - стали и немагнитные сплавы):
а - при низкотемпературной пайке;
б - при высокотемпературной пайке
териалов. Если требуется спаять два изделия
одинаковых или разных сечений из различных
металлов, то вычисляют мощность для попе-
речного сечения каждой детали (по соответст-
вующей кривой), а полученные результаты
суммируют. При этом считают, что площадь
поперечного сечения должна быть перпенди-
кулярна к направлению утечки теплоты от шва.
При сквозном нагреве изделия снижение
частоты тока увеличивает глубину его проник-
новения и тем самым уменьшает время, необ-
ходимое для равномерного нагрева изделия, и
повышает термический КПД Уменьшение
частоты ниже определенного значения может
привести к резкому падению эффективности
передачи энергии от индуктора в изделие
(снижается электрический КПД индуктора).
Поэтому при индукционном сквозном нагреве
паяемых изделий существуют оптимальные
значения частот тока (рис. 21).
Индуктор состоит из индуктирующего
токопровода, создающего магнитное поле, не-
обходимое для индуктирования тока в нагре-
ваемые изделия, токоподводящих шин, контакт-
ных колодок для соединения индуктора с выво-
дами понижающего трансформатора, устройства
для подачи воды, охлаждающей индуктор и
поверхность запаянного изделия (при необхо-
димости). Форма и конструкция индуктирующе-
го токопровода определяются конфигурацией и
массой паяемого изделия. По способу пайки
индукторы делятся на два основных типа: для
одновременного и для непрерывно-поступатель-
ного нагрева. Характерными размерами индук-
тора являются ширина индуктирующего токо-
провода Л,, его толщина Ь, и зазор между рабо-
чей и нагреваемой поверхностями.
Рис. 21. Зависимость минимальной частоты
токапри индукционном сквозном иагреве,
а также при поверхностном иагреве от диаметра
(толщины) детали d, если глубина нагреваемого
слоя составляет ие меиее 10 % d-.
1- графит; 2 - сталь горячая (900 . 1100 °C);
3 - сталь немагнитная; 4 - латунь горячая;
5 - алюминий горячий (600 °C); 6 - латунь холодная
7 - алюминий холодный; 8 медь; 9 - серебро
При одновременном нагреве требуемая
ширина индуктирующего токопровода опреде-
ляется шириной нагреваемого изделия. Если
нагревается участок поверхности, то ширина
индуктора на 10 ... 20 % больше ширины на-
греваемого участка изделия; если нагревается
вся поверхность изделия, то ширина индукти-
рующего токопровода и ширина изделия при-
мерно одинаковы. Во время нагрева длительно-
стью /* индуктирующий токопровод обычно не
охлаждается. Постоянное охлаждение имеют
только токоподводящие шины. Поэтому индук-
тирующий токопровод выполняют массивным;
его толщина при частотах тока f £ 10 кГц со-
ставляет bi » (2,5 ... 4,0) bh (Ь/, - ширина нагре-
ваемого изделия). Зазор b между рабочей по-
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ
189
верхностью индуктора и нагреваемой поверх-
ностью составляет 1 5 мм в зависимости от
размеров изделия.
При непрерывно-последовательном на-
греве ширина индуктирующего токопровода й(
определяется мощностью генератора и произ-
водительностью установки, а время нагрева
<* = A,/v,
где v - скорость движения изделия через ин-
дуктор.
Удельную поверхностную мощность [19]
относят к поверхности изделия, находящегося
в индукторе,
Рпо.=М/Л|).
где / - длина нагреваемого изделия; Р - полная
мощность индуктора.
Индуктирующий токопровод индуктора
для непрерывно-последовательной пайки изго-
товляют из медной трубки прямоугольного
сечения, охлаждаемой водой Оптимальная
толщина стенки трубки, обеспечивающая ми-
нимальное активное сопротивление
Ь, = 1,57А, «
0,011
где А, » 0,07/77
Поскольку при индукционной пайке наи-
большее количество тепла выделяется на по-
верхности нагреваемого объекта, то глубина
проникновения переменного тока
где с = 3 Ю10 см/с - электродинамическая по-
стоянная (скорость света в пустоте); р - маг-
нитная проницаемость; о - удельная электри-
ческая проводимость;/- частота тока.
В практике часто пользуются упрощен-
ным выражением
h = kljf,
где к - коэффициент, зависящий от материала
и температуры. Глубину проникновения тока
получают в миллиметрах. Для низкоуглероди-
стой стали при температуре выше 780 °C (вы-
ше точки Кюри) к = 600, при температуре
20 °C к = 20; для меди к = 70; для алюминия
к = 80. Глубина проникновения тока в холод-
ной стали в 30 раз меньше, чем в горячей ста-
ли. Кроме того, при проектировании и выборе
индуктора необходимо учитывать различные
значения глубины проникновения тока в зави-
симости от его частоты (табл. 68).
На рис. 22 показан индуктор для одно-
временной пайки четырех колец / к проход-
ным изоляторам 3 припоем 2. Кольца уклады-
вают на шифер - асбестовые шайбы 6, опи-
рающиеся на индуктирующий токопровод 5. В
медных короткозамкнутых кольцах 4 индукти-
руется ток, который находится в противофазе с
током в индуктирующем токопроводе. Таким
образом, ослабляется нагрев наружного диа-
метра стальных колец и усиливается нагрев
внутреннего. Для охлаждения паяемых узлов и
повышения производительности процесса че-
рез отверстия в трубке 7 подается воздух.
68. Глубина (мм) проникновения тока в зависимости от его частоты
Частота тока, Гц Сталь Медь Алюминий
ниже точки Кюри выше точки Кюри
50 2,4 92 9,5 1,4
2 103 0,5 14 1.5 1.8
104 0,2 6 0.67 0,8
ю5 0.07 2,0 0,21 0,25
ю" 0,02 0,6 0,07 0,08
ю8 0,002 0,06 0,007 0,008
190
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
Рис. 22. Индуктор для одновременной пайки
четырех изделий
При нагреве в многопозиционных индук-
торах угол охвата изделий током, расположен-
ных у концов индуктирующего токопровода,
несколько больше, чем угол охвата средних
изделий, поэтому последние нагреваются не-
сколько медленнее. Для выравнивания нагрева
средние отверстия в индуктирующем токопро-
воде имеют меньший диаметр, чем крайние.
В случае одинаковых диаметров всех отверстий
в многопозиционном индукторе выровнять на-
грев возможно, устанавливая П-образный маг-
нитопровод у средних отверстий (рис. 23).
Рис. 23. Индуктор с П-образным магнитопроводом
ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПАЙКИ ПОГРУЖЕНИЕМ
Пайку погружением производят путем
нагрева изделий в установках и ваннах с жид-
кими теплоносителями (расплавами припоев
или солей-флюсов), где наряду с высоким ко-
эффициентом теплоотдачи, обеспечивающим
большие скорости нагрева и охлаждения изде-
лий, и равномерностью распределения темпе-
ратуры в рабочем объеме +2 °C достигается
возможность ведения процесса в широком
диапазоне нагрева до температуры 1300 °C без
защитной среды.
Тепловые процессы пайки погружени-
ем. Перенос теплоты от теплоносителя проис-
ходит по всем контактирующим с ним поверх-
ностям паяемых изделий. Основным парамет-
ром, определяющим режим процесса пайки,
является общее время нахождения изделий в
расплаве:
'общ ~ 'сп
где /сп и t - соответственно время сквозного
нагрева и выдержки при температуре пайки,
мин.
При погружении изделий в расплав
<060.= ли/s,
где к - коэффициент, зависящий от химическо-
го состава и физических свойств нагреваемого
материала, состава и свойств солей в ванне и
температуры нагрева (например, для инстру-
ментальных сталей к изменяется от 12,5 до 45
при изменении соответственно температуры
расплава от 800 до 1280 °C), мин/см; VIS ха-
рактеристический размер, равный отношению
объема изделия ко всей его тепловосприни-
мающей поверхности; время нагрева:
- сплошного цилиндра
t -к Dl •
°бщ 4/ + 2Z)’
- полого цилиндра
t =k ADzd)‘
о6щ 4/ + 2(£> + rf)’
- прямоугольной призмы
НВ1
'°бщ 2(НВ+В1+Н1)'
где Dud соответственно наружный и внут-
ренний диаметры цилиндра, см; / - длина ци-
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ ПОГРУЖЕНИЕМ
191
линдра или призмы, см; В - ширина призмы,
см; Н- толщина призмы, см.
В случае пайки изделий сложной формы
^общ — ’
где Хф = 0,9 . 0,45 коэффициент формы пая-
емого изделия:
= >
где tK и t0 - соответственно время сквозного
нагрева изделия и контрольного образца, мин.
При пайке изделий волной расплавленно-
го припоя зависимость температуры нагрева от
зазора между паяемым выводом, помещенным
в отверстие, следующая:
(Т-Тт) (£>отв-£>в) = 17.
где 7’ и 7ПЛ - соответственно температуры при-
поя в волне и плавления припоя, °C; £>отв и £>в -
соответственно диаметры металлизированного
отверстия и вывода радиоэлемента, мм
Повышение температуры припоя в волне
увеличивает его теплосодержание и тем самым
обеспечивает увеличение скорости процесса
пайки в жестко заданном интервале времени.
Установки для пайки погружением в
расплав припоя. Пайку погружением в рас-
плавленные припои разделяют на низко- и вы-
сокотемпературную. Низкотемпературная пай-
ка погружением в припои имеет две разновид-
ности: погружением непосредственно в рас-
плав припоя и волной или струями припоя.
Наиболее широко для лужения и пайки изде-
лий используют электрованны, представляю-
щие собой корпус из коррозионно-стойкой
стали, в котором размещен расплавленный
припой. Ванна обогревается электронагревате-
лем соответствующей мощности и имеется
теплоизоляция.
При пайке массивных и крупногабарит-
ных изделий применяют специальные установ-
ки со стационарными ваннами. Высокоэффек-
тивна установка АМО «АВТОЗИЛ» для пайки
опорных пластин к трубкам остова автомо-
бильных радиаторов в стационарной ванне, где
в основной ванне с припоем помещена ванноч-
ка в виде двух сообщающихся сосудов. Уро-
вень припоя поддерживается непрерывной его
подачей посредством центробежного насоса.
В производственном объединении «Ра-
диатор» (Оренбург) используют восьмипози-
ционную установку карусельного типа, на ко-
торой паяют опорные пластины радиатора ото-
пителя кабины тракторов и сельхозмашин с
механизированным транспортированием изде-
лий. Ванна оснащена электрическими нагрева-
телями; подача расплавленного припоя в ти-
гель пайки осуществляется шнековым питате-
лем. Установка имеет блокировки, предотвра-
щающие возможные аварийные ситуации; ос-
нащена защитными экранами и вытяжной вен-
тиляцией. Для массового выпуска изделий при
пайке погружением установки снабжены спе-
циальными устройствами для дозированной
подачи припоя (например, пайка галев для
ткацких станков осуществляется на автомати-
ческих установках с тремя черпачковыми ван-
ночками, которые подают расплавленный при-
пой определенными дозами одновременно к
трем местам пайки с производительностью до
60 изд./мин).
Автоматические паяльные устройства
применяют также для изготовления консерв-
ной тары. Технические характеристики двух
паяльных устройств для производства кон-
сервной тары приведены в табл. 69.
69. Устройства для ванно-валковой пайки консервной тары
Характеристика Устройство 1 Устройство 2
Производительность, шт./мин До 200 До 300
Диаметр паяемых обечаек, мм От 115 до 50 От1Юдо70
Высота паяемых обечаек, мм 50 ... 125 50. 120
Мощность, кВт 28 17
Частота вращения паяльного вала, мин’1 400 -
Габаритные размеры, мм 8250x2000x1500 10100x1525x1420
Масса, т 4,8 6,8
192
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
В производстве печатных плат на автома-
тических линиях используют агрегаты для пайки
погружением с нагнетателями различных конст-
рукций, рассмотренных в [4]. Наряду с погруже-
нием в низкотемпературные припои в промыш-
ленности производят пайку изделий погружени-
ем в высокотемпературные припои. Подготов-
ленные к пайке изделия погружают частично или
полностью (например, в расплав латуни, покры-
той слоем флюса). После предварительного по-
догрева до температуры около 200 °C их погру-
жают в ванну с припоем до 950 °C и выдержи-
вают в зависимости от массы изделий 20 ... 40 с.
В массовом производстве твердосплавных
буровых коронок и долот пайку латунью или
специальным высокопрочным припоем произ-
водят на комплексно-механизированных линиях
Кузнецкого машиностроительного завода. В их
состав входят роторный стол с подвесками, ин-
дуктор для предварительного нагрева изделий,
тигель с расплавленным припоем, обогреваемый
ТВЧ, механизмы подачи и дозирования припоя,
селитровая ванна с вращающимся барабаном
для изотермической закалки паяного инстру-
мента, ванна для промывки в горячей воде, пла-
стинчатые конвейеры, источники питания
МГЗ-102 и МГЗ-108 и пульты управления. Зуб-
ки угольных комбайнов и врубовых машин
паяют на роторных автоматах с производитель-
ностью 5 млн изд./год.
Печи-ванны для пайки погружением в
расплавы солей. Печи-ванны по конструктив-
ному оформлению подразделяют на тигельные,
соляные электродные однофазные с циркуля-
цией соли, соляные прямоугольные электрод-
ные и электродные трехфазные (табл. 70).
Печи-ванны состоят из несущего металли-
ческого корпуса, в котором размещены тепло-
изоляция, огнеупорная кладка с вмонтирован-
ными в- нее электронагревателями. В нагрева-
тельное устройство помещен тигель с крышкой.
Для измерения температуры расплава соли слу-
жит коленчатая термопара. В конструкции од-
нофазной соляной печи-ванны С-45 нагрев осу-
ществляется электродами, погруженными в со-
левой расплав с принудительной циркуляцией.
Пайку массивных изделий производят в
прямоугольных печах-ваннах С-50, С-100,
СКВ-5152 и др. Новозыбковский завод (Брян-
ская обл.) изготовляет печи-ванны типа
СВС-100/13 (М-01), которые применяют для
пайки изделий в интервале температур 850 ...
1300 °C. Они высоко производительны и могут
быть рекомендованы для крупносерийного и
массового выпуска изделий.
Для производства свертных труб применя-
ют печи-ванны мощностью 430 кВт. Трубы по-
гружают в расплав хлористых солей (100 %
ВаС12 или 80 % ВаС12 + 20 % NaCl). Питание
12 электродных групп осуществляется от шести
трансформаторов ТПТ-160/21 ПК. Печь-ванна
имеет горизонтальное расположение электродов,
что обеспечивает интенсивную циркуляцию
расплавленной соли под действием электромаг-
нитных полей, благодаря чему температура рав-
номерна по всему объему. Средняя зона, защи-
щенная от электрического тока, предназначена
для протягивания труб в процессе пайки. На
поточной линии производят формовку и пайку
стальных свертных труб диаметром 6 ... 12 мм
со скоростью 10 м/мин с одновременной отмыв-
кой соли с труб и обеспечением высокой чисто-
ты поверхности изделий [13]. Для пайки изделий
используют различные смеси солей в зависимо-
сти от температуры плавления припоя (табл. 71).
Пайка погружением в соляных печах-
ваннах нашла широкое применение при изго-
товлении конструкций из алюминия и его спла-
вов. Поскольку температура плавления окислов
алюминия и магния выше 2000 °C, то для их
удаления при температуре ниже температуры
плавления паяемого материала необходимы
активные химические реакции. С этой целью
используют составы расплавленных солей
(табл. 72, 73), в которых активную роль играют
фтористые соли и, в частности, эвтектические
соединения 3KF-A1F3 + A1F3, состоящие из 54 %
A1F3 + 46 % KF (оптимальное содержание эвтек-
тики не должно превышать 12 %).
Для пайки погружением в расплавах со-
лей необходим предварительный подогрев
изделий. Для этого применяют камерные элек-
тропечи, индукционный нагрев, а также специ-
альные нагревательные печи типа ПАП (печи
аэродинамического подогрева). Технические
данные некоторых печей приведены в табл. 74
Рециркуляционные печи аэродинамиче-
ского подогрева работают по принципу нагрева
без применения электрических нагревателей.
Тепловая энергия образуется в результате вра-
щения ротора центробежного вентилятора в
закрытом теплоизолированном объеме. Темпе-
ратура регулируется изменением поперечного
сечения всасывающего отверстия. Передача
теплоты нагреваемым изделиям исключает
местные перегревы и недогревы конструкций
даже сложной конфигурации и обеспечивает
равномерность нагрева ±5 °C. Установки ПАП
с защитной газовой средой используются для
пайки алюминиевых теплообменников [6, 9].
70. Печи-ванны для высокотемпературной пайки
1 Характеристика Тигельные . Соляные электродные однофазные с циркуляцией соли Соляные прямоуголь- ные электродные Соляные электродные трехфазные
Модель печи В-10 В-20 В-30 С-20 С-25 С-45 С-50 С-100 С-35 С-75 СКВ-5152
Номинальная мощность, кВт 10 20 30 20 25 45 50 100 35 75 120
Напряжение сети, В 220 220 220/380 380/220 380/220 380/220 380/220 380/220 380/220 380/220 380/220
Максимальная рабо- чая температура, °C 850 850 850 1300 850 1300 600 850 1300 1300 1300
Тигель, мм 0 2ООх 0 3ООх 0 4ООх 0 22Ох 0 38Ох 0 34Ох 600х900х 600х900х 0 22Ох 0 34Ох 950х250х
х350 х535 х555 х460 х475 хбОО х450 х450 к 420 х580 х475
Про изводительность, 30 80 130 90 90 200 100 160 30 55 140
Размеры в плане, мм 1170х х1080 1380х х1290 1450х х1310 0 1100 0 1100 0 1100 2016х х1750 2200 х х2080 0 900 0 1100 1912х х1794
Масса с футеровкой, т 1,0 1,4 1,8 1.7 1,25 2,4 ] ! 2,6 3,2 0,85 1,55 3,65
71. Технические характеристики печи-ванны СВС-100/13 (М-01)
Установленная мощность, кВт
Рабочая температура, °C, не более
Мощность без нагрузки, кВт
Производительность, кг/ч...
Понижающий трансформатор
Напряжение сети, В.
Напряжение на электродах, В:
пусковое.
рабочее
без нагрузки
Число фаз
Число электродных групп
Удельный расход электроэнергии, кВт - ч/кг
Объем расплавленной соли, л .
Расход охлаждающей воды, м’/ч....
Размеры рабочего пространства, мм .
Габаритные размеры, мм .
Масса (без соли), т
100
1300
61,1
320
ТНТ-100.АО
380
15,3; 18,3
10,3; 11,6; 13,2
6,47; 8,25
3
0,241
91
350x200x320
1905x1715x3090
3,05
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ ПОГРУЖЕНИЕМ
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
72. Составы смесей солей (%) для пайки погружением
№ п/п NaCl ВаСЕ СаСЕ Другие компоненты Рабочая температура, °C
1 - 100 1020 ... 1320
2 22,5 77,5 — 660... 1300
3 30,0 70,0 — 710... 1300
4 20,0 80,0 — 950... 1200
5 20,0 53,0 — 27КС1 680... 1150
6 — 80,0 20КС1 680... 1060
7 — — 50КС1; 50Na2CO3 670... 1000
8 - — 50 Na2CO3; 50 К2СО3 930... 950
9 40,0 50,0 - l0Na2B,O, 930... 950
10 22,0 30,0 48,0 485 ... 900
11 30,0 65,0 — 5 KCI 570 ... 900
12 33,0 — 67,0 - 570... 900
13 — 50,0 50,0 655 ... 900
14 27,5 - 72,5 900
15 50,0 - 50,0 900
16 21,0 31,0 48,0 850
17 - 50,0 50,0 850
73. Составы солевых ваин (%) для пайки алюминиевых сплавов
№ п/п NaCl KCI LiCl KFA1F, Другие компоненты Рабочая температура, °C
1 10 42,5 37,0 10 NaF; 0,5 NajAlF, 380
2 21 42,0 23,0 — 4 NaF; 10 LiF 638
3 24,0 46,0 26,0 — 4 NaF 638
4 - 51,0 41,0 8,0 — 600
5 33,0 30,0 26,0 11,0 - 610
6 19,0 — — 10,0 43 CaF2; 28 BaCl2 610
7 34,0 37,0 - 9,0 20 BaCl2 620
74. Циркуляционные печи аэродинамического подогрева
Характеристика ПАП-2 ПАП-3
Максимальная рабочая температура, °C 400 550
Число камер 1 2
Электродвигатель привода
тип АО63-4 АО94-8/4
мощность, кВт 14 50
частота вращения, об/мин 1460 1470
Диаметр центробежного ротора, мм 650 1000
Размеры рабочего пространства, мм 0 1500x1000 3000x1100x1600
Габаритные размеры, мм 3000x2000x1850 6500x5000x5500
кпд 0,8 0,82
Преимущества пайки погружением непо-
средственно в расплавы солей не всегда могут
был. реализованы (например, в случае пайки
титана и других активных металлов). Поэтому
изделия из таких металлов и сплавов помеща-
ют в герметичный контейнер, в который пода-
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАЙКИ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕМ
195
ется контролируемая среда или создается ваку-
ум, и погружают в печь-ванну с расплавом
солей, нагретую до заданной температуры.
Основное преимущество пайки погруже-
нием с косвенным нагревом контейнера - это
его устойчивость благодаря наличию на его
поверхностях пленки соли, защищающей его
от окисления, что позволяет изготовлять кон-
тейнеры из тонколистовых низкоуглеродистых
и низколегированных сталей.
Существенное повышение скоростей
процесса контейнерной пайки погружением в
расплавы солей дает наибольший эффект при
автоматизированной системе управления, на-
пример в производстве теплообменников с
использованием установки с полуавтоматиче-
ским циклом работы (табл. 75).
Повышение эксплуатационной стойкости
тигля печи-ванны достигается футеровкой,
выполняемой на растворе с алюмофосфатной
связкой. Электродная группа выполнена таким
образом, что одна часть, состоящая из трех
электродов, расположенных по периметру тиг-
ля, подключается к трехфазному трансформа-
тору. Другая часть, также состоящая из трех
электродов, соединенных общим кольцом, рас-
положена на равном расстоянии от первых
трех электродов. Таким образом, общая группа
электродов (фаза и нуль) обеспечивает актив-
ную циркуляцию соли за счет возникающего в
ванне электромагнитного эффекта.
Печь-ванна оборудована загрузочным
устройством, работающим по автоматическому
циклу: перемещение контейнера с паяемыми
изделиями, его погружение, выдержка и вы-
грузка после пайки. Автоматическое поддер-
жание температуры солевого расплава и тер-
мический цикл процесса обеспечиваются сис-
темой регулирования с обратной плавной свя-
зью. Для периодического пополнения ванны
солью и поддержания постоянного уровня ис-
пользован механический шнековый загрузчик.
75. Технические характеристики установки
Потребляемая мощность, кВт 100
Температура пайки, °C, не более 1250
Точность стабильности температуры, °C ±5
Габаритные размеры тигля, мм . 450х 550
Грузоподъемность транспортного
устройства, т ..... 0,2
Площадь, занимаемая установкой, м1... 12
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАНКИ
ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕМ
Пайка электросопротивлением - про-
цесс, протекающий за счет теплоты, выделяе-
мой при прохождении электрического тока
через паяемые детали и токоподводящие эле-
менты паяльных устройств; при этом соеди-
няемые детали служат частью электрической
цепи. Нагрев электросопротивлением осущест-
вляют на машинах для контактной сварки, в
специальных устройствах с ручными клещами
и электролитах.
Тепловые процессы при иагреве элек-
тросопротивлением. Пайка электросопротив-
лением протекает при быстром повышении
температуры в местах соприкосновения соеди-
няемых элементов за счет резкого роста элек-
трического сопротивления. Количество тепло-
ты, необходимое для образования соединения
Q = 61 + 02 * Сз> расходуется:
- на нагрев столбика металла с суммар-
ной толщиной паяемых элементов и припоя Z5,
либо покрытия с объемной суммарной тепло-
емкостью Есу, зажатого между электродами
диаметром d3, до расчетной температуры плав-
ления припоя Т„ пр:
Q,=^d;^-LcyT„nf-,
- на нагрев кольца материала шириной х,
окружающего центральный столбик, до темпе-
ратуры (1/4)7; пр:
e2=fcl7u(</,+x)E6Ecyl7’nni),
где x-^Jat ; а температуропроводность
соединяемых материалов и припоя (выбирают
наибольшее значение); t - длительность нагре-
ва; А, = 0,8 - коэффициент, учитывающий не-
равномерность нагрева кольца;
- на нагрев прилегающего к изделию уча-
стка электродов толщиной х" до температуры
(1/8)Тппр-
Q^lk2^d;x'c'/-^-
где с'у’ - объемная теплоемкость металла
электродов; к2 - коэффициент, зависящий от
формы электродов: при цилиндрическом элек-
троде к2 = 1; при коническом - к2 = 1,5.
196
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
Задаваясь длительностью процесса пайки
изделий, можно рассчитать необходимую силу
тока во вторичной цепи
Q
0,24m/?ropl ’
где Q = Qi + Q2 + Q3; т = 1 ... 1,1 - коэффици-
ент учитывающий изменение электросопро-
тивления в процессе нагрева; Ягор = 4ЛРт /8 -
электросопротивление участка цепи между
электродами при температуре пайки; рт -
удельное электросопротивление паяемого ма-
териала при температуре пайки; к = 0,8 . 0,9 -
коэффициент, учитывающий уменьшение элек-
тросопротивления вследствие растекания тока;
Ло - коэффициент, зависящий от отношения
d0 (рис. 24); <70 - диаметр, средний между
диаметром электрода и диаметром пятна пая-
ного соединения.
Исследования в области тепловых про-
цессов при электроконтактном точечном на-
греве позволили установить расчетные зависи-
мости для распределения температур в зоне
соединения [4]. Диаметр зоны нагрева d„ до
температуры пайки Т„ может быть вычислен по
формуле
где / - сила тока, A; t - длительность протекания
тока, с; Рсж - усилие сжатия электродов, кН; р -
удельное электросопротивление, Ом • см; <тв
предел прочности паяемого материала, МПа;
с теплоемкость паяемого материала, Дж °C;
у - плотность, кг/м3; С - эмпирический коэф-
Рис. 24. Зависимость коэффициента Ао от
отношения tkl 6
стойких сталей равный 190 ... 210, для жаро-
прочных сталей на никелевой основе - 120 ...
130, для титановых сплавов - 95 ... 105.
Клещи для пайки электросопротивле-
нием. Пайка электросопротивлением с помо-
щью клещей применяется в монтажных услови-
ях, а также при невозможности перемещения
изделия к стационарному нагревательному обо-
рудованию и в случаях необходимости соеди-
нения элементов в труднодоступных местах
(табл. 76-78). Установка контактной точеч-
ной сварки УК-0401 - мобильная установка,
оснащенная ручными клещами и пистолетом
для профессиональной качественной сварки,
пайки.
Машины подвесные для точечной кон-
тактной сварки и пайки предназначены для
работы в поточных линиях. Аппаратура управ-
ления на интегральных микросхемах размещена
в едином блоке со сварочным трансформатором.
Машины комплектуются регулируемой по вы-
соте подвеской и различными типами клещей
или сварочным пистолетом, см. табл. 77.
Если ручные клещи для пайки электросо-
противлением нашли применение для соедине-
ния сравнительно небольших по размерам из-
делий, то при больших объемах выпуска изде-
лий из разнотолщинных элементов или конст-
рукций из материалов, имеющих разные теп-
лофизические свойства, чаще всего применяют
сварочное оборудование - машины для кон-
тактной сварки, переоборудованные под пайку
76. Установка контактной точечной сварки
УК-0401 (ЗАО «МИДАСОТ-Т», Москва)
Напряжение однофазной сети, (50 Гц), В 380
Длительный первичный ток, А . 10,5
Мощность при коротком замыкании,
кВ А, не более-. 25,3
Вторичный ток, кА, не более . 4
Вылет клещей, мм .................... 100
Раствор клещей, мм . 84
Номинальное усилие сжатия, даН:
клещей ... 50
пистолета 20
Масса, кг
источника 78
клещей 4,2
пистолета 1,4
Габариты источника питания, мм
446х430х
х920
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАЙКИ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕМ
197
77. Машины подвесные для точечной контактной сварки
Мо- дель Напря- Привод I 1 Наиболь вторич- ный ток, Номиналь- ный дли- тельный вторичный Максимальная про- изводительность при сварке деталей 0,5 + 0,5 мм, число сварок/мин Мас- Габариты машины. Комплек- тующие клещи и пистолеты
мтп- 1100 380 Пневма- тический 145 (60) 11000 3600 165 300 720х650х х970 КТП-8-1, КТП-8-6, КТП-8-7, КТП-8-8, УС-1
мтп- 1111 380 Пневмо- гидрав- лический 145 (60) 11000 3600 165 340 720х 750 х х970 КТГ-8-1, КТГ-8-2
МТП- 1409 380 Пневмо- гидрав- лический 200 (105) 14 000 5600 175 440 850х750х *1160 КТГ-12-3-1, КТГ-15-2, КТГ-15-4, УС-1, КТГ-12-3-2
78. Характеристики сварочных клещей и пистолетов (ЗАО «МИДАСОТ»)
Тип Характер движения электродов Вылет, мм Раствор, Усилие, даН (при давлении воздуха, МПа), ие более Масса,
КТП-8-1*1 Радиальный 205*' 130 260 (0,52) 16
КТП-8-6’2 Прямолинейный; турель 30 35 430 (0,52) 11,5
КТП-8-7*2 Прямолинейный 35 20 345 (0,52) _6
КТП-8-8*3 Прямолинейный 35 25 345 (0,52) 6
КТГ-8-1 Радиальный 205 130 270 (0,52) 16
КТГ-8-2 Прямолинейный 104 35 270 (0,35) 15
КТГ-12-3-1 Прямолинейный 150 150 625 (0,4) 17
КТГ-15-2, КТГ-12-3-2’4 Радиальный 350 300 120 140 270 (0,4) 21
КТГ-14-4*5 Прямолинейный 240 30 625 (0,4) 13
УС-1 Пистолет для односторонней сварки с ручным приводом 35 35
’* По заказу модификация с вылетом 350 мм.
*2 Допустимый длительный ток 2500 А
С усиленным охлаждением.
*4 С дополнительным раскрытием электродов до 60 мм
’’ Для сварки объемных каркасов из арматуры.
Машины для пайки электросопро-
тивлением обеспечивают электрический кон-
такт и выдавливание излишков расплавленного
припоя и продуктов флюсования из зоны шва.
Для пайки изделий в зависимости от соединяе-
мых толщин материалов и теплофизических
свойств применяют различные сварочные ма-
шины (табл. 79-81).
198
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
79. Машины для точечной контактной сварки переменным током
Тип Напряжение питания, В Вторичный ток, кА, не более Вылет, мм I Усилие, даН, | не более
Машины с радиальным ходом верхнего электрода
мтр-юоГ 380 14 200 . 400 250
МТР-1601’ 380 16 200... 500 250
МТР-1801 380 18 180... 500 (900) 800
МТР-2403 380 24 280... 530 900
Машины с прямолинейным ходом верхнего электрода
МТ-1229 380 12,5 500 440
МТ-1928; 1932 380 20 500 680
МТ-2024 380 22 500 1900
МТ-2103 380 21 1200 2350
МТ-3001 380 30 500 1500
МТ-4021 380 40 500 1900
МТ-4224 380 42 500 3000
* Машины МТР-1001 и MTP-I60I имеют пружинный привод давления, остальные машины - с пнев-
матическим приводом
80. Машины для точечной контактной сварки постоянным током,
током низкой частоты и конденсаторные
Тип 1 Напряжение питания, В Рmax (Р50 %Х кВ А Вторичный ток, кА. не более Вылет, мм Усилие сжатия, даН не более
МТВ-4801, МТВ-5003 3x380 350(120) 48 500 1850
МТВР-4801* 3x380 410(315) 48 800... 1200 1800
МТН-7501 3x380 315(81) 75 800 2200
МТК-5502” 3x380 70 (40) 55 600 1900
МТК-8501” 3x380 115(70) 85 1500 5500
* С радиальным ходом верхнего электрода.
” Значения мощности указаны: максимальная - при зарядке, длительная - цикла сварки.
81. Машины для рельефной коитактиой сварки
Тип Напряжение питания. В Род сварочного тока Вторичный не более Вылет до центра контактных плит, мм Усилие сжатия, даН, не более Количество рельефов при сварке иизкоугле- родистых сталей
1 + 1, 2 + 2, 4 + 4,
МР-4020 380 Переменный 40 (44*) 300 1870 4 3 1
МР-4501 380 Переменный 45 240 1950 5 3 1
МР-6924 380 Переменный 69 (75,9*) 300 3028 6 4 2
МР-8010 380 Переменный 80 240 3100 8 5 2
МРН- 24009" 3x380 Низкой частоты 240 300 5000 10 8 5
' Наибольший вторичный ток при полиофазном режиме.
" Для сварки ответственных соединений.
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАЙКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ
199
Специальные установки для пайки
электросопротивлением. Для массового произ-
водства изделий используют специальные полу-
автоматические установки для пайки электросо-
противлением. На специализированном прессе
К602, разработанном в ИЭС им. Е. О. Патона,
осуществляют пайку электросопротивлением
уплотнительных колец с корпусами вентилей
трубопроводной арматуры. Номинальная пер-
вичная мощность пресса 730 кВт, вторичное
напряжение без нагрузки изменяется ступенча-
то в пределах 4,75 . 9,50 В, максимальный ток
во вторичной цепи до 100 кА, сила сжатия плит
регулируемая (6 50 МН). Последователь-
ность и регулирование продолжительности
всего цикла процесса пайки обеспечивает ти-
ристорный регулятор времени РВУ-200.
Пайку концов секций к петушкам коллектора
осуществляют на автомате АПК-1, в котором
якорь устанавливают в центрах. Поворот якоря
производится электромагнитной муфтой. Концы
секций обмоток с коллекторными пластинами
соединяют электроконгакгным нагревом от элек-
тродов, укрепленных на штоке пневмоцилиндра
Следящая система позволяет точно фиксировать
положение электрода Продолжительность процес-
са пайки регулирует реле времени, подающее ко-
манду на подъем электродов в исходное положе-
ние, после чего происходит поворот шпинделя с
якорем на одну ламель. Цикл работы повторяется
до полного оборота коллектора табл. 82.
Гибридные интегральные схемы паяют
методом плавления покрытия-припоя в полуав-
томатическом режиме на установке МС-64П2-1.
в которой электрод с помощью вакуумной при-
соски подает кристалл из кассеты и совмещает
его с контактной площадкой на подложке и
прижимает с определенной силой. В течение
импульсного нагрева электрода происходит
пайка а через заданное время после кристалли-
зации припоя электрод поднимается в исходное
82. Технические характеристики
автомата АПК-1
Мощность трансформатора кВт .. 50
Напряжение питающей сети, В 380
Размеры паяемых изделий, мм:
диаметр . 50 . 200
длина. 25 . 200
толщина ламели 1,5. 10
Цикл пайки одной ламели, с . 1.3
Г абаритные размеры, мм 1360х 780х 1340
Масса т........................ 0,8
положение. Установка обеспечивает регулируе-
мое давление электрода на колонку нагревателя
в диапазоне 1 ... 10 Н, нагрев электрода в пре-
делах 150 ... 450 °C. Производительность уста-
новки около 1000 крисгаллов/ч.
Нагрев и пайка в электролите, как вы-
сокоэффективный процесс совмещения кон-
тактного способа нагрева деталей электросо-
противлением и создания защитной среды из
флюсоактивированной паровой фазы электро-
лита, целесообразно шире использовать в про-
изводстве паяных изделий [17]. Процесс нагре-
ва и пайки в электролите требует дополнитель-
ных исследований для дальнейшего повыше-
ния его эффективности. Для пайки сравнитель-
но простых по конфигурации узлов (сверл,
штуцеров и др.) используют установку Э-10
(табл. 83), состоящую из рабочего стола с дву-
мя ваннами, узла нагрева, системы циркуляции
электролита, состоящей из бака-питателя со
змеевиком охлаждения и насоса. Применение
источника с блоком управления и приборами
контроля позволяет подавать к рабочей ванне
три регулируемых значения напряжения по
заданной программе в зависимости от требуе-
мого термического цикла пайки [17].
83. Технические характеристики
установки Э-10
Потребляемая мощность, кВт.
Напряжение питающей сети, В ..
Диаметр паяемых узлов, мм
Производительность,
число паек в час
Состав электролита, раствор ..
Сменность электролита,
Габаритные размеры, мм:
рабочего стола
источника питания
Масса, т.
До 10
180
До 40
До 200
8-10%-ный
Na2CCK
4-6
ЮООх бООх 1300
600x800x 1500
0,4
УСТАНОВКИ Д ЛЯ ПАНКИ
КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ
ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ
Пайку материалов с использованием кон-
центрированных источников энергии (инфра-
красного излучения и излучения лазера, сфоку-
сированного электронного и светового луча)
отличает отсутствие тепловой инерции, ло-
кальность и быстрота нагрева, что позволяет
точно регулировать параметры процесса.
200
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
Установки с инфракрасным излучени-
ем. Носителями теплового инфракрасного из-
лучения являются электромагнитные волны
длиной 0,4 ... 40 мкм. Тепловые процессы при
нагреве подчиняются закону Планка распреде-
ления лучистой энергии (рис. 25): интенсив-
ность излучения растет с повышением темпе-
ратуры, максимум излучения смещается при
этом в сторону более коротких волн Расчет
производят по закону Стефана-Больцмана,
применимому к серым телам, для которых кри-
вые Планка имеют непрерывный характер и
подобны кривым абсолютно черного тела при
одинаковых температурах. В этом случае энер-
гия полного излучения q = еСо0 = СО Величи-
ну еС0 = С называют коэффициентом излуче-
ния серого тела (табл. 84).
Для каждого конкретного случая пайки
изделий в зависимости от их конфигурации
производят необходимый расчет по методикам,
приведенным в специальной литературе [19].
В производстве тонколистовых паяных
конструкций применяют установки с кварцевы-
ми лампами (с температурой спирали 1000 °C) и
с рефлекторами с одной или нескольких сто-
рон. Такие установки могут быть с нагревом в
вакууме, в контролируемых и воздушной сре-
дах. В последнем случае установки используют
Рис. 25. Распределение энергии излучения
абсолютно черного тела по длинам волн (кривые
Планка) при различных температурах тела
для соединения изделия низкотемпературными
припоями ввиду ограниченной стойкости квар-
цевого стекла ламп при нагреве до высоких
температур на воздухе.
84. Значения интегральной степени черноты едля некоторых материалов
Материал Температура, °C Е
Алюминий: полированный шероховатый окисленный при температуре 600 °C 225 . 575 20 230... 600 0,04 ... 0,06 0,055 0,11 ... 0,19
Вольфрам 300... 2200 0,053 ... 0,307
Железо полированное 425 ... 1020 0,144 ... 0,377
Латунь: прокат блестящая 20 20 0,20 0,06
Медь: электролитическая полированная торговая с блестящей поверхностью окисленная при температуре 600 °C 80... 115 20 200... 600 0,018... 0,023 0,072 0,57 ... 0,87
Молибден 725 ... 2600 0,096 ... 0,292
Никель: технический чистый, полированный окисленный при температуре 600 °C 225 ... 375 200... 600 0,07 ... 0,087 0,37 ... 0,48
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАЙКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ
201
Продолжение табл 84
Материал Температура, °C ' j
Сталь никелированная 20 0,11
Олово и сталь луженые блестящие 20 0,043 .0,064
Сталь: шлифованная шлифованная, окисленная при температуре 600°С оцинкованная блестящая 940... 1100 200 ... 600 20 0,55 ... 0,61 0,8 0,23
Нихром 125 ... 1035 0,64... 0,76
Титан 50 ... 500 0,3 ... 0,45
85. Кварцевые лампы с аргонно-иодным наполнением НИК-220-1000 Тр
Характеристика Напряжение, В
220 380 450
Потребляемая мощность. Вт 1040 2200 3300
Температура, °C 2280 2880 2930
Энергетический (лучистый) поток, Вт 780 1650 2500
Начальный световой поток, лм 8000 48 000 100 000
Световая отдача, лм/Вт 8 22 31
Средний срок службы, ч 5000 750 80
Размеры, мм:
общая длина 375 375 375
длина рабочей части 297 297 297
диаметр кварцевой колбы 10 10 , 10
длина цоколя 22 22 22
В зависимости от конструкций нагрева-
тельных установок применяют кварцевые иод-
ные лампы накаливания в различных исполне-
ниях. Наиболее часто используют прямые лам-
пы инфракрасного нагрева для работы в гори-
зонтальном положении (табл. 85).
Кварцевая трубчатая лампа накаливания
типа НИК-220-1000 Тр предназначена для соз-
дания интенсивного теплового потока, ее
инерционность (время с момента включения до
достижения номинального значения энергети-
ческого потока) составляет 0,6 с. Лампы на-
полнены аргоном под давлением 60 Па и иодом
в количестве 1 ... 2 мг Наличие паров иода
обеспечивает стабильность энергетического и
светового потоков. При длительной эксплуата-
ции ламп указанного типа допускается откло-
нение их оси от горизонтального положения не
более 5°, а температура вводов в процессе ра-
боты не должна превышать 350 °C
Наряду с аргонно-иодными лампами
применяют лампы с ксеноно-иодным наполне-
нием типа КИ с напряжением 85 .. 220 В и
типа КГТ - длиной до 500 мм с вольфрамовой
моноспиралью диаметром 10 . . . 75 мм.
Для создания потоков с высокой плотно-
стью излучения применяют иодные лампы
накаливания с отогнутыми концами типа
КИО-220-2500. Плотность излучения в этих
пампах повышена выносом цоколей за зону
рабочей части (участок действия инфракрасно-
го потока), табл. 86.
202
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
86. Технические данные лампы
КИО-220-2500 с отогнутыми концами
Напряжение, В 220 (380)
Потребляемая мощность, кВт 2,5 (6)
Температура, °C 2335 (2930)
Продолжительность горения, ч 2000 (50)
Размеры (длина лампы х длина
отогнутого конца), мм 500 х 140
Масса, г ... 630
Когда доступ к месту пайки затруднен
либо необходим локальный нагрев, применяют
малогабаритные лампы с иодным наполнением
(0,1 ... 0,2 мг) типа КИМ (табл. 87) с остаточ-
ным давлением ксенона 650 Па, максимально
допустимой температурой на вводах при рабо-
те 350 °C.
В нагревательных установках блоки
кварцевых ламп создают поток излучения, на-
правляемый на паяемые поверхности. Для бо-
лее полного использования энергии применяют
специальные рефлекторы, изготовляемые из
коррозионно-стойкой стали. Повышения отра-
жающей способности рефлекторов достигают
покрытием их поверхностей серебром или
алюминием.
87. Малогабаритные кварцевые лампы с ксеноно-иодным наполнением
Характеристика КИМ-6-25-25 КИМ 9-75 КИМ 10-90
Потребляемая мощность. Вт 25 75 90
Номинальное напряжение, В 6 9 10
Световая отдача, лм/Вт 13 21 22
Размеры тела накаливания, мм 2.7х 1,0 2.6x2,6x2,1 3,5x1,9
Срок службы, ч Размеры, мм: 200 50 50
диаметр колбы 10 10 10
высота колбы 28 38 38
общая длина 36 50 50
Масса, г 3,5 3,5 3,5
При применении кварцевых ламп следует
учитывать технологические особенности про-
цесса пайки с использованием припоя с легко-
испаряющимися компонентами, в результате
чего не только нарушается отражающая способ-
ность рефлекторов, но и значительно сокраща-
ется эксплуатационный ресурс самих ламп, что
обусловлено помутнением колб и поглощением
имн теплового потока. Кроме того, при флюсо-
вой пайке, особенно в тех случаях, когда блоки
ламп размещены под изделием, лампы могут
сравнительно быстро выходить из строя под
действием стекающего паяльного флюса. В та-
ких случаях для защиты ламп используют смен-
ные кварцевые пластины-экраны.
В качестве источников инфракрасного
излучения применяют металлические радиаци-
онные нагреватели из нихрома в виде прутков,
полос, сварных решеток, а также из тугоплав-
ких металлов, например, в многопозиционной
установке типа УПТ для пайки тонкостенных
трубопроводов. Нагреватель в этой установке
изготовлен из ниобия, выполнен разъемным и
охватывает непосредственно место соединения
[18]. Технические характеристики установки
для зонального безокислительного нагрева
неповоротных стыков стальных и титановых
трубопроводов под высокотемпературную пай-
ку приведена в табл. 88
88. Технические характеристики
установки типа УПТ
Установленная мощность, кВ • А
Максимальная температура, °C
Число нагреваемых постов .
Контролируемая среда. ...
Расход, м’/ч:
аргона..
охлаждающей воды
при давлении 0,35 Па
Продолжительность пайки
одного стыка, мин.
Диаметр паяемых труб
наружный, мм, не более
Габаритные размеры, мм.
Масса, т....................
25
1250
6
Аргон
0,12 0,30
1,0
3,0
42
2900 x 600x1750
0,55
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАЙКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ
203
Установка состоит из пульта управления,
нагревательных постов со сменными нагрева-
тельными устройствами, которые соединены с
постами гибкими водоохлаждаемыми кабеля-
ми. Разъемные нагреватели позволяют паять
соединения трубопроводов в любом простран-
ственном положении. Стабильность режимов
процесса и надежность работы установки обес-
печены применением системы непрерывного
регулирования температуры на бесконтактных
элементах.
Электронно-лучевые установки. При
электронно-лучевом нагреве поток электронов,
сформированный в электронной пушке и на-
правленный на паяемые поверхности, имеет
мощность, равную произведению тока на на-
пряжение, ускоряющее электроны. Достигая
поверхности материалов, мощность частично
переходит в теплоту, так как вторичные и от-
раженные электроны в нагреве не участвуют
Для практических тепловых расчетов исполь-
зуют выражение, связывающее теплофизиче-
ские параметры металлов с параметрами ре-
жимов пайки
где X - теплопроводность паяемого материала;
Тпп - температура плавления припоя; д - элек-
тронный КПД процесса; 6 - безразмерная тем-
пература, предложенная Н. Н. Рыкалиным для
тепловых расчетов; а - паяльный зазор; s -
толщина соединяемых элементов
Процесс пайки на электронно-лучевых
установках характеризуется высоким КПД
процесса. Концентрация энергии в луче позво-
ляет предельно сократить продолжительность
взаимодействия расплавленного припоя с
паяемыми материалами и тем самым сохранить
их свойства. Для изготовления высокоточных
изделий, собранных из тонкостенных и разно-
толщинных элементов, используют установки с
местным нагревом (сфокусированный элек-
тронный луч) и общим нагревом (сканирую-
щий поток электронов).
Пайку узлов из керамики и тугоплавких
металлов с местным нагревом в ПО «Светлана»
(С.-Петербург) производят с применением
электронно-лучевых установок с пушкой типа
У50А.
Для пайки узлов медицинского инстру-
мента с нагревом сканирующим потоком элек-
тронов применяют установку ЭЛУ-4 с пушкой
ЭЦ-60/10. С целью исключения перегрева и
оплавления кромок изделия, а также равномер-
ного прогрева зоны соединения электронный
пучок колеблется в результате подачи импуль-
сов синусоидальной или пилообразной формы
от генератора НГПК-ЗМ на отклоняющую сис-
тему пушки.
Отсутствие тепловой инерционности при
пайке изделий на электронно-лучевых уста-
новках позволяет с большой точностью авто-
матически управлять процессом нагрева. На-
пример, для изготовления стальных теплооб-
менников трубчатого типа применяют уста-
новку ЭЛН-11, где нагрев всех соединений на
трубной доске производится сканирующим
лучом, табл. 89. Такой метод позволяет нагре-
вать лишь поверхность трубной доски и концы
трубок, что предотвращает стекание припоя в
межтрубную полость.
Установка «Луч-3» предназначена для
пайки трубчатых конструкций из высокоактив-
ных металлов и сплавов с нагревом кольцевым
электронным пучком, получаемым в высоко-
вольтном тлеющем разряде при температурах
до 2000 °C. На кольцевой катод нагревателя,
размещенный изолированно между двумя дис-
ковыми анодами, подается высокое напряже-
ние отрицательной полярности относительно
земли. В кольцах анода расположены электро-
магнитные катушки, обеспечивающие откло-
нение пучка при настройке на место соедине-
ния. Рабочая камера установки выполнена в
виде двух цилиндров, расположенных по оси
проходного отверстия нагревателя. В нижнем
цилиндре диаметром 325 мм имеется механизм
вертикального перемещения изделий; верхняя
камера диаметром 160 мм служит приемником,
табл. 90
89. Технические данные установки ЭЛН-11
Мощность, кВт 30
Ток луча, мА, не более 500
Рабочее ускоряющее напряжение, кВ 30
Температура пайки, °C . До 2200
Вакуум в рабочей камере, Па 6,7
Время откачки, мнн 20
Размеры рабочего пространства, мм 1340x1200x900
Габаритные размеры, мм .. 6000x1700x2850
Масса, т 12,0
204
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
90. Технические характеристики
установки «Луч-3»
Мощность потребляемая, кВт. 15
Напряжение ускоряющее, кВ .. 20
Ток пучка, мА 300
Температура в зоне пайки, °C . До 2000
Вакуум в рабочей камере, Па.. 0,13
Время откачки, мин ........... 5
Давление инертного газа, Па 18 18 -102
Расход охлаждающей воды, м’/ч,
при давлении 0,15 Па ... 0,5
Размеры паяемых узлов, мм, не более 60x950
Механизм перемещения изделий снабжен
устройством останова в зоне пайки на герконо-
вых датчиках, настраиваемых по линейке с
наружной стороны камеры. Перемещение из-
делий в рабочей камере - примерно на длине
900 мм с возможностью останова через каждые
5 мм с точностью 0,2 мм. Электронный нагре-
ватель и рабочая камера размещены на одном
каркасе с откачной системой, состоящей из
форвакуумного агрегата АВМ 50-1, высокова-
куумного паромасляного насоса Н-2Т, трубо-
проводов и кранов, приводимых в действие с
автономного пульта управления.
Лазерные установки. Излучение опти-
ческого квантового генератора (лазера) харак-
теризуется большой интенсивностью потока
электромагнитной энергии, высокой монохро-
матичностью, значительной степенью вре-
менной и пространственной когерентности.
Вследствие этого лазерное излучение отличает-
ся от других источников электромагнитной
энергии очень узкой направленностью. Диапа-
зон длин волн, генерируемых различными типа-
ми лазеров, применяемых для технологических
целей, колеблется в интервале 0,4 ... 10,6 мкм.
Возможность концентрирования энергии на
малой площади за сравнительно короткое вре-
мя позволяет использовать лазер для соедине-
ния тончайших изделий или их сочетания с
массивными элементами конструкций, а также
изделий, материалы которых чувствительны к
тепловому воздействию.
Процессы нагрева при пайке лазером ха-
рактеризуются воздействием высококонцен-
трированным и малоинерционным источником
теплоты при передаче энергии излучения на
изделие Однако падающий на поверхность
изделия световой поток частично отражается,
и только часть его проходит вглубь тела. Плот-
ность поглощенной дозы излучения для боль-
шинства практических случаев изменяется
внутри объема твердого тела (по закону Бугера):
9v(2)=^(l-^)e-“,
где 9v(z), 9vo - соответственно объемные
плотности дозы излучения на расстоянии z от
поверхности и непосредственно на поверхно-
сти тела, Вт/см3; (1 - R) коэффициент, харак-
теризующий поглощательную способность; а -
коэффициент поглощения света, см-1
Для теплового расчета лазерной пайки
можно рассмотреть случай контактирования
соединяемых материалов по границе раздела, в
частности материала с припоем-покрытием.
Для этого рассматривается задача о нагреве
двухслойных материалов при условии их иде-
ального контакта, описываемая системой диф-
ференциальных уравнений, учитывающих тем-
пературу нагрева в зависимости от длительно-
сти импульса, фокусного расстояния, состоя-
ния поверхности нагреваемого тела и других
параметров [14].
Лазерная установка представляет собой
комплекс оптико-механических и электриче-
ских приборов, основным звеном которого
является оптический квантовый генератор на
рубиновом или другом кристалле. Действие
квантового генератора основано на явлении
индуцированного испускания световой энергии
возбужденными атомами из кристалла под
действием облучения импульсной лампой. Для
создания необходимой плотности энергии ин-
дуцированного излучения световой луч фоку-
сируется через систему линз в узкий пучок,
который и создает необходимую температуру в
зоне пайки. В зависимости от конструктивных
особенностей, массы и свойств соединяемых
материалов используют лазерные установки
соответствующей мощности. Основные техни-
ческие данные лазерных установок приведены
в табл. 91.
Установки для пайки световым лучом.
Концентрированный нагрев сфокусированной
лучистой энергии имеет ряд преимуществ,
основными из которых являются бесконтакт-
ный подвод энергии к изделию, возможность
передачи энергии через оптически прозрачные
оболочки в контролируемой газовой среде, в
вакууме и, что особенно важно для процессов
пайки, нагрев различных материалов происхо-
дит независимо от их электрических, магнит-
ных и других свойств.
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАЙКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ
205
91. Лазерные установки, используемые для пайки
Характе- ристика УЛ-2М «Искра-8» «Свет-30» «Квант-12» СЛС-10-1 «Квант-10»
Мощность потребляе- мая, кВт 2,5 3,0 5,0 6,0 8,0 12,0
Энергия в импульсе, Дж, не более Длитель- 8,0 До 8,0 До 30,0 3,0 1,5; 2; 2,5; 4,0 8,0 10,0
ность им- 1:3; 6; 8 1;3; 5; 7 1; 3; 5; 7 2; 4 10... 20
пульса, мс
Пятно в фо-
кусе, мм, не 0,05 0,25... 1,0 0,1 ... 1,0 0,4... 1,4
менее
Частота им- пульсов, Гц Регулируемая 0,1 ... 20 0,5 1,0
Оптически Стекло с
активный Рубин неодимом
материал
Габаритные размеры, мм: 850х1000х 850хЮ00х 750х1000х 1000х950х 1005х820х 1225х1040х
станка х1200 х1200 х1600 х1230 х1255 х930
источника 595х598х 540х598х 1375х540х
питания х1212 х1212 х540
Масса, т 0,3 0,5 0,6 0,35 0,35
Примечание. Напряжение питания всех установок 220/380 В, частота тока 50 Гц.
Оптический источник теплоты, представ-
ляющий собой эллипсоидный отражатель в
сочетании с дуговой ксеноновой лампой, наи-
более перспективен для пайки изделий с регу-
лированием энергетических параметров за счет
изменения формы и размеров пятна нагрева.
Такой процесс характеризуется локальностью
нагрева зоны соединения до температурного
уровня, позволяющего применять любые высо-
котемпературные припои. Для пайки узлов
электровакуумных приборов используют уста-
новки с оптической головкой, выполненной на
базе ксеноновой газоразрядной лампы высоко-
го давления ДКсР-5000М мощностью 5 кВт.
Максимальная температура, получаемая в фо-
кусе оптической системы установки, составля-
ет 1400 ... 1700 °C, диаметр фокальной области
6 . 15 мм, производительность процесса пай-
ки 3 ... 5 мин. В установках могут быть ис-
пользованы также лампы ДКсР-ЗОООМ и
ДКсШ-1000.
Оборудование для светолазерных и
световых технологий пайкн, сварки, на-
плавки и термообработки. Совмещение тех-
нологических возможностей двух высокоэнер-
гетических методов нагрева конструкций обес-
печивав! дополнительный качественный эф-
фект при пайке, сварке тонколистовых конст-
рукций и их последующей термообработке.
Научно-производственный центр НПЦ
«МГМ-1» при ОАО «НИИТ АВТОПРОМ»
(Москва) предлагает оборудование и техноло-
гию для интегрированных методов лазерной
сварки, пайки и наплавки с совмещенным све-
товым подогревом.
Комплект оборудования включает: лазер
твердотельный импульсно-периодического
действия мощностью до 500 Вт, с частотой
206
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
импульсов до 300 Гц; световодный узел с фо-
кусирующей головкой, световую установку
мощностью до 10 кВт
Оборудование имеет следующие досто-
инства:
- используется интегрированный метод
светолазерной сварки, пайки и наплавки с со-
вмещенным световым подогревом, что обеспе-
чивает повышение скорости процесса нагрева
при пайке и сварке листов толщиной до 1,0 мм,
повышение производительности и качества при
напайке (жидкофазной наплавке) жаропроч-
ными металлическими порошками;
- обеспечивается закрытие зазора перед
лазерным лучом, что исключает прожоги тон-
колистовых соединений и снижает затраты на
подготовку кромок;
- механические испытания соединений
показали, что разрушение происходит не в зоне
соединения, а по основному металлу.
С помощью этого оборудования можно
выполнять пайку и сварку конструкций из тон-
колистовых (0,5 ... 1,0 мм) однородных и разно-
родных материалов (углеродистые и коррозион-
но-стойкие стали, никелевые, титановые, алю-
миниевые и другие сплавы, неметаллические
материалы - пластмасса, керамика и т.д.), а
также напайку, наплавку с последующей тер-
мообработкой.
ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИ
Процессы газопламенной пайки обладают
большой технологической гибкостью, а их
тепловые режимы обеспечиваются примене-
нием различных составов газовых смесей
(табл. 92,93).
Тепловые процессы газопламенной
пайки. При газопламенной пайке нагрев обу-
словлен вынужденным конвективным и лучи-
стым теплообменами между потоком горючей
смеси пламени и соприкасающимся с ним уча-
стком поверхности изделия. Значение лучистого
теплообмена невелико и составляет 5 ... 10 % от
общего теплообмена. Таким образом, пламя
горелки местного поверхностного источника
теплоты можно рассматривать как конвектив-
ный теплообменный источник. Интенсивность
вынужденного конвективного теплообмена в
основном зависит от разности температур пла-
мени и нагреваемой поверхности, а также от
скорости ее перемещения относительно потока
92. Свойства горючих газов и паров
Горючее Плотность, кг/м3 (для паров кг/л) Низшая теплотворная способность, кДж/м’ (кДж/кг) ратура пламени, °C Необходимое количество кислорода, м’, на 1 м’ горючего Пределы взрывоопасности горючего в смеси, %
с воздухом с кислородом
Ацетилен 1,179 47 916 3150 2.5 2.2 .81 2,8. 93
Метан 0,715 35 542 2000 2,0 4,8... 16,7 5,4 .59.2
Пропан 2,0 85 875 2050 5,0 2,2... 9,5
Бутан 2,7 112 500 2050 6,5 1,5... 8,4 -
Водород 0,0898 10 708 2100 0,5 3,3 ... 81,5 2,6... 93,9
Природный газ 0,7 2100 2,0 3,8... 24.8 10 .73
Нефтяной газ 0,776... 1,357 43 750... 45 833 2400 3,5
Пары бензина (0,69. 0,76) (44 300) 2550 2,6 2,6... 6,7
Пары керосина (0,8... 0,84) (42 700) 2400 2,55 1,4... 5,5 -
Примечание. Способы хранения и транспортирования: ацетилен - в стальных баллонах в растворен-
ном состоянии под давлением 1,7 ... 2,1 МПа; метан-в стальных баллонах под давлением 15,1 МПа; природный
газ - по трубопроводу или в стальных баллонах; нефтяной газ - в баллонах под давлением 15,1 МПа.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИ
207
93. Технические газы баллонной поставки
Наименование изделия Тип Наименование и емкость тары, л Примечание
Кислород газообразный технический (ГОСТ 5583-78) Газооб- разный Баллон 40 л Вместимость заправленного баллона (при Р = 15,0 МПа) - 6 м3 кислорода
Кислород жидкий Жидкий ЦТК-2,5, Количество поставки по
технический (ГОСТ 6331-78) ЦТК-8 заявке заказчика
Азот газообразный Газооб- Баллон 40 л Вместимость баллона
технический (ГОСТ 9293-74) разный (при Р = 15,0 МПа) - 6 м3
Аргон газообразный Газооб- Баллон 40 л Вместимость баллона
(ГОСТ 10157-79) разный (при Р = 15,0 МПа) - 6 м3
Ацетилен растворенный технический (ГОСТ 5457-75) Газооб- разный Баллон 40 л Вместимость заправленного баллона с пористой массой: БАУАц-6м3, ЛМП-7м3
Пропан-бутан Сжижен- Баллон 50 л Вместимость 20 кг
(ГОСТ 20448-90) ный
СО2-углекислота Сжижен- ный Баллон 40 л Вместимость 25 кг жидкой кислоты при испарении 12,6 м3
Примечание. Выпускается ЗАО «МИДАСОТ-Т» (Москва).
пламени. В общем виде удельное количество
теплоты q пламени можно выразить правилом
Ньютона:
9 = а'(Тп-Т).
где а' - коэффициент теплоотдачи между пла-
менем и нагреваемым материалом, равный сум-
ме коэффициентов вынужденного конвективно-
го и лучистого теплообменов [ккал/(см2 • с • °C)];
и Т - температуры соответственно потока
газов пламени и поверхности материала, на
которую направлен поток пламени, °C.
Коэффициент а' в процессе Повышения
температуры материала уменьшается, поэтому
выбирать его значения следует из сопоставле-
ния экспериментальных данных и результатов
теоретических расчетов.
Характер распределения теплового пото-
ка пламени по пятну нагрева зависит от угла
наклона пламени, расстояния от сопла до на-
греваемой поверхности и средней скорости
истечения горючей смеси из сопла горелки.
Эффективная тепловая мощность пламени q'
зависит в основном от расхода горючего газа
(рис. 26). Эффективность нагрева (КПД) оце-
нивается отношением эффективной мощности
пламени к полной тепловой мощности qw под-
считываемой по низшей теплотворной способ-
ности горючего:
где Ка - расход ацетилена, л/ч.
На рис. 26, б видно, что с увеличением
расхода горючего, вследствие изменения усло-
вий теплообмена пламени с поверхностью ма-
териала, эффективность нагрева снижается.
Следовательно, производительность процесса
газопламенного нагрева определяет расход
горючего газа [2].
Ацетиленовые генераторы подразделяют:
- по предельному давлению - на генера-
торы низкого давления (до 0,01 МПа), среднего
(до 0,07 МПа) и высокого (0,07 ... 0,15 МПа);
- по применению - на передвижные и
стационарные;
- по способу взаимодействия карбида
кальция с водой - на системы: КВ - карбид в
воду, ВК вода на карбид (с вариантами мок-
рого и сухого процессов), ВВ - вытеснением
воды.
Передвижные ацетиленовые генераторы
предназначены для работы при температурах
окружающего воздуха от -28 до 40 °C; стацио-
нарные - от 5 до 35 °C. Технические данные
ацетиленовых генераторов, установок и стан-
ций приведены в табл. 94 и 95.
208
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
/ 2 3 4 5 6 7 N*наконечника
ПО 250400 615 1010 1700 2630 Расход Сг Нг,л/ч
0.36 1.311.63 2.0 2.45 2,36 3.5 d сопла, мм
Рис. 26. Эффективная мощность пламени (о) и эффективный КПД пламени (б) при
иагреве иизкоуглеродистых сталей в зависимости от расхода ацетилена
94. Ацетиленовые генераторы и установки
Характеристика Передвижные Стационарные Установки
АНР ГВЗ-0,8 АСМ-1,25 АСК-1-67 ГРК-10-68 УАС- 20Р УАС- 40ГР
Производитель- ность, м’/ч 0.5 0,8 1,25 5 10 20 40
Система взаимодействия карбида кальция с ВОДОЙ ВВ вк-вв ВК КВ
Давление ацетилена рабочее. МПа 0,002 0,05 0,02 0,07 0,004
Давление ацети- лена максималь- ное, МПа 0,004 | 0,007 0,05 0,07 0,15 0,01
Грануляция кар- бида кальция, мм 25 ... 80 15...80 25..80 15 . .80
Загрузка карбида кальция едино- временная, кг 0,5 4,0 2,2 12... 16 25 240
Габаритные размеры, мм 0 230x500 0 285x805 0 295x845 900х1570х х1525 1535х2210х х1460
Масса, т 0,009 0,005 0,016 0,176 0,630
Баллоны. Баллоны предназначены для
хранения и транспортирования газов в сжатом,
сжиженном или растворенном состоянии. Наи-
более распространены баллоны вместимостью
40 л, массой 0,06 т, рассчитанные на избыточ-
ные давления до 20 МПа. В них хранят и тран-
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИ
209
95. Оборудование для производства ацетилена
Производительность по ацетилену Погреб- Потребле- Потребле- ние элек- троэнер- гии. кВтч Рабочее Габаритные размеры, м
Оборудование Растворен- ного, балло- нов в смену Газооб- разного, м’/ч карбида, т/год ние воды, давление, МПа
Генератор ацетиленовый передвижной малогабарит- ный «Малыш» 0,5 1 кг’ Разовая до 10 0,02. ..0,15 0,72x0,38x0,38
Генератор ацетиленовый АСП-10 1,5 3,2 кг' Разовая до 30 Ъ,01. ..0,15 0,1x0,5x1
Генератор ацетиленовый передвижной БАКС-1 1,5 3,0 кг’ Разовая до 30 0,02. ..0,15 0,85x0,4x0,5
Установка УАС-5М 5,0 22 кг’ 250 0.02. .. 0.07 1,57x1,525x0,9 (генератор)
| АС-10Г - 10 210 500 40.. .60 0,05 15x12x4,5
Б АС-ЮР 16 - 210 500 40 .60 36x12x4,5
3 АС-1 ОГР 16 10 210 500 40.. .60 До 0,15 3,6x12x4,5
I АС-20Г - 20 420 1000 40 60 0,07 24x12x7,2
I АС-20Р 32 - 420 1000 40.. .60 - 42x12x4,5
* Единовременная загрузка.
Примечание. Выпускается ЗАО «МИДАСОТ-Т» (Москва)
спортируют газообразный кислород под давле-
нием 15 МПа, а также ацетилен в растворенном
состоянии Кроме баллонов из цельнотянутых
бесшовных труб, применяют стальные баллоны
типа БАС-1-58. Внутри ацетиленового баллона
находится пористая масса с ацетоном, которая
представляет собой зернистый активированный
древесный уголь с размером зерен 1,0 ... 3,5 мм.
На 1 л вместимости баллона вводят 290 ... 320 г
активированного угля и 250 300 г ацетона,
который пропитывает пористую массу и при
наполнении баллона ацетиленом хорошо его
растворяет.
Баллоны для сжимаемых горючих газов -
заменителей ацетилена изготовляют малой
вместимости (до 12 л) и средней (20 ... 55 л) с
предельным давлением до 20 МПа, а для сжи-
женных газов - вместимостью до 80 л. Балло-
ны рассчитаны на давление до 1,6 МПа и могут
применяться при температурах -40 ... +50 °C
При наполнении водородом баллоны окраши-
вают в темно-зеленый цвет и делают надпись
красного цвета «Водород», при наполнении
нефтяным газом - в серый цвет с надписью
красного цвета «Нефтегаз», а при наполнении
другими горючими газами - в красный цвет с
надписью белого цвета наименования газа. Па-
раметры баллонов приведены в табл. 96 и 97.
96. Баллоны для хранения сжиженного газа
Объем, л Диаметр, мм Высота, мм Масса, кг
5 222 295 4,0
12 222 485 6,0
12 256 420 6,0
27 299 590 14,5
50 299 980 22,0
210
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
97. Баллоны малого н среднего объема для газа на давление до 20 МПа
Объем, л Диаметр, мм Длина корпуса, мм Масса, кг
Из углероди- стой стали Из легирован- ной стали Из углероди- стой стали Из легирован- ной стали
0,4 70 170 165 0,8 0.6
0,7 70 260 255 1,2 0,9
1,0 89 250 240 1,8 1,2
1,3 89 305 295 2,2 1,5
2,0 89 440 425 3,1 2,1
2,0 108 330 320 3,7 2,5
3,0 108 460 445 5,0 3,4
3,0 140 325 310 6,0 4.1
4,0 140 400 385 7,3 5,0
5,0 140 475 460 8,5 5,8
6,0 140 555 535 9,8 6,7
7,0 140 630 610 П,1 7,6
8.0 140 710 680 12,4 8,5
10,0 140 865 830 15.0 10,2
12,0 140 1020 975 17,6 11,9
20,0 219 740 730 32,3 28,5
25,0 219 900 890 38,7 34,0
32,0 219 1120 1105 47,7 42,0
40,0 219 1370 1350 58,5 51,5
50,0 219 1685 1660 71’3 । 62,5
Средства взрывозащиты (предохрани-
тельные затворы) предназначены для защиты
ацетиленовых генераторов и трубопроводов от
проникновения в них взрывной волны при об-
ратном ударе, а также от попадания кислорода
или воздуха.
Для газов - заменителей ацетилена ис-
пользуют затворы, предназначенные для аце-
тилена, или универсальные (табл. 98).
Редукторы предназначены для пониже-
ния давления газа, поступающего из баллона
или распределительного трубопровода, до ра-
бочего давления, под которым газ поступает в
горелку, и для автоматического поддержания
давления на заданном уровне. Все типы редук-
торов разделяют
в зависимости от назначения: Б - бал-
лонные, Р - рамповые, С - сетевые;
по видам газа: А - ацетиленовые, К — ки-
слородные, М - метановые, П - пропан-бута-
новые;
по схеме регулирования: О - одноступен-
чатые (однокамерные) с механической уста-
новкой давления, Д - двухступенчатые (двух-
камерные) с механической установкой давле-
ния, У - одноступенчатые (однокамерные)
с пневматической установкой давления от
специальных управляющих (пусковых) редук-
торов;
по принципу действия - прямого и обрат-
ного.
Наибольшее применение получили редук-
торы обратного действия как более надежные в
работе. Регулирующая коммуникационная
аппаратура приведена в табл. 99-101 Для
сжиженных газов применяют редукторы трех
типов и регуляторы расхода газа (табл. 102).
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИ
211
98. Средства взрывозащиты
Изделие Тип газа Максимальная пропуская способность, м’/ч Наибольшее рабочее давле- ние, МПа Габаритные размеры, мм Масса, кг
Затвор универсальный среднего давления ЗСУ-1 5 0,03 ... 0,15 0180x195 2,1
Огнепреградитель ЭВМ-2 (манометрового типа) Ацетилен 2,5 028x83 0,25
Огнепреградитель ЗВП-1 (вентильного типа) высокого давления 3 2,5 0 56x145 1,13
Огнепреградитель сетевой ЗСО-1 60 2,5 0114x440 17,2
Обратный клапан ОКИ Кислород 35 1,25 Длина 0,16
Ацетилен 3 0,15 не более 95
Предохранительный Пропан 5 0,3 Длина 0,11
затвор ПЭ Водород 10 1,25 не более 72
Примечание. Выпускается ЗАО «МИДАСОТ-Т» (Москва)
99. Редукторы баллонные одноступенчатые
Изделие Тип газа Пропускная способность, м’/ч, не более Рабочее давление, МПа, не более Габаритные размеры, мм Масса,
БКО-50М Кислород 50 1,25 170x150x130 1,2
БКО-50-4(01) Кислород 25 0,8 160x160x160 2,0
БКО-25М Кислород 25 0,8 170x150x100 1,2
БКО-5-4 Кислород 5 0,35 170x170x153 1,75
БАО-5-4 Ацетилен 5 0,15 260x145x147 1,60
БАО-5М Ацетилен 5 0,15, 220x140x130 1,45
БАО-1-4 Ацетилен 1 0,08 260x170x155 1,98
БПО-5-4 Пропан 5 0,3 175x145x155 1,23
БПО-5М Пропан 5 0,3 170x160x130 1,0
БПО-1-4 Пропан 1 0,1 170x170x155 1,6
БВО-80-4 Водород 80 1,25 175x145x147 2,0
МД-5 Метан 5 0,3 170x145x255 2,05
РВ-90 Воздух 155 9,0 145x165x170 2,0
РК-70 Кислород, 100 7,0 145x165x170 2,0
воздух
100. Редукторы сетевые одноступенчатые
Изделие Тип газа Пропускная способность, м’/ч, не более Рабочее давление, МПа, не более Габаритные размеры, мм Масса,
СКО-Ю-2 Кислород 10 0,5 140x140x150 1,5
САО-Ю-2 Ацетилен 10 0,1 140x140x150 1,5
СПО-6-2 Пропан 6 0,15 140x140x150 1,5
СМО-35-2 Метан 35 0,15 140x140x150 1,5
212
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
101. Редукторы рамповые
Изделие Тип газа Пропускная способность, м3/ч, не более Рабочее давление, МПа, не более Габаритные размеры, мм Масса,
РКЗ-500-2 Кислород 500 1,6 285x230x225 10
РКЗ-250-2 Кислород 250 1,6 285x230x225 10
РАО-30-1 Ацетилен 30 0.1 305x285 x 205 6.5
РПО-25-1 Пропан 25 0,3 305x285 x 205 6,5
102. Регуляторы расхода газа
Изделие Тип газа Пропускная способность, м’/ч, не более Рабочее давление, МПа, не более Габаритные размеры, мм Масса,
РДСГ-1-1,2 (бытовой) Пропан 1,2 0,007.. .0,16 160x60x96 0,33
РДСГ-2-1,2 Пропан 1,2 0,007 .. .. 0,16 140x105x51 0,28
У-30-2 СО2 1,8 10,0 190x165x160 1,68
У-ЗОП-2 СО2 1,8 10,0 190x260x160 2,5
АР-10-2 Аргон 0,6 20,0
АР-40-2 Аргон 2,4 20,0
АР-150-2 Аргон 9,0 20,0
В-50-2 Водород 3,0 20,0 190x165x160 1,8
Г-70-2 Гелий 4,2 20,0
А-30-2 Азот 1,8 20,0
А-90-2 Азот 5,4 20,0
Рампы предназначены для перепуска при
централизованной подаче газов к рабочим по-
стам газопламенной пайки; они представляют
собой батареи баллонов с кислородом и горю-
чим газом, соединенных в общую емкость для
каждого газа в отдельности. Рампы устанавли-
вают в отдельном несгораемом помещении и
оснащают средствами техники безопасности.
Наименование постов газоразборных и рамп
приведено в табл. 103.
Посты и рампы, обслуживающие техно-
логическое оборудование для пайки, при пода-
че среды из смеси газов рекомендуется осна-
щать универсальными смесителями, табл. 104.
Смесители предназначены для смешения раз-
личных газов с целью получения определенно-
го состава и поддержания его постоянным на
заданном уровне.
Шланги (гибкие резинотканевые рукава)
предназначены для присоединения горелок к
баллонам, генераторам или газопроводам и обес-
печивают возможность перемещения паяльщика
и аппаратуры в пределах длины шланга. В зави-
симости от условий работы и назначения рукава
подразделяют на три основных типа: для подачи
ацетилена и городского газа на рабочее давле-
ние не более 0,6 МПа; для подачи жидкого топ-
лива на давление не более 0,6 МПа; для подачи
кислорода на давление не более 0,5 МПа.
Шланги с внутренним диаметром 6 мм
выпускают по ГОСТ 9356-75, с большими диа-
метрами - по ГОСТ 18698-79, тип Б. Шланги
типа Б можно использовать для кислорода,
подаваемого под давлением до 1,5 МПа, если
они испытаны на гидравлическое давление в
1,9 МПа.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИ
213
103. Посты газоразборные. Рампы
Изделие Тип газа Пропускная способность, м/’ч, не более Давление газа, МПа Габаритные размеры, мм Масса,
на входе на выходе
! S ПГК-50-86 Кислород 50 0,38 15 0,1 1,2 260x190x190 3.8
ПГК-10-86 Кислород 10 0,23 ... 1,6 0,01 ... 0,5 280x190x190 3,7
i ПГУ-5 Ацетилен, 5 0,03 ... 0,15 385x168x144 3,7
8 пропан
ПГ-3,2 Ацетилен 3,2 0,03 ... 0,15 150x186x410 4,5
С ПГА-3,2-70 Ацетилен 3,2 0,07 282x185x800 14,2
Рампа РАР (12 баллон.) Ацетилен 15 2,5 0,02... 0,1 4500x430x2200 80,0
Рампа РКР (10 баллон.) Кислород 250 15,0 0,3 ... 1,6 1300x750x1650 130
Рампа РПР (5 баллон.) Пропан 25 2,5 0,02... 0,3 2000x500x1600 54,0
104. Смесители газов универсальные
Изделие Состав смеси, % (объемы.) Габаритные размеры, мм Масса, кг
УКП-1-71 Углекислый газ - 70 Кислород - 30 165x84x160 1,65
УГС-1 Аргон - 75 Углекислый газ - 25 150x100x145 1,5
Углекислый газ - 70 Кислород - 30
Любые смеси
УСГ-1 (многопостовой) Аргон - 70 Углекислый газ - 25 Кислород - 5 940x330x400 36
Горелки подразделяют: по способу под-
вода горючего - инжекторные и безынжектор-
ные, по расходу горючего газа - микромощные
(10 ... 60 дм3/ч), средней мощности (50 ...
2800 дм3/ч), большой мощности (2800 ...
7000 дм3/ч); по назначению - универсальные и
специализированные; однопламенные и много-
пламенные; по способу применения - ручные и
для механизированных работ
Горелки предназначены для ручной
сварки, пайки и нагрева металлов с применени-
ем ацетилено-кислородного или пропано-
кислородного пламени. При работе горелок
Г2, ГЗ используют различные горючие газы:
ацетилен, пропан, и отличаются высокой со-
противляемостью обратному удару пламени,
табл. 105, рис. 27.
Горелка (рис. 27) состоит из ствола А и
наконечника Б, соединенных между собой на-
кидной гайкой /. Ствол имеет два присоедини-
тельных штуцера 2 (для кислорода или воздуха
и горючего) и два запорно-регулирующих вен-
тиля 3, при помощи которых регулируют со-
став и мощность пламени Ствол А служит
рукояткой, а наконечник Б представляет собой
ее сменный узел. Ствол состоит из смеситель-
ной камеры 4, инжекторного сопла 5, трубки б
для горючей смеси и мундштука 7.
214
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
105. Горелки
Изделие Толщина свари- ваемой стали, мм Рабочее давление, МПа Габаритные размеры, мм Масса, кг
Кислород Ацетилен Пропан
«Малютка» 0,2. 4,0 0,2 ... 0,4 0,003 .. .. 0,12 420x140x50 0,45
«Звездочка» (Г2-О5-5) 0,5. .4,0 0,18 .0.5 0.003 . .0,12 525x130x48 1,0
Г2-05 0,2.. • 9,0 0,18... 0,25 0,003 . .0,07 - 525x130x48 1,0
Г2-06 0,2.. .9,0 0,25 0,003 .. .. 0,01 0,02 532x150x55 0,6
ГЗ-05 0,5 . .30 0,18 ...0,25 0,003 . .0,01 600x60x190 1,25
«Хорс»-Г3 0,5. ..30 0.05 .0.4 0,003 .. 0,12 502x153x65 0,875
«Звезда» (ГЗ-05-5) 0,5. .9,0 0,18... 0,25 0,003 .. .0,12 Длина 425 0,45
ГЗУ-З-02 0.5. . 7.0 0,2. 0,3 - Не менее 0,001 456x56x160 1,1
«НОРД» 0,5.. 4,0 0,1 ... 0,4 0,02.. .0,01 0,02... 0,1 505x123x56 0,72
Примечание. Выпускается ЗАО«МИДАСОТ-Т» (Москва)
Рис. 27. Горелка ГЗУ-З-02. средней мощности
Горелкн наплавочные предназначены для газопорошковой (горелка ГН) и металличе- ской (горелка ГЗУ-4) наплавки изношенных поверхностей деталей машин и механизмов, рельсов, направляющих и пр., выполненных из сталей или чугуна, табл. 106. С помощью этих горелок можно выполнять процесс пайки при использовании порошковых самофлюсующих- ся припоев и газообразных флюсов. Аналогичный перечень (см. табл. 105 и 106) производимого газосварочного оборудо- вания, горелок и комплектующих предлагав! ООО «Фирма «РО-Ар» (Москва). Для производства паяных изделий сред- них размеров целесообразно применять инжек- торные универсальные ацетилено-кислородные горелки «Малютка», «Звездочка» и «Звезда», работающие на ацетилене низкого и среднего давления. В случае использования смеси про- пан-бутана с кислородом применяют горелки ГЗУ-З-02 (рис. 27).
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИ
215
106. Горелки наплавочные
Наименование изделия Количество наплавляемого порошка, кг/ч Давление газов, МПа Масса, кг
J Кислород ] Ацетилен ] Пропан
ГН-2 2,0 0,2 ... 0,35 0,01 - 1,0
ГН-2П 2,0 0,2 ... 0,3 - 0,02 1,4
ГН-5П 5,0 0,3 ...0,4 - 0,02 1,35
ГЗУ-4 - 0,2 ... 0,4 - 0,02 1,5
Примечание. Выпускается ЗАО «МИДАСОТ-Т» (Москва).
107. Расход заменителей ацетилена для наконечников НЗП
Номер наконечнике Газ, л/ч Пропан-бутановая
Природный Коксовый Городской
0 40.. . 120 75 .. .230 50. 150 20. .. 50
1 120. 280 230. .. 520 150.. .340 50.. . 120
2 210. .. 530 500. „990 340.. . 630 115 . .. 230
3 500. .. 810 930.. . 1550 600.. .. 980 215. .. 350
4 800.. . 1300 1540 . .. 2450 980.. . 1560 350. .. 550
5 1100. 1870 2080. .. 3460 1350. .. 2220 474. .. 800
6 1170 . .. 2900 3200. .. 5380 2120. .. 3520 730.. . 1200
Примечание. Давление горючего газа не менее 0,05 МПа.
При пайке крупногабаритных изделий ис-
пользуют сетчатые мундштуки, которые обра-
зуют мягкое пламя, что обеспечивает более рав-
номерный прогрев и увеличивает эффективную
мощность пламени за счет более близкого рас-
положения к нагреваемой поверхности.
Для работы на газах - заменителях ацети-
лена с кислородом используют ствол горелки
ГС-53, к которому присоединяют специальные
наконечники НЗП. Размеры отверстий в мунд-
штуках, инжекторах и смесительных камерах
наконечников НЗП выполнены таким образом,
чтобы обеспечить для каждого его номера эф-
фективную мощность пламени, эквивалентную
тому же номеру наконечника, работающего на
ацетилене (табл. 107).
Другие инжекторные пропано-бутано-
кислородные горелки типов ГЗМ и ГЗУ приме-
няют при пайке как заменители ацетилено-
кислородных горелок. Они могут работать так-
же на метане, природном и городском газах
среднего и низкого давления. В зависимости от
номера наконечника (0-3) давление кислорода
в горелке ГЗМ-62 изменяется от 0,05 до
0,4 МПа, а его расход - от 50 до 840 л/ч; расход
пропана - от 15 до 240 л/ч при давлении не ме-
нее 0,01 МПа. Горелка ГЗУ-З-02 работает как с
односопловым, так и с сетчатым мундштуком.
При давлении кислорода 0,02 ... 0,05 МПа
(в зависимости от номера наконечника) его
расход составляет 105 ... 5800 л/ч, а пропана -
70... 1700 л/ч
Разработана пропано-воздушная горелка
ГВП-2 с инжекцией воздуха из атмосферы
(рис. 28). Горелка комплектуется тремя нако-
нечниками с расходом пропана 60 ... 300 л/ч
при давлении 0,05 ... 0,15 МПа; максимальная
температура пламени 1600 °C
Рис. 28. Пропано-воздушная горелка ГВП-2
216
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
Безынжекторную горелку микромощно-
сти ГС-1 применяют для низко- и высокотем-
пературной пайки изделий из различных мате-
риалов небольших толщин. Она укомплектова-
на двумя сменными наконечниками № 00 и
№ 0 и работает на ацетилене среднего давления
(может работать на водороде, пропано-бутано-
вой смеси и природном газе). Присоединяют
горелки к газопроводам шлангами с внутрен-
ним диаметром 4 мм.
Наряду с рассмотренными горелками для
газопламенной пайки применяют и горелки
типа СУ, которые используют с одноплемен-
ными и многопламенными мундштуками. Пре-
имущество таких горелок в том, что они могут
быть использованы при работе с ацетиленом,
природным, нефтяным и другими газами-
заменителями ацетилена. Горелки комплекту-
ют специальными наконечниками, в которых, в
отличие от наконечников, используемых при
работе с ацетиленом, несколько большие раз-
меры отверстий в мундштуках, инжекторах и
смесительных камерах.
Цилиндрические изделия паяют с приме-
нением головки многопламенной горелки
МГ-120, которая состоит из ствола, смеситель-
ной камеры с надставкой и головки из двух
половин, охлаждаемых водой. В случае пайки
изделий прямоугольного сечения применяют
многопламенную горелку МГ-ДС, головка
которой состоит из верхнего и нижнего нако-
нечников, шарнирно соединенных с газорас-
пределительной камерой (табл. 108)
При изготовлении изделий круглого и
трубчатого сечений, пайки труб с наружным
диаметром 30 . 170 мм и толщиной стенок
3 ... 14 мм, стержней диаметром 30 . 120 мм
используют кольцевые многопламенные горелки
серии КГ с расходом ацетилена 0,75 15,0 м3/ч.
При газопламенной пайке целесообразно при-
менение газообразных флюсов, которые пода-
ются в горелки из флюсопитателя. Пары флюса
поступают в пламя горелки, например, от уста-
новки ФГФ-1-56, укомплектованной флюсопи-
тателем и осушителем газа; носителем флюса
является ацетилен или природный газ, пропан
и т.п., табл. 109.
108. Многопламенные горелки для пайки
Характеристика МГ-120 МГ-ДС
Расход ацетилена, л/ч 8400 8000
Оптимальное давление ацетилена, МПа 0,15 0,15
Рабочее давление кислорода, МПа 0,6 0,5 ... 0,6
Общее число сопл 44 74
Размеры паяемых изделий, мм:
диаметр До 120 -
сечение - (20... 50)х140
Размеры горелки со стволом, мм 935x220 925x230
Масса горелки со стволом, кг 7,2 8,0
109. Технические характеристики
флюсопитателя ФГФ-1-56
Вместимость резервуара, л
рабочего
запасного.
Давление, МПа
ацетилена.
кислорода.
Пропускная способность наконечника
горелкн № 0-7, л/ч .
Расход флюса на 1 м’ ацетилена, i
Габаритные размеры, мм ..
Масса без флюса, кг
0,005
0,35 0,4
50 2500
70
410x260
14
Устройства для пайки с жидким горю-
чим представляют собой горелки и паяльные
лампы, работающие с использованием керосина,
бензина в смеси с кислородом или воздухом.
Такие устройства работают по принципу распы-
ления газом жидкого горючего с его последую-
щим испарением и сгоранием на выходе. Керо-
сино-кислородная горелка ГКР-1-67 (табл. ПО)
комплектуется тремя однопламенными и двумя
сетчатыми мундштуками, обеспечивающими
диапазон регулирования мощности пламени по
расходу горючего 0,3 ... 3,4 кг/ч.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИ
217
ПО. Кероснно-кнслородная горелка ГКР-1-67
Характеристика Номер мундштука
1 2 3 4
Давление, МПа: керосина кислорода 1,5 ... 3,0 2,0... 4,0 1,5 ... 3,0 3,0... 5,0 1,5 ... 3,0 3,0... 5,0 1,5 ... 3,0 4,0 ... 5,0
Расход: керосина, кг/ч кислорода, м3/ч Толщина паяемых элементов, мм 0,3 .0,6 0,5 ... 1,0 1,0... 3,0 0,5 ... 1,1 0,8... 1,6 3,0 ... 5,0 0,7 .. 1,5 1.1 ... 2.3 5,0... 8,0 1,2 ... 2,3 1,7 ... 3,2 Св. 8,0
Примечание. Габаритные размеры горелок 550х 150x60 мм, масса 0,95 кг.
111. Бензино-воздушная горелка
Характеристика Горелка с диаметром сопла, мм Паяльник с наконечником массой, г
20 30 30 40 90 240
Давление воздуха, МПа Расход: воздуха, л/ч бензина, г/ч 0,01 0,1 130... 1800 20... 400 0,01 ... 0,15 140 ...2700 20 ... 520 0,01 ... 0,02 130 ...270 20... 40 0,01 ...0,02 130 ...270 20... 40 0,01 ... 0,05 130... 1260 20... 220 0,01 .0,05 130 .2260 20...220
При пайке изделий из материалов,
имеющих сравнительно низкую температуру
плавления, например алюминия, а также для
низкотемпературной пайки применяют бензи-
но-воздушные горелки. В табл. 111 приведены
некоторые технические данные горелки, кото-
рая может работать и как паяльник с газовым
обогревом Горелка укомплектована двумя
сварочными наконечниками и четырьмя паяль-
ными наконечниками.
Наряду с горелками для жидких горючих
в производстве паяных изделий малой массы, а
также в условиях монтажа подземных комму-
никаций кабельных силовых линий и линий
связи используют паяльные лампы.
Безбаллоиные аппараты. Для пайки из-
делий целесообразно применять разработанные
в последние годы устройства, работа которых
основана на электролизе дистиллированной
воды под действием электрического тока. Об-
разуемая смесь водорода с кислородом посту-
пает по шлангу в горелку. Горелка использует-
ся стандартная сварочная, ацетилено-кислород-
ная. При пайке и сварке стали для получения
качественных швов к водородно-кислородной
смеси добавляют бензин или пропан-бутан.
Расход этих добавок мал, так как они нужны
только для связывания кислорода, попадающе-
го в пламя из воздуха, визуального обозначе-
ния пламени и не являются теплоносителями.
Характеристики в табл. 112.
Аппараты универсальны, что позволяв!
паять, сваривать, резать, плавить и термообра-
батывать большинство металлов, а также
кварц, стекло и керамику. Применимы повсе-
местно, где имеется электроэнергия, высокая
автономность работ по пайке при ремонте ав-
томашин, холодильников, строительной, сель-
скохозяйственной и бытовой техники, при га-
зопламенной пайке и наплавке инструмента,
резко удешевляют паяльные и сварочные рабо-
ты. Для работы, на которую обычно расходуют
по баллону ацетилена и кислорода, аппаратуре
нужно около 65 кВт • ч электроэнергии, 12 л
дистиллированной воды и 1,5 кг пропан-бутана
или бензина, что во много раз дешевле заправ-
ки баллонов. Кроме того, отпадают расходы на
транспортировку, безопасное хранение и соз-
дание обменного фонда баллонов.
218
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
112. Характеристики аппаратов «Москва» (НПП «Газосварочные аппараты», Москва)
Характеристика «Москва-2,2» «Москва-3» «Москва-5» СП-5Д «Москва-10» «Москва-20»
Производитель- ность по газовой смеси, л/ч, не 820’ 1150* 1700* 1600* 3000* 6000*
менее
Мощность, кВт, не более 2,2 3,1 5 5 10 20
Давление газовой смеси, МПа 0,5 0,5
Электропитание 220 В, 50 Гц, однофазное 380 В, 50 Гц, трехфазное
Масса, кг, не более 38 40 75 65 75 98 (генератор)
Габариты, мм 340х450х 270х560х 360x835 х ЗбОхббОх 360x765х 360х1290х
х520 х520 хб70 х780 х670 х830
* Для сварки стали нужно не менее 270 300 л/ч на 1 мм толщины.
Установки взрывобезопасны, сертифици-
рованы Госстандартом и Госкомсанэпидем-
службой РФ. Хранить их можно в любых по-
мещениях, так как в неработающих аппаратах
газа нет. Требования Госгортехнадзора к сосу-
дам под давлением на них не распространяют-
ся. Установки экологичны, не имеют отходов
(ни жидких, ни твердых); водородно-кислород-
ное пламя создает только водяные пары.
Аппарат «Москва-3» - переносной, ис-
пользуется для ремонтных работ; питание от
бытовой розетки 220 В; позволяет выполнять
любые паяльные и сварочные работы при ре-
монте. При потреблении 6,5 А (1,5 кВт) можно
паять, сваривать и резать сталь, латунь и алю-
миниевые сплавы толщиной 2 мм. При 10 А
(2,2 кВт) те же работы выполнимы при толщи-
не материала 3 мм. При потреблении 15 А
(3,3 кВт) можно сваривать и паять сталь, ла-
тунь и алюминиевые сплавы толщиной до 4 мм
включительно. Мелкие работы можно выпол-
нять микрофакелом диаметром менее 1 мм. Тех-
нологические возможности этого аппарата -
рекордные для полутора- и двухкиловаттных
аппаратов, так как на каждый ампер тока он
дает в 1,5-2 раза больше газа, чем аппаратура
других фирм.
Аппарат «Москва-10» - передвижной,
универсальный (для промышленности и строи-
тельства). Может работать при температурах
ниже 0 °C; масса не больше кислородного бал-
лона. Позволяет сваривать и паять сталь, алю-
миний, латунь и медь толщиной до 5 мм и бо-
лее, резать эти металлы толщиной до 5 мм,
паять - заваривать дефекты чугунного и цвет-
ного литья, выполнять стеклодувные работы,
включая обработку кварцевых заготовок боль-
шого сечения, а также специальные работы
высокотемпературным мощным пламенем.
Пригоден для работы небольшим пламенем, в
том числе микрофакелом диаметром менее
1 мм. Позволяет обходиться без пропана при
газовой резке и сварке в колодцах и тоннелях.
Основные области применения: сварка, пайка
груб при строительстве и ремонте, ремонт ав-
томашин, сельскохозяйственной и бытовой
техники, газопламенная пайка, наплавка, за-
варка дефектов литья, ювелирные работы, руч-
ная и автоматическая запайка стеклянных ам-
пул, работы со стеклом и кварцем.
Аппарат «Москва-20» - стационарный,
для газопитания группы постов пайки, участков
сварки и кислородной резки. Основное назначе-
ние - создание водородно-кислородного подо-
гревающего пламени при машинной газоки-
слородной резке стали.
Аналогичные электролизные сварочные
установки производит ЗАО «ЛИГА» (С.-Петер-
бург).
Механизированные устройства газо-
пламенной пайки представляют собой блоки
горелок, установленные стационарно в поло-
жение наиболее эффективного использования
мощности пламени, а изделия вводятся в зону
ПАЯЛЬНИКИ
219
а) б) в) г)
Рис. 29. Схемы транспортирования изделий
в зону пайки
нагрева на заданное время либо перемещаются
через зону с определенной скоростью специ-
альными транспортирующими средствами.
Автоматизация процесса нагрева при газопла-
менной пайке с перемещением изделий транс-
портирующими устройствами может быть вы-
полнена в различных конструктивных испол-
нениях. На рис. 29 приведены схемы транспор-
тирования изделий в зону пайки на установках
челночного типа (а), конвейерных (б), роторно-
го типа (в) и четырехтактного действия (г).
В практике нашли применение паяльные
машины, например, роторного типа ФГП-1-57,
в комплект которой входят кольцевой конвей-
ер, горелки и газовый пульт. Привод механиз-
ма вращения осуществляется электродвигате-
лем, скорость перемещения 0,1 ... 1,1 м/мин.
Нагрев производится многосопловыми линей-
ными горелками инжекторного типа с венти-
лями, вынесенными на щит управления.
ПАЯЛЬНИКИ
Наибольшее применение в промышлен-
ности и в быту получили электрические паяль-
ники, которые в зависимости от материалоем-
кости паяемых изделий имеют различные раз-
меры. Рабочая часть паяльника представляет
собой стержень из меди, медных сплавов и
других материалов. Электронагреватель распо-
ложен с внешней стороны стержня или внутри,
изготовлен из материала с большим электросо-
противлением; подачу теплоты в рабочую часть
стержня (жала) регулируют изменением входно-
го напряжения Эффективность электропаяль-
ника зависит от теплоемкости стержня и скоро-
сти восстановления (подъема) температуры.
Тепловые процессы при пайке паяль-
ником. По мощности паяльники разделяют на
маломощные (6 ... 30 Вт), средней мощности
(30 ... 100 Вт) и мощные (более 100 Вт). Зна-
чения мощности, теплоемкости и рабочей на-
грузки выбирают так, чтобы максимальная
температура или большая теплоемкость увели-
чивали время восстановления рабочей темпе-
ратуры, а малая теплоемкость при более низ-
кой температуре позволяла уменьшить это
время. В результате для каждого конкретного
случая необходимо учитывать все характери-
стики и находить оптимальное их сочетание
Например, пользуясь приведенными на рис. 30
кривыми, можно выбирать паяльники для раз-
личного рода паяльных работ в производстве
печатных плат [2].
При работе с электропаяльником необхо-
димо учитывать характер изменения темпера-
туры жала стержня, зависящий от его геомет-
рических размеров (рис. 31). Если заданная
температура жала электропаяльника Тж, то
средняя температура всего стержня
Гст = TKchml,
где m = ±/ - длина стержня; S - пери-
метр поперечного сечения стержня; F - пло-
щадь поперечного сечения стержня; X - коэф-
фициент теплопроводности материала стерж-
ня; а - коэффициент теплоотдачи с поверхно-
сти стержня; с - эмпирический коэффициент;
h - высота жала (зона лужения).
Рис. 30. Зависимость температуры
жала паяльника от напряжения
при заданной мощности
Рис. 31. Форма заточки жала наиболее
распространенных паяльных стержней
220
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
Связь между температурами стержня и
нагревателя:
где 8 - толщина слоя электроизоляции; f -
площадь электроизоляции; X - теплопровод-
ность материала электроизоляции; Qt - коли-
чество теплоты, передаваемое неизолирован-
ной части стержня:
Q, = XmFT^.
Зная количество теплоты, которое должен
выделить нагреватель в единицу времени, оп-
ределяют его мощность Р = Q /0,86. Далее вы-
числяют силу тока и сопротивление проводни-
ка нагревателя
По режиму нагрева паяльники разделяют
на непрерывного и периодического нагрева
Паяльники непрерывного нагрева рассчитаны
на длительную работу во включенном состоя-
нии. Время их разогрева относительно велико,
однако при рабочей температуре жала процесс
пайки протекает очень быстро. Такие паяльники
имеют стержень относительно большой массы,
что позволяет аккумулировать в нем значитель-
ное количество теплоты (4000 ... 8000 Дж). При
пайке температура стержня незначительно
понижается и за счет аккумулированной тепло-
ты быстро восстанавливается (3 . 5 с). Паяль-
ники периодического нагрева подразделяют на
паяльники форсированного и импульсного
режима нагрева. У низковольтных паяльников
импульсного типа паяльный стержень заменен
тонкой нихромовой проволокой, время разо-
грева которой практически мгновенное
При форсированном режиме разогрев па-
яльного стержня осуществляется при повы-
шенной мощности, а пайка протекает при по-
даче на паяльный стержень половинной мощ-
ности, что вполне достаточно для поддержания
необходимой температуры пайки. В наиболее
распространенной конструкции в цепь нагрева-
теля включается диод, который уменьшает
мощность в 2 раза.
В соответствии с ГОСТ 7219-83 электри-
ческие паяльники изготовляют с различным
напряжением питающей сети и мощностью
(табл. 113). Выбор паяльника производят по
номинальной мощности, при этом выбранное
значение мощности округляют до ближайшего
значения унифицированного ряда. В конструк-
ции микропаяльников принят ряд мощностей:
4, 6, 12 и 18 Вт; для печатного монтажа - 25,
30, 35, 40, 50 и 60 Вт, а для пайки объемного
монтажа - 50,60, 75,80, 100 и 120 Вт.
Конструктивное исполнение электропа-
яльников отличается постоянными функцио-
нальными узлами, технические решения кото-
рых различны для пайки печатного монтажа,
массивных узлов, демонтажа с импульсным
отсосом припоя, лужения и припайки штырей
и лепестков, пайки термочувствительных эле-
ментов, микросхем и т.д. (табл. 114)
Для стабилизации температуры жала при-
меняют релейные регуляторы; датчиком служит
термопара. В связи с небольшой массой паяль-
ного стержня целесообразно использовать мик-
113. Электрические паяльники (ГОСТ 7219-83)
Номер паяльника
1 2 3 4 5 6
Напряжение сети, В 220 127 36 24 12 6
Потребляемая мощность, Вт 80 80 150 80 80 80
Сила тока, А 0,36 0,73 6,45 3,3 6.7 13.3
Провод обмотки, мм: диаметр 0,8 0,15 0,7 0,5 0,85 1,4
длина 270 230 200 125 90 60
Сопротивление нагревателя, Ом 610 150 5,76 7,3 1,8 0,45
Диаметр паяльного стержня, мм 5 5 8 5 5 5
Примечания: 1. Материал нагревателя - нихромовая проволока
2. Срок службы нагревателя 200 ч.
3 Температура жала паяльника 280 °C
ПАЯЛЬНИКИ
221
114. Специализированные электри*
Характеристика Паяльники для печатного монтажа Микропаяльники
промыш- ленные унифици- рованные ПЭТ-50 МЭП12-30 МЭП6-4 | МЭП6-6 | МЭП6-18
Напряжение, В 220 24; 36 36 12 6
Мощность, Вт 50... 90 35 50 30 4 6 18
Термический КПД, % 8 ... 12 30 12 25 50 50 25
Диаметр стержня, мм 4... 10 3 ... 8 4; 6 3 .. 12 3 ... 6 3 ... 8 3 ... 10
Рабочая температура, °C 260... 330 280 200... 300 270
Масса, г 270... 340 80 120 235 | 40 1 75 | 125
ротермопары ХА диаметром 0,3 ... 0,8 мм, раз-
работанные Харьковским физико-техническим
институтом АН УССР. Точность регулирова-
ния нагрева на спае термопары +2 °C. Измене-
ние температуры наконечника обусловливает
изменение сопротивления датчика, разбалан-
сировку измерительного моста и появление
сигнала рассогласования, управляющего тири-
сторной схемой регулирования тока в нагрева-
теле паяльника. Схема выполнена на печатной
плате, размещенной в рукоятке паяльника.
Температурный режим задают поворотом ру-
коятки, связанной с осью потенциометра. Для
пайки гибких печатных кабелей, планарных
выводов, а также многослойных печатных плат
применяют специальные паяльники со строго
дозированным температурно-временным режи-
мом (табл. 115).
Паяльники с косвенным нагревом
применяют для пайки сравнительно массивных
изделий; их подразделяют на молотковые и
торцовые. Паяльники представляют собой мас-
сивный медный наконечник, закрепленный на
115. Технические характеристики
импульсного электропаяльника
с блоком питания
Напряжение, В . 220
Мощность, Вт........ 20
Температура жала, °C . 250 . 500
Длительность импульса, с . 1 .1,5
паяльника.. ............ ... 12x136
блока питания 360х350х 190
Масса, кг
паяльника........ 0,06
блока питания ............ 17,0
металлическом стержне с рукояткой на конце
Паяльники нагревают газовым пламенем, па-
яльными лампами или в горнах.
Ультразвуковые паяльники и ванны
Для ультразвукового (УЗ) лужения при бес-
флюсовой пайке алюминия применяют УЗ па-
яльники и УЗ ванны. Технические данные не-
которых УЗ паяльников-установок приведены
в табл. 116.
116. Ультразвуковые паяльники-установки
Технические данные УП-21 УП-42
Мощность, Вт:
генератора 40 30
нагревателя 100 70
Напряжение, В ПО; 127; 220 220
Рабочая частота, кГц Габаритные размеры, мм: 20 23 ... 26
генератора 333x310x250 250x235x180
паяльника 330x170x50 260x150x45
Масса паяльника с генератором, кг 15,0 11,9
Примечание. Установка УП-21 комплектуется ванной размерами 28о xzuu х 162 мм.
222
ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАЙКИ
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ
И РЕГУЛИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА
Заданный тепловой режим процессов
пайки обеспечивают применением системы
первичных датчиков - термопреобразователей,
вторичной аппаратуры - приборов для измере-
ния температуры, а также специальных авто-
матических устройств - источников питания и
регулирования электропечей и установок для
пайки. Приборы термического контроля подраз-
деляют на показывающие, самопишущие и сиг-
нализирующие, которые могут быть применены
в установках и их сочетаниях; по принципу ра-
боты приборы делят на жидкостные, маномет-
рические, термопреобразователи сопротивления,
термоэлектрические преобразователи (термопа-
ры), оптические пирометры и др.
Термометры сопротивления применяют
для измерения температур до 650 °C, материал
чувствительного элемента - платина или медь.
Термометры манометрические приме-
няют для измерения температур газовых и
жидких сред до 550 °C. Их разделяют на пока-
зывающие (ТПГ-180, ТПГ-188, ТПГ-189П)
и самопишущие (ТГС-710М, ТГС-718ПЭ,
ТГС-710П, ТГС-720М), длина погружаемого
участка капилляра 4 ... 40 мм.
Термоэлектрические преобразователи
(термопары) являются датчиками термоЭДС,
значения которой преобразуются в показания
температуры на шкале вторичных приборов.
Технические характеристики некоторых тер-
мопар производства Луцкого приборострои-
тельного завода и АО «Термико» (Москва)
приведены в табл. 117.
Для оснащения опытного паяльного обо-
рудования заказчика НПЦ «НАВИГАТОР»
(Москва) разрабатывает и изготавливает спе-
циальные термопреобразователи.
117. Термоэлектрические преобразователи (термопары)
Тип Предел измерения температур, °C Монтажная длина, мм Конструктивное оформление
ТХА-1-1 -50.. .. 800 До 2000 В сплошном чехле, без крепления 1
ТХА-2-31 -40... 800,1000
ТХА-2-21 -40 ...1000 200,320,400,500,800, Коленчатое без штуцера
ТХК-2-21 -40. .600 1250, 3150 С неподвижным штуцером, резьба М33