МЕТАЛЛ OB
М А Ш ГИ 3
Р. Е. ЕСЕНБЕРЛИН
ПАЙКА
МЕТАЛЛОВ
МАШГИЗ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1959
THORNado
В книге рассматриваются припои, флюсы и газовые
среды, применяемые при пайке. Описаны современные
способы пайки металлов и используемое при этом обо-
рудование. Даны основные сведения о факторах, влияю-
щих на качество паяных соединений, а также указыва-
ется область применения пайки.
Книга рассчитана на широкий круг специалистов —
технологов, мастеров и высококвалифицированных рабо-
чих, занимающихся пайкой металлов.
Редактор канд. техн, наук С, В. Л ашко-Авакян
Редакция литературы по тяжелому машиностроению
Зав. редакцией инж. С. Я. ГОЛОВИН
ВВЕДЕНИЕ
Пайка — технологический процесс получения неразъемных
соединений при помощи специального сплава, называемого при-
поем. Она во многом напоминает сварку плавлением. Однако при
сварке кромки соединяемых деталей нагреваются до плавления,
а при пайке материал, из которого делается деталь (основной
материал), никогда не доводится до плавления. Для осуществле-
ния пайки припой и основной материал нагревают до температу-
ры, при которой первый должен расплавиться, а второй находить-
ся в твердом состоянии.
В этих условиях жидкий припой затекает в зазоры между
соединяемыми деталями и образует с кромками основного ме-
талла новый сплав, который после затвердевания дает паяный
шов. Таким образом, пайку можно производить как при местном
нагреве, так и при нагреве всего изделия.
Пайка металлов известна с древних времен. Еще несколько
тысяч лет тому назад в Египте, Греции, Риме, Китае пайкой изго-
товляли различные предметы домашней утвари и украшения.
Однако, несмотря на многовековую историю, а также практику,
пайка металлов продолжительное время производилась весьма
примитивными средствами: паяльником, паяльной трубкой и т. п.
Поэтому в конце прошлого столетия, когда талантливыми рус-
скими инженерами Н. Н. Бенардосом и Н. Г. Славяновым была
изобретена электросварка, пайка начала уступать место сварке.
И лишь за последние 20—25 лет благодаря трудам советских и
иностранных ученых и исследователей она вновь развивается на
новой технической основе: с применением токов высокой частоты,
вакуумных установок, печей с электронагревом, газовых флюсов,
конвейерной системы, ультразвука и т. д. Наряду с этим совер-
шенствуется и оборудование для ручной пайки, что дает возмож-
ность применять ее во многих случаях и в настоящее время.
3
В последние годы разработаны также новые припои и флюсы,
обеспечивающие пайку современных высококачественных спла-
вов, содержащих хром, титан, алюминий и другие элементы, за-
трудняющие процесс пайки.
В настоящее время появилось много способов пайки, обеспе-
чивающих высококачественное соединение деталей. Наиболее
распространенными из них являются: пайка паяльниками (в том
числе ультразвуковая), газопламенная пайка, пайка в жидких
средах, контактная пайка, пайка в печах, пайка токами высокой
частоты.
В данной книге даны основные сведения о перечисленных ви-
дах пайки, а также описаны припои и флюсы, применяемые для
пайки в нашей стране.
ГЛАВА I
ПРИПОИ
Припоями называются различные сплавы или чистые метал-
лы, при помощи которых в процессе паяния металлические дета-
ли соединяются в одно целое. В качестве припоев могут быть
использованы только те металлы или сплавы, которые отвечают
определенным требованиям, зависящим от условий пайки,
эксплуатации паяного изделия и других факторов. Эти требова-
ния следующие:
1.	Припой должен состоять из компонентов, обладающих
взаимной растворимостью с основным металлом, и хорошо сма-
чивать паяемое изделие.
2.	Припой должен обеспечивать высокую прочность, пластич-
ность и коррозионную стойкость соединения.
Механические свойства шва зависят как от припоя, так и от
основного металла. Поэтому пластичность самого припоя может
быть относительно низкой, но в то же время достаточной для то-
го, чтобы из него можно было получить проволоку или ленту для
введения припоя в место пайки.
3.	Важное значение имеет для пайки интервал между темпера-
турами плавления основного металла и припоя. Температура пла-
вления припоя должна удовлетворять условиям, в которых осу-
ществляется пайка и последующая эксплуатация паяного изде-
лия.
Если температура плавления припоя близка к температуре
плавления основного металла, то процесс пайки затрудняется.
В этом случае при малейшем повышении температуры пайки
происходит прожог изделия. Поэтому интервал между темпе-
ратурой плавления основного металла и температурой пайки
должен быть по крайней мере не менее 50—60°.
Если требуется сохранить свойства материала в исходном
состоянии, то температура плавления припоя должна быть вы-
брана так, чтобы не происходило заметного изменения струк-
туры основного металла (например, при пайке закаленных
стальных изделий).
4.	Припой должен отвечать условиям работы изделия и
обеспечивать выполнение специальных требований, предъявляе-
5
мых к конструкции (жаропрочность, кислотоупорность, элек-
тропроводность, теплопроводность, соответствие цвета паяного
шва цвету основного металла и т. д.).
5.	В состав припоя не должны входить легкоиспаряемые
компоненты в концентрациях, при которых они легко испаря-
ются. Это требование особенно важно для припоев, применяе-
мых при пайке в газовых средах. При других видах пайки
твердый флюс, создавая защитный покров, препятствует испа-
рению таких компонентов, в то время как в газовых средах
этого не происходит. При этом следует иметь в виду, что тем-
пература кипения (испарения) элементов во многих случаях
не зависит от температуры их плавления. Часто компоненты
припоя с более низкой температурой плавления могут кипеть
при более высоких температурах.
Так, например, олово с температурой плавления 232°
кипит при 2300°, тогда как цинк, плавящийся при 419°, кипит
при 950°.
6.	Припой не должен обладать красноломкостью или хлад-
ноломкостью, так как это может привести к растрескиванию
паяного шва в процессе нагревания или охлаждения.
7.	Припой должен быть дешевым и простым в изго-
товлении.
8.	Важное значение имеет близость коэффициентов теплово-
го расширения основного материала и припоя, особенно если
паяное изделие работает в условиях высокой температуры
В этом случае разница в коэффициентах теплового расширения
изделия и шва может привести к появлению трещин при охлаж-
дении изделия после пайки.
Все припои, отвечающие в той или иной степени этим тре-
бованиям, делятся на две основные группы. Критерием при этом
служит температура плавления припоя.
К первой группе относятся припои с низкой температурой
плавления (с температурой плавления не выше 250—350°). Эти
припои принято называть легкоплавкими или мягкими. Они
имеют небольшую прочность и применяются для получения
несиловых герметичных соединений или просто для контакта
двух деталей. Сюда относятся сплавы на основе олова, свинца
и других легкоплавких металлов.
Ко второй группе относятся припои с высокой температурой
плавления (от 400—500 до 1200° и выше). Такие припои назы-
ваются тугоплавкими или твердыми.
Тугоплавкие припои обеспечивают высокую прочность соеди-
нения и поэтому применяются для пайки конструкций, испыты-
вающих значительные нагрузки. В качестве тугоплавких припоев
в настоящее время применяются: медь, латунь, сплавы на
основе меди с -серебром, меднофосфористые сплавы, сплавы
на основе никеля (жаропрочные припои) и множество других
сплавов.
6
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИПОЯ С ПАЯЕМЫМ МЕТАЛЛОМ
Припой и основной металл при пайке образуют новый сплав,
который может состоять из твердого раствора или интерметал-
лида, а иногда из того и другого вместе. Прочность шва при
этом зависит главным образом от физико-химических свойств
припоя и материала изделия, исходного состояния основного ме-
талла, режима пайки и зазора между соединяемыми деталями.
Физико-химические свойства припоя и основного материала
•определяются прежде всего их химическим составом. Наиболее
желательная структура шва обеспечивается, когда припой и
основной металл дают твердый раствор, а не интерметаллид.
Частицы интерметаллида обычно располагаются между кри-
сталлами сохранившегося припоя или твердого раствора, обра-
зовавшегося в шве наряду с интерметаллидом, и снижают его
прочность на разрыв, а также способствуют возникновению в
паяном шве так называемой межкристаллитной коррозии. Объ-
ясняется это тем, что основной металл и интерметаллид, образо-
ванный при пайке, имеют значительную разницу в электродном
потенциале. В случае образования сплава при пайке прочность
шва, как правило, получается выше прочности припоя, но усту-
пает прочности основного металла. Пластичность паяного шва
также изменяется в лучшую сторону: совершенно хрупкий припой
в результате пайки может дать новый сплав, имеющий достаточ-
но высокую пластичность. Но возможны случаи, когда припой и
основной металл образуют новый сплав с низкими механическими
и коррозионными свойствами. Пластичные в отдельности метал-
лы часто могут образовать при определенном их соотношении
весьма хрупкие сплавы.
Химический состав припоя определяет также температуру
плавления припоя, режим пайки, жаропрочность, кислотоупор-
ность, электропроводность шва, одинаковый цвет паяного соеди-
нения с основным металлом (что имеет значение в ряде случаев),
•соответствие коэффициентов теплового расширения припоя и ма-
териала паяемого изделия.
Поскольку химический состав основного металла остается
неизменным, перечисленные качества шва достигаются в резуль-
тате подбора химического состава припоя. При этом для полу-
чения высококачественного шва существенное значение имеют
свойства припоя как в твердом, так и в жидком состоянии.
При образовании паяного соединения одной из важных ха-
рактеристик расплавленного припоя является его поверхностное
натяжение. Чтобы выяснить влияние поверхностного натяжения
на процесс пайки, рассмотрим явления, происходящие на грани-
це между расплавленным припоем и твердым телом. Для этого
выберем два атома в жидком припое 1, находящемся на твердом
теле 2 (фиг. 1): один внутри припоя а и другой на его поверхно-
сти б. Между атомом а и всеми другими атомами жидкого при-
поя, окружающими его, существуют силы взаимного притяже-
7
ния. Под их воздействием атом а находится в равновесном со-
стоянии. Для атома б, находящегося на поверхности, силы
притяжения не уравновешиваются, поэтому их равнодействую-
щая направлена вниз и стремится втянуть атом в глубь жидкого
припоя. Все атомы, находящиеся на поверхности или близко к
поверхности, подвержены действию притяжения, что и является
причиной поверхностного натяжения.
Поверхностное натяжение различных жидкостей, в том числе
и расплавленных припоев, неодинаково. Припои, имеющие боль-
шущ силу поверхностного натяжения,
плохо смачивают основной металл»
Если кусок припоя с большим поверх-
ностным натяжением положить на ме-
таллическую пластинку и нагревать до
плавления, то он в жидком состоянии
свертывается в сферу. Такой припой
не обеспечивает пайку. Припои, имею-
щие небольшую силу поверхностного
натяжения, хорошо смачивают твердое
тело, быстро растекаются по поверх-
Это приводит к увеличению поверх-
ности контакта припоя с основным металлом, через которую
происходит взаимная диффузия. Практически при пайке по-
верхностное натяжение косвенно определяется площадью рас-
текания определенного количества припоя по поверхности паяе-
мого материала. Чем меньше поверхностное натяжение припоя,
а 6
Фиг. 1. Схема действия по-
верхностного натяжения
жидкого припоя, находяще-
гося на твердом металле.
ности паяемого изделия.
Фиг. 2. Примерная оценка растекаемости припоя:
1 и 2 — нет растекания; 3 — растекаемость плохая; 4 — растекаемость удовлетворительная;
5 — растекаемость хорошая; 6 — растекаемость очень хорошая.
тем больше его растекаемость. Схема растекания припоя на
пластине показана на фиг. 2. Степень смачивания припоем
паяемого металла может быть характеризована также краевым
углом 6, образуемым прямой, проведенной от границы между
жидкой и твердой фазами касательно к поверхности жидкого
припоя.
Если капля жидкого припоя, находящаяся на твердом теле,
свертывается в шарик, то касательная к ее поверхности от точки
соприкосновения с твердым телом будет параллельна к поверх-
ности последнего (0=180°), и припой совершенно не смачи-
8
вает паяемый металл. При полном смачивании или растекании
величина краевого угла равна нулю (0 = 0°). Значения 6 от
180 до 0° дают различную степень смачиваемости (табл. 1).
Таблица 1
Величина 9	Взаимодействие жидкости и твердого тела
6=180° 180 >0>9О° 90°>6>70° 0 = 0°	Совершенно не смачивает Не смачивает, но между жидкостью и твердым телом имеет место сцепление Различная степень.смачивания Полное смачивание и растекание
Растекаемость и краевой угол характеризуют пригодность
припоя в первом приближении. Но главным при образовании
паяного шва является процесс взаимной диффузии припоя и
основного металла и характер нового сплава, образовавшегося
при этом.
Хорошее растекание припоя способствует диффузии, увели-
чивая поверхность соприкосновения припоя с основным метал-
лом.
Другим важным свойством припоя является его капилляр-
ность, или капиллярная способность. Она характеризует способ-
ность жидкого припоя затекать в зазоры между соединяемыми
деталями. Капиллярная способность припоя зависит от его по-
верхностного натяжения, удельного веса и величины зазора меж-
ду паяемыми деталями. Для определения капиллярности припоя'
в расплавленный под слоем флюса припой опускаются две пла-
стинки, соединенные между собой под некоторым углом; при
этом в зависимости от зазора (угла между пластинками) при-
пой поднимается на какую-то высоту. Анализы показывают,
что при постоянной температуре и одном и том же припое,
т. е. постоянном поверхностном натяжении и удельном весе при-
поя, высота поднятия припоя в пластинках тем больше, чем’
меньше зазор между ними. Отсюда следует, что припой лучше
затекает в шов, когда величина зазора между паяемыми де-
талями мала. Однако при чрезмерно малых зазорах благодаря
тепловому расширению деталей, происходящему при температу-
рах пайки, возникает сильное взаимное давление их друг на
друга, что может значительно затруднять проникновение при-
поя в шов, и пайка не произойдет. С другой стороны, если за-
зор слишком велик, то вследствие прекращения капиллярного-
действия расплавленный припой может не заполнить шов. Та-
ким образом, для получения высокой прочности при пайке-
9
металлов следует выдерживать зазор между соединяемыми
пайкой деталями в определенных пределах.
Существенное влияние на прочность паяного шва оказывает
исходное состояние материала изделия: термическая обработка,
наклеп и т. д. В закаленных сталях, например, диффузионные
процессы протекают более медленно, чем в оттоженных. Это об-
стоятельство затрудняет пайку закаленных сталей. В сплавах,
находящихся в напряженном состоянии, при пайке иногда
наблюдается образование трещин, распространяющихся с по-
верхности в глубь материала. Эти трещины возникают в резуль-
тате проникновения жидкого припоя по границам зерен паяемого
металла. В материалах, не испытывающих внутреннего напряже-
ния, такого явления не происходит.
Термическая обработка и наклеп, которые приводят к возник-
новению напряжения основного материала, особенно сильно ска-
зываются, если последний значительно отличается от припоя по
коэффициенту теплового расширения или сжатия. Известно, что
закаленные и наклепанные материалы имеют пониженную пла-
стичность, а при пайке таких материалов с пониженной пластич-
ностью возникают условия для образования^ трещин. При осты-
вании деталей после пайки, за счет разницы в коэффициентах
теплового сжатия основного материала и припоя, в паяном шве
могут возникнуть также внутренние напряжения и появятся тре-
щины. Влияние различия в коэффициентах теплового расшире-
ния или сжатия сказывается особенно сильно при охлаждении с
высоких температур, ибо в этом случае разница в номинальных
размерах остывшего припоя и паяного материала имеет более
•ощутимую величину.
Как видно из вышеизложенного, прочность паяного шва зави-
сит от химического состава припоя, материала паяемого изделия,
его исходного состояния, температуры пайки, времени нагрева,
зазора между паяемыми частями и т. д. При правильном выборе
этих факторов пайка во многих случаях может быть более надеж-
ным способом соединения металлов, чем сварка, хотя предел
прочности паяного шва как на растяжение, так и на срез имеет
относительно небольшую величину, даже при твердой пайке, и
значительно уступает прочности сварного шва. Объясняется это
возможностью получения пайкой таких соединений деталей, при
которых поверхность, воспринимающая нагрузку, может быть
значительно больше, чем при сварке.
На фиг. 3 для сравнения приведены два способа соединения
труб: сваркой и пайкой. В первом случае соединение происходит
по кромкам наружной трубы и нагрузку воспринимает валик
(шов) 1. Во втором случае припой затекает в зазоры между тру-
бами и в восприятии нагрузки участвуют не только валики 1 и 2,
но и весь паяный шов. Для того чтобы при испытании разруше-
ние происходило не по паяному соединению, а по целому месту,
необходимо, чтобы поверхность спая была в несколько раз боль-
10
ше площади поперечного сечения детали. Из сказанного следует,
что соединение пайкой целесообразно применять для конструк-
ции, работающей на срез, при возможности обеспечения требуе-
мого перекрытия паяемых деталей. Пайка деталей в стык
не рекомендуется.


/
Фиг. 3. Схема образования шва три сварке (а) и пайке (0;:
1 — наружный валик; 2 — внутренний валик; 3 — припой, затекший в зазор.
\^SiSSSSSSS!^SSSSS& i
ЛЕГКОПЛАВКИЕ ПРИПОИ
В качестве легкоплавких припоев могут служить олово, сви-
нец, цинк, кадмий и ряд других легкоплавких металлов. Однако
одни из них стоят дорого (например, олово), другие имеют отно-
сительно высокую температуру плавления (например, цинк пла-
вится при 419°), а третьи не всегда обеспечивают требуемое каче-
ство паяного шва. Поэтому обычно для пайки используются не
чистые металлы, а их сплавы. Наиболее широко применяются
оловянно-свинцовые сплавы с добавлением небольшого количе-
ства сурьмы. Они обеспечивают пайку почти всех металлов и
сплавов, применяемых в машиностроении.
Чистое олово плавится при температуре 232°, свинец при 327°,
а стандартные оловянно-свинцовые припои в зависимости от хи-
мического состава плавятся в интервалах температур от 182
до 277°.
При пайке меди, латуни или стали оловянно-свинцовым при-
поем образование шва происходит за счет олова, а свиней — дру-
гая составная часть припоя — не вступает во взаимодействие с
медью, латунью или железом. Свинец добавляют в припои для
снижения его стоимости. Олово с медью образуют сплав, состоя-
щий из твердого раствора и химического соединения (Cu3Sn).
Химическое соединение образуется и при пайке латуни и стали.
Сплавы, образуемые оловом с медью, латунью или сталью, менее
прочны, чем сам припой. Однако при испытании на срез разруше-
ние всегда происходит по чистому олову, а не по химическому
соединению. Это объясняется высокой хрупкостью химического
соединения, образованного оловом. Хрупкость химического соеди-
нения не сказывается при работе паяного шва на срез и легко
11
обнаруживается при его растяжении. Химический состав и темпе-
ратура плавления стандартных оловянно-свинцовых припоев!
(ГОСТ 1499-54) приведены в табл. 2.
Таблица 2
Марка припоя	Химический состав в °/0			Примеси в °/о не более			Темпера- тура пол- ного рас- плавления в °C
	Олово	Сурьма	Свинец	Медь	Висмут	Мышь- як	
ПОС 90	89—90	Не более 0,15	Остальное	0,08	0,1	0.05	222
ПОС 61	60-61	Не более 0,8		—	—	—	182
ПОС 40	U9- 41	1.5 2,0		0,1	0,1	0.05	235
ПОС 30	29-30	1,5-2,0		0,15	0,1	0,05	256
ПОС 18	17—18	2,0 - 2,5		0,15	0,1	0,05	277
ПОСС 4-6	3-4	5-6		0,1	0,05	—	265
ПОС 50	49-51	Не более 0,8		—	—	—	209
По стандарту припои оловянно-свинцовые обозначаются
сокращенно «ПОС». Цифры, стоящие справа от обозначения при-
поя, указывают содержание олова в припое. Например, ПОС 90
означает: припой оловянно-свинцовый, содержащий 90% олова.
Припой ПОС 90 применяется для пайки внутренних швов по-
суды и медицинской аппаратуры. Вследствие содержания боль-
шого количества олова припой имеет высокие коррозионные
свойства.
Припой ПОС 61 имеет эвтектический состав и является самым
легкоплавким оловянно-свинцовым сплавом: он плавится при
температуре 182°. Этот припой содержит около 2/з олова и !/з свин-
ца. Паять припоем ПОС 61 рекомендуется только в тех случаях,
когда при пайке недопустим высокий нагрев детали (даже ме-
стный). В остальных случаях выгодно применять более дешевые
оловянно-свинцовые припои с меньшим содержанием олова.
Припой ПОС 40 рекомендуется применять для пайки радиа-
торов, а также электро- и радиоапаратуры, так как он обладает
достаточно высокими электро- и теплопроводностью.
Припой ПОС 30 может быть использован для пайки меди, ла-
туни, железа, цинка, оцинкованных листов, белой жести, радиа-
торов, физико-технических приборов, электро- и радиоаппарату-
ры. Припой ПОС 30 имеет несколько худшие механические свой-
ства, чем ПОС 40, но зато он дешевле припоя ПОС 40.
Припой ПОС 18 является наиболее дешевым оловянно-свин-
цовым припоем. Вследствие относительно высокой температуры
плавления пайка паяльником с использованием этого припоя идет
с некоторым затруднением; рекомендуется для пайки меди, лату-
ни, железа, оцинкованных листов, автотракторных деталей и из-
делий широкого потребления.
12
Припой ПОС 50 не содержит сурьмы и применяется для пайки
авиационных деталей.
Механические свойства швов, паянных оловянно-свинцовыми
припоями, приведены в табл. 3.
Таблица 3
Марка припоя	Предел прочности на растя- жение при- поя в к Г. мм9	Предел ПРОЧНОСТИ на срез припоя в кГ1мм*	Предел прочности на растя» ение шва при пайке различных металлов в кГimm9			
			Латунь	Медь	Сталь	Оцинкован- ное железо
ПОС 40		3,2	3,4	4,6	3,7	6,1	4,9
ПОС 30	...	3.3	2.9	2,8	2,7	5,0	3.6
ПОС 18 .	.	.	2.8	2.52	3,3	3,1	5,1	4,3
ПОСС 4-6 .	5,8	3,6	3,0	2,4	4,9	2.6
Чистое олово . .	2,6	2,1	4.5	4.6	3,8	5,1
Чистый свинец .	1,8	1,27	2,0	1,9	1,4	1,7
В ряде случаев для пайки металлов легкоплавкими припоями
применяются припои на основе свинца с добавлением небольшо-
го количества серебра и других элементов, в том числе и олова.
Содержание последнего колеблется от 0 до 15%, за исключением
одного случая, когда содержание олова в припое составляет 30%.
Серебро улучшает технологические, механические и антикоррози-
онные свойства припоя. Химический состав и температура плав-
ления легкоплавких припоев, содержащих серебро, по ГОСТ
8190-56 даны в табл. 4.
Таблица 4
Марка припоя	Химический состав в °/0				Т емпература полного рас- плавления в °C
	Серебро	Кадмий	Олово	Свинец	
ПСр 3	3.0+0,3					97,0 + 1	305
ПСр 2,5	2.5+0.3	—	5,5+0.5	92.Of 1,0	305
ПСр 2	2.0+0.3	5,0+0,5	30,0±0,1	63.0+1,5	235
ПСр 1,5	1,5+0,8	—	15,0 + 1	83,5 + 1,5	270
Следует отметить, что припой ПСр 2 является по существу
припоем ПОС 30, легированным серебром и кадмием.
Как видно из табл. 3, припой ПОС 30 дает швы с низкими ме-
ханическими свойствами. Серебро и кадмий несколько повы-
шают эти свойства.
Содержание олова в стандартных легкоплавких припоях, как
видно из табл. 2, колеблется от 90 до 18%. Олово является дефи-
цитным металлом, поэтому в ряде случаев в качестве припоев
могут быть использованы легкоплавкие сплавы, содержащие оло-
во в небольшом количестве или не содержащие его совсем. Одним
13
из них является стандартный припой ПОСС 4-6 (табл. 2), кото-
рый содержит 4 % олова, 6% сурьмы, и свинец — остальное. Дан-
ные о прочности шва, паянного припоем ПОСС 4-6, приведены
в табл. 3.
В качестве безоловянистых припоев могут быть использованы
два сплава следующих составов: 1) 1% цинка, 0,5% кадмия, сви-
нец— остальное; 2) 1% цинка, 0,5% марганца, свинец — осталь-
ное. Температура плавления 335°. Безоловянистые припои очень
вязки, но имеют относительно высокую температуру плавления.
Безолсвянистым является и стандартный припой ПСр ЗКд
(ГОСТ 8190-56), содержащий 3% серебра, 1% цинка, осталь-
ное— свинец. Температура плавления 325°.
Стандартные оловянно-свинцовые припои, как указывалось
выше, широко применяются для пайки почти всех металлов и
сплавов, используемых в машиностроении. Исключение состав-
ляют, в частности, алюминий и его сплавы. Алюминиевые сплавы,
паянные оловянно-свинцовыми припоями, имеют очень низкие
коррозионные свойства. Особенно сильно снижает коррозионную
стойкость свинец. Поэтому для пайки алюминиевых сплавов ре-
комендуется применять припои, не содержащие свинец.
Легкоплавкие припои для пайки алюминия даны в табл. 5.
Таблица 5
№ припоев	Химический состав в °/0				Предел прочности в кГ/ ил’		Темпера- тура плав- ления в °C
	Олово	Цинк	Алюминий	Кадмий	на рас- тяжение	на срез	
1	15	65			20	10,23	9.35	369-364
2	67	28	5	—	13.2	8,2	257
3	39	55	6	—	10,1	10,0	325-270
4	40	—	—	60	7,2	—	177-200
5	—	40	—	60	7,4	—	266-315
6	—	60	—	40	—	—	266-340
Первые два припоя, приведенные в табл. 5, могут быть исполь-
зованы для пайки конструкций, работающих в интервале темпе-
ратур от —60° до +175°, а два последних — от 150 до —60°;
остальные припои используются для соединений, работающих
при нормальной температуре.
Последний припой применяется также для пайки магния и его
сплавов.
Для соединения деталей пайкой иногда могут быть использо-
ваны особо легкоплавкие сплавы (табл. 6). Эти сплавы имеют
весьма низкие механические свойства, но обеспечивают передачу
тепла и электрического тока через поверхности контакта, а также
герметичность соединения.
14
Таблица 6
Наименование сплава	Химический состав в °/0				Темпера- тура плав- ления в °C
	Олово |	Свинец |	Висмут |	| Кадмий	
ПОСК-50 .	...	50	32			18	145
ПОС В-33		33,4	33,3	33,4	—	130
Сплав Розе		25	25	50	—	94
Сплав Арсе		9,6	45,1	45,3	— *	79
Сплав Шновица ....	13,33	26,67	50	10 I	1	70
Сплав Вуда . . . • . .	12,5	25	50	12.5	60,5
Стандартные легкоплавкие припои поставляются промышлен-
ностью в виде чушек, прутков, ленты, проволоки и трубок, запол-
ненных флюсом. Однако в случае необходимости стандартные, а
также другие легкоплавкие припои могут быть изготовлены непо-
средственно на предприятиях.
МЕДЬ И МЕДНОЦИНКОВЫЕ ПРИПОИ
Одним из твердых припоев, широко применяемых в промыш-
ленности, особенно при пайке сталей в печах с газовой средой,
является медь. Она как чистый металл не содержит легкоиспа-
ряющихся компонентов, хорошо затекает в зазоры между паяе-
мыми деталями и обеспечивает высокую прочность и пластич-
ность паяного шва. Кроме того, окислы меди хорошо восстанав-
ливаются в атмосфере водорода. При этом паяный шов не имеет
водородной хрупкости, ибо в результате пайки образуется новый,
сплав, на который атмосфера водорода не оказывает вредного
влияния. Для выполнения пайки употребляется техническая медь
в виде проволоки, отрезков, лент, фольги и т. д. Марки меди,
используемой в качестве припоя, даны в табл. 7.
Таблица 7
Марка	Содержание меди в °/0	Примеси в % н более	
		Висмут	| Свинец
М 1	99,9	0,002	0,005
М 2	99,7	0,002	0,01
М 3	99,5	0,003	0,05
Чистая медь в прокатанном и отоженном состоянии имеет
ав =254-27 кг!мм2 и 6 = 404-50%.
Медь плавится при температуре 1083°. Пайка осуществляется
при температуре 1100—1200° в зависимости от марки основного
металла. Прочность соединения, паянного медью, составляет
30—35 кг/мм2 при высокой пластичности шва.
15
Медь как припой может быть использована для пайки глав-
ным образом в восстановительной атмосфере всех сталей: мало-
углеродистых, с большим содержанием углерода, конструкцион-
ных, быстрорежущих и др. Наличие в стали хрома, алюминия и
кремния ухудшает их паяемость медью в атмосфере водорода.
Однако при хорошей очистке газа от кислорода и воды пайка
этих сталей медью не представляет трудности. Стали, содержа-
щие вольфрам, молибден, карбиды вольфрама, не снижают своей
прочности при пайке медью в атмосфере восстановительного га-
за. Стали с небольшим содержанием никеля хорошо поддаются
пайке медью. При пайке сплавов, содержащих большое количе-
ство никеля, медь начинает диффундировать в сплав еще до
плавления. Поэтому пайку медью таких сплавов нужно вести
быстро.
Следует отметить, что медный припой имеет один существен-
ный недостаток — высокую температуру пайки (1100—1200°). Та-
кая температура пайки металлов невыгодна, так как требует по-
вышенных затрат энергии на нагрев и, главное, вызывает замет-
ное снижение механических свойств стали вследствие изменения
•ее структуры.
С целью изыскания твердых припоев с относительно низкой
температурой плавления и не содержащих легкоиспаряемых
компонентов были исследованы сплавы на основе меди, в первую
очередь бронзы различных марок и латуни.
Опыты показали, что применение бронз в качестве припоев
для пайки сталей больших преимущств по сравнению с медью не
дает, так как одни бронзы имеют высокую температуру пайки,
другие не обеспечивают необходимую прочность и пластичность
соединения, и все бронзы без исключения резко снижают свои
механические свойства при нагревании. Так, например, оловяни-
*стая бронза имеет низкую текучесть в жидком состоянии и обра-
зует хрупкое паяное соединение. Марганцовистая и кремнистая
•бронзы тоже не отличаются высокой прочностью и пластич-
ностью. Сплавы меди с никелем хотя и имеют высокую проч-
ность и пластичность, но менее 'пригодны для пайки из-за
повышенной температуры плавления.
В отличие от бронз латуни или медноцинковые сплавы широ-
ко используются для пайки.
Механические свойства медноцинковых припоев в значитель-
ной степени зависят от температуры. При нормальной температу-
ре прочность латуней выше прочности меди, но при температурах
300—600° латуни обладают красноломкостью, вследствие чего
прочность их резко падает и становится ниже прочности
меди.
Заметно снижается при нагревании и пластичность латуней,
что имеет важное значение при использовании их для пайки.
Медноцинковые сплавы, используемые в качестве припоев,
указаны в табл. 8.
16
Таблица 8
Наименование или марка припоя	Химический состав в %			Примеси не более		Предел п» очно- сти при paci я- жении в к!	Отно- си Ггль- ное ул- лине- ние а °/о	Темпе- ратура полно- го рас- плавле- ния в°С
	Медь	Цинк	Другие составляю- щие	Сви- нец	Же е- 30			
ПМц-36 (ГОСТ 1534-42)	36 ±2	Ос- таль- ное	—	0,5	0,1	—	—	825
ПМц-48	49±2	*	—	0,5	0,1	21	3	865
(ГОСТ 1534-42)								880
ПМц-54	54ф2	9	—	0,5	0,1	26	4	
(ГОСТ 1534-42)							38	905
Латунь Л62 (ГОСТ 1019-47)	60,5- 63,5	»	—	0,5	0,1	31		
Латунь Л68	67-70	g	—	0,03	0,1	30	40	938
Сплав ЛОК 62-06-04	60-63	»	Олово 0,3—0,4; кремний 0,4-0,6	0,1	0,2	45		905
ЛОК 59-1-03	58—60	•	Олово 0,7-1,1; кремний 0.2-0,4	0,15				905
Стандартное обозначение медноцинковых припоев ПМц. Циф-
ры, стоящие справа, означают содержание меди в припое. Так,
ПМц-36 означает: припой медноцинковый, содержащий
36% меди.
К стандартным медноцинковым припоям относятся: ПМц-36,
ПМц-48 и ПМц-54. Температуры плавления их находятся в пре-
делах 825—880°. Припой ПМц-36 применяется для пайки медных
сплавов с более высокой температурой плавления (с содержани-
ем меди более 68%), так как сам припой имеет сравнительно
небольшую температуру плавления.
Припой ПМц-48 может быть использован для пайки меди и
латуней с температурой плавления не ниже 905° (Л62).
Шов, паянный этим припоем, плохо выдерживает ударные,
вибрационные и изгибающие нагрузки.
Припой ПМц-54 используется для пайки меди, бронз, томпака
и стали. Качество шва, паянного этим припоем, удовлетворитель-
ное.
Наряду со стандартными медноцинковыми припоями для
пайки используется латунь марки Л62, содержащая 38% цинка.
Она отличается от других латуней высокой пластичностью и до-
статочной прочностью в нагретом и холодном состояниях. Такой
сплав может быть рекомендован для пайки конструкций из меди,
стали, никеля и серого чугуна, работающих при нормальных тем-
пературах.
2 Р. Е. Есенберлин	17
В последние годы взамен латуни Л62 во ВНИИАвтогене раз-
работан сплав ЛОК 62-06-04, легированный кремнием и оловом.
Кремний при нагревании активно соединяется с кислородом и
дает кремнезем. При пайке с применением флюсов, содержащих
соединения бора, кремнезем образует боросиликаты, которые
всплывают на поверхность расплавленного металла и предохра-
няют цинк, имеющийся в латуни, от окисления и испарения. Это
способствует получению плотного паяного соединения. Олово
увеличивает жидкотекучесть латуни и снижает температуру плав-
ления сплава. Прочность соединений, паянных припоем ЛОК
62-06-04, несколько превосходит прочность шва, полученного при
пайке латунью Л62.
Наряду с припоем ЛОК 62-06-04 может быть использован и
припой ЛОК 59-1-03, который обладает несколько меньшей пла-
стичностью.
Механические свойства швов, паянных медноцинковыми при-
поями, приведены в табл. 9.
Таблица 9
Марка припоя	Предел прочности на растяжение в кГ/мм*	Сопротивление срезу в кГ1мм*	Угол загиба в град..
ПМц-48 Л62 ЛОК 62-06-04	27,8 — 34,0 31,3 40,6 - 44.8 43,0 41.0 — 45,6 43,8	18,0 — 25,0 20,9 25.0-33,3 27,5 30,2-33,4 31,6	5 — 25 12 ЗО—Ю — 2 60 62.86 72,5
Примечания: 1. Ос 'овн^й металл сталь Ст. 3. 2. Здесь и в других таблицах в верхней строке даются минимальные и максимальные значения,в нижней-среднеарифм^тическое значение, полученное не менее чем из 7 опытов.			
Кроме «перечисленных в табл. 8, иногда применяются при-
пои на основе медноцинковых сплавов. Химические составы этих
припоем даны в табл. 10.
Таблица 10
№ по пор.	Химический состав припоя в %				
	М^дь |	Цинк	| Фосфор|	Олово |	Никель
1	48	42	—	10	
2	38	50	—	—	12
3	88	2	7	3	—
Припой № 1 (по табл. 10) может быть использован для паййи
деталей из чугуна и никелевых сплавов, № 2 — для никеля и ни-
келевых сплавов и № 3 — для меди и медных сплавов.
18
Недостатком медноцинковых припоев является возможность
изменения химического состава припоя в процессе пайки вслед-
ствие испарения цинка. Цинк плавится при температуре 419° и
кипит при температуре 905°. Плавление медноцинковых припоев
происходит при температурах 850—900°, т. е. плавление припоя
в процессе пайки сопровождается некоторым испарением цинка,
содержащегося в припое. Это приводит к повышению темпе-
ратуры пайки и изменению свойств паяного шва.
При пайке в пенах с газовой средой испарение цинка происхо-
дит настолько интенсивно, что припой с температурой плавления
ниже 900° не плавится даже при температуре 1000°. Пайку ла-
тунью в печах с газовой средой удается осуществить только при
температуре 1020—1040°. Однако в ряде случаев выгоднее паять
латунью при 1040°, допуская испарение цинка в припое, чем паять
медью при температуре 1150—1200°.
МЕДНОФОСФОРИСТЫЕ ПРИПОИ
Меднофосфористые припои представляют собой сплав меди с
фосфором. Применяются они для пайки медных сплавов и
обеспечивают достаточно высокое качество соединения, если
оно не работает на удар, изгиб и знакопеременные нагрузки.
Из-за наличия фосфора припои этой группы мало пригодны для
пайки сталей.
Достоинством меднофосфористых припоев является невысо-
кая их стоимость. Существенное значение имеет также возмож-
ность пайки.
Фосфор, входящий в состав припоя, делает его самофлю-
сующимся. Пайка медных сплавов меднофосфористыми при-
поями осуществляется с применением флюсов на основе соеди-
нений бора. Меднофосфористые припои могут быть использо-
ваны с успехом также при пайке меди или медных сплавов
в атмосфере нейтрального газа.
В промышленности в качестве меднофосфористых припоев
обычно применяются сплавы с содержанием фосфора от 7
до 10%.
В зависимости от содержания фосфора температура плав-
ления меднофосфористых припоев колеблется в пределах 725—
860° (эвтектика медь-фосфор, содержащая 8,27% фосфора,
имеет температуру плавления 707°).
В электротехническом оборудовании, имеющем большое коли-
чество паяных соединений, электропроводность паяного шва
является весьма важным показателем качества припоя. Электро-
проводность медных деталей, паянных меднофосфористым при-
поем, практически не отличается от электропроводности чистой
меди.
Это свойство меднофосфористых припоев дает возможность
использовать их особенно широко в электропромышленности.
2*	19
Характеристики меднофосфористых припоев приведены в
табл. 11. Из этих припоев стандартным является МФЗ (ГОСТ
4515-48), который находит наиболее широкое применение в про-
мышленности.
Таблица 11
Марка припоя	Химический состав в °/0			Температура пэлного рас- плавления в °C
	Фосфор	|	Медь	| Примеси	
МФ 1	8,5 — 10	Остальное	0,4	850
МФ 2	8,5—10	9	0,8	850
МФ 3	7-8,5	9	1	860
Механические свойства швов, паянных припоем МФЗ, даны
в табл. 12. Основной металл — латунь Л62.
Таблица 12
Марка припоя	Предел прочности на растяжение в кГ!мм*	Предел прочности на срез в кГ1мм*	Угол загиба в град.	Ударная вяз- кость В КГMjCM*
МФЗ	15,4—17,8 16,5	24,4-32,9 28,9	5-10 8	1.6 — 2,10
				1,84
Как видно из табл. 12, меднофосфористый припой особенно
хорошо работает на срез. Пластичность швов, паянных этим при-
поем, может быть несколько повышена, так как в этом случае
увеличивается глубина взаимной диффузии припоя и основного
металла, вследствие чего уменьшается концентрация фосфора в
сплаве шва. Практически время выдержки при пайке должно
составлять 10—12 мин.
Меднофосфористые припои применяются в виде стружки,
порошков, прутков, полос или ленты.
Поскольку химический состав меднофосфористых припоев
близок к эвтектическому, они являются хрупкими сплавами и в
большинстве случаев используются в виде стружки, получаемой
фрезерованием или строганием, а также порошков, получаемых
раздроблением стружек в медной или бронзовой ступке.
В производственных условиях пайка производится меднофос-
фористыми сплавами, изготовляемыми на заводах цветной метал-
лургии, где они применяются в качестве раскислителя или со-
ставной части при выплавке цветных сплавов. Стандартные мед-
цофосфористые припои выплавляются из чистой электролитиче-
ской меди (ГОСТ 859-41) и красного фосфора (ГОСТ 8655-57).
СЕРЕБРЯНЫЕ ПРИПОИ
Серебряные припои широко применяются в технике для пайки
всех черных и цветных металлов, кроме алюминия, магния и цин-
ка, которые имеют более низкую температуру плавления, чем
припои. Эти припои обеспечивают высокую прочность, пластич-
ность, коррозионную стойкость соединения и надежно работают
при изгибе, ударе и вибрации. Они отличаются также высокими
технологическими свойствами: хорошо растекаются, смачивают
поверхность и заполняют зазоры между паяемыми деталями.
Несмотря на перечисленные достоинства, серебряные припои
вследствие высокой их стоимости находят ограниченное при-
менение. Серебряными припоями паяют только в тех случаях,
когда от соединения требуется более высокое качество.
Основными компонентами серебряных припоев являются: се-
ребро, медь, цинк. Кроме них, в серебряные припои добавляются
в различных вариантах кадмий, никель, марганец и другие эле-
менты.
По стандарту серебряные припои обозначаются ПСр с указа-
нием справа концентрации серебра в припое. Так, ПСр 25 озна-
чает, что это припой серебряный, содержащий 25% серебра.
Иногда к этому обозначению добавляется буквенный индекс. На-
пример, ПСр 25ф, ПСр 50 Кд. Эти индексы, как правило, указы-
вают на наличие в серебряных припоях, кроме общепринятых
компонентов (серебро, медь, цинк), еще других элементов (фос-
фора или кадмия).
Стандартные твердые серебряные припои приведены в табл. 13
(IOCT 8190-56).
Припой ПСр 72 является эвтектикой серебро-медь и имеет
высокую электропроводность; используется для пайки меди, ла-
туни, серебра. Этот припой особенно широко применяется в тех
случаях, когда от паяного соединения требуется сохранение вы-
сокой электропроводности.
Припой ПСр 50 также не содержит других компонентов, кро-
ме серебра и меди; используется для пайки стали, меди и медных
сплавов.
Припой ПСр 70 имеет химический состав, близкий к эвтекти-
ческому. Как и припой ПСр 72, он также рекомендуется для пай-
ки соединений, от которых требуется высокая электропровод-
ность.
Припой ПСр 65 служит для пайки стальных изделий. Приме-
няется для пайки ленточных пил и различных мелких изделий.
Прочность его несколько уступает прочности припоя ПСр 70.
Припои ПСр 45 и ПСр 25 являются основными припоями, при-
меняемыми для пайки меди, медных сплавов и стали (включая и
нержавеющую) в тех случаях, когда требуется от соединения по-
вышенная прочность (при ударах, вибрации), стойкость против
коррозии и высокая чистота места спая. Припой ПСр 45 плавит-
ся при более низкой температуре, чем припой ПСр 25, что умень-
21
Таблица 13
Марка припоя	Химический состав в б/о								Температура полного рас- плавления в °C
	Серебро	Медь	Цинк	Олово	Фосфор	Кадмий	Марганец	Никель	
ПСр 72 . . .	72,0±0,5	28,01^	—	—	—	—	1 1	1	—	779
ПСр 50 . . .	50,010,5		—	—	—	—	—	1 1	850
ПСр 70 . . .	70,010,5	26.0 + 0,5	4,0±1,0	—	—	—	—	—	755
ПСр 65 . . .	65,0±0,5	20,ОТО,5	15,°+1:<>	—	—	—	—	—	—
ПСр 45 . . .	45,0±0,3	30,0±0,5	25,oi;-j	—	—	—	—	—	725 	I
ПСр 25 . .	25,010,3	40,0±1,0	з5,о+’:§	—	—	—	—	—	775
ПСр 12М . .	12,010,3	52,0± 1,0	Зб.О^^о	—	—	—	—	—	825
ПСрЯО . . .	10,0±0,3	53,0+1,0	37,0+^S	—	—	—	—	—	850
ПСр 71 . . .	71,0±0.5	28,0+}’J	—	—
ПСр25Ф . . .	25,0±0,5	70 о+0'7	—	—
ПСр 15 . .	15,0±0,5	80,2 + 1,0	—	—
ПСр Ф2-5* . .	2,3	92,5	—	—
ПСр Ф5-5* . .	4,9	90,3	—	—
ПСрбОКд . .	50,0±0,5	16,0±1,0	16,0±2,0	—
ПСр 44 . . .	44,0 + 1 ,0	27,0±1,0	16,0±2,0 ।	1
ПСр40 . . .	40,0 + 1,0	16 7^ lo»z-0,3	17,o + g;8	—
ПСрМ37,5 .	37,5+0,5	48,8±1,0	5,5±0,5	—
ПСр 62 . . .	62,0 + 0,5	28,0±1,0	—	10,0+1,5
♦ Припои нестандартные. ** Температура пайки.				
1,0±0,2	— '	—	—	795
5,0±0,5	—	—	—	710
см со ©“о*	—	—	—	810
5,2	—	—	—	685**
4,8	—-	—	—	—
—	18,0+1,0	—	—	650
—	8,0+1,0	3,0±0,5	2.0+0,5	800
—	26.°ii’o	—	0,3±0,2	605
—	—	8,2 ±0,3	—	810
—	—	—	—	700
шает опасность перегрева паяемого изделия. Кроме того, припой
ПСр 45 обеспечивает более высокие механические свойства пая-
ных соединений. Сравнительная характеристика механических
свойств припоев ПСр 45 и ПСр 25 и паяных швов, полученных
с их применением, дана в табл. <14. Основной металл — ла-
тунь Л62.
Таблица 14
Марка припоя	Предел проч- ности припзя при растяже- нии в кГ/мм*	Механические свойства паяных соединений			
		Предел проч- ности на рас- тяжение в кГ мм1	Сопротивле- ние срезу в кГ1мм*	Угол загиба в град.	Ударная вязкость в кГм1см*
ПСр 45 . .	30	30-34	24,7-33	105 — 180	4-5,7
		2,32	28,5	132	5
ПСр 25 . .	28	20-26	22-28	83-180	3-5,39
		23	25,5	126	4
Кроме припоев ПСр 45 и ПСр 25, для пайки стали и меди
используется припой ПСр 12М. Он же может быть использован
для медных сплавов с температурой пайки выше 870—880°. При-
пой обеспечивает предел прочности паяного соединения на растя-
жение и на срез до 25 кг!мм2.
Припои ПСр 71, ПСр 25Ф и ПСр 15 содержат от 1 до 5% фос-
фора; они применяются только для пайки меди и медных сплавов
и совершенно не годятся для черных металлов, так как фосфор с
железом образуют очень хрупкое соединение.
Вследствие отсутствия легкоиспаряемых компонентов, как
цинк, припои ПСр 71, ПСр 25Ф и ПСр 15 имеют хорошие техноло-
гические свойства. Фосфор в припоях служит одновременно и
флюсом, поэтому припои ПСр 25Ф и ПСр 15 могут применяться
без флюсов. Припой ПСр 71, содержащий 1% фосфора, целесооб-
разно применять для электроконтактной пайки без флюса.
Два припоя с небольшой концентрацией серебра (ПСр Ф2-5 и
ПСр Ф5-5) не являются стандартными. Однако вследствие
небольшой стоимости эти припои находят широкое применение в
промышленности.
Механические свойства швов, паянных серебряными припоя-
ми, содержащими фосфор, приведены в табл. 15. Основной
металл — латунь Л62.
Припой ПСр 44 и ПСр 37,5 имеют довольно сложный химиче-
ский состав, причем в отличие от предыдущих серебряных при-
поев, состоящих из серебра, меди и цинка, первый из них леги-
руется кадмием, марганцем и никелем, а второй — кадмием и
марганцем.
24
Таблица 15
Марка припоя	Предел прочно- сти на растяже- ние в кГ1мм*	Предел прочно- сти на срез в к Г 1мм'	Угол загиба В !р.-|Д.	Ударная вяз- кость в кГМ/СМ*
ПСр 15 . . .	23,5-35,1	37,1—46,5	20-40	1,84-2,71
	27,5	41,1	30	2,16
ПСр Ф 5-5 . .	19,7-25,3	31 9-40,7	8-10	1,76-2,22
	21,3	36,9	8	1,95
ПСр Ф 2-5 . .	15,4-21,6	32,3-35,1	6—12	1,79-1,90
	19,4	33,4	9	1,85
Кадмий понижает температуру плавления припоев, марганец
и никель повышают их механические свойства и придают некото-
рую жаропрочность припоям.
Припои ПСр 44 и ПСр 37,5 могут быть использованы для пай-
ки легированных сталей, меди, а также медных и жаропрочных
сплавов.
Припой ПСр 50 Кд является одним из наиболее легкоплавких
среди тугоплавких припоев и имеет температуру плавления 650°.
Такой припой может быть использован для пайки стали, меди,
медных сплавов. Главным достоинством припоя ПСр 50Кд яв-
ляется возможность применения его для пайки закаленных ста-
лей.
Как известно, закаленные стали резко снижают свою проч-
ность при пайке, особенно если температура пайки превышает
примерно 700°. Поскольку припой ПСр 50Кд плавится при темпе-
ратуре 650°, то пайка им может быть осуществлена при темпера-
турах 660—670° без существенного снижения свойств основного
металла.
Наиболее легкоплавким твердым припоем, применяемым в
настоящее время для твердой пайки закаленных легированных
сталей, является припой ПСр 40, который плавится при темпера-
туре 595—605°.
Пайка этим припоем производится при температуре 620°,
т. е. ниже температуры высокого отпуска сталей.
Этот припой может быть использован также для пайки меди,
медных сплавов и нержавеющих сталей.
Припой ПСр 40 в литом состоянии имеет следующие механи-
ческие свойства: предел прочности при растяжении 38—44 кг/мм2,
предел текучести 21—23 кг!мм2, относительное удлинение 18—
37% и относительное сужение 22—44% (как видно, прочность
припоя ПСр 40 значительно выше прочности припоя ПСр 45).
Прочность соединений, паянных припоем ПСр 40, приведена
в табл. 16.
25
Таблица 16
Паяемый материал	Вид соединения	Предел прочности паяного шва в кГ/мм*
Сталь 40ХНМА	 Сталь ЗОХГСНА	 Медь		 Латунь Л62		Внахлестку Встык 0	38,2 54,4 25,4 29,1
Вследствие высокой прочности и низкой температуры пайки
припой ПСр 40, кроме пайки закаленных сталей, может быть
использован взамен ПСр 45 во всех случаях.
Припой ПСр 62 является трехкомпонентным, довольно легко-
плавким сплавом. Однако для пайки закаленных сталей без от-
жига их этот припой не годится. Достоинством припоя ПСр 62
является отсутствие в нем легкоиспаряемых компонентов. Он мо-
жет быть использован главным образом для пайки меди и
медных сплавов. Припой имеет пониженные механические
свойства.
Пайка серебряными припоями, указанными в табл. 13, про-
изводится с использованием твердых флюсов. Однако часть из
них может быть использована для пайки в газовых средах. Как
отмечалось выше, припои, пригодные для пайки в газовых сре-
дах, не должны содержать легкоиспаряемых компонентов или со-
держать такие составляющие, которые не испаряются в газовых
средах. К припоям, удовлетворяющим этому требованию, отно-
сятся: ПСр 72, ПСр 50, ПСр 70, ПСр 50Кд, ПСр 40, ПСр 62.
Припои ПСр 72 и ПСр 50 содержат только серебро и медь,
припой ПСр 70 содержит только 4 % пинка (остальное серебро и
медь), поэтому при пайке его состав почти не изменяется. Эти
припои могут быть использованы для пайки сталей в восстанови-
тельной атмосфере и меди в атмосфере азота.
Припои ПСр 50Кд и ПСр 40, хотя и содержат значительное
количество легкоиспаримых компонентов, могут быть использо-
ваны для пайки в газовой среде благодаря низкой температуре
плавления, при которой не происходит изменения химического
состава припоев.
Припой ПСр 62, как указывалось выше, не содержит ни цин-
ка, ни кадмия, а олово, входящее в состав припоя, хотя и являет-
ся легкоплавким металлом, но не является легкоиспаряемым
компонентом. Поэтому при пайке в газовых средах химический
состав припоя ПСр 62 также не изменяется.
Кроме стандартных серебряных припоев, указанных в
табл. 13, для пайки закаленных сталей, как с применением твер-
дых флюсов, так и в газовых средах, применяется припой ПСр
48КН с температурой плавления 610—625°. Пайка производится
при температуре 650—660°. Припой содержит 48% серебра,
26
13% меди, 12% цинка, 26% кадмия, 1% никеля и 0,1% кремния.
Стандартные серебряные припои выпускаются промышлен-
ностью.
ЖАРОПРОЧНЫЕ ПРИПОИ
В современной технике большое распространение получили
изделия, работающие при высоких температурах. Такие изделия
изготовляются из специальных жаропрочных сплавов, сохраняю-
щих высокую прочность при высоком нагреве. Естественно, что и
паяные швы изделий, эксплуатируемых при высоких температу-
рах, должны обеспечивать необходимую прочность и коррозион-
ную стойкость. Поэтому припои, применяемые для этой цели,
должны иметь определенную жаропрочность. Требования к жа-
ропрочности припоев зависят от конкретных условий работы де-
тали или всего изделия. Так, в лопатках турбин реактивных дви-
гателей, испытывающих значительные термические нагрузки,
паяный шов должен выдерживать температуру 850—900° при
длительном испытании на жаропрочность; припои, применяемые
для напайки пластинок из твердого сплава на металлорежущие
инструменты, должны выдерживать температуру не менее 400°
и т. д.
Все припои, о которых говорилось выше, рассчитаны для пай-
ки конструкций, работающих при нормальных температурах или
с небольшим нагревом. При повышении температуры, прочность
швов, паянных медью, медноцинковыми, серебряными или медно-
фосфористыми припоями, резко снижается.
Для пайки деталей, работающих при температурах не выше
400—500°, например металлорежущих инструментов, могут быть
использованы припои на основе меди, в частности латуни, легиро-
ванные марганцем, никелем, железом и другими элементами
(табл. 17).
Таблица 17
№ по пор.	Химический состав в °/0					
	Медь	Цинк	Никель	Марганец	Железо	Алюминий
1	59	31	5	3,5	1,5		
2	65	25	5	3.5	1,5	—
3	65	31	—	3	1	—
4	59	37	—	3	1	—
5	89	—	3	2,5	0.5	5
Для изготовления инструментов с напаянными пластинками
могут быть использованы медноникелевые сплавы типа ГПФ и
ГФК (табл. 18), а также сварочные порошки с ферромарганцем
(табл. 19). Однако эти сплавы, особенно сварочные порошки,
имеют очень высокую температуру плавления, поэтому примене-
ние их не всегда целесообразно.
27
Таблица 19
Сплав	Содержание элементов в °/0						Температура плавления в °C
	Медь	Никель	Железо	Марганец	Кремний	Цинк	
ГПФ . .. ГФК . . .	66-72 74-73	10-14 5-4	12-14 7-6	4,2-5,0 4-5	1.0-1,8 4-3	6-8	1180-1280 1015-1150
Таблица 19'
Содержание в °/,								Температура плавления, в °C
Ферромарга- нец (70—80 70)	Ферросили- ций <70 - 80 73	Стальная стружка	Чугунная стружка	Медная стружка	Стекло тол- ченое	Бура плав- леная	Сода техни- ческая	
60							10			30			1200-1220
—	32	10	—	16	—	32	10	1250-1280
40	10	—	20	5	15	10	—	1190-1300
60	—	—	—	—	30	10	—	1300—1320
—	12	72	—	—	—	15	1	1325—1345 1
Для пайки нержавеющей стали типа IX18H9T и жаропроч-
ного сплава Х20Н80Т был предложен припой, содержащий 61 °/о
меди, 20% марганца и 19% никеля. Температура плавления
припоя 990—1040°.
Кратковременная прочность шва, паянного этим припоем, со-
ставляет при температуре 500° более 27 кГ1мм2, при 750° до-
стигает 8 к,Г1мм2. Однако прочность этого шва при длительном*
испытании недостаточно высока.
Таким образом, припои на основе меди в лучшем случае го-
дятся для напайки пластинок из твердых сплавов на режущие
инструменты и совершенно не обеспечивают по прочности соеди-
нений, работающих длительное время при температурах
800—900°.
Вопрос о разработке жаропрочных припоев был решен, когда
за основу сплава был взят никель. Легирующими компонентами,,
способствующими повышению жаропрочности припоев, служат
хром, кремний, молибден и некоторые другие элементы.
На никелевой основе разработан в нашей стране ряд припо-
ев, обеспечивающих высокие механические свойства и жаропроч-
ность паяных соединений. Особенно хорошие результаты дает
припой, состоящий из никеля, хрома, кремния, железа и углерода.
Швы, полученные пайкой этим припоем стали ЭИ481, достигают
предела прочности, близкого прочности основного металла
28
(1100 &Г1мм2) и при температуре 700° с нагрузкой 24 кГ!мм2 вы-
держивают длительные испытания в течение 112 час. Согласно
техническим условиям жаропрочность самой стали при указан-
ной температуре и 100-часовом испытании составляет 32 кГ/мм2,
т. е. лишь на 25% ’превышает жаропрочность шва.
Пайка новыми жаропрочными припоями может быть осуще-
ствлена при помощи твердых флюсов или в печах с восстанови-
тельной атмосферой. Температура пайки около 1200°.
За границей в качестве жаропрочных припоев было предло-
жено несколько сплавов, составы и температура плавления кото-
рых приведены в табл. 20.
Таблица 20
1 № по пор.	Состав припоя в °/0	Температура конца плавления в °C	Температура пайки в °C	Паяемые материалы
1	Никеля 80, марганца 20	1270			Никелевые сплавы
2	Серебра 85, марганца 15	970	1065	Никелевые сплавы, нержавеющая сталь
3 '	Серебра 75, палладия 20, марганца 5	—	1120	Никелевые сплавы
4	Никеля 92—95, кремния 3—5, бора 2—3	1010	1038-1120	То же
! 5	Никель—основа, хрома 15—17, кремния 4.5, бора 3,75—4, железа 4, углерода 0,75—1	1070	1175	Пайка в атмосфере тщательно очи- щенного водорода. Жаропрочные сплавы
6	Никель—основа, хрома до 20, марганца до 30, кремния 0,5—2, бора 0—3, железо и молиб- ден в небольшим ко- личестве	1070-1080		То же
' 7	Никеля 65—75, хрома 13-20, бора 2,75-4,75	1100	—	•
Как показали исследования, соединения, полученные с при-
менением этих припоев, имеют удовлетворительную пластичность,
но прочность и коррозионная стойкость их при высоких темпера-
турах оказались недостаточными. Так, швы, паянные никельмар-
ганцовистым припоем (№ 1 в табл. 20), при испытании на крат-
ковременный разрыв при температуре 800° С показали предел
прочности на -срез 9—9,5 кГ/мм2. Среднее время до разрушения
швов при испытании на длительную прочность при температуре
£00° и напряжений на срез 4 кГ/мм2 составляло 27 час.
Прочность швов, паянных припоем № 3, при испытании на
кратковременный разрыв при температурах от комнатной до 800°
оказалось ниже, чем даже при пайке медным припоем.
29
Из приведенных припоев наибольший интерес представляет
припой № 5 под названием «Колмоной 6». Он отличается весьма
высокой хрупкостью и твердостью и применяется для пайки толь-
ко в виде порошка. Пайка производится в атмосфере водорода.
Опыты показали, что паянные этим припоем швы так же хрупки,
как и припой. Только в редких случаях, когда зазор между
паяемыми деталями не превышает 0,02 мм и время выдержки
при пайке достигает 30 мин., шов получается достаточно пластич-
ным. Необходимость весьма малого зазора и длительного нагре-
ва объясняется тем, что при этих условиях происходит сильная
диффузия припоя в основной металл.
Другим недостатком припоя является сильное разъедание
им материала паяемого изделия. Следует отметить также высо-
кую температуру пайки, что по сути дела сводит на нет преиму-
щества этого сравнительно легкоплавкого припоя.
Близким по составу припою «Колмоной 6» является сплав
№ 6. Он состоит из следующих компонентов: Ni, Cr, Мп, Si, В,
Мо и Fe. Пайка производится с применением флюсов в атмо-
сфере сухого водорода.
В германской патентной литературе указывается ряд двух-
компонентных жаропрочных припоев, составы которых даны в
табл. 21.
Таблица 21
Состав припоя в °/0	Температура плавлелия в °C	Состав припоя в °/0	Температура пл вления в °C
Никеля 62, тантала 38 Железа 50, тантала 40 Кобальта б7, кремния 13 Кобальта 58, хрома 42	1380 1400 1200 1408	j Никеля 51, молибдена 49 Кобальта 63, молибде- на 37 Никеля 49, хрома 51 Никеля 40, палладия 60	1305 1340 1280-1320 1240
Большинство из этих припоев плавится при слишком высо-
кой температуре и поэтому не может быть использовано для
пайки силовых конструкций.
ПРИПОИ ДЛЯ ПАЙКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Все твердые припои, о которых говорилось выше, не пригодны
для пайки алюминия и его сплавов, так как они плавятся при
более высоких температурах, чем алюминий. Температура пайки
самого легкоплавкого серебряного припоя ПСр 40 выше темпе-
ратуры плавления алюминиевых сплавов (примерно 600°) и
приближается к температуре плавления чистого алюминия
(660°).
Следует отметить, что пайка алюминия легкоплавкими при-
поями также представляет большие трудности вследствие слабой
коррозионной стойкости паяного соединения. Удовлетворитель-
ные результаты дают легкоплавкие припои, приведенные в табл. 5.
30
Только применение припоев на основе алюминия дало возмож-
ность решать вопрос о пайке алюминия и некоторых его сплавов.
В настоящее время для пайки алюминиевых сплавов широко
применяется припой 34А, который состоит из алюминия, меди
и кремния. В ряде случаев могут быть использованы для пайки
алюминиевых сплавов припой 35А и сплав силумин.
Химический состав припоев, применяемых для пайки алюми-
ния и его сплавов, а также температура плавления этих припоев
даны в табл. 22.
Таблица 22
Марка припоя	Химический состав в °/0			Температура полного рас- плавления в °C
	Кремний	Медь	|	| Алюминий	
34А		6}0,5	28+1	Остальное	525
35А		7+0,5	21+1		540
Силумин	12+0,5	—		580
Твердая пайка алюминиевых сплавов обеспечивает высокую
устойчивость паяных соединений против коррозии. Прочность
швов, паянных твердыми припоями, приведенными в табл. 22,
превышает прочность алюминия.
Пределы прочности в кГ1мм2 припоя 34А и силумина при
различных температурах в сравнении с алюминием приведены
в табл. 23.
Таблица 23
Сплав	Температура нагре»а в °C						
	-200	-ко |	° 1	100	200 |	300	|	350
34А		14,2	15,2	16	16,8	17.4	15,2	3
Силумин 		18,9	17 5	16	14.3	8,2	4,8	4,0
Алюминий 		14	11,4	8,2	6,9	5,1	3,1	1,5
Следует отметить, что припои на основе алюминия, указан-
ные в табл. 22, вследствие высокой температуры плавления за-
трудняют пайку относительно легкоплавких сплавов, как В95,
Д16 и др. Для пайки таких сплавов в последнее время разрабо-
тан ряд новых припоев, содержащих цинк, алюминий, медь и не-
которые другие металлы (табл. 24).
Эти припои в зависимости от их химического состава плавят-
ся в интервалах температур 377—490° и в сочетании с припоями
35А, 34А и легкоплавкими припоями, указанными в табл. 5, мо-
гут быть использованы также для ступенчатой пайки сложных
узлов, имеющих близкорасположенные швы (алюминиевые
головки высокочастотной установки, волноводные тракты
и т. д.).
31
Таблица 24
Марка припоя	Химический состав в °/0							Темпера- тура плав- ления в °C	Темпера- тура пай- ки в °C
	Алю- миний	Медь	Мар- ганец	Олово	Свиней	Крем- ний	Цинк		
Нестандартный	12	8	6	—	—	—	Осталь- ное	410	430
ПЦАМ65 . .	20	15	—	—	—	—		420	440
В63		8	5	—	0,5	1,6	—		377	—
В62 ....	50,8-53,8	20	0,3	—	—	3,5	•	490	500
Примечание. Припои В62 и В63 разработаны С. В. Лашко-Авакян, и В. В. Орловой. Припой ПЦАМ65 разработан А. Г. Шуваловым.								Н. Ф.	Лашко
ПРИПОИ ДЛЯ ПАЙКИ МАГНИЕВЫХ И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Существующие стандартные припои не годятся для пайки
магния и его сплавов вследствие высокой температуры плавле-
ния или низкой коррозионной стойкости паяного соединения.
Магниевые сплавы, как и алюминиевые, плавятся при темпе-
ратурах около 600°, а самый легкоплавкий твердый припой, как
указывалось выше, может быть использован при температуре не
ниже 620°. Легкоплавкие припои на основе олова и свинца
имеют значительную разницу в электродных потенциалах по
сравнению с магнием, поэтому также не могут быть использова-
ны для пайки магния.
При пайке магния только припои на основе сплава магний —
алюминий обеспечивают получение шва, устойчивого против кор-
розии и имеющего удовлетворительные механические свойства.
Легирующими компонентами таких припоев являются марганец,
цинк и иногда кадмий.
В настоящее время в промышленности для пайки магниевых
сплавов применются два припоя, предложенные И. Е. Петруни-
ным, составы которых указаны в табл. 25.
Таблица 25
№ по- пор.	Химический состав в °/0					Температура пол няо расплавления
	Алюминий	Марганец	Цинк	Кадмий	Магний	
1	25-27	0,1-0,3	1-1,5			Остальное	435
2	21-22	0.1-0.3	0,2-0.5	25-26	п	415
Пайка титана и его сплавов производится или в атмосфере
тщательно очищенного аргона или при помощи твердых флюсов.
В качестве припоев могут быть использованы: серебро чистое и
серебряные припои ПСр 45, ПСр 40.
Кроме того, для пайки титановых сплавов применяются при-
пои А7А и В-4 на основе титано-никелевых сплавов. Химический
состав этих припоев дан в табл. 26.
32
Таблица 26
Марка припоя	Химический состав в 0/0			
	Титан	Никель	Медь	|	Кобальт
А7А		28	52	15	5
В-4 .	. .	.	64,4	25,6	10	—
Пайка припоем А7А производится при температуре 1000°.
Предел прочности на срез при пайке титана с титаном составляет
16—20 кГ1мм2.
Припой В-4 применяется при температуре 1150° и дает проч-
ность на срез до 18 кГ/мм2.
3 Р. Е. Есенберлин
ГЛАВА II
ФЛЮСЫ
Для взаимодействия припоя с основным металлом необходи-
мо, чтобы они соприкасались друг с другом чистыми поверхно-
стями. Если поверхности припоя или паяемого участка изделия
покрыты окислами, то пайка может не произойти, так как окис-
ные пленки припоя и основного металла будут служить прегра-
дой, препятствующей их контактированию. Таким образом, при
наличии окисной пленки припой и паяемый металл, как правило,
не сплавляются.
Сказанное справедливо, если окисная пленка не растворяете*
в жидком припое. В случае наличия окислов, растворяемых ь
припое, последний вместе с окислами даст новый сплав или хи-
мическое соединение, в результате чего образуется паяный шов
Качество такого шва благодаря наличию в сплаве неметалличе-
ских включений (окислов) недостаточно высокое. Поэтому необ-
ходимым условием получения высококачественного соединения
и в большинстве случаев осуществления самого процесса пайки
является удаление окислов с поверхности припоя и паяемого уча-
стка изделия.
Из сказанного, однако, не следует, что если окислы удалены,
то пайка обязательно произойдет. Характер взаимодействия при-
поя и основного металла 'при их соприкосновении друг с другом
зависит от природы этих металлов.
Удаление окислов с поверхности припоя и основного металла
может быть достигнуто следующими способами:
1)	механическим разрушением окислов; это происходит при
абразивной и ультразвуковой пайке, о чем будет сказано в даль-
нейшем;
2)	восстановлением окислов в газовой среде; восстановитель-
ные газы — водород или окись углерода — восстанавливают
металл из окисных пленок и очищают поверхность металла от
последней;
3)	созданием вакуума в камере, где происходит пайка; окислы
металлов при нагревании разлагаются на элементы, из которых
они состоят, т. е. на металл и кислород; вакуумный насос, отса-
сывая кислород по мере его выделения, способствует быстрому
исчезновению окислов;
34
4)	применением флюсов; флюсы — это различные кислоты, со-
ли или другие химические соединения; воздействие флюса на
окислы металлов носит различный характер.
а)	Флюсы могут вступать в химическое соединение с окисной
пленкой, в результате чего образуется новое вещество более лег-
коплавкое, чем окисел. Это вещество в жидком состоянии вспльг
вает на поверхность расплавленного припоя в виде шлака и пре-
дохраняет припой, а также паяемое место изделия от дальнейше-
го окисления в процессе пайки.
б)	Флюсы могут растворять окислы металлов. В этом случае
также образуется легкоплавкий шлак, всплывающий на поверх-
ность шва и создающий защитный слой.
в)	Флюсы образуют в процессе пайки газообразное вещество,
которое механически разрушает окислы металлов.
Удаление окислов и предохранение шва от дальнейшего оки-
сления при пайке —главное назначение флюсов. Наряду с этим
флюсы, применяемые при пайке, выполняют ряд других функций.
Так, например, флюсы способствуют уменьшению силы поверх,-
ностного натяжения жидкого припоя, улучшая его растекаемость.
Эта функция флюсов основана на способности жидкого припоя
поглощать некоторые компоненты флюса, вследствие чего по-
верхностная пленка припоя состоит из собственных атомов при-
поя и атомов флюса. В качестве флюса берется вещество, имею-
щее небольшую силу поверхностного натяжения; в результате
этого суммарное поверхностное натяжение припоя уменьшается.
Толщина поверхностной пленки припоя очень маленькая
(10“7 см), поэтому присутствие молекул флюса в ней не ска-
зывается на механических свойствах паяного шва. Вещества»,
способствующие снижению поверхностного натяжения жидко?
сти, называются поверхностно активными веществами по отно:
шению к этой жидкости. При пайке поверхностно активными
веществами являются обычно фтористые соли калия или натрия
(KF, NaF), которые входят в состав флюса.
Как видно из сказанного, флюсы играют важную роль при
пайке. Для того чтобы обеспечить высокое качество паяного сое-
динения, флюсы, кроме удаления окисной пленки с паяемого спла-
ва и припоя, снижения поверхностного натяжения припоя и пре-
дохранения паяного шва от окисления, должны обладать сле-
дующими свойствами:
1)	Вступать во взаимодействие с окислами, прежде чем рас-
плавится припой. В противном случае жидкий припой может вы-
течь из зазора паяемого изделия, не сплавляясь с ним.
Для жидкого флюса существует температура его активного
действия, которая несколько превышает температуру плав-
ления флюса, но должна быть ниже температуры плавления
припоя.
2)	Не должны стекать с паяемого участка и образовывать
газовые карманы.
3*	35
3)	Не оказывать коррозионного влияния на соединяемые де-
тали и на припой Ч
4)	Быть устойчивыми в условиях их применения, транспорти-
ровки и хранения.
5)	Не менять Химического состава при нагревании (во всяком
случае не снижать активность вследствие испарения отдельных
компонентов).
6)	Остатки флюса должны легко удаляться по окончании
пайки.
7)	По возможности не содержать дорогостоящих компонен-
тов.
Как и припои, флюсы делятся на две основные группы: флю-
сы для пайки легкоплавкими (мягкими) припоями и флюсы для
пайки тугоплавкими (твердыми) припоями.
ФЛЮСЫ ДЛЯ ПАЙКИ ЛЕГКОПЛАВКИМИ ПРИПОЯМИ
Для пайки легкоплавкими припоями применяются три типа
флюсов (табл. 27): 1) химически активные, или кислотные,
2) бескислотные, малоактивные при обычной температуре пайки
и 3) активизированные.
Химически активные флюсы при пайке вступают во взаимо-
действие с окислами металлов, очищая поверхности припоя и
паяемого участка изделия, и предохраняют их от дальнейшего
окисления в процессе пайки. К этой группе флюсов относятся:
нашатырь (NH4C1), хлористый цинк (ZnCl2) и другие химиче-
ские соединения.
Хлористый аммоний, или, как принято говорить в технике,
нашатырь, представляет собой белый порошок кристаллического
строения. При нагревании он вступает в химическую реакцию с
окислами металлов. При этом взаимодействие нашатыря с окис-
лами металлов (МеО} идет по двум направлениям:
4МеО + 2NH4C1 = ЗМе + МеС12 + N2 4- 4Н2О,
МеО + 2NH4C1 = МеС12 + 2NH3 + Н2О
В первом случае основным процессом является восстановле-
ние металла из окисла, что характерно для металлов, малоак-
тивных по отношению к кислороду (например, для меди). Кроме
чистого металла, в этой реакции образуется азот, пары воды и
хлорид металла (МеС12), который при обычной температуре
пайки является газообразным веществом, поэтому легкб улету-
чивается. Во, втором случае нашатырь и окисел дают хлорид ме-
талла, аммиак и воду. Продукты этой реакции являются газооб-
разными веществами, поэтому поверхность шва легко очищается
от них. Пайка с образованием хлоридов характерна, например,
для железа, алюминия и других металлов.
1 Это свойство практически не всегда удается получить, поэтому после
пайки, как правило, производится тщательное удаление остатков флюса.
.35
Таблица 27
Тип флюса	Наименование флюса	Химический состав	Температу- ра пайки в °C	Применяется для пайки
	Хлористый	Концентрированный	Выше	Черных и цветных
о	ЦИНК	водный раствор хлори- стого цинка	263	металлов
э	Нашатырь	—	—	То же
CQ X id	Смесь хлори- стого цинка и нашатыря	Хлористый цинк — 25%, нашатырь — 75%	200	•
<D ЕГ Я 5? X X	Прима 1	Хлористый цинк — 73 г, нашатырь — 27 г, спирт этиловый—1 л, глице- рин — 60 г, вода дистил- лированная — 1 л	200	Черных, цветных, металлов, платины
	Паста	Хлористый цинк— 15%',	Выше	Черных и цветных
	15-85	вазелин — 85%	263	металлов
ф К	Канифоль	Канифоль натуральная	Выше 150	Монтажных соеди- нений из меди, лату- ни, бронзы
о ч	КЭ	Канифоль — 15 %, спирт этиловый — 85%	150-300	То же
Я Ьй <и	Глицерино- канифолевый	Канифоль — 50 г, гли- церин — 100 см3, спирт денатурированный — 850 см3	150-300	99
	Флюс с ани- лином	Канифоль; глицерин; анилин солянокислый	150-300	Монтажных схем соединений, деталей из черных и цветных металлов
(D S я я о я	ЛТИ-1	Канифоль — 20—25%, анилин солянокислый — 3—7 %, триэтаноламин — 1 —2 % , спирт этиловый — 90-95 %	230-330	Нержавеющих спла- вов, меди, медных сплавов, цинка, ни- хрома, никеля и се- ребра
со о Q. Л О id <D Г	ЛТИ-120	Канифоль — 20—25% , триэтаноламин — 1 -2% , диэтиламин солянокис- лый— 3 5%, спирт эти- ловый—63—74%	230-330	То же
	ЛМ-1	Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,7)—100 см3, ка- нифоль—30 ел/3, спирт этиловый — 400 см3	240-350	Нержавеющих ста- лей
37
Продолжение табл. 27
I Тип флюса!	Наименование флюса	Химический состав	Температу- ра пайки в °C	Применяется для пайки
о 3 X X СЗ CQ	Л К-2	Нашатырь —1 %, хло- ристый цинк —3%, ка- нифоль — 28 % , спирт эти- ловый — 68 %	280-300	Медных сплавов, оцинкованного желе- за
О сх X СП X X X <	ВТС	Вазелин технический — 100 г, салициловая кис- лота — 10 г, триэтанола- мин — 10 г, спирт эти- ловый — 40 г	230-330	Меди, латуни, брон- зы, константана, се- ребра, платины и ее сплавов
Хорошие результаты дает при пайке легкоплавкими припоями’
хлористый цинк, который представляет собой белый порошок,
легко впитывающий влагу из воздуха вследствие сильной гигро-
скопичности. При пайке хлористый цинк разводят водой. Хлори-
стый цинк для пайки можно получить травлением соляной кисло-
ты. Для травления в соляную кислоту опускают куски цинка до
полного прекращения реакции. При этом получается комплек-
сное соединение — «травленая кислота», т. е. по существу концен-
трированный раствор хлористого цинка с окислами металлов:
2НС1 + 2Н2О + Zn = Н2 [ZnCl2 (ОН)2] + Н2;
например, с FeO «травленая кислота» вступает в реакцию:
FeO + H2[ZnCl2 (ОН)2] = Fe [ZnCl2 (ОН)2] + Н2О.
В процессе нагревания места спая вода испаряется и металл
Покрывается расплавленной солью, которая предохраняет его от
окисления, обеспечивая хороший контакт с припоем.
Пайка хлористым цинком производится при температуре вы-
ше 263° (температура плавления хлористого цинка).
Часто для пайки применяется смесь нашатыря с хлористым
цинком (нашатыря 25%, хлористого цинка 75%). В этом случае
указывается совместное действие обоих компонентов. Достоин-
ство такого флюса — низкая температура его плавления (179°).
Пайка производится при 200°. Флюсы, содержащие хлористый
цинк, применяются для пайки почти всех черных и цветных ме-
таллов за редким исключением. При пайке цинковых или оцин-
кованных деталей применение хлористого цинка или его смеси не
дает положительных результатов. Для таких деталей рекомен-<
Дуется применять в качестве флюса водный раствор соляной ки-
слоты.
38
Для пайки платиновых контактов, деталей из сплавов плати-
ны, никеля и в ряде других случаев может быть использован
флюс Прима 1, представляющий собой раствор хлористого цин-
ка и нашатыря в смеси воды и этилового спирта с добавлением
глицерина. Такой флюс приготовляется следующим способом: в
смеси глицерина, спирта и дистиллированной воды растворяется
хлористый цинк и хлористый аммоний, после чего раствор филь-
труется через бумажный фильтр. Полученный флюс хранится в
стеклянном сосуде с притертой пробкой.
Флюсы кислотного происхождения обеспечивают хорошее ка-
чество соединения. Однако остатки таких флюсов вызывают кор-
розию шва, поэтому после пайки остатки флюса должны быть
тщательно удалены. Для этого шов промывается сначала 5 %-ным
раствором кальцинированной соды, затем дважды горячей и хо-
лодной водой (температура горячей воды 50—80°). После про-
мывки детали должны быть высушены в сушильном шкафу при
температуре 100—110° или протерты насухо мягкой ветошью.
При пайке флюсами, содержащими хлористый цинк или со-
ляную кислоту, происходит разбрызгивание флюса в виде мель-
чайших капель, которые вызывают коррозию деталей, находя-
щихся поблизости. Кроме того, при пайке кислотные флюсы вы-
деляют большое количество вредных для здоровья паров. Этих
недостатков не имеют пастообразные флюсы, состоящее из хло-
ристого цинка или нашатыря и наполнителя. В качестве послед-
него могут быть использованы: ланолин, вазелин, глицерин
и т. д.
Наиболее широко применяется флюс, в состав которого вхо-
дит 15% хлористого цинка и 85% вазелина. Для приготовления
такого флюса в разогретый в эмалированном сосуде до 90—
100° вазелин при непрерывном перемешивании вливается насы-
щенный раствор хлористого цинка и перемешивается до полного
остывания флюса. Полученный флюс применяется для пайки
как черных, так и цветных металлов. Остатки флюса вызывают
коррозию металла, поэтому детали после пайки промывают
сначала в бензине щеткой, а затем в горячей воде при темпе-
ратуре 80°. После этого детали сушат при температуре 100—
110° или протирают насухо ветошью.
Следует отметить, что удаление остатков флюса не всегда
возможно вследствие разнообразия конструкций, изготовляемых,
пайкой. Поэтому в ряде случаев для пайки применяются флюсы,
остатки которых не вызывают коррозию. К ним относятся бес-
кислотные и антикоррозионные флюсы. Бескислотные флюсы, в
отличие от вышеприведенных, имеют малую активность по отно-
шению к окислам металлов. Поэтому они применяются для пайки
металлов, имеющих малоустойчивые окислы (медь, медные спла-
вы, олово, серебро и др.), с обязательной предварительной очи-
сткой поверхности спая от окислов. Остатки бескислотных флю-
сов не вызывают коррозии изделия, что является их ценным ка-
39
чеством. Такие флюсы широко используются при электрорадио-
монтажных работах.
В качестве бескислотных флюсов употребляются канифоль,
вазелин и ряд других органических соединений.
Свойства некоторых органических веществ, входящих в состав
флюсов, применяемых для пайки легкоплавкими припоями, при-
ведены в табл. 27.
Канифоль представляет собой твердое стекловидное веще-
ство, полученное из сосновой смолы. В зависимости от химиче-
ского состава цвет канифоли меняется от темно-бурого до совер-
шенно прозрачного.
При нагревании от 52 до 83° канифоль размягчается и при
температуре 125° переходит в жидкое состояние.
Флюсующее действие канифоли объясняется содержанием в
ней абиетиновой кислоты (С20Н30О2), которая растворяет неко-
торые окислы. При нагревании выше 300—400° канифоль раз-
лагается с выделением углерода и водорода, что способствует
более интенсивному восстановлению окислов паяемого металла.
В процессе пайки абиетиновая кислота нейтрализуется содер-
жащимся в канифоли терпентином, вследствие чего остатки флю-
са не вызывают коррозии соединения.
Канифоль негигроскопична и является хорошим изолятором,
что также относится к ее достоинству как флюса, применяемого
для монтажных работ. Для пайки используется как натуральная
канифоль в кусках, так и ее растворы в этиловом спирте. Нанесе-
ние твердой канифоли на поверхность шва до нагревания паяемо-
го изделия представляет иногда определенные затруднения, а
предварительное нагревание металла для плавления флюса мо-
жет привести к окислению поверхности. Поэтому в таких случаях
целесообразно применять раствор канифоли в спирте. Обычно
для пайки используется флюс КЭ, содержащий 15% канифоли и
85% этилового спирта. Пайка этим флюсом осуществляется при
температуре не выше 300°, так как при более высокой темпера-
туре он воспламеняется.
Для приготовления флюса КЭ канифоль растирают в фарфо-
ровой ступке и растворяют в требуемом количестве спирта.
После полного растворения канифоли флюс фильтруется через
стеклянную вату. Полученный раствор нагревают в течение 2 час.
при температуре 75° в стеклянной колбе с холодильником. Флюс
КЭ хранят в стеклянной посуде с притертой пробкой.
Для пайки герметичных систем и тонких трубок, заполняемых
различными жидкостями, может быть использован глицерино-
канифольный флюс, растворенный в денатурированном спирте.
Флюс применяется при пайке меди и медных сплавов.
Флюс приготовляют путем перемешивания компонентов в не-
обходимых количествах и нагреванием при 80—90° до полного
растворения канифоли. Во избежание испарения спирта флюс
хранят в стеклянной посуде с притертой пробкой. Готовить флюс
40
в большом количестве не рекомендуется, так как со временем
состав флюса изменяется.
Для пайки металлов и сплавов, окислы которых плохо уда-
ляются канифолью или ее раствором, применяются так называе-
мые активизированные флюсы. Такие флюсы улучшают также
качество соединения при пайке меди и медных сплавов.
Активизированные флюсы состоят из смеси канифоли и акти-
визаторов, в качестве которых служат анилин, феноловый ангид-
рид, солянокислый диэтиламин, салициловая кислота и т. д.
(табл. 28). Эти добавки вводятся в флюс каждая в отдельности
или в различных комбинациях.
Таблица 28
Наименование вещества	Химическая формула	Удельный вес	Температура плавления в °C	Температура кипения в °C	Применение
Спирт ЭТИЛО- ВЫЙ . •	. .	С2НЬОН	0,714	-116	35	Растворитель флю-
Глицерин . .	СНОН (СН2ОН)2	1,260	18		сов Для изготовления
Канифоль . . Абиетиновая кислота . . Терпентин . .	с 20 Н30О2	0,960 1,010 0,858	125 182	155—	флюса, применяемого при пайке'черных и цветных металлов Применяется как са- мостоятельный флюс, а также входит в со- став всех некорро- зионных флюсов Составная часть канифоли То же
Анилин . . .	c6h5nh2	1,022	-6	180 184	Входит в состав
Анилин соляно- кислый . . .	c6h5nh2hci	1,222	198	245	антикоррозионных флюсов То же
Триэтаноламин	N(CHa CHa • ОН)3	1,126	20	277	Для приготовления
Диэтиламин со- лянокислый	(C2H5)2NH.HC1	1,048	228	320	некоррозионных флюсов То же
Салициловая кислота . .	HOCcH4CO,H	1,443	159	211	и
Вазелин . . .		0,87— 0,88	35-45		Для приготовления пасты 15 — 85%
Для пайки монтажных соединений наилучшим является флюс
е анилином. Кроме высокой активности, такой флюс дает оста-
ток, который не только не вызывает коррозии соединения, но
41
образует твердую сплошную пленку, защищающую соединение
от воздействия внешней среды.
Добавлением лакового бензина получают активизированный
анилином флюс различной вязкости, начиная от твердого и кон-
чая жидким.
Пайка стали различных марок, жаропрочных сплавов, нике-
ля, серебра, нихрома, меди, бронзы, оцинкованных деталей и
т. д. может быть осуществлена флюсами ЛТП, которые состоят
из этилового спирта, канифоли, солянокислого анилина, соляно-
кислого диэтиламина и триэтаноламина. Вследствие высокой ак-
тивности этих флюсов пайка может производиться без предвари-
тельного удаления окислов (но не окалины) с поверхности паяе-
мого изделия. Перед пайкой необходимо удалить окалины и обез-
жирить поверхность органическим раствором.
При пайке этими флюсами под действием температуры обра-
зуется хлористый водород, который удаляет окисную пленку ме-
талла и обеспечивает растекание припоя.
Остатки хлористого водорода, не, участвующие в реакции,
связываются триэтаноламином, входящим в состав флюса, что
предотвращает коррозию соединения.
Если паяные детали работают в тяжелых климатических'
условиях, то остаток флюсов ЛТП после пайки следует удалить
протиркой шва тряпкой, смоченной органическим растворителем
(спирт, ацетон и др.).
Для приготовления флюса ЛТП растертую в ступке канифоль
растворяют в спирте и добавляют в раствор сначала триэтанола-
мин, а затем активные компоненты — анилин или диэтиламин.
Полученный флюс должен давать нейтральную реакцию с лак-
мусом.
Флюсы ЛТП необходимо хранить в стеклянной посуде. Срок
храпения флюсов 6 месяцев.
Для пайки нержавеющих сталей может быть использован
некоррозионный флюс ЛМ-1.
Флюс состоит из ортофосфорной кислоты, этиленгликоля (или
спирта) и канифоли.
Температурный интервал действия флюса 240—350°. При
400—500° флюс резко теряет свою активность, а при температуре
выше 500° — совершенно не пригоден для пайки.
Оптимальная температура пайки — 280—300°.
Приготовление флюса ЛМ-I сводится к смешиванию его ком-
понентов при комнатной температуре.
Для пайки медных сплавов и оцинкованного железа рекомен-
дуется некоррозионный флюс ЛК-2, состоящий из нашатыря,
хлористого цинка, канифоли и этилового спирта. При небольшом
количестве остаток флюса коррозии шва не вызывает. Если оста-
ток флюса велик, то возможна коррозия изделия, поэтому после
пайки необходимо протереть шов тряпкой, смоченной в ацетоне.
Пайка меди, латуни, бронзы, константана, серебра, платины и
42
сплавов платиновой группы может быть осуществлена также
флюсом ВТС, состоящим из технического вазелина, салициловой
кислоты, триэтаноламина и этилового спирта. Остатки флюса не
вызывают коррозию.
Для приготовления флюса ВТС необходимо:
1)	нагреть до 75—85° в форфоровой или эмалированной посу-
де при непрерывном перемешивании технический вазелин и три-
этаноламин;
2)	растворить в другой посуде (фарфоровой или стеклянной)
салициловую кислоту в спирте;
3)	влить полученный раствор тонкой струей в смесь вазелина
и триэтаноламина, поддерживая температуру 75—85°, при этом
смесь перемешивать;
4)	повысить температуру смеси до 105—110° для удаления из
нее спирта и воды (окончательное удаление спирта определяет-
ся по запаху, влаги — по прекращению образования пены).
Для равномерного охлаждения и получения равномерной кон-
систенции влить расплавленный флюс через металлическое сито
в эмалированные кюветы или металлические противни.
Приготовленный таким образом флюс проверяется на анти-
коррозионность, для чего на полированные и обезжиренные
стальные и латунные пластинки наносится в нескольких местах
площадью 1 см2 флюс слоем 1—2 мм, Затем пластинки поме-
щаются в камеру, имеющую 100%-ную влажность, и выдержи-
вают в ней 48 час. при комнатной температуре. Флюс после
испытания должен сохранить свой цвет, а на пластинках в ме-
стах нанесения флюса не должно быть следов коррозии (на ла-
тунных образцах допускается небольшое потемнение).
Для пайки черных, цветных, а также драгоценных металлов
может быть использован также раствор канифоли в спирте (24%
канифоли) с добавлением 1% хлористого цинка. Рекомендуется
остатки флюса после пайки удалить мягкой тряпкой, смоченной
растворителем.
ФЛЮСЫ ДЛЯ ПАЙКИ ТУГОПЛАВКИМИ ПРИПОЯМИ
Выше отмечалось, что флюсы могут образовать с окислами
различные легкоплавкие химические соединения или просто ра-
створять их.
Химическое воздействие флюсующих веществ зависит от ха-
рактера самих окислов. Как известно, окислы элементов, входя-
щих в состав сплавов, могут быть основного или кислотного
происхождения. Для связывания окислов, являющихся основа-
ниями, в состав флюса, применяемого для пайки тугоплавкими
припоями, вводится кислотный компонент и наоборот, для окис-
лов, имеющих кислотный характер, требуется флюс, содер-
жащий основание. В этом случае происходит образование легко-
плавкой соли по уравнению.
Основание + кислота = соль.
43
В качестве кислого флюса при твердой пайке широко при-
меняются борная кислота (Н3ВО3) и бура (Na2B4O?).
Борная кислота или бура при нагревании выделяют борный
ангидрид В20з, который соединяется с окислами металлов и
образует легкоплавкую соль.
Если в качестве флюса применяется борная кислота, то при
пайке меди реакция может идти следующим образом:
СиО + 2Н3ВО3 — СиО • В2О3 + ЗН2О.
Образовавшаяся в результате реакции легкоплавкая соль
всплывает на поверхность шва и предохраняет припой и основ-
ной металл от вторичного окисления.
Если в качестве флюса применяется бура, происходит сле-
дующая реакция:
CuO-f-Na2B4O7 CuO‘B2O3 + Na2B2O4.
В результате образуются две легкоплавкие соли (СиОВ2О3 и
Na2B2O4), смесь которых плавится при температуре более низ-
кой, чем каждая из них.
Аналогично происходит пайка с применением борной кислоты
или буры и других металлов, имеющих основные окислы. Наибо-
лее известными боратами являются.
CuO-B2O3; ZnO-B2O3; 2Fe2O3-3B2O3 и др.
Таким образом, борная кислота, бура и их смеси могут быть
использованы при пайке в тех случаях, когда приходится иметь
дело с медью, железом и цинком. Обычно они применяются с
успехом для пайки малоуглеродистой стали и железа (оцинко-
ванного или неоцинкованного) медью, медноцинковыми и сере-
бряными припоями, не содержащими марганец и никель, а так-
же меди, бронз (особенно железистых), томпака и латуней с вы-
сокой температурой плавления — медноцинковыми и серебряны-
ми припоями (без марганца и никеля).
Кристаллическая бура (Na2B4O? • ЮН2О) начинает плавиться
при температуре 75°; по мере усиления нагрева она теряет воду
и постепенно переходит в безводную соль (Na2B4O?), плавя-
щуюся при 783°. Борная кислота (Н3ЕО3) плавится при 570°. Но
температура активного действия ее значительно выше, чем
у буры. Поэтому при пайке выше 1050° применяют борную кис-
лоту, а при более низких температурах (ниже 800°)—буру.
Так как борная кислота становится жидкотекучей при более
высокой температуре, то добавление ее к буре делает флюс гу-
стым и вязким, требующим повышения рабочей температуры
пайки.
При пайке сплавов, содержащих кислые окислы (например,
кремнезема при пайке чугуна), в флюсы могут быть добавлены
44
окисли или соли натрия в виде едкого натрия (NaOH) или
углекислого натрия (Na2CO3). В этом случае реакция может
идти по следующему уравнению:
SiO2 4- 2Na2CO3 = (Na2O)2 • SiO2 + 2CO2;
легкоплавкая соль (Na2O)2SiO2 переходит в шлак.
Бура, борная кислота и их смеси применяются в качестве
флюсов при пайке с древних времен. Одним из достоинств соеди-
нений бора является отсутствие коррозионного действия их на
шов. Несмотря на это, остатки флюсов после пайки должны быть
удалены, так как стекловидная масса флюса, образовавшаяся
при пайке, затрудняет контроль паяных соединений, особенно на
плотность. Кроме того, при длительной эксплуатации остатки
флюса крошатся и превращаются в пористое вещество, способ-
ное поглощать влагу, что может вызвать коррозию изделия.
Для удаления остатков буры, борной кислоты или их смеси
следует изделие промыть водой или подвергнуть механической
обработке.
То и другое требует довольно длительного времени, поэтому
для ускорения очистки от флюса иногда изделие в горячем со-
стоянии после пайки погружают в воду. Эффективность этого
способа объясняется большой разницей в коэффициентах тепло-
вого расширения металла и флюса, вследствие чего при резком
охлаждении последний растрескивается и легко удаляется сталь-
ной щеткой. Однако такое охлаждение после пайки не всегда
приемлемо.
Если при пайке бурой и борной кислотой очистка шва от
флюсов производится не всегда, то удаление остатков флюсов,
содержащих NaOH и Na2CO3, является обязательной опера-
цией, так как эти соединения вызывают интенсивную коррозию
изделия. Для этого необходима длительная и тщательная про-
мывка изделия водой.
При пайке легированных сталей и жаропрочных сплавов, со-
держащих окислы хрома, титана, молибдена, вольфрама и дру-
гих элементов, флюсующего действия буры, борной кислоты или
соединений натрия недостаточно. Поэтому в таких случаях для
удаления окислов со значительным эффектом могут быть исполь-
зованы соединения, растворяющие эти окислы.
Растворителями окислов обычно являются фтористые соеди-
нения щелочных и щелочноземельных металлов: фтористый ка^
лий (KF), фтористый натрий (NaF), фтористый литий (LiF) и
фтористый кальций (CaF2). Первые три фторида рекомендуется
вводить в состав флюсов, применяемых при температуре ниже
1000°, фтористый кальций — в флюсы, паяемые тугоплавкими
припоями при температурах 900—1100° и выше. Это объясняется
более высокой температурой плавления фтористого кальция
(1375°).
Фториды щелочных и щелочноземельных металлов стоят до-
45
вольно дорого, поэтому их добавляют в небольшом количестве к
флюсам на основе буры и борной кислоты. Особенно дорог фто-
ристый литий, который практически в составе флюсов для пайки
не встречается.
В состав флюсов, кроме активных компонентов (бура, борная
кислота, фториды щелочных или щелочноземельных металлов),
вводят соединения, способствующие снижению температуры
плавления флюсов. К таким соединениям обычно относятся хло-
ристые соединения щелочных металлов: хлористый калий (КО),
хлористый натрий (NaCl). Иногда в флюсы добавляют и другие
хлористые соединения.
Следует отметить, что стоимость хлоридов щелочных и ще-
лочноземельных металлов значительно ниже стоимости фтори-
дов этих же металлов. Поэтому добавление хлористых соедине-
ний щелочных и щелочноземельных металлов удешевляет флю-
сы. Исключение составляет хлористый литий (LiCl), который от-
носится к дефицитным реактивам.
Характеристика основных химикатов, входящих в состав
флюсов, применяемых при пайке твердыми припоями, приведе-
на в табл. 29. Из этих химикатов в чистом виде для пайки исполь-
зуют буру или борную кислоту. Для пайки легированных сталей
и жаропрочных сплавов соответствующими твердыми* припоями,
указанными в главе I, а также меди и медных сплавов серебря-
ными припоями (с марганцем и никелем) рекомендуются флю-
сы, данные в табл. 30.
Таблица 29
Наименование химиката	Химическая формула	Удельный вес	Темпера- тура плав- ления в °C	Темпера- тура кипе- ния в °C
Бура		Na2B4O7			741	1575
Борная кислота 		Н3ВО3	1,8	577	1500
Фтористый калий		KF	2,4	880	1500
Фтористый натрий 		NaF	2.79	992	1700
Фтористый литий 		LiF	2,3	870	1670
Фтористый кальций 		CaF 2	3,16	1375	—
Хлористый калий 		KC1	2,8	776	1500
Хлористый натрий 		NaCl	2,2	800	1413
Хлористый литий 		LiCl	2,1	614	1360
Хлористый кальций 		Ca CI2	2,52	772	1600
Хлористый барий 		BaCl2	—	962	1560
Углекислый натрий 		Na2CO3	2,53	851	—
Фторборат калия		kbf4	2,5	529	—
Флюс 200 дает вполне удовлетворительные результаты при
пайке конструкционных и нержавеющих сталей медноцинковы-
ми и другими тугоплавкими припоями при температурах 850—
1100°.
46
Таблица 30
Марка флюса	Химический состав в о/д	Назначение флюса	Темпера- тура пайки в °C
200	Борной кислоты (НзВО3) 68-72 Буры (Na2B4O7) 19-21 Кальция фтористого (CaF2) 8—10	Пайка нержавеющих ста- лей и жаропрочных сплавов	Выше 900
201	Борной кислоты (Н3ВО3) 79—81 Буры (NaoB2O7) 13 — 15 Кальция фтористого (CaFJ 5-6 Лигатуры (Al-Cu-Mg) 0,4-0,6		
18В	Борной КИСЛОТЫ (Н3ВО3) 60 Фтористого калия (KF) 40	Пайка конструкционных сталей и сплавов сере- бряными припоями	650—850
209	Борною ангидрида (В2О3) 33-37 Фтористого калия обезвожен- ного (KF) 40—44 Фторбората калия (KbFJ 21-25	Пайка конструкционных и нержавеющих сталей, а также жаропрочных и медных сплавов	620-850
284	Борного ангидрида (В2О3) 23-25 Фтористого калия обезвожен- ного (KF) 33-37 Фторбората калия (KBF4) 40-44		
Перед изготовлением флюса необходимо обезводить компо-
ненты: борную кислоту и фтористый кальций прокаливанием, бу-
ру— плавлением.
В пересчете на обезвоженные компоненты флюс имеет сле-
дующий состав: 66±2% борного ангидрида (В2О3), 19±2%
буры плавленной (Na2B4O7), 15± 1 % кальция фтористого (CaF2).
Для приготовления флюса 200 борный ангидрид и плавлен-
ную буру размельчают в металлической ступке на куски разме-
ром не более 5—6 мм, а затем до состояния пудры в шаровой
мельнице. После этого взвешивают все компоненты согласно ре-
цепту и перемешивают друг с другом в шаровой мельнице или
растирают в фарфоровой ступке. Приготовленный таким образом
флюс следует хранить в сосуде, закрываемом герметично.
47
Флюс 201 является более активным, чем 200, и применяется
для пайки жаропрочных сплавов, а также конструкционных и
нержавеющих сталей при температурах 850—1100° латунными,
жаропрочными и другими припоями. В отличие от предыдущего
флюса он содержит лигатуру, состоящую из 48% меди, 48% алю-
миния и 4% магния. Алюминий и магний более активно соеди-
няются с кислородом, чем хром, никель и другие компоненты»
входящие в состав легированных сталей и жаропрочных сплавов.
Вследствие этого в процессе пайки вместо стойких окислов ком-
понентов жаропрочных сплавов образуются окислы алюминия
и магния, например, по реакции.
2А1 + Сг2О3 = А12О3 + 2Cr; 2А1 + Ni2O3 = Al2O3 + 2Ni.
Сами по себе окислы алюминия или магния являются весь-
ма стойкими соединениями, но они хорошо растворяются фтори-
дами щелочных и щелочноземельных металлов (в частности,
фтористым кальцием). Кроме того, эти окислы могут сплав-
ляться между собой, нейтрализуя друг друга. Медь в лигатуру
добавляется главным образом для получения тройной хрупкой
эвтектики, легко измельчаемой при изготовлении флюса. Окис-
лы меди без труда удаляются борным ангидридом.
Лигатуру алюминий-медь — магний приготовляют следую-
щим образом: сначала расплавляют алюминий и медь в равных
количествах, а затем при температуре около 700° вводят магний
при интенсивном перемешивании сплава. Плавку следует вести
под флюсом. После окончания плавки лигатуру выливают на
стальную плиту. Перед употреблением лигатуру размалывают в
шаровой мельнице или растирают в фарфоровой ступке до со-
стояния пудры.
Флюс 201 приготовляется так же, как и флюс 200.
В пересчете на обезвоженные компоненты флюс 201 имеет
следующий состав в %:
Борный ангидрид (В2О3)..........................77Т1
Бура плавленая (Na2B4O7)...................... 12+1
Кальций фтористый (CaF2) .	...........10±05
Лигатура (Al-Cu-Mg) . .	....................1 ±0,1
При пайке указанными флюсами образуются соединения, при-
водящие к коррозии шва. Поэтому после пайки остатки флюсов
должны быть удалены обдувкой деталей в пескоструйном аппа-
рате или длительным кипячением их в воде с последующей про-
сушкой при температуре 120—150°.
Флюс 18В, применяемый для пайки в интервале температур
650—850°, является смесью борной кислоты и фтористого калия.
При температуре выше 850° флюс довольно быстро теряет актив-
ность, а при температуре ниже 650° он еще недостаточно активен.
Таким образом, флюс 18В может быть использован для пайки
конструкционных сталей, меди и медных сплавов всеми серебря-
4'8
ными припоями, указанными в табл. 13, кроме припоев ПСр 50
и ПСр 40, плавящихся соответственно при температурах 650 и
605°.
Пайка припоем ПСр 40 с применением флюса 18В возможна
при более высокой температуре, что, однако, сводит на нет глав-
ное достоинство припоя ПСр 40 (низкая температура пайки),
поэтому рекомендуется применять для этого припоя более ак-
тивные флюсы.
Вследствие потери активности при высоком нагреве флюс
18В не рекомендуется применять для медноцинковых и других
тугоплавких припоев с температурой пайки выше 850°.
Весьма активными флюсами, обеспечивающими пайку кон-
струкционных сталей, а также жаропрочных и медных сплавов
серебряными припоями с температурой плавления 600—850°,
являются флюсы 209 и 284. Эти флюсы состоят из борного анги-
дрида, обезвоженного фтористого калия и фторбората калия в
различных композициях.
Высокая активность флюса при низких температурах дости-
гается за счет фторбората калия (KBF4).
Главным достоинством флюсов 209 и 284 является возмож-
ность применения их для пайки закаленных стальных изделий
без отжига при температуре 620° самым легкоплавким твердым
припоем ПСр 40. Многочисленные опыты показали, что пайка ле-
гированных сталей при такой температуре почти не снижает ме-
ханические -свойства паяного соединения. Как и флюс 18В, флю-
сы 209 и 284 быстро теряют активность при температуре выше
850°, поэтому они не обеспечивают хорошего результата при пай-
ке медноцинковыми и другими тугоплавкими припоями конструк-
ционных сталей и жаропрочных сплавов.
Флюсы 209 и 284 приготовляются следующим образом:
а)	обезвоживается фтористый калий на противне из нержа-
веющей стали нагреванием при температуре 250—300° в течение
5—6 час.;
б)	измельчается обезвоженный фтористый калий и борный
ангидрид в отдельности сначала на куски размером не более
6—10 мм -в ступке, а затем в шаровой мельнице до состояния
пудры.
Если отсутствует борный ангидрид, то его можно получить из
борной кислоты расплавлением последней в фарфоровом или
шамотном тигле.
Следует иметь в виду, что флюс 284 по сравнению с флюсом
209 имеет более низкую температуру плавления, поэтому можеФ
быть использован для пайки при температуре около 600°.
Флюсы 209 и 284 также вызывают коррозию шва. После пай-
ки этими флюсами детали из нержавеющих сталей и медных
сплавов промывают последовательно, сначала в горячей воде
при 70—90° в течение 15—20 мин., а затем в холодной воде в те-
чение 30 мин. Конструкционные стали очищают последователь-
4 Р. Е. Есенберлии	49
Фиг. 4. Флюсопитатель ФГФ-1-56
ной промывкой изделия в 2—3%-ном растворе натриевого или
калиевого хромпика в течение 20—30 мин. при 70—90°, а затем
в 1%-ном растворе хромпика (натриевого или калиевого) в те-
чение 10—15 мин. при комнатной температуре. После этого ос-
татки хромпика удаляют длительной промывкой чистой водой.
Промытые детали сушат при температуре 150—180° в сушильном
шкафу. Крупные детали сушат
обдувкой сухим теплым воз-
духом.
Наряду с флюсами, о которых
говорилось выше, для пайки ту-
гоплавкими припоями могут быть
использованы также газообраз-
ные флюсы, например флюс
БМ-1, разработанный ВНИИАв-
тогеном.
Флюс БМ-1 является летучей
жидкостью, состоящей из орга-
нических соединений бора. В про-
цессе пайки пары этой жидко-
сти автоматически соединяются
с горючим газом (ацетиленом) и
при сгорании образуют борный
ангидрид, который оказывает
флюсующее действие.
Для подачи флюса БМ-1 в
пламя используется флюсопита-
тель ФГФ-1-56 конструкции
ВНИИАвтогена (фиг. 4).
Флюсопитатель имеет два ре-
резвуара: рабочий и запасной.
В запасной резервуар заливается
флюс БМ-1, который по мере
надобности через сливной вентиль подается в рабочий резер-
вуар и смачивает фитиль, находящийся в нем. Горючий газ
перед поступлением в горелку проходит через рабочее про-
странство флюсопитателя, омывает фитиль с флюсом, насы-
щается парами флюса и уносит их с собой в горелку.
Газообразный флюс БМ-1 может быть использован для пайки
медноцинковыми припоями металлов, окислы которых удаляют-
ся под действием борного ангидрида (например, малоуглероди-
стая сталь, медь, медные сплавы).
По сравнению с пайкой твердыми флюсами применение га-
зообразного флюса имеет следующие достоинства:
1) технология пайки проще: не требуется подготовка флюса
для его введения в паяемое место и исключается трудоемкая опе-
рация последующей зачистки, так как не образуется налета
стекловидного шлака, как это имеет место при пайке с примене-
но
нием твердых флюсов, содержащих соединения бора; все это зна-
чительно ускоряет технологический процесс; например, при аце-
тиленовой пайке малоуглеродистой стали припоем Л62 с приме-
нением флюса БМ-1 производительность процесса повышается
на 35—40%;
2) можно дозировать подачу флюса в шов, вследствие чего
обеспечивается стабильность результатов пайки и облегчается
автоматизация производства.
При газопламенной пайке с применением твердых флюсов та-
кая возможность исключается из-за трудности дозированной по-
дачи флюса.
ФЛЮСЫ для ПАЙКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Алюминий имеет плотную и тугоплавкую окисную пленку, за-
трудняющую его пайку.
Обычные флюсы, применяемые для сталей и меди, не уда-
ляют эту пленку, поэтому не пригодны для пайки алюминия и его
сплавов. Не обеспечивают получение качественного шва при
пайке алюминия и флюсы для мягких припоев вследствие силь-
ного корродирования паяного соединения. В настоящее время
пайка алюминия при 440—550° производится с флюсом 34А, раз-
работанным С. Н. Лоцмановым. Состав флюса 34А дан в
табл. 31. Действие флюса при пайке можно представить в виде
нескольких последовательных процессов.
1.	При нагревании под пайку происходит расширение паяемой
детали и ее окисной пленки, причем коэффициент теплового рас-
ширения последней в 4—5 раз больше коэффициента теплового
расширения самого алюминия. Вследствие этого на сплошной,
хрупкой и плотной окисной пленке появляется множество тре-
щин.
2.	Фтористый натрий, растворяя окислы алюминия, быстро
расширяет образовавшиеся трещины и тем самым открывает до-
ступ к алюминию для хлористого цинка.
3.	Хлористый цинк вступает в реакцию вытеснения с алюми-
нием:
3ZnCI? + 2А1 = 2 А1С13 + 3Zn,
разрушая при этом связи окисной пленки с поверхностью алюми-
ния во всех образовавшихся трещинах.
Газообразный хлористый алюминий способствует всплыва-
нию в расположенный флюс оторвавшихся от алюминия частичек
окисной пленки. Очищенная таким образом от окисной пленки
поверхность алюминия покрывается в ходе указанной реакции
слоем расплавленного металлического цинка и поэтому легко
смачивается расплавленным припоем. Последний момент яв-
ляется самым важным в процессе пайки алюминия и его сплавов.
Хлористый литий (LiCl) я хлористый калий (КС!) не оказы-
4*	51
вают химического влияния на окисел, а служат лишь для пониже-
ния температуры плавления флюса.
При отсутствии готового флюса его можно легко приготовить
на месте, для чего необходимо:
1)	обезводить компоненты флюса: хлористый цинк плавле-
нием при температурах 282—350°, хлористый литий и фтористый
натрий нагреванием в фарфоровой чашке при 250—300° и хлори-
стый калий нагреванием в фарфоровой чашке при 130—150° С;
2)	взвесить компоненты согласно рецептуре и перемешать;
3)	расплавить смесь и вылить на чугунную или стальную
плиту.
Ввиду гигроскопичности флюса необходимо расфасовать его
в посуду с герметичной пробкой.
Флюс 34А вызывает коррозию шва. Поэтому сразу же после
пайки необходимо тщательно смыть со шва остатки флюса, со-
блюдая при этом следующий режим: 1) промывка в горячей во-
де при температуре 50—60° волосяными щетками в течение 5—
10 мин.; 2) промывка в проточной воде — 30 мин.; 3) промывка
в 2 %-ном растворе хромового ангидрида при 60-80°—5—
10 мин.; 4) промывка в проточной воде — 5 мин.
После тщательного удаления остатков флюса изделие сле-
дует вытереть насухо или высушить при температуре 120—160°.
В последнее время для пайки алюминиевых сплавов предло-
жен ряд новых флюсов, составы которых приводятся также в
табл. 31.
Л блица 31
Флюс	Темпера- тура пайки в °C	Химический состав в °/0				
		КС1	|	LiCl	1 NaF	ZnCln	| NaCl
34А			> 420	50	32	10	8		
Ф320А	> 320	28	42+2	6	24	
Ф380А		> 380	47	38	5	10	
Ф124		> 550	47	13 (обезво- женный)	7	8	0,025
Примечание. Флюс Ф320А предложен А. Г. Шуваловым, Ф380А — Б. А. Максими-
хииым и М. А. Нестеровой, Ф124 — А. П. Ерофеевой.
Воздействие этих флюсов на окисные пленки такое же, как
флюса 34А, Указанные флюсы применяются для пайки газовым
пламенем или в печах.
В,качестве .соляной ванны флюсы, указанные в табл. 31, не
пригодны, так как хлориды цинка и кадмия осаждаются при ра-
бочей температуре пайки на поверхности детали и тем самым
вызывают изменение химического состава соли. Поэтому при
пайке алюминия в солянрй ванне, когда жидкая среда одновре-
менно служит и флюсом, рекомендуется использовать смесь хло-
ридов с добавлением 8—10% эвтектической смеси (KF--AIF3),
содержащей 54% (AIF3) и 46% (KF).
52
ФЛЮСЫ для ПАЙКИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Существовавшие до настоящего времени флюсы для пайки
магниевых сплавов обладали низкими флюсующими свойствами
и обеспечивали пайку в какой-то степени только при температу-
рах, близких к температуре плавления сплава. Вследствие этого
терялось преимущество технологического процесса пайки перед
сваркой, качество самого шва было низкое. Для пайки магние-
вых сплавов теперь могут быть использованы флюсы, которые^
имеют относительно низкую температуру плавления и дают удов-
летворительное качество соединения (табл. 32).
Таблица 32
Марка флюса	Химический с<став в °,',,						
	KCI	NaCl	LiCl	NaF'	А1.А	I | Карналлит KMgCl3	Na^AlFj
ДАУ 452 (Ф380МГ)	42,5	10	37	10	—	—	0,5
№ 6		—	—	—	7-9	3-5	Остальное	
Примечание, вой. Флюс № 6 предлол	Флюс Ф380МГ г <ен И. Е. Петру!		!редло>ьс нинЫм.	ж Б. А,	. Максик	Яхиным и М. А	. Нестеро-
Флюс ДАУ 452 плавится при температуре 380°. Недостатком
его является больший, чем у припоя на основе магния, удельный
вес, вследствие чего при быстром ведении процесса в паяном
шве остаются включения флюса.
Флюс № 6 применяется для пайки при температуре 420° и вы-
ше. Предполагают, что ввиду наличия в нем окиси алюминия
процесс флюсования происходит в результате того, что:
1)	фтористый натрий, входящий в состав флюса, частично ра-
створяет окисную пленку магния;
2)	окисная пленка (MgO) взаимодействует с окисью алю-
миния, содержащейся во флюсе; при этом образуется окисел
типа шпинель:
MgO 4-А12О3 = MgO -А12О3;
3)	окись алюминия взаимодействует с магнием в тех участ-
ках, где окисная пленка уже разрушена:
А12О3 + 3Mg = 3MgO + 2А1.
Выделившееся при этой реакции небольшое количество алю-
миния осаждается на поверхность магния и сплавляется с при-
поем, а образовавшаяся окись магния растворяется флюсом.
Какой из трех указанных выше процессов является домини-
рующим, еще не установлено.
Карналлит во флюсе является носителем активных компонен-
тов (Al2O3NaF) и определяет температуру пайки флюса.
53
Флюс № 6 изготовляют следующим образом:
1)	взвешивают необходимое количество компонентов;
2)	расплавляют в фарфоровом, корундовом или кварцевом
тигле карналлит; карналлит, используемый для флюса, должен
содержать не менее 48% хлористого магния, не менее 38% хло-
ристого калия и не более 2% окиси магния; нерастворимых
остатков и влаги должно быть не более 4%;
3)	добавляют в карналлит чистого фтористого натрия, тща-
тельно перемешивая расплав фарфоровой палочкой, нагревают
fero до температуры 550—600°;
4)	добавляют в расплав химически чистую окись алюминия,
нагревают его до 650—700° при тщательном перемешивании; вы-
держивают флюс при этой температуре в течение 3—5 мин. и
осторожно разливают на противни из алюминия или нержавею-
щей стали; во избежание разбрызгивания флюса при разливке
противни должны быть предварительно прогреты;
5)	осадок флюса на дне тигля, составляющий 10—15% от
веса плавки, сливают отдельно и при пайке не используют;
6)	флюс № 6 является гигроскопичным, поэтому хранить его
необходимо в стеклянной посуде с притертой или плотной рези-
новой пробкой;
7)	перед употреблением флюс растирают в фарфоровой ступ-
ке или шаровой мельнице.
Флюс № 6 способствует появлению коррозии в соединении,
поэтому остатки его после пайки должны быть тщательно уда-
лены. Для этого место пайки промывают 0,5%-ным (по весу)
раствором хромпика. Далее изделие следует обработать 15—
20%-ным водным раствором хромового ангидрида, промыть во-
дой и высушить.
После, такой предварительной обработки паяные магниевые
детали для защиты от коррозии оксидируются с последующим
нанесением лакокрасочных покрытий.
Перед оксидированием детали обезжириваются в щелочном
растворе. Оксидирование производится в ванне следующего со-
става: двухромовокислого калия 20 г/л, хлористого аммония
1 г/л, азотной кислоты 30 г/л, воды 1 г/л.
Температура ванны 70—80°. Продолжительность оксидирова-
ния от 30 сек. до 20 мин. в зависимости от концентрации раствора.
Для повышения защитных свойств окисной пленки произво-
дится наполнение ее в 8—10%-ном растворе хромпика, нагретого
до 70—80°.
При пайке оксидированной детали рекомендуется на паяный
шов наносить легким натиранием ватным томпоном, укрепленном
на деревянной палочке, раствор, содержащий на 1 л воды 20 г
селенистой кислоты и 10 г хромпика.
ГЛАВА III
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПАЙКИ
ТИПЫ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
При пайке металлов применяются различные типы соедине-
ний: стыковые, косостыковые, гребенковые, нахлесточные, накла-
дочные, угловые и др. Стыковым называется соединение, при ко-
тором детали паяются по своим торцовым поверхностям (фиг.
5,	. Применяется оно в тех случаях, когда не допускается утол-
щение материала в месте пайки. Стыковое соединение имеет
недостаточно высокую прочность вследствие малой площади спая
(шва), поэтому его следует по возможности избегать. Более
прочным получается соединение в стык гребенкой (фиг. 5, б).
В этом случае площадь шва, а также его протяженность может
быть значительно увеличены. Однако подготовка соединения гре-
бенкой довольно сложна, поэтому оно применяется в исключи-
тельных случаях.
Более высокая прочность соединения обеспечивается при ко-
сом стыке (фиг. 5, в); он, как и стыковое соединение, не увели-
чивает толщины изделия. Косостыковое соединение применяется
при сращивании ленточных пил, при изготовлении баков и сосу-
дов и в ряде других случаев.
Недостатком косостыкового соединения является трудоемкая
механическая обработка деталей перед пайкой.
Наиболее широкое применение при пайке находит соедине-
ние внахлестку. Нахлесточным называется соединение, при кото-
ром поверхности паяемых деталей частично перекрывают друг
друга (фиг. 5, г). Соединение внахлестку дает возможность
спроектировать шов с необходимым запасом прочности за счет
увеличения площади пайки между соединяемыми деталями. Дли-
на нахлестки для плоских деталей, работающих на срез, опреде-
ляется из условий равенства прочности основного металла и пая-
ного соединения. Усилие, которое требуется для разрушения
основного металла, равно произведению площади поперечного
сечения детали на предел прочности при растяжении:
55
где L — ширина детали;
%—предел прочности материала при растяжении;
3 — толщина листа.
Паяное соединение должно воспринимать это усилие без раз-
рушения:
где I — длина нахлестки;
а-. — предел прочности паяного шва на срез.
Фиг. 5. Типы паяных соединений из плоских де-
талей.
Таким образом, для обеспечения прочного паяного соедине-
ния необходимо
L • 8 • ab — L-l-<3x,
откуда длина нахлестки I = —-— .
От
56
Обычно при длине нахлестки /=(2 -? 3)-6 разрушение об-
разца происходит по целому месту. Для тонких листов нахлест-
ка может быть до 4 толщин.
Соединение внахлестку дает утолщение детали и некоторое
эксцентричное направление нагрузки при растяжении изделия,
т. е. усилия Р, действующие на шов, направляются не по одной
прямой, а на некотором расстоянии друг от друга. Поэтому шов
работает не на чистый срез, а на более сложную нагрузку, вслед-
ствие чего прочность соединения несколько снижается.
В тех случаях, когда не допускается утолщение стенок дета-
лей, рекомендуется нахлесточное соединение, изображенное на
фиг. 5, д. Однако такое соединение требует значительной за-
траты на подготовку изделия под пайку.
Соединение с накладками осуществляется при помощи одной
или двух дополнительных деталей (фиг. 5, е). Такое соединение-
применяется, когда не допускается эксцентриситет в направле-
ниях действующих сил. Однако накладки увеличивают вес кон-
струкции, поэтому их применяют только при крайней необходи-
мости.
Тавровое соединение, т. е. соединение торца одной детали с
боковой поверхностью другой, как это делается при сварке (фиг.
5, ж), для паяных конструкций не применяется ввиду низкой
прочности такого соединения вследствие малой площади шва.
Для получения необходимой прочности в паяных изделиях сле-
дует отбортовать кромку одной из деталей (фиг. 5, з).
Пайка часто применяется для получения герметичных сосу-
дов. В этих случаях прочность соединения получается за счет так
называемых фальцовых швов (фиг. 5, и и к), выполняемых меха-
нической обработкой.
Пайка здесь игает второстепенную роль, обеспечивая гер-
метичность шва. Для пайки фальцовых швов достаточно при-
менение легкоплавких припоев.
При пайке пластинок с деталями сплошного или полого се-
чения целесообразно в них сделать вырезы, как показано на фиг.
5, л. Такие вырезы увеличивают площадь шва и прочность сое-
динения.
Основные типы соединений, встречающиеся при пайке труб-
чатых конструкций, показаны на фиг. 6.
В тех случаях, когда допускается увеличение наружного диа-
метра детали в месте пайки при сохранении внутреннего диаме-
тра, применяются соединения а, б и в. Соединение а осуще-
ствляется развальцовкой одной из труб; в соединении б разваль-
цовываются обе трубы, а пайка осуществляется при помощи вну-
тренней накладки; соединение в производится за счет наружного
бужа.
Если в конструкции не должно быть утолщения наружного
диаметра, то пайка осуществляется при помощи внутреннего бу-
жа (фиг. 6, г).
57
При пайке труб может быть также соединение с канавкой для
припоя (фиг. 6 д) и с гребенкой (фиг. 6, в).
Длина развальцованной части труб или длина бужа опреде-
ляется из расчета на равнопрочность, как это делается для плос-
ких соединений. Расчет в данном случае упрощается вследствие
отсутствия эксцентричных нагрузок. При изготовлении паяных
		
		
		
		
		
		
г)
Фиг. 6. Типы паяных соединений трубчатых конструкций.
конструкций, кроме рассмотренных, могут применяться и другие
типы соединений. Однако во всех случаях детали следует распо-
ложить так, чтобы соединение работало на срез, а площадь шва
обеспечивала необходимую прочность соединения.
ТЕХНОЛОГИЯ ПАЙКИ
Пайка металлов представляет собой комплекс процессов,
включающих следующие этапы:
1)	выбор основного металла;
2)	выбор припоя;
3)	выбор способа удаления окисной пленки основного метал-
ла и припоя при нагревании;
4)	установление режима пайки;
5)	подготовка деталей к пайке;
6)	нагрев деталей под пайку;
7)	охлаждение деталей после пайки;
8)	обработка паяных изделий;
9)	контроль качества паяных соединений.
Основной металл выбирается в зависимости от требований,
предъявляемых к паяемой конструкции с учетом ее прочности,
коррозионной стойкости, электропроводности, жаропрочности,
веса и т. д. При этом в качестве основного металла могут быть
использованы сталь, медь, жаропрочные медные, алюминиевые,
магниевые и другие сплавы.
Выбор припоя производится на основании требований, кото-
рыё предъявляются к припоям (см. главу I). При этом прежде
всего надо учитывать природу основного металла и условия
эксплуатации паяной конструкции. Так, если от конструкции
требуется высокая жаропрочность, то для изготовления ее бе-
58
рется' не только жаропрочный сплав, но и припой с высокой
жаропрочностью. Детали, работающие в тяжелых коррозион-
ных условиях при нормальной температуре, целесообразно из-
готовлять из нержавеющей стали, спаянной серебряным или
даже легкоплавким припоем, если не требуется высокая проч-
ность. Для детали, которая должна иметь высокую электропро-
водность, важно применение не только основного материала
с высокой электропроводностью, как медь, но .и припоя, обес-
печивающего хорошую электропроводность соединения (напри-
мер, ПСр 72). При выборе в качестве основного материала
стали или легких сплавов пайку можно осуществить также раз-
ными припоями в зависимости от условия работы изделия.
Таким образом, для обеспечения надежной работы конструкций
следует при разработке технологического процесса тщательно
изучить свойства припоев, указанных в главе I, и после этого
выбрать соответствующий припой.
Некоторые рекомендации по выбору наиболее распространен-
ных припоев в зависимости от паяемых металлов даны в табл. 33.
Удаление окисной пленки с паяемой поверхности осуществ-
ляется при помощи флюсов, газовой среды, созданием вакуума в
камере пайки или воздействием ультразвуковых колебаний. Для
этого в зависимости от основного материала и припоя выбирает-
ся один из флюсов (см. главу II) или газов (см. главу VIII). Пай-
ка в вакууме (глава IX) и ультразвуковая пайка (глава IV)
осуществляются без флюсов.
В зависимости от вида пайки от окисления можно защищать
Пли только паяемое место или всю деталь.
Установление режима пайки заключается в выборе темпе-
ратуы пайки, продолжительности нагрева и скорости нагрева.
Эти элементы режима пайки оказывают существенное влияние
на качество паяного соединения.
При повышении температуры пайки уменьшается поверхно-
стное натяжение припоя, улучшается растекаемость припоя,
ускоряется диффузия припоя в основной металл и основного ме-
талла в припой. И наоборот, при понижении температуры затруд-
няется процесс пайки.
Большинство припоев, как видно из главы I, плавится в опре-
деленных интервалах температур. Только припои, имеющие эв-
тектический состав (например, 34А), или чистые металлы, ис-
пользуемые в качестве припоев, плавятся при постоянной темпе-
ратуре. Припой неэвтектического состава начинают плавиться
при температуре, определяемой линией солидуса на диаграмме
плавкости, и полностью расплавляются при температуре, опре-
деляемой линией ликвидуса. Следовательно, при температурах
от солидуса до ликвидуса такие припои находятся в полужидком
состоянии и, как правило, плохо заполняют капилляры. При пай-
ке такими припоями требуется повышенная температура на-
грева (выше температуры ликвидуса).
59
Таблица 33
Паяемый
материал
Сталь малоугле-
родистая
Сталь легирован-
ная
Сталь нержавею-
щая
Жаропрочные
сплавы
Ковкий чугун
Медь
Медные сплавы
Алюминиевые
сплавы
Магниевые
сплавы
Титановые
сплавы
Припои
| Медь 1		Медноцинковые (табл. 8)	Латунь легирован-1 ная (табл. 8. 17) 1	Медно-фосфори- стые (табл 11)	Серебряные без фосфора (табл. 13)	Серебряные с фос- фором (табл. 13)	Жаропрочные (табл. 20)	На основе алю- миния (табл. 22)	На основе маг- ния (табл. 25)	На основе ти- тана (табл. 26)	Легкоплавкие (табл. 2)
+	+	+	—	+	—	—	—	—	—	+
X	+	-+	—	н-	—	—	—	—	—	+
X	X	X	—	+	—	+	—	—	—	+
X	X	X	—	+	—	+	—	—	—	+
—	X	X	—	+	+	—	—	—	—	+
—	+	X	+	+	-4-	—	—	—	—•	+
—	X	X	—	+	X	—	—	—	—	4-
—	—	—	—	—	—	—	+	—	—	—
—	—	—	—	—	—	—	—	+	—	—
—	—	—	—	+	—	—	—	—	+	X
Условные обозначения: -}- рекомендуется;
X не рекомендуется, но допускается с ограничением;
— не рекомендуется.
Примечания: 1. Медь применяется для пайки в печах с газовой средой или
в вакууме.
2.	Для пайки закаленных стальных изделий применяется припой
ПСр 40.
3.	Пайка нержавеющих сталей нежаропрочными припоями допу-
скается для конструкций, работающих при низких темпе-
ратурах.
4.	Для пайки алюминиевых сплавов допускаются легкоплавкие
припои, указанные в табл. 5. Пайка производится ультразву-
ковым паяльником.
5.	Для пайки магниевых сплавов рекомендуется легкоплавкий
припой № б по табл. 5.
Из сказанного, однако, не следует, что чем выше темпера-
тура пайки, тем лучше качество шва. Температура пайки может
быть повышена только до определенного предела.
1.	При повышении температуры могут происходить структур-
ные изменения материала за счет выделения эвтектических, кар-
бидных и других составляющих, а также укрупнения зерна спла-
ва. Это может привести к снижению механических или корро-
зионных свойств шва. Даже при пайке легкоплавкими припоями
перегрев шва может сказаться на качестве соединения. Так, при
пайке алюминиевого сплава Д16Т оловянно-цинковым припоем
с температурой плавления 198° в интервале температур 200—ЗОО®
60
предел прочности шва аь может изменяться от 15,2 до
10,2 кГ/мм2, при этом максимальное значение достигается при
температуре пайки, равной 225°. Зависимость прочности паяных
соединений от температуры пайки показана в табл. 34.
Таблица 34
Температура пайки в °C	Oj, в kI'Imm-	1 1	Температура пайки в °C	в
200 225 250 Примечание, ниевый сплав Д16Т. П плавления 198°. Пайка	14,2 15,1 14,7 Основной металл—зак рипой—сплав, состоящ производилась ультра'1	275 300 аленный и естествен^ ий из 9070 олова и туковым паяльником	11,3 10,2 ) состаренный алюми- цинка с температурой
Еще больше сказывается перегрев при пайке сталей, особен-
но закаленных. Нагрев закаленных сталей в процессе пайки вы-
ше температуры высокого отпуска (650—670°) резко снижает их
прочность. Поэтому в таких случаях применяют твердые припои,
имеющие по возможности низкую температуру пайки.
2.	Высокая температура нагрева при пайке может вызвать
выгорание легирующих компонентов основного материала (на-
пример, углерода в стали при пайке в газовых средах). Это
приводит к снижению механических свойств соединения.
При высоком нагреве может произойти изменение химическо-
го состава припоя. Припой часто содержит компоненты, которые
в процессе пайки легко испаряются, вследствие чего также сни-
жается качество соединения (например, испарение цинка в мед-
ноцинковых или серебряных припоях).
3.	Чем выше температура нагрева, тем дороже обходится про-
цесс пайки.
Более выгодной является пайка при низких температурах.
Однако недостаточный нагрев при пайке может не обеспечить
нужное качество соединения.
Учитывая все вышеизложенные рассуждения, температуру
пайки обычно устанавливают таким образом, чтобы она превы-
шала температуру плавления припоя только на 25—50°.
Следует отметить, что не обязательно доводить температуру
пайки до максимально допустимого ее значения. В ряде случаев
целесообразно осуществить пайку при более низкой температу-
ре. Некоторые припои хорошо заполняют капилляры и обеспечи-
вают достаточное растекание уже при температуре, несколько
превышающей температуру солидуса, если жидкой фазы содер-
жится примерно 80%. К таким припоям относятся, в частности,
сплавы на основе Си—Ag—Р. Так, например, пайка припоем
ПСр Ф2-5 может быть осуществлена при температуре 685°, хотя
полное расплавление припоя происходит при температуре 900°.
61
Очевидно, нет необходимости в данном случае нагревать деталь
до температуры ликвидуса, когда пайка может быть осуществ-
лена уже при более низкой температуре.
Прочность паяного шва во многом зависит также от продол-
жительности нагрева при температуре пайки (или выдержки).
Чем больше продолжительность нагрева, тем глубже происходит
диффузия припоя в основной металл и основного металла в при-
пой. Однако увеличение времени выдержки при пайке приводит
к удлинению производственного цикла. Поэтому время выдерж-
ки устанавливается с учетом: габарита паяемого изделия, зазора
между паяемыми деталями, а также химического состава припоя
и основного материала. Для крупногабаритных изделий требует-
ся более продолжительный нагрев, чем для мелких. При большом
зазоре между паяемыми изделиями также необходим длитель-
ный нагрев для обеспечения хорошей взаимной диффузии основ-
ного металла и припоя. От припоя и основного металла зависит
склонность их к изменению структуры и химического состава при
длительном нагреве и связанное с этим изменение качества пая-
ного соединения.
Выдержка при нагреве сказывается на свойствах шва только
при высоких температурах пайки. При низких же температурах
во многих случаях продолжительность пайки существенного зна-
чения не имеет.
Скорость нагрева паяемых деталей до температуры пайки
определяется размерами их, а также теплопроводностью основ-
ного материала. Для крупногабаритных деталей нужен медлен-
ный нагрев во избежание коробления или образования трещин
при пайке.
Материалы, имеющие низкую теплопроводность (например,
нержавеющие стали, жаропрочные сплавы), следует нагревать
также медленно.
При пайке мелких деталей или деталей из материалов с вы-
сокой теплопроводностью для сокращения производственного
цикла рекомендуется производить нагрев с повышенной ско-
ростью.
Подготовка деталей к пайке состоит в изготовлении загото-
вок, очистке и сборке их.
Заготовки изготовляют из листового материала, труб или
другого ассортимента в зависимости от конструкций паяемого
изделия; при этом могут быть использованы различные спо-
собы обработки металлов. После изготовления заготовки под-
гоняют, как правило, вручную и отправляют на очистку.
Очистка заготовок перед сборкой от грязи, краски, ржавчины,
окалины, жиров и т. д. является обязательным процессом при
подготовке изделия к пайке. Грязь и продукты, образовавшиеся
в результате сгорания краски или жиров, попадая в шов, сильно»
снижают его качества.
62
При наличии ржавчины или окалины на соединяемых поверх-
ностях пайка может не произойти.
Очистку заготовки от грязи и краски можно производить ке-
росино-кислородной или ацетилено-кислородной горелками, даю-
щими широкий факел пламени. При быстром перемещении го-
релки металл почти не нагревается, а краска или другие посто-
ронние вещества, имеющиеся на поверхности металла, успевают
сгореть. Этот же способ применяют для очистки поверхности ме-
талла от окалины. При нагреве окалина растрескивается вслед-
ствие различия коэффициента линейного расширения по сравне-
нию с металлом. После этого изделие тщательно очищают щет-
кой.
Незначительные загрязнения и ржавчину обычно удаляют
наждачной бумагой, пескоструйным аппаратом, шабером или
стальной щеткой. В случае применения наждачной бумаги или
пескоструйной обработки изделие необходимо обдуть сухим сжа-
тым воздухом для удаления остатков наждака или песчинок.
Жир с поверхности изделия удаляют, погружая изделие в
раствор щелочи или поташа. После этого детали необходимо про-
мыть водой и высушить.
Пыль, грязь и следы жира удаляют бензином, ацетоном, трих-
лорэтиленом и четыреххлористым углеродом.
Для очистки поверхности заготовки от ржавчины или ока-
лины, кроме механических способов, широко применяют хими-
ческое травление кислотой. Сущность удаления окислов травле-
нием состоит в том, что при погружении паяемого изделия
полностью или частично в раствор кислоты последний через
поры или случайные трещины окислов вступает во взаимодей-
ствие с металлом, в результате чего выделяется водород, кото-
рый при выходе на поверхность механически разрушает окисел
или окалину. В некоторых случаях среда, в которой травят ме-
талл, образует с окислом растворимую в воде соль, смываемую
потом водой. Для поверхностного травления металлов реко-
мендуется: при пайке стальных изделий — 10%-ный раствор
серной или соляной кислоты; при пайке меди и медных спла-
вов— 10%-ный раствор серной кислоты; при пайке изделий из
нержавеющей стали — реактив, содержащий 10%-ный раствор
серной кислоты и по 20 г/л хлористого натрия и азотнокислого
натрия, температура реактива должна быть 70—75°; при пайке
алюминия и его сплавов — 10%-ный раствор едкого кали (тем-
пература ванны 50—60°); при пайке титановых сплавов — рас-
твор, состоящий из 350 см3 технической соляной кислоты, 50 г
фтористого натрия и 650 см3 воды. Травление производится при
комнатной температуре.
Наряду с поверхностным травлением в ряде случаев может
быть использовано глубокое травление места пайки для создания
шероховатой поверхности. На такой поверхности, где множество-
мелких капилляров, растекание припоя происходит лучше. Кро-
63
ме того, при глубоком травлении в кислотах растворяются глав-
ным образом межкристаллические вещества, расположенные по
границам зерен, и создается чистая металлическая поверхность
со множеством микроуглублений, которые в несколько раз уве-
личивают площадь сцепления основного металла с припоем.
Это в свою очередь приводит к повышению прочности паяных
швов. Глубокое травление стали производится в 25—30 %-ном
растворе соляной кислоты. Для нержавеющих сталей, содержа-
щих хром и молибден, глубокое травление производится при
80° 10%-ным водным раствором царской водки (такой раствор
содержит примерно 3% азотной кислоты, 7% соляной кислоты,
90% воды).
После поверхностного или глубокого травления изделие тща-
тельно промывают в проточной воде, растворе соды для нейтра-
лизации остатков кислоты и снова в проточной воде. Травленое
и промытое изделие вытирают насухо чистой ветошью или сушат
при температуре 60—70°. Во избежание окисления детали долж-
ны после сушки немедленно поступать на пайку.
Часто изделие для пайки поступает после механической обра-
ботки. В таких случаях травление не всегда обязательно.
Сборка деталей производится, как правило, после очистки за-
готовок от грязи, жиров и окалин. При этом важно установить
между деталями оптимальный зазор, от которого зависит проч-
ность соединения и правильность сборки (отсутствие перекосов).
При выборе зазоров следует учитывать:
1)	коэффициенты объемного расширения материалов деталей
и припоя, а также направление распространения нагрева во вре-
мя пайки и его характер, ибо эти факторы определяют действи-
тельный зазор в нагретых деталях;
2)	размеры паяемых деталей (при малых размерах детали
зазор уменьшается и, наоборот, при больших размерах — увели-
чивается);
3)	стоимость механической обработки при подгонке деталей;
более жесткие допуски на зазор при сборке деталей под пайку
приводит к их удорожанию;
4)	стоимость припоя; в случае применения медноцинковых и
других дешевых припоев может быть допущена более свободная
посадка, чем при пайке дорогостоящими припоями (например,
серебряными).
Количество припоя, требуемого для осуществления пайки,
можно определить по следующей формуле:
где О — вес припоя в г;
I — протяженность паяного шва в см-,
h —высота (ширина) нахлестки в см\
8 — зазор между паяемыми деталями в см\
7 — удельный вес припоя;
64
k — коэффициент, учитывающий степень заполнения галте-
ли паяного шва и другие факторы; коэффициент k принимается
равным 1,5. Опыты показывают, что для получения максимальной
прочности в паяных соединениях следует брать зазор в пределах
0,05—0,15 мм. Такой зазор обеспечивает и хорошую соосность
деталей. Однако в ряде случаев без ущерба для прочности и
нарушения соосности деталей можно допускать зазоры между
деталями в более широких пределах.
В табл. 35 даны допустимые (но не оптимальные) зазоры в
соединениях при пайке различных металлов твердыми припоями.
Таблица 35
Паяемые металлы	Припои			
	Медный	Медноцинко- вый	Фосфористый	Серебряный
Медь			0,08-0,3	0,08-0,3	0,04—0,25
Латунь и бронза . . .		0.08-0,3	0,08-0,3	0,04-0,25
Сталь и чугун ....	0,04-0,1	0,05—0,25	—	0,03-0,15
Примечание. Величины зазоров в мм даны на диаметр.				
Способ введения припоя к месту пайки зависит от вида пайки.
При пайке ручными паяльными инструментами припой, как пра-
вило, вводится в зазоры между паяемыми изделиями одновремен-
но с их нагреванием. При высокопроизводительных способах пай-
ки (например, при пайке в печах с газовой средой, пайке токами
высокой частоты и т. д.) введение припоя в место пайки должно
производиться заранее, т. е. при подготовке изделия к пайке.
Припои употребляются в виде проволоки, фольги, ленты, по-
рошков или пасты в смеси с флюсом. В условиях массового про-
изводства большую роль играет предварительная подготовка
припоя, которая сводится к дозировке его определенными пор-
циями для каждого изделия. Точная дозировка припоя способ-
ствует получению качественного шва, устраняет необходимость
зачистки детали после пайки и дает значительную экономию
припоя.
Определение количества припоя, необходимого для заполне-
ния шва, производится расчетом (как указано выше) или опыт-
ным путем. Для дозировки проволоку из припоя навивают на
специальные оправки, после чего разрезают на куски; отрезан-
ному куску припоя придают форму, соответствующую форме
паяемого шва.
Колечко припоя устанавливают у шва так, чтобы при плавле-
нии припой лучше заполнял зазоры между паяемыми деталями.
Наиболее рациональным является размещение припоя сверху
соединения. В этом случае под действием собственного веса при-
пой лучше заполняет шов, особенно если длина нахлестки боль-
& Р. Е. Есенберлмн	€5
шая. Если колечко припоя располагается в нижней части соеди-
нения, то его высота поднятия после плавления может оказаться
недостаточной для заполнения всего шва. Независимо от способа
размещения припой не должен сползать с места посадки во вре-
мя нагрева.
При большой площади спая, когда подача припоя с поверхно-
сти недостаточна, в стенках изделия делают кольцевые канавки,
в которые закладывается припой. Такое размещение припоя до-
пускается в тех случаях, когда канавка не снижает прочности
изделия.
При пайке плоских поверхностей обычно используется припой
в виде фольги. Дозировка припоя производится штамповкой
фольги по форме, соответствующей форме паяемой поверхности.
Фольга может закладываться также в зазоры между паяемыми
круглыми изделиями.
Порошкообразные припои или пасты применяют в тех слу-
чаях, когда из сплава нельзя получить проволоку, фольгу или
ленту из-за его хрупкости. В таких случаях припой размещают
в верху соединения или в специальных пазах. Дозировку таких
припоев производят по весу или объему.
Иногда припой наносят на деталь разбрызгиванием в рас-
плавленном состоянии (металлизацией). Такой метод применя-
ют для припоев, не содержащих легкоиспаряемых компонентов,
и особенно если припой хрупкий. Металлизацию не следует при-
менять для нанесения на поверхность спая медноцинковых и се-
ребряных припоев, содержащих цинк. Как и основной металл, по-
ступающий на пайку, припой должен иметь чистую поверхность.
Очистку припоя от окислов производят так же, как очистку
основного металла.
Рациональные способы размещения припоя на изделиях перед
пайкой показаны на фиг. 7 и 8.
Завершающей сборочной операцией является закрепление
паяемых деталей. Для этой цели детали прихватываются дуговой,
газовой или контактной сваркой. Иногда крепление осуществляет-
ся развальцовкой, связыванием нихромовой проволокой и т. д.
(фиг. 8, 9).
Подготовленные таким образом изделия подают на пайку.
Нагрев деталей при пайке осуществляется различными спосо-
бами. Наиболее широкое распространение в настоящее время по-
лучил нагрев паяльником, пламенем горючих газов, электрокон-
тактным способом, в ваннах с расплавленной солью или припоем,
а также в электропечах и токами высокой частоты. Способ нагре-
ва определяет характер деформации при пайке и качество паяно-
го соединения. Деформация изделия при нагревании удорожает
его стоимость ввиду дополнительных затрат на правку. Кроме
того, при правке детали в ней могут появится трещины, что отра-
зится на прочности соединения. Поэтому виды соединения, даю-
щие минимальное коробление деталей при обеспечении других
66
Фиг. 7. Рациональные способы размещения припоя в паяемом участ-
ке при приготовлении точеных деталей:
1 — изделие; 2 — припой
Фиг. 8. Закладка припоя в место соединения при пайке штампован-
ных деталей:
/ — изделие; 2 — припой.
5*
67
требований к изготовленной детали, являются более желатель-
ными технологическими процессами. С этой точки зрения одним
из достоинств пайки является возможность получения соедине-
ний, имеющих относительно низкую деформацию, чем, например,
при сварке.
При сварке металлов деформация изделия происходит, как
известно, вследствие образования внутренних напряжений.
Фиг. 9. Способы закрепления деталей перед пайкой:
а — кернением; б — связыванием проволокой; в — штифтами; г — точечной
сваркой; д — при помощи накатки.
Причинами, вызывающими внутренние напряжения, являют-
ся: местный нагрев изделия, фазовые превращения, происходя-
щие в основном металле, и усадка наплавленного металла.
В результате местного нагрева при сварке происходит значи-
тельное местное расширение объема металла, в то время как все
изделие остается в холодном состоянии, что приводит к образова-
нию внутренних напряжений. Фазовые превращения, происходя-
щие в сварном шве, вследствие высокой температуры нагрева так-
же могут сопровождаться изменением объема металла. Так, в
сталях переход а-раствора в Y-раствор вызывает изменение
объема примерно на 1%. 'Поскольку это изменение распро-
страняется только на небольшой участок изделия, в то время
как остальная его часть остается в холодном состоянии, измене-
ние объема также приводит к образованию внутренних напряже-
ний.
Усадка металла происходит вследствие уменьшения жидкого
металла при затвердевании. Так как сварка всегда сопровож-
дается плавлением кромок основного металла, то при затверде-
вании этого наплавленного металла происходит усадка, служа-
щая причиной появления внутренних напряжений.
Пайку металлов можно осуществить или при местном нагре-
вании, как это делается при сварке, или при нагревании всего
68
изделия (в печах, соляных ваннах и т. д.). Местный нагрев при
пайке легкоплавкими припоями из-за низкой температуры про-
цесса не оказывает заметного влияния на коробление изделия.
При пайке тугоплавкими припоями с нагревом изделия паяль-
ной лампой или горелкой происходит значительное коробление
изделия.
Пайка токами высокой частоты или контактная пайка осуще-
ствляется быстро, поэтому изделие не получает большой,дефор-
мации.
Пайка в печах или соляных ваннах осуществляется при рав-
номерном нагревании всего изделия, что значительно снижает его
коробление. Возможные фазовые превращения в этих случаях
не представляют большой опасности, поскольку эти изменения
могут происходить во всем изделии при его равномерном нагре-
вании. К тому же, в случае необходимости, можно осуществлять
пайку при температуре, не вызывающей заметного структурного
изменения металла (например, пайка закаленной стали без от-
жига при температуре 620°). Что касается усадочных напря-
жений при пайке, они также не оказывают заметного влияния
на деформацию, так как при пайке основной металл не пла-
вится, а усадка припоя недостаточна, чтобы вызвать коробле-
ние всего изделия.
Особенно сильно сказывается способ нагрева на качестве пай-
ки и производительность процесса. Каждый способ нагрева пред-
ставляет собой отдельный способ пайки со своими особенностя-
ми, достоинствами и недостатками. Более подробно эти способы
пайки будут рассматриваться в последующих главах книги.
Охлаждение изделия после пайки обычно производят на воз-
духе. В некоторых случаях, например при пайке с безокислитель-
ным нагревом, паяные детали охлаждают в атмосфере защитных
газов или в вакууме. Если пайку совмещают с термообработкой,
то охлаждение деталей производят в закалочной среде. Во избе-
жание разрушения соединения в таких случаях необходимо
паяную деталь сначала охладить на воздухе до затвердевания
припоя и только после этого опускать в жидкость.
Особое внимание следует обращать на охлаждение деталей,
паянных припоем с большим интервалом затвердевания. При
кристаллизации швов, паянных такими припоями, может иметь
место явление ликвации, что приводит к неоднородности структу-
ры и химического состава паяного шва.
Ликвация может образоваться также вследствие разницы в
удельных весах или температурах плавления различных компо-
нентов сплава, образованного в результате взаимного растворе-
ния припоя и основного металла. При этом наиболее тяжелый
компонент оседает в нижней части шва. Тугоплавкие кристаллы
припоя затвердевают ближе к основному металлу, где охлажде-
ние происходит интенсивнее, чем в центре шва.
Неоднородность структуры и химического состава шва создает
69
неоднородность свойств в отдельных его местах, вследствие чего
шов может иметь участки с низкой прочностью.
Ликвация по удельному весу в значительной степени зависит
от скорости остывания сплава. Медленное охлаждение паяного
изделия увеличивает ликвацию и, наоборот, быстрое охлаждение
уменьшает ее. С другой стороны, необходимо учитывать, что ско-
рость охлаждения, как и скорость нагрева, оказывает влияние на
коробление изделия. Поэтому режим охлаждения следует уста-
навливать в каждом конкретном случае отдельно в зависимости
от габаритов паяного изделия, его материала и использованного
припоя.
Если пайка производилась в специальном приспособлении,
создающем жесткость изделия и предотвращающим тем самым
коробление в процессе пайки, то охлаждение его также должно
производиться в этом приспособлении.
Обработка деталей после пайки состоит в удалении остатков
флюса, слоя обмазки, если она имеется, нанесенной для защиты
поверхности детали от облуживания, а также в отделке паяного
шва.
Остатки флюсов, особенно содержащих галогенные соедине-
ния (KF, NaF и др), вызывают интенсивную коррозию деталей,
поэтому они должны быть удалены сразу же после пайки. Для
этого руководствуются указаниями, данными в главе II. Если
применены флюсы, не вызывающие коррозию, то удаление остат-
ков их нужно производить в тех случаях, когда это необходимо
для осуществления контроля.
Удаление защитной обмазки происходит попутно, когда де-
таль промывается от флюса.
Отделочные работы состоят в удалении излишков припоя
(подтеки, наплавы), в зачистке отдельных частей детали, окис-
лившихся при пайке (если это требуется по техническим услови-
ям) и в устранении дефектов шва. Все эти работы выполняются
обычно механическим способом.
Контроль качества пайки и устранение обнаруженного брака
являются завершающим этапом технологического процесса.
Методы контроля паяных соединений даны в главе X.
ГЛАВА IV
ПАЙКА ЛЕГКОПЛАВКИМИ ПРИПОЯМИ
Легкоплавкими припоями можно паять почти всеми известны-
ми способами пайки. Однако наиболее широко применяется в
настоящее время пайка при помощи ручных паяльных инстру-
ментов и погружением в расплавленный припой. Основными спо-
собами ручной пайки являются: пайка паяльником, ультразвуко-
вая пайка и абразивная пайка. Пайка погружением в жидкую
среду осуществляется различными способами. В данной главе
рассматриваются лишь ручные способы пайки легкоплавкими
припоями.
ПАЙКА ПАЯЛЬНИКАМИ
Паяльник представляет собой заостренный стержень прямо-
угольного или круглого сечения, прикрепленный к стальной дер-
жавке с деревянной рукояткой. Паяльники применяют для на-
гревания припоя и деталей при пайке легкоплавкими припоями.
Стержень («щеки»)
паяльника должен обла-
дать высокой теплопро-
водностью, чтобы тепло
его быстро передавалось
нагреваемому месту. По
этой причине его изго-
товляют из красной меди
(преимущественно из ме-
ди марки Ml, содержа-
щей не более 0,1 приме-
Фиг. 10. Типы паяльников: а—молотковый:
б — торцовый.
сей).
По конфигурации паяльники могут быть молотковыми или
торцовыми (фиг. 10). Выбор типа и веса паяльника зависит от
формы и размеров соединяемых деталей, а также от характера
паяльных работ. В большинстве случаев применяют молотковые
паяльники. Торцовые паяльники используют обычно для пайки
труднодоступных соединений (фиг. 11). Пайку крупных изделий
производят более мощными (массивными) паяльниками. Мало-
мощные паяльники в этом случае не обеспечивают прогрева ме-
71
ста спая вследствие большого отвода тепла. Для пайки мелких
деталей следует применять паяльники, имеющие небольшие раз-
меры стержня. При отсутствии таких паяльников для пайки мел-
ких деталей можно применять и более массивные паяльники, так
как это не приводит к большому перегреву шва; большой паяль-
ник быстро нагревает шов, но им неудобно работать.
Фиг. 11. Примеры применения молотковых
и торцовых паяльников.
Нагрев паяльника производят периодически или непрерывно.
Для периодического нагрева паяльника используют пламен-
ные или электрические печи, горны, паяльную лампу, ацетилено-
кислородную горелку и т. д.
Непрерывный нагрев паяльника осуществляется горелкой,
прикрепленной к паяльнику, или электрическим током.
Фиг. 12. Паяльник, обогреваемый газовым пламенем.
Схема паяльника, обогреваемого пламенем горелки, показана
на фиг. 12. В горелку поступает кислородно-ацетиленовая смесь,
которая на выходе из нее поджигается. Образовавшееся при этом
пламя нагревает рабочую часть паяльника. Температура рабочей
части паяльника регулируется расходом газа.
Существуют также паяльники непрерывного действия, обогре-
ваемые горючей жидкостью, например бензином. Бензиновые
паяльники (фиг. 13) имеют резервуар 1 с горелкой 2. Через
кран 8 в резервуар поступает воздух, который создает в нем по-
вышенное давление. При открытии запорного крана 3 распылен-
ный бензин через форсунку 4 выходит из горелки, где он поджи-
гается. Образовавшееся пламя нагревает рабочую часть паяль-
72
ника. Испарение бензина на выходе из форсунки происходит
при сгорании бензина, наливаемого в чашечку 5. В дальнейшем
необходимая температура для испарения бензина поддерживает-
ся за счет пламени горелки.
Расход бензина при пайке бензиновым паяльником состав-
ляет 0,16—0,2 л[час.
Паяльники с непрерывным нагревом применяют для пайки
громоздких деталей, где для прогрева шва требуется значитель-
ный подвод тепла. Особенно эффективны такие паяльники при
пайке алюминия или меди, которые вследствие большой тепло-
проводности и теплоемкости плохо прогреваются. Бензиновый
Фиг. 13. Бензиновый паяльник:
/ — резервуар; 2 — горелка; 3 — запорный кран; 4 — форсунка; 5 — чашечка; 6 — насос;
7 — колпачок; 8 — воздушный кран; 9 — заливная горловина.
паяльник может быть использован также для пайки тугоплавки-
ми припоями. Для этого с паяльника снимается его рабочая часть
(щеки).
Электрические паяльники применяют преимущественно для
монтажных работ. Нагревательный элемент электрического
паяльника представляет нихромовую проволоку, намотанную на
медный стержень последнего. Обмотка нагревательного элемента
изолирована от медного стержня слоем асбеста, слюды или стек-
лоткани. Иногда нихромовая спираль наматывается на керами-
ческую катушку, надеваемую на стержень. Паяльник соединяется
с источником питания шнуром длиной 1,5—2 м. Шнур снабжается
штепсельной вилкой.
Для обеспечения интенсивного подвода тепла к месту пайки
паяльник должен иметь достаточно мощный нагревательный эле-
мент и массу стержня. Мощность паяльника выбирается в зави-
симости от температуры плавления припоя и размеров паяемых
деталей. Обычно применяют паяльники мощностью 10, 15, 40, 60,
73
80, 120, 220 вт и выше. Например, при монтажных работах для
пайки проводов диаметром до 1 мм применяют паяльники
мощностью 60—80 вт с диаметром стержня 10—12 мм. Мало-
мощные паяльники (10—15 вт) применяют для пайки мелких де-
талей и тонких проводников (например, токосъемников из дра-
гоценных металлов). Пайку толстых проводов диаметром
5—7 мм, а также крупногабаритных деталей производят паяль-
никами мощностью 300—400 вт с массивным стержнем.
Питание нагревательных элементов паяльников током про-
изводится от осветительной сети или от понижающего трансфор-
матора. В производственных условиях следует избегать питания
паяльника от осветительной сети, так как в случае пробоя изоля-
ции между нагревателем и стержнем рабочий может попасть
под опасное для жизни напряжение. Применение понижающего
трансформатора напряжением 18—36 в обеспечивает безопасную
работу паяльщика.
В промышленности обычно применяют электропаяльники
трех типов: молотковые, торцовые и угловые.
Распространенная конструкция молоткового паяльника пока-
зана на фиг. 14, а. Такие паяльники мощностью 300 вт применяют
для пайки открытых швов крупных узлов, проводников больших
диаметров (3—5 мм) и т. д.
Торцовый электропаяльник, изображенный на фиг. 14, б, при-
меняют для монтажных работ внутри прибора и в труднодоступ-
ных соединениях электрорадиоаппаратуры.
При изготовлении электрорадиоприборов и в ряде других слу-
чаев часто применяют паяльники с фасонными стержнями. Такие
стержни служат для пайки специальных деталей при операциях
сборки и монтажа.
74
На фиг. 14, в изображен угловой паяльник мощностью 60 вт,
используемый для пайки соединений монтажных планок (рас-
шивочных панелей и других открытых соединений). Длина стерж-
ня этого паяльника 150 мм, диаметр 8 мм. При помощи эксцент-
рикового зажима стержень крепят к корпусу нагревательного
элемента. По мере срабатывания стержня (в результате заправок
лезвия) он выдвигается из корпуса нагревателя, что удлиняет
срок службы паяльника.
Применяются также торцовые электропаяльники со сменным
стержнем. Наряду с паяльниками со сменным стержнем широко
применяются паяльники, имеющие сменный нагревательный эле-
мент. Нихромовая обмотка нагревательных элементов может
-Фиг. 15. Универсальный электропаяльник со сменным нагревательным эле-
ментом.
перегорать, это выводит паяльник из строя. Сменные нагреватель-
ные элементы упрощают ремонт паяльника. На фиг. 15 показан
универсальный электропаяльник со сменным электронагреватель-
ным элементом.
Подготовка паяльника к пайке состоит прежде всего в облу-
живании его. Расплавленный припой не прилипает к необлужен-
ному паяльнику, так как поверхность лезвия паяльника покрыта
окислами меди. Для облуживания рабочую часть паяльника очи-
щают напильником или наждаком и на нее наносят флюс (на-
пример, нашатырь или хлористый цинк). После этого паяльник
нагревают до температуры плавления припоя. В процессе нагре-
вания на паяльник наносят флюс по мере его расходования. На-
гретый паяльник быстро прижимают к припою, затем обтирают
тряпкой или куском жести для равномерного распределения
припоя.
Облуживать паяльник можно и так: очищенный путем опи-
ловки паяльник нагревают до температуры порядка 500° и затем
слегка напильником удаляют окалины с рабочей поверхности
паяльника, после этого рабочую часть паяльника кладут на на-
шатырь и несколькими движениями очищают от окислов; при
прикосновении таким паяльником к припою последний быстро
растекается по его очищенной поверхности. Для равномерного
распределения припоя рекомендуется также обтереть лезвие
паяльника тряпкой или жестью.
75
Луженая поверхность хорошо смачивается припоем, так как
олово при нагревании окисляется менее интенсивно, чем медь,
поэтому поверхность луженого паяльника остается чистой.
Кроме того, расплавленный на поверхности паяльника припой
обеспечивает более плотный контакт между паяльником и изде-
лием, что способствует лучшему прогреванию соединения и за-
полнению его припоем.
В процессе работы паяльника в результате растворения меди
в припое на его рабочей поверхности образуются раковины. В та-
ких случаях необходимо производить запиловку паяльника и по-
вторно облудить его.
Наклеп уменьшает интенсивность растворения меди в припое.
Поэтому для увеличения срока службы паяльника рабочую часть
его следует отковать, придавая ей требуемую форму. Откован-
ный паяльник необходимо зачистить напильником (выровнить
поверхность лезвия). При ковке и запиловке рабочей части па-
яльника следует иметь в виду, что лезвие паяльника не должно
быть острым. Это важно при пайке паяльником с периодическим
нагревом, так как острое лезвие быстро остывает.
Во время длительного нагревания паяльника на его рабочей
части образуется нагар, который время от времени нужно очи-
щать тряпочкой или погружением лезвия паяльника в флюс. Не
снятый вовремя нагар вследствие его низкой теплопроводности
затрудняет смачивание припоем шва и ухудшает его заполнение
припоем. С повышением температуры нагрева паяльника интен-
сивность образования нагара увеличивается. Поэтому нельзя
допускать перегрева паяльника как при облуживании его, так и
во время пайки.
С другой стороны, нельзя облуживать недогретый паяльник.
Пайка недогретым паяльником не дает качественного соедине-
ния, так как припой в этом случае не растекается по шву.
Паяльник не имеет специального измерителя температуры.
Минимальная температура нагрева паяльника должна обеспечи-
вать плавление припоя при соприкосновении к изделию в течение
5—10 сек. С повышением температуры плавление припоя и разо-
грев паяемого участка ускоряются, что приводит к увеличению
производительности процесса. Однако, как отмечалось выше, при
увеличении температуры срок службы паяльника снижается. По-
этому максимальная температура паяльника не должна превы-
шать 400—410°. Температуру эту можно определить проверкой
на плавление цинка. Температура плавления цинка 419°. Кусок
цинка весом, например, в 1г, установленный на изолированной
пластинке (чтобы не было отвода тепла), не должен плавиться
при соприкосновении разогретым паяльником. Во всяком случае
не следует доводить паяльник до красного каления, когда
припой и медь начинают более интенсивно реагировать друг
с другом.
76
Практически температура паяльника достаточна для осуще-
ствления пайки, если при поднесении тыльной стороны ладони к
паяльнику на расстояние 8—10 см будет чувствоваться жар.
Нагретый паяльник следует класть на специальную под-
ставку.
Технологический процесс пайки различных металлов легко-
плавкими припоями производится примерно одинаково. Вся раз-
ница состоит в правильном выборе марок припоев и флюсов.
При пайке легкоплавкими припоями требуется тщательная
подготовка мест соединения друг с другом и хорошая предвари-
тельная очистка их от грязи и окислов, особенно при пайке
бескислотными флюсами. Перед пайкой рекомендуется соединяе-
мые поверхности облуживать припоем. Облуживание произво-
дится паяльником с применением флюса или погружением в
расплавленный припой. Перед погружением облуживаемой части
изделий в припой на ее поверхность наносят флюс для растворе-
ния окислов.
Для пайки облуженный паяльник нагревают до требуемой
температуры и прижимают к месту соединения. Одновременно
к месту пайки подводят припой, который при этом плавится и
затекает в зазор соединяемых деталей. После заполнения шва
припоем паяльник переносят на соседний участок. Часто припой
подводится в соединение при помощи паяльника. Для этого на-
гретый паяльник соприкасается с припоем, при этом на паяльни-
ке остается несколько капель жидкого припоя, который и запол-
няет шов в процессе пайки.
При пайке паяльник должен лежать на изделии всем своим
лезвием, а не касаться его кончиком лезвия. Только в этом случае
обеспечивается интенсивный прогрев. Припой нужно подводить
к шву в месте соприкосновения паяльника с изделием. Если при-
пой будет подводиться к паяльнику сверху, то он должен стечь
с паяльника на шов, что затрудняет пайку.
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ПАЙКА
Ультразвук и его получение. Механические колебания *в газах,
жидкостях и твердых телах с частотами более 20 000 гц называ-
ются ультразвуковыми. В отличие от слышимых звуков ультра-
звуковые колебания могут иметь большую интенсивность, дохо-
дящую до сотен вт!см2. Особенностью ультразвуковых колебаний
является также весьма высокое звуковое давление, т. е. воздей-
ствие звуковой волны на среду, когда происходит сжатие или
разрежение волны.
Для слышимых звуков это давление очень мало: например,
для звуков средней громкости оно составляет 0,001 г/сж2. При
ультразвуковых колебаниях интенсивностью 3—5 вт)см2 в воде
звуковое давление достигает более 2 атм. При этом следует иметь
в виду, что звуковое давление имеет переменный знак, т. е. дав-
77
ление сменяется разряжением в зависимости от фазы колебания.
Этот процесс совершается много раз в секунду.
Как известно, при сжатии жидкости каких-либо существенных
явлений не происходит. Вместе с тем незначительное растя-
гивающее усилие вызывает в жидкости разрыв, в результате че-
го в ней образуется большое количество мельчайших пузырьков.
Нарушение сплошности жидкости при разрежении называется
кавитацией. Пузырьки, образованные в жидкости при кавитации,
после кратковременного существования «захлопываются». Это
происходит тогда, когда давление в жидкости повышается вслед-
ствие сжатия волн.
Независимо от размеров и продолжительности существования
кавитационных пузырьков при их захлопывании происходит мгно-
венное местное повышение давления, достигающее сотен атмо-
сфер. Такое резкое повышение давления называется гидравли-
ческим ударом. При гидравлическом ударе поверхность твердого
тела, находящаяся вблизи мест «захлопывания» пузырьков, под-
вергается механическому воздействию. Кавитация, возникающая
при действии ультразвуковых волн, отличается от других видов
кавитации тем, что она является управляемой: ее можно созда-
вать в требуемых местах и необходимых дозах. В частности,
кавитация, вызываемая ультразвуком, используется для разру-
шения окисной пленки при пайке металлов.
Для получения ультразвуковых колебаний существуют раз-
личные способы. Приборы, которые служат для искусственного
получения ультразвуков, называются ультразвуковыми излуча-
телями. В технике обычно применяются излучатели двух типов:
магнитострикционный и электрострикционный (пьезоэлектри-
ческий).
Первый тип дает излучения с частотами от 5000 до 150 000 гц,
а второй от 100 000 гц и выше. Явление магнитострикции заклю-
чается в том, что некоторые материалы могут изменять свои раз-
меры под действием магнитного поля. Так, например, длина ни-
келевой трубки уменьшается, если ее поместить в сильное маг-
нитное поле. При изменении величины магнитного поля с опреде-
ленной частотой с такой же частотой меняются размеры тела,
находящегося в этом поле. Меняя магнитное поле с частотой слы-
шимых звуков (примерно от 20 до 16 000 гц), можно заставить
тело колебаться с частотой слышимых звуков, и, следовательно,
излучать слышимые звуки. Если же поле меняется с частотой
более 20 000 гц (примерно), то можно получить ультразвуковые
излучения.
При электрострикционном способе ультразвуковые колеба-
ния получаются вследствие изменения электрического поля.
Лучшими материалами для магнитострикционных излуча-
телей являются никель, нержавеющая сталь, железоплатиновый
сплав (46% железа, 54% платины), кобальтовые сплавы и т. д.
78
Для электрострикционных излучателей используется чаще всего
кварц и иногда — фосфат аммония.
Следует отметить, что кварцевые излучатели в отличие от
магнитострикционных требуют больших напряжений при малых
токах. В мощных электрострикционных излучателях напряже-
ние достигает тысяч и даже десятков тысяч вольт. В практике
паяния металлов применяются преимущественно магнитострик-
ционные излучатели ультразвуковых ко-
лебаний. Магнитострикционный излуча-
тель состоит из стержней (сплошных или
полых) с обмоткой, по которой прохо-
дит электрический ток необходимой ча-
стоты. Часто для уменьшения потерь те-
ло стержня набирается из отдельных
пластин, изолированных друг от друга
(аналогично обычным трансформато-
рам). При включении высокочастотного
генератора в обмотке магнитостриктора
возникает переменное магнитное поле,
что и приводит к образованию ультра-
звуковых колебаний.
Величина магнитострикции не зави-
сит от направления поля, поэтому для
получения магнитострикционного эффек-
та недостаточно простого изменения на-
правления поля, а требуется также из-
менение его мощности. Для получения
переменного по величине потока излуча-
тель подмагничивается постоянным то-
ком, проходящим черз дополнительную
ющий магнитный поток пульсирует от максимального значения
суммарного поля, когда токи в обеих обмотках направлены
в одну сторону, до минимального, когда поля имеют противо-
положное направление.
Максимальная амплитуда колебаний излучателя получается
при равенстве частоты пульсации магнитного потока и его соб-
ственных колебаний.
Ультразвуковые паяльники. Ультразвуковая пайка основана
на явлении кавитации жидкости при возникновении в ней ультра-
звуковых колебаний. Ультразвуковой паяльник (фиг. 16) принци-
пиально отличается от обычного электрического паяльника нали-
чием магнитострикционного излучателя ультразвуковых колеба-
ний /, прикрепленного к головке паяльника 9. Излучатель пред-
ставляет пакет никелевых пластин с обмоткой 2, которая питает-
ся от генератора ультразвуковой частоты. Головка паяльника на-
гревается от источника тока через обмотку 3. При включении
генератора в магнитострикторе возникают ультразвуковые коле-
бания с частотой 20—30 кгц, передаваемые головке паяльника,
79
Фиг. 16. Схема ультра-
звукового паяльника:
1 — излучатель ультразвуко-
вых колебаний; 2 — обмотка
излучателя; 3 — обмотка для
нагрева паяльника; 4 — стер-
жень; 5 — жидкий припой;
6 — кавитационные пузырьки;
7 — паяемое изделие; 8 —
окисная пленка; 9 — головка
паяльника.
обмотку. Результиру-
рабочая часть которого погружена в расплавленный припой 5.
Под действием ультразвуковых колебаний в расплавленном при-
пое возникают кавитационные пузырьки 6, которые располагают-
ся обычно на границе между припоем и твердым металлом. При
захлопывании кавитационных пузырьков возникают импульсные
давления, разрушающие окисную пленку металла. Прочность
основного металла при температурах пайки мягкими припоями
250—300° значительно выше прочности окисной пленки. Поэтому
при частотах колебания, применяемых в ультразвуковых паяль-
никах, основной металл не претерпевает каких-либо изменений.
Фиг. 17. Схема ультразвукового паяльника без нагревателя.
Однако при повышении температуры в тех участках, где разру-
шается окисная пленка, происходит быстрое растворение основ-
ного металла в припое.
Следует отметить, что эффективность магнитостриктора мед-
ленно уменьшается по мере повышения его температуры. Вслед-
ствие этого максимальная температура применения вибропреоб-
разователей не превышает 400°.
Наряду с ультразвуковым паяльником применяются паяльни-
ки без нагревателя (фиг. 17). Тепло для плавления припоя в дан-
ном случае подводится обычным паяльником или другим источ-
ником тепла — газовой горелкой, электрической плиткой и т. д.,
а ультразвук — вибратором. Вибратором является круглый нике-
левый стержень /, расположенный на кронштейне 6 внутри кор-
пуса 5. Ультразвуковые колебания создаются обмоткой возбуж-
дения 2, включенной в генератор. При прохождении электриче-
ского тока по обмотке возбуждения вибратор нагревается, по-
этому корпус последнего имеет ребра охлаждения 4. Вибратор
устанавливается в кожухе 3 и снабжается рукояткой 7.
Основное преимущество ультразвуковой пайки — возмож-
ность пайки без применения флюсов.
80
Применение флюсов во многих случаях обеспечивает получе-
ние высококачественного паяного соединения. Однако для пайки
некоторых металлов, в частности для пайки алюминия и его
сплавов при низких температурах, в настоящее время нет доста-
точно эффективного флюса.
Как отмечалось выше, пайка алюминия стандартными оло-
вянно-свинцовистыми припоями не дает положительного резуль-
тата вследствие сильной коррозии шва. Более устойчивы против
коррозии швы, паянные припоями, указанными в табл. 5. Исполь-
зование известных флюсов, применяемых при пайке легкоплавки-
ми припоями, для этих припоев не приемлемо, так как одни из
них усиливают коррозию шва (например, хлористый цинк), а дру-
гие не удаляют стойкую окисную пленку алюминия (канифоль и
другие бескислотные и активизированные флюсы). Весьма актив-
ный флюс 34А, обеспечивающий высокое качество паяного сое-
динения, не 'может быть использован для пайки алюминия и его
сплавов при низких температурах. Таким образом, бесфлюсовая
ультразвуковая пайка алюминия и его сплавов является важным
технологическим процессом, обеспечивающим удовлетворитель-
ные механические свойства и коррозионную стойкость паяных со-
единений. С помощью ультразвука можно также лудить алюми-
ний. Для этого в ванне, в которой находится расплавленный при-
пой, возбуждаются ультразвуковые колебания. При этом в при-
пое возникают кавитационные пузыри, в результате захлопыва-
ния которых сбиваются окислы с поверхности погруженной в
ванну детали. Очищенная таким образом поверхность детали при
соприкосновении с припоем облуживается. Облуженную деталь
в дальнейшем можно паять обычным паяльником с периодиче-
ским или непрерывным нагревом.
Технология ультразвуковой пайки. Для получения качествен-
ного шва при ультразвуковой пайке алюминия и его сплавов с
использованием припоев, указанных в табл. 5, необходимо учесть,
что всякие посторонние включения снижают коррозионную стой-
кость шва; поэтому требуется тщательная подготовка изделия
под пайку. Так как кавитационные пузырьки возникают только
в жидкой среде, при ультразвуковой пайке до вступления в дей-
ствие вибропреобразователя нужно обеспечить наличие расплав-
ленного припоя вокруг рабочей части паяльника.
Если применяется паяльник без собственного подогревателя,
то для плавления припоя используется посторонний источник теп-
ла. При пайке паяльником с подогревателем нагрев производится
самим паяльником. Однако следует иметь в виду, что алюминий
обладает большой теплопроводностью, вследствие чего массив-
ные изделия трудно разо(реть с помощью паяльника. Поэтому в
таких случаях требуется подогревать деталь до температуры
пайки (200—300°) посторонним источником тепла. Разрушение
окисной пленки при у штразвуковой пайке происходит почти
мгновенно. Если поверхность детали имеет температуру, при ко-
б Р. Е. Есенберлин	81
торой припой находится в расплавленном состоянии, то процесс
пайки или лужения длится менее чем 72о сек. Таким образом, при
ультразвуковой пайке время затрачивается в основном на нагре-
вание изделия (паяльником или посторонним источником тепла).
Ультразвуковая пайка принципиально отличается от обычной
пайки тем, что при ультразвуковой пайке не используются ка-
пиллярные свойства припоя. Облуживание и пайка в этом слу-
чае происходят только в том участке, где непосредственно обра-
зуются кавитационные пузыри. Вследствие этого активной зоной
является небольшая площадь, находящаяся непосредственно под
паяльником. Если требуется лудить большую площадь изделия,
то необходимо передвигать паяльник по всей его поверхности
вместе с расплавленным припоем. При этом нет необходимо-
сти касаться паяльником поверхности металла. Кавитацион-
ные пузырьки возникают на границе припоя и основного ме-
талла, независимо от расстояния между ними и поверхностью
металла. Однако интенсивность кавитации возрастает с умень-
шением расстояния между вибропреобразователем и паяемым
металлом.
Окисная пленка при ультразвуковой пайке разрушается до
дисперсных частиц, которые всплывают на поверхность расплав-
ленного металла. Однако некоторая часть окислов смешивается
с припоем и увеличивает хрупкость шва. Часто несколько повы-
шенная хрупкость паяного соединения особого значения не имеет.
В тех случаях, когда не допускается повышенная хрупкость шва,
следует припой, содержащий окислы, удалить чистой ветошью и
нанести новый, чистый припой.
После облуживания паяемых поверхностей рекомендуется
прижать их друг к другу и притереть. В этом случае разрушают-
ся окисные пленки, которые могут появиться на облуженной по-
верхности в процессе нагревания и мешать соединению деталей.
Притертые поверхности необходимо прижимать до остывания
припоя. Малейший сдвиг деталей в момент застывания припоя
может нарушить целость шва и даст непрочную пайку.
Как и при обычной пайке, рабочая часть ультразвукового-
паяльника должна быть облужена. Для этого необходимо запи-
лить ее мелким напильником и погрузить в расплавленный при-
пой, после чего включить вибратор.
Размеры паяльника влияют на его частоту колебаний, по-
этому следует избегать лишнего снятия напильником материала-
наконечника. Для очистки рабочей части паяльника достаточно’
протереть ее чистой тряпкой.
Во избежание порчи паяльника последний в нерабочем со-
стоянии должен быть поставлен в специальный штатив.
При применении припоев, склонных к сильной диффузии с-
основным металлом пайку следует вести при возможно более
низкой температурой и как можно быстрее, чтобы припой не:
успел глубоко проникнуть в основной металл.
82
При пайке припоями, менее склонными к диффузии, необхо-
димо повысить температуру и увеличить продолжительность
процесса пайки.
АБРАЗИВНАЯ ПАЙКА
Ультразвуковая пайка наряду с достоинствами имеет ряд
недостатков, к которым относится: 1) высокая стоимость обору-
дования; 2) небольшая мощность паяльника, поэтому без подо-
грева можно паять только мелкие детали; 3) растворение в при-
пое рабочей части паяльника, что приводит к изменению частоты
собственных колебаний паяльника, и 4) трудность применения
для соединения тонких
деталей (например, алю-
миниевой фольги) вслед-
ствие повышенной рас-
творимости основного ме-
талла в припое при тем-
пературах пайки. Некото-
рые затруднения, харак-
терные для ультразвуко-
вой пайки, отсутствуют
при абразивной пайке.
Сущность этого процесса
состоит в том, что окис-
ная пленка алюминия фиг* 18, АбРазивный паяльник:
~ ___ ,,	/ — медная втулка; 2 — абразивный карандаш;
ПрИ Пайке ИЛИ лужении 3 — нихромовый нагреватель; -/ — асбест; 5 — ко-
удаляется При ПОМОЩИ	жух; ^-ручка; 7-зажим,
абразивного карандаша,
спрессованного из порошка припоя и измельченного асбеста.
Таким образом; пайка алюминия обеспечивается без флюса.
Для приготовления абразивного карандаша используются
стружки припоя и асбеста, полученные измельчением их фрезой
на токарном станке при числах оборотов шпинделя 1500 в минуту
и поперечной подаче, равной 0, 7 мм. Цилиндрическая фреза на
специальной оправке зажимается в патрон токарного станка и
поддерживается центром. Припой и асбест зажимаются в суппорт
станка.
Состав карандаша (в %) по весу: припоя 90, асбеста 10. Для
получения необходимой твердости абразивного карандаша тща-
тельно перемешенные стружки припоя и асбеста спрессовывают-
ся в холодном состоянии в пресс-форме под давлением 100—
150 ат. Полученный таким образом абразивный карандаш ис-
пользуется для пайки.
Паяльник для абразивной пайки (фиг. 18) имеет медную
втулку /, в отверстие которой вставляется абразивный каран-
даш 2. Втулка с карандашом, а также нихромовый нагреватель 3
с асбестовым изолятором вставляются в кожух 5, который кре-
пится к ручке 6 паяльника.
6*	83
Для осуществления абразивной пайки паяемые детали пред-
варительно нагреваются до температуры, превышающей точку
плавления припоя на 25—50°, и место, предназначенное для пай-
ки, облуживается абразивным карандашом натиранием поверх-
ности до появления характерного для расплавленного припоя
металлического блеска. При натирании абразивный карандаш
механически разрушает окисную пленку и обнаженная поверх-
ность металла покрывается припоем. При облуживании паяемо-
го места необходимо следить, чтобы не оставалось участков, не
покрытых припоем (необлуженная поверхность имеет матовый
цвет — цвет'окисной пленки). После натирания на облуженную
поверхность наносится дополнительно небольшое количество
припоя, и паяемые детали накладываются одна на другую, затем
они притираются для получения более тонкого шва и удаления
окислов с поверхности припоя. По окончании пайки прижатые
друг к другу детали охлаждаются до затвердевания припоя.
Пайка паяльником с абразивным карандашом может произ-
водиться без дополнительного подогрева изделия. Однако подо-
грев ускоряет процесс, поэтому целесообразно его применять в
массовом производстве.
Основными достоинствами образивной пайки являются:
1.	Простота оборудования; паяльник для пайки абразивным
карандашом может быть изготовлен на месте в любом предприя-
тии, не представляет трудности и изготовление абразивного ка-
рандаша.
2.	Возможность пайки деталей малой толщины; абразивная
пайка позволяет паять тонкую алюминиевую фольгу начиная с
толщины 14 мк и выше. Ни один из других известных способов
пайки;, алюминия не дает возможность соединять такие тонкостен-
ные детали.
3.	Возможность визуального наблюдения за состоянием по-
верхности при облуживании, чего нельзя сделать при ультразву-
ковой пайке, когда паяемое место покрыто расплавленным при-
поем.
4.	Нанесенный Слой припоя при абразивном способе облужи-
вания обладает более однородной структурой и не имеет включе-
ний окислов, крупинок абразива и т. д., все эти включения уда-
ляются абразивным карандашом за пределы поверхности метал-
ла, подлежащей пайке (при ультразвуковой пайке, как известно,
окислы металлов частично в дисперсионном состоянии остаются
в припоях, ухудшая качество соединения).
5.	При абразивной пайке значительно упрощается подготовка
изделия к пайке: нет необходимости очистки поверхности, пред-
назначенной к пайке, металлической щеткой, наждачным полот-
ном или другими средствами, так как очистка поверхности метал-
ла производится движением абразивного карандаша.
Вся предварительная обработка изделия перед пайкой сво-
дится к протиранию мест, предназначенных к облуживанию,
84
ветошью, смоченной бензином или другими органическими ра-
створителями.
6.	Абразивный карандаш дает возможность облуживать по-
верхность, находящуюся под любым углом, чего нельзя сделать
при ультразвуковой пайке (при ультразвуковой пайке для облу-
живания поверхности требуется наличие расплавленного припоя,
вследствие этого она может применяться только при горизонталь-
ном положении детали). Это обстоятельство важно особенно при
выполнении ремонтных работ на готовых изделиях.
Перечисленные особенности абразивной пайки говорят о том,
что этот способ пайки является одним из эффективных технологи-
ческих процессов, который должен широко применяться при пай-
ке алюминиевых сплавов.
ГЛАВА V
ГАЗОПЛАМЕННАЯ ПАЙКА
Газопламенная пайка осуществляется нагреванием кромок
изделий до плавления припоя и флюса газовым пламенем. При-
меняется она в основном для соединения деталей тугоплавкими
припоями.
Несмотря на относительно низкую производительность, во
многих случаях газопламенная пайка является незаменимым
технологическим процессом. Главное достоинство ручной газо-
пламенной пайки — простота используемого оборудования при
достаточно высокой прочности паяного соединения.
В настоящее время для газопламенной пайки металлов при-
меняются сварочные или специальные горелки и паяльная лампа.
В качестве горючих при этом служат смеси различных углеводо-
родов, а иногда просто водорода с кислородом или воздухом.
Степень пригодности горючих газов или паров горячих
жидкостей при пайке, как и при сварке, определяется главным
образом следующими их свойствами: теплотворной способно-
стью, температурой пламени, отсутствием вредного влияния на
паяемые швы, безвредностью для здоровья человека, дешевиз-
ной, легкостью получения, удобством хранения и транспортиров-
ки. Перечисленными свойствами в той или иной степени облада-
ют ацетилен, природные газы, водород, пары керосина и т. д.
Однако наилучшим горючим для пайки является ацетилен.
ПАЙКА АЦЕТИЛЕНО-КИСЛОРОДНЫМ ПЛАМЕНЕМ
Ацетилен (С2Н2)—химическое соединение углерода с водо-
родом, представляет собой бесцветный газ, имеющий резкий чес-
ночный запах. Ацетилен легче воздуха: при нормальных условиях
1 м3 ацетилена весит 1179 г, в то время как 1 м3 воздуха весит
1290 г. При температуре —81° ацетилен превращается в жид-
кость. Смешанный с воздухом ацетилен горит сильно коптящим
пламенем. Температура при этом достигает 2100—2400°. ‘ При
сгорании в кислороде ацетилен дает температуру до 3100°.
Ацетилен — взрывоопасное соединение. Взрывоопасность аце-
тилена повышается с повышением температуры и давления.
86
Фиг. 19. Схема установки для пайки в аце-
тилено-кисловодном пламени:
/ — баллон с кислородом; 2 — редуктор; 3 — аце-
тиленовый генератор; 4 — трубопровод; 5 — го-
релка.
Принципиальная схема установки для пайки в ацетилено-кис-
лородном пламени показана на фиг. 19. Газообразный кислород
поступает в горелку 5 из кислородного баллона 1 через редук-
тор 2, снижающий высокое давление кислорода в баллоне до ра-
бочего давления (1,5—3,5 ат). Ацетилен подается в горелку 5 из
генератора 3 по шлангу.
В горелке оба газа пере-
мешиваются. На выходе
из горелки смесь газов
зажигают. Образовавше-
еся пламя используется
для плавления припоя.
Газовая горелка. Го-
релки служат для смеши-
вания горючего газа с
кислородом в определен-
ной пропорции и образо-
вания устойчивого газо-
вого пламени.
В горелку (фиг. 20) кислород поступает по центральной труб-
ке 1 с соплом 3, а ацетилен, имеющий более низкое давление, за-
сасывается из трубки 2 через кольцевой канал инжектора (сопла)
кислородом.
Далее газы через мундштук 8 подаются для пайки.
Наконечник горелки состоит из инжектора 4, смесительной
камеры 6, трубки 7, мундштука 8 .и гайки 5.
Для пайки материалов различных толщин горелки снабжа-
ются комплектом наконечников. Принято всего 9 номеров нако-
нечников.
В табл. 36 даны характеристики наконечников ацетиленовых
горелок.
Таблица 36
Номер наконечника		00	0	1	2	3	4	5	6	7
Расход ацетилена в л}час . .	50	75	150	300	500	750	1200	1700	2500
Расход кислорода в л!час . . .	55	S5	165	330	550	825	1320	1870	2750
87
В СССР применяется несколько типов инжекторных горелок:
СУ, СГ, СГМ и др. Горелка СУ имеет восемь наконечников (от
№ 0 до № 7), СГМ — шесть (от № 00 до № 4) и СГ — четыре
(от № 00 до № 2).
Следует отметить, что горелки типа СУ и др., применяемые
для газопламенной обработки металлов, устарели и их эксплуа-
тационные свойства не отвечают современным требованиям. Так,
например, мундштуки этих горелок быстро нагреваются, вслед-
ствие чего легко могут возникнуть обратные удары; вентили го-
релки СУ расположены в обе стороны от средней плоскости, что
Фиг. 21. Многопламенный мундштук сва-
рочной горелки СУ (количество отверстий
и их диаметры зависят от номера мунд-
штука).
затрудняет пользование ими во время работы; неудобством го-
релок является и отсутствие закономерности в изменении мощно-
сти наконечников горелки СУ.
Указанные недостатки устранены в горелках ГС-53, разрабо-
танных ВНИИАвтогеном. Однако горелки СУ находят еще широ-
кое применение в промышленности и рекомендуются для пайки
металлов кислородно-ацетиленовым пламенем.
Наряду с обычными наконечниками ацетиленовые горелки СУ
имеют дополнительный комплект многопламенных мундштуков,
используемых специально при пайке (фиг. 21). В отличие от
однопламенного мундштука горелки в многопламенных мундшту-
ках газовый поток на выходе из горелки разбивается на несколь-
ко струек, в результате чего отсутствует концентрированность
теплового поля. Это обеспечивает более равномерный нагрев.
Многопламенными мундштуками снабжаются наконечники с
№ 2 до № 7. Несмотря на увеличение сопротивления проходу га-
зов в связи с увеличением поверхности трения в многопламенных
мундштуках, техническая характеристика последних практически
не отличается от технической характеристики соответствующего
номера однопламенного мундштука. Объясняется это тем, что*
суммарная площадь выходного сечения многопламеннога
мундштука на 30—35% больше площади выходного отверстия
88
обычного мундштука, что компенсирует сопротивление проходу
газов. При применении горелки с многопламенными мундштука-
ми пламя становится короче, поэтому мундштук можно располо-
жить на более близком расстоянии от паяемой поверхности. Это
увеличивает эффективную мощность пламени на 15—20% и
ускоряет процесс пайки.
Горелки с многопламенными мундштуками применяются для
пайки крупногабаритных деталей со швом значительной длины.
Пламя газовой горелки. Для полного сгорания одного объема
ацетилена требуется 2,5 объема кислорода:
2С2Н2 + 5О2 = 4СО2 + 2Н2О.
Продуктами сгорания является углекислый газ (СОг) и во-
да (Н2О). При пайке или сварке горелкой ацетилен сжига-
ют в две фазы. В первой фазе происходит неполное сгорание аце-
тилена за счет кислорода, поступающего из сопла вместе с ним,,
во второй — в кислороде воздуха. Характер пламени зависит от
соотношения количества ацетилена и кислорода.
Пламя, полученное при избытке кислорода на 10—20%, назы-
вается нормальным f °2 - = 1,1-н 1,2\ Если в смеси кислорода
\ С2Н2	/
значительно больше, чем ацетилена (более чем на 20%, т. е.(-^-
\ СгНг-
> 1,2^, то пламя получается окислительным. При избытке аце-
тилена f<1,1^ образуется так называемое ацетиленистое-
\С2Н2	/
или восстановительное пламя.
Образование нормального пламени происходит следующим
образом (фиг. 22). Смесь ацетилена и кислорода на выходе из
мундштука горелки нагревается за счет тепла окружающего пла-
мени. При температуре около 600—700° ацетилен разлагается на
свои составные части — углерод и водород. В результате обра-
зуется зона / пламени, состоящая из трех свободных элементов-:
углерода, водорода и кислорода. Эта зона называется ядром пла-
мени. Раскаленный углерод придает ему ярко-ослепительный
цвет.
При дальнейшем нагревании смеси происходит неполное сго-
рание углерода в кислороде смеси, т. е. осуществляется первая
фаза горения — с образованием окиси углерода СО (зона 2 пла-
мени). Температура пламени во второй зоне повышается до 3100°.
Полное сгорание окиси углерода и водорода (вторая фаза го-
рения) происходит в кислороде воздуха. При этом образуется зо-
на 3 пламени, представляющая факел красно-желтого цвета.
Окислительное пламя отличается от нормального тем, что в
зоне 2 содержится свободный кислород, который может вызвать
окисление материала шва. Зона 2 значительно меньше, чем при
89
лию материала шва, вызывает
•Фиг. 22. Схема пламени газовой го-
.релки и изменения температуры вдоль
его длины.
длиннее нормального, ядро его
лается менее ослепительным и
нормальном пламени, ядро короче и имеет голубоватый оттенок.
Окислительное пламя горит с несколько большим шумом, чем
нормальное.
При ацетиленистом (восстановительном) пламени в зоне 2
появляется свободный углерод. Это приводит к науглерожива-
[пение расплавленного металла
вследствие образования газа
окиси углерода и связанную с
этим пористость шва, поэтому
пайка в восстановительном
пламени применяется только
в некоторых случаях. Внешний
вид пламени при избытке аце-
тилена меняется в зависимости
от количества избыточного
ацетилена в подаваемой сме-
си. При очень небольшом из-
бытке ацетилена пламя сохра-
няет нормальный вид и лишь
на конце его ядра возникает
белый язычок, увеличиваю-
щийся по мере добавления из-
быточного ацетилена. При
сравнительно большом избыт-
ке ацетилена пламя становится
теряет резкое очертание, де-
•в зоне 3 приобретает светло-
желтый оттенок. При значительном избытке ацетилена свобод-
ный углерод обнаруживается не только в зоне 2, но и в зоне 5,
пламя в' связи с этим становится белым и коптящим.
Эксплуатация ацетилено-кислородных горелок. 1. Перед ка-
налом работы до соединения горелки с газопроводами следует
осмотреть трубопроводы, редукторы, водяной затвор, вентили
баллонов и другое оборудование, применяемое для пайки. При
обнаружении дефектов необходимо их устранить.
2.	Проверить, обеспечивает ли горелка подсос газа. Для этого
кислородный ниппель горелки соединяют с кислородным балло-
ном, а ниппель для ацетилена остается свободным. После этого
по редуктору устанавливают давление кислорода 1,5—3,5 ат и
открывают немного кислородный вентиль горелки. При этом в
ниппеле для горючего газа должен быть подсос (проверяется
приложением пальца). Подсос горючего газа может отсутство-
вать при засорении газовых каналов, ослаблении накидной гайки
смесителя или при появлении утечки газов через сальниковые
уплотнения вентилей. Указанные дефекты устраняют продувкой
каналов мундштука, смесительной камеры и инжектора в на-
правлении, обратном обычному току газа, прочисткой этих кана-
лов проволокой из красной меди или алюминия, подтяжкой на-
90
кидной гайки смесительной камеры или сальниковой гайки и до-
бавлением сальниковой набивки (асбестовый шнур, пропитанный
парафином).
После исправления дефектов горелка соединяется с ацетиле-
новым шлангом.
3.	При зажигании горелки открывают сначала,кислородный,
л затем ацетиленовый вентиль.
Во избежание возникновения обратных ударов скорость выхо-
да газового потока из мундштука горелки должна быть значи-
тельно выше скорости горения газовой смеси. Необходимая ско-
рость истечения газов обеспечивается за счет кислорода, посту-
пающего в горелку под давлением 1,5—3,5 ат. Ацетилен, имею-
щий низкое давление, засасывается кислородом через инжектор.
Если будет открыт сначала ацетилен, то при поджигании газа
пламя 'может распространиться в трубопровод, что приведет к
возникновению взрыва, если не сработает водяной затвор. После
открытия вентилей горелку надо зажигать возможно быстрей, в
противном случае выпущенная ацетилено-кислородная смесь мо-
жет взорваться.
4.	Отрегулировать пламя, т. е. установить нормальное пламя.
Для этого, действуя вентилями горелки, получают сначала
небольшой избыток ацетилена; при этом в конце ядра появится
белый язычок; затем уменьшают количество ацетилена до исчез-
новения этого язычка, что говорит о наличии нормального пламе-
ни; при избытке кислорода появятся признаки, характерные для
окислительного пламени.
5.	Не допускать перегрева горелки. Ацетилен воспламеняется
при температуре 416°, поэтому если наконечник горелки будет
нагрет до этой температуры, то воспламенение газа может про-
изойти внутри горелки, что приведет к обратным ударам.
Перегрев горелки происходит при длительно непрерывной
работе. Во избежание перегрева горелки наконечник следует пе-
риодически охлаждать в воде. Перед погружением горелки в во-
ду нужно закрыть ацетиленовый вентиль; кислородный вентиль
должен быть немного приоткрыт для предотвращения попадения
воды в горелку.
6.	Для гашения горелки нужно сначала выключить ацетилен, а
затем кислород.
ПАЙКА В ПЛАМЕНИ ГАЗОВ — ЗАМЕНИТЕЛЕЙ АЦЕТИЛЕНА
Для пайки металлов могут быть использованы, кроме ацети-
лена, природный, коксовый, нефтяной, городской и другие газы,
л также пары керосина или бензина.
Прородный саратовский газ в основном состоит из метана.
Газ не имеет запаха и цвета. При сгорании в кислороде природ-
ный газ дает температуру примерно 2000°. Теплотворная способ-
ность при этом составляет 7500—7900 к,кал!м?. Взрывоопасная
91
концентрация природного газа находится в воздухе в пределах
4,8—14%, а температура воспламенения 650—750°.
Таким образом, природный газ является менее взрывоопас-
ным горючим, чем ацетилен. Однако он уступает ацетилену по
температуре пламени и теплотворной способности.
Коксовый газ представляет смесь горючих продуктов, полу-
чающихся при сухой перегонке каменного угля. Состав газа в %:
водорода — 54, окиси углерода 8, метана 25, азота 7 и углекисло-
го газа 6. Кроме того, коксовый газ содержит парообразные смо-
листые вещества, сернистые и цианистые соединения. Смолистые
вещества могут конденсироваться в процессе пайки на стенках
газовых каналов и вызвать их закупорку; сернистые соединения
разъедают стенки газовой аппаратуры; циапистые соединения,
содержание которых в газе доходит до 0,15% по объему, делают
газ ядовитым.
Для удаления перечисленных вредных примесей коксовый газ
на заводе-изготовителе подвергается очистке. Обычно для очи-
стки коксового газа от примесей серы применяется смесь, состоя-
щая из 15 частей хромовой руды, 18 частей концентрированной
серной кислоты, 14 частей воды и 53 частей мелкого кокса. Очи-
стка газа от цианистых соединений и нафталина производится
соляровым маслом или газойлем. Очищенный таким образом газ
используется для газопламенной обработки металлов. К потреби-
телю коксовый газ поступает по газопроводу. Иногда он транс-
портируется в баллонах. При сгорании в кислороде коксовый газ
дает, как и природный газ, температуру около 2000°. Однако
теплотворная способность коксового газа примерно в 2 раза ниже
теплотворной способности природного газа. Взрывоопасная кон-
центрация газа в воздухе составляет 7—21%; температура вос-
пламенения 600—650°. Коксовый газ является также менее взры-
воопасным, чем ацетилен.
Городской газ типа московского является смесью природного
и коксового газов, а также некоторых газов, образующихся при
переработке нефтепродуктов. Температура пламени городского
газа при сгорании в кислороде 2000°, теплотворная способность
4100—5000 ккал1м\ взрывоопасная концентрация в воздухе
3,8—24,8%. Московский городской газ не содержит примесей,
оказывающих вредное влияние на шов при сжигании, и приме-
няется для газопламенной обработки металлов без дополнитель-
ной очистки. К потребителям газ подается по трубопроводам или
в баллонах.
Все рассмотренные выше газы, а также другие заменители
ацетилена имеют относительно низкую температуру пламени и
небольшую теплотворную способность.
При пайке температура плавления припоя обычно не превы-
шает 1100—1200°, поэтому для осуществления пайки нет необхо-
димости иметь высокую температуру пламени, так что с этой
точки зрения природный, коксовый или городской газы вполне
92
приемлемы для пайки. Что касается низкой теплотворной способ-
ности этих газов, то она может быть компенсирована увеличени-
ем количества горючего, подаваемого через горелку. Скорость
нагрева металла при пайке зависит от так называемой эффектив-
ной мощности пламени, т. е. количества тепла, вводимого в на-
греваемый участок в единицу времени. Для получения эффектив-
ной мощности пламени при сжигании малокалорийных газов
увеличивается расход последнего. Отношение расхода горючего-
заменителя ( v3 ) к расходу ацетилена (г/а ), при котором полу-
чается эквивалентная мощность пламени, называется коэффици-
ентом замены ацетилена другими газами при пайке (₽): ₽= —
Для природных газов этот коэффициент составляет примерно 1,7,
коксового — 3,2 и городского типа московского — 2.
Опыты показали, что при эквивалентном расходе горючих га-
зов переход вместо ацетилена на газы-заменители не меняет
практически скорость пайки и качество шва. В то же время при
этом получается значительный экономический эффект. Следует
иметь в виду также, что во многих районах газы-заменители аце-
тилена более доступны, чем ацетилен.
Заменители ацетилена могут быть поданы для пайки из бал-
лона или заводской сети. В первом случае схема поста для пайки
ничем не отличается от схемы пайки ацетиленом, получаемом из
баллона. Схема поста с использованием горючего газа и кисло-
рода, поступающих из заводской магистрали, показана на фиг. 23.
Как видно из этой схемы, в горелку 7 горючий газ поступает из
трубопровода 2 через водяной затвор 3 по шлангу. По другому
шлангу из кислородного трубопровода 1 подается в горелку кис-
лород. На выходе из мундштука горелки газовая смесь поджи-
гается и образовавшееся при этом пламя используется для пай-
ки. Регулировку давления кислорода производят при помощи ре-
дуктора 5.
С точки зрения экономичности более выгодной является схема
поста, организованного согласно фиг. 23, так как в этом случае
отсутствуют расходы на транспортировку газа, на наполнение
им баллонов и т. д. Так, при использовании городского газа из
заводской сети стоимость эквивалентного объема последнего со-
ставляет 20% от стоимости ацетилена, полученного на месте ра-
боты от генератора; городской газ в баллонах обходится в 1,5 $а-
за дороже, чем магистральный.
Наконечники для пайки малокалорийными газами. Для
использования газов-заменителей ацетилена при пайке металлов
обычные горелки СУ-48 или ГС-53 снабжаются специальными
наконечниками НЗП, изображенными на фиг. 24.
Для пайки деталей различных сечений предусмотрены семь
номеров наконечников НЗП (с № 0 по № 6). Наконечник № 0
снабжается только однопламенными мундштуками, наконечни-
93
ки № 1, 2 и 3 — одно- и многопламенными мундштуками и нако-
нечники № 4, 5 и 6 — только многопламенными мундштуками.
Многопламенные мундштуки могут быть использованы для
работы на природном, коксовом, городском и других малокало-
Фиг. 23. Схема поста для пайки газами, поступающими из заводской сети:
/ — кислородный трубопровод; 2 — трубопровод горючего газа; 3 — жидкостный предо-
хранительный затвор; -/ — кислородный постовой вентиль; 5 — кислородный редуктору
6 — шланги; 7 — горелка.
рийных газах — заменителях ацетилена. Односопловые же
мундштуки для сжиженных и сжатых газов различны.
Технические характеристики наконечников НЗП даны в
табл. 37.
Фиг. 24. Горелка с наконечником НЗП.
Пламя малокалорийных углеводородных газов также состоит
из трех зон. Однако размеры зон, их цвет, а также и другие свой-
ства меняются в зависимости от химического состава газа и его
соотношения с кислородом.
При сжигании городского газа в кислороде нормальное пла-
мя получается при соотношении кислорода к газу, равном 1,3.
94
Таблица 37
Номера наконеч- ников			Расход в л/час		
	кислорода	метана	коксового газа	городского газа	пропанобута- новой смеси
0	60-180	40-120	75-230	50-150	20-50
1	180-410	120-280	230-520	150-340	50-120
2	400-800	270-530	500-990	340-630	115-230
3	750-1230	500-810	930-1550	600-980	215-350
4	1200—1950	800-1300	1540-2450	980-1560	350-550
5	1660-2700	1100-1870	2080-3460	1350-2220	475-800
6 Приме’	2560-4300 чан и е. Давлег	1700-2900 1ие горючего га	3200-5380 за должно быть	2120-3520 не менее 50 м.	730-1200 и вод. ст.
Пламя такой смеси представляет собой факел синевато-оранже-
вого цвета с ярко выраженным ядром голубовато-зеленого цвета,,
имеющего форму сильно вытянутого конуса.
При избытке горючего факел пламени становится светло-оран-
жевым; форма его несколько уширена и сильно вытянута.
Ядро пламени при избытке горючего длиннее нормального;
цвет светло-зеленый, прозрачный.
В случае избытка кислорода факел пламени смеси городской
газ — кислород имеет синий цвет и значительно сокращается ПО’
длине. Ядро такого пламени короткое и несколько уширено;
окраска голубоватая. Для получения нормального пламени при
сжигании природного газа в горелку подается на 1 м3 горючего-
1,5 м3 кислорода; при сжигании коксового газа — 0,8 м3 кисло-
рода.
Нормальное пламя смеси коксовый газ — кислород почти бес-
цветно. Чтобы осуществить свечение пламени в оболочке, не-
сколько увеличивают количество кислорода, в результате чего
пламя становится слегка окислительным.
Эксплуатация горелок для малокалорийных газов произво-
дится так же, как эксплуатация ацетиленовых горелок.
Автомат для пайки в пламени городского газа. Во ВНИИА-
втогене разработана первая в нашей стране автоматическая
установка для газопламенной пайки деталей сварочной горелки.
95
Установка состоит (фиг. 25) из станка СГП-1-57 для осуще-
ствления пайки с огневой частью (горелками), системы питания
станка газами с распределительным щитом и ряда других вспо-
могательных устройств.
Для пайки городской газ из заводской магистрали 1 через во-
дяной затвор 16, предохраняющий газовую сеть от попадания в
нее пламени при обратных ударах, и ротаметр 14, показывающий
расход газа, подается в смесительную камеру 7, где перемеши-
вается с кислородом, поступающим из распределительной рампы.
После этого образовавшаяся газовая смесь по резинотканевым
шлангам отводится в коллекторы, прикрепленные к колонкам 11.
Часть шлангов используется для воды, охлаждающей коллекто-
ры и станок, а также для сжатого воздуха, отрывающего пламя
при гашении пламени. Питание установки водой происходит от
вопроводной системы, а сжатым воздухом — от любой обще-
заводской магистрали или от самостоятельного компрессора.
Станок СГП-1-57 обеспечивает автоматическую подачу сва-
риваемых деталей к горелкам при ручной сборке их под пайку
и сбрасывание в приемник паяных деталей. Основными частями
станка являются: кольцевой конвейер, приспособление для уста-
новки и закрепления паяемых деталей, огневая часть (го-
релки) .
Конвейер представляет планшайбу, вращающуюся вокруг
своей оси при помощи привода, и служит для перемещения при-
способлений с паяемыми деталями.
Приспособление для установки паяемых деталей имеет две
плиты, прикрепленные к пустотелым направляющим колонкам
болтами и хомутами.
Паяемые детали устанавливаются между плитами.
Все приспособление делится на восемь секций, в каждой из
которых находятся по шесть деталей.
При вращении конвейера закрепленные детали подводятся к
пламени, и осуществляется пайка. Во время пайки направляю-
щие колонны охлаждаются водой.
Паяные детали после охлаждения автоматически сбрасыва-
ются на желобок, покрытый резиновой пластинкой, предохра-
няющей их от забоин.
Огневая часть станка состоит из группы инжекторных горе-
лок, расположенных у верхней и нижней плит. Конструктивно
верхние и нижние горелки идентичны.
В мундштуки горелок смесь поступает из двух кольцевых
коллекторов, один из которых находится с наружной стороны
планшайбы, а другой — с внутренней. Каждый коллектор имеет
по 29 горелок. Для зажигания пламени к наружному коллек-
тору прикреплена «дежурная» горелка, которая горит все вре-
мя, пока станок работает.
Управление работой установки осуществляется через распре-
делительный щит 2 (фиг. 25).
96
L Есенберлин
17	16
Фиг. 25. Схема установки
для автоматической газо-
пламенной пайки, разрабо-
танной в ВНИИАВТО-
ГЕНЕ:
1 — магистраль для подвода го-
родского газа; 2 — распредели-
тельный щит; 3 — блокировоч-
ные клапаны для предотвраще-
ния работы горелок без подачи
воды; 4 — манометры, показы-
вающие давление кислорода на
входе в горелки; 5 — вентиль
городского газа; £ —вентиль
кислорода; 7 — сместительная
камера горелок; 8 — вентиль
«дежурного» пламени; 9 — вин-
ты для регулирования давления
кислорода, подаваемого в го-
релки; 10 — газовые рубильники
для гашения горелок; 11 — ко-
лонки для крепления горелок;
/2 — станок СГП-1-57; 13 — пая-
емые детали; 14 — ротаметры;
15 — вентили для пуска и ре-
гулирования подачи охлаждаю-
щей воды; 16 — водяные затво-
ры; 17 — труба для слива воды;
18— труба сжатого воздуха;
19 — труба охлаждающей воды;
20 — трубопровод от кислород-
ной рампы.
Автоматический станок СГП-1-57 обеспечивает пайку в час
360 деталей. При этом расход газа на обе горелки составляет
4 м?!час.
ПАЙКА КЕРОСИНО-КИСЛОРОДНОЙ ГОРЕЛКОЙ
Для нагрева металлов при пайке могут быть использованы в
качестве горючих пары керосина.
Схема поста для пайки керосино-кислородной горелкой пока-
зана на фиг 26. В горелку 5 керосин поступает из бачка 3. Одно-
временно из баллона 1 через редуктор подается кислород.
Фиг.. 26. Схема поста для пайки керосино-кислородной горелкой:
/ — кислородный баллон; 2 — кислородный редуктор; 3 — бачок для керосина.;
4 — шланги; 5 — горелка.
На выходе из горелки смесь паров керосина с кислородом
сжигается и образовавшееся при этом пламя используется для
пайки. Бачок для керосина представляет собой стальной резер-
вуар с насосом и манометром. При накачивании насоса в бачке
создается давление 3—7 ат, под действием которого керосин че-
рез шланг поступает в горелку.
Горелка для керосино-кислородной пайки (фиг. 27) является
инжекторной. Керосиновый шланг присоединяется к ниппелю
кислородный — к ниппелю 2. При открытии вентиля кислород че-
рез трубки 3 и 6 поступает с большой скоростью в инжектор 9,
припаянный к испарителю 7. На трубке 6 намотана асбестовая
оплетка 8, заполняющая пространство между этой трубкой и
испарителем 7. Из керосинового бачка через запорный вентиль
14 по трубке 13 к асбестовой набивке подается керосин, который
засасывается кислородом через инжектор. Образовавшиеся при*
этом в корпусе пары смеси выходят в атмосферу, где они поджи-
гаются. Часть смеси от головки горелки 11 через сопло 10 на-
правляется для подогрева испарителя.
Дозировка подачи горючего осуществляется маховичком 4,
при вращении которого кислородная трубка 6 перемещается, из-
38
Фиг. 27. Кислородно-керосиновая горелка:
/ — ниппель для керосинового шланга; 2 — кислородный ниппель; 3 — трубка, подводящая кислород к вентилю; 4 —ма-
ховичок для регулировки горючего; 5 — корпус уплотнителя; 6 — внутренняя трубка испарителя; 7 — испаритель; 8 — ас-
бестовая оплетка; 9 — инжектор; 10 — сопло, подогревающее испаритель; // — головка горелки; /2 — накидная гайка;
13 — трубка, подводящая керосин в испаритель; 14 — запорный вентиль керосина.
меняя зазор между торцом инжектора и седлом смесительной
камеры.
Горелка для керосино-кислородной пайки имеет два много-
пламенных мунштука № 3 и 4. По эффективной мощности эти
мундштуки эквивалентны наконечникам № 3 и 4 обычных горе-
лок для ацетилено-кислородной пайки.
Характеристики мундштуков керосино-кислородной горелки
показаны в табл. 38.
Таблица 38
№ мундштука	Толщина пая- емого металла в мм	Давление кис- лорода в кГ 1см*	Давление керо- сина в кГ/см*	Расход кисло- рода в л/час	Расход керо- сина в г/час
3	2-6	3-5	1 5-2,5	540-820	390-550
4	6-9	5-7	2,5-3,0	820-1100	550-720
Пламя керосино-кислородной горелки по строению и форме
ничем существенным не отличается от ацетилено-кислородного.
Для получения нормального для пайки пламени на 1 кг кероси-
на требуется 1,5 м3 кислорода. Максимальная температура пла-
мени 2300°. Применение горелки с многопламенными мундшту-
ками обеспечивает равномерный и интенсивный нагрев деталей
при пайке.
ПАЙКА ПАЯЛЬНОЙ ЛАМПОЙ
Тепло, необходимое для пайки, в паяльных лампах получается
за счет сгорания смеси воздуха с парами горючих жидкостей.
На фиг. 28 изображен общий вид паяльной лампы, на фиг.
Фиг. 28. Общий вид паяль-
ной лампы.
29 — паяльная лампа в разрезе.
Лампа состоит из следующих ос-
новных частей: резервуара /, насоса 2,
тройника 5, горелки 10, чашечки 12 и
заливной горловины 15. Резервуар 1
изготовляется из латуни или луженой
жести и заполняется горючей жидко-
стью. Емкость резервуара 1—2 л. На-
сос 2 с рукояткой 4 служит для нака-
чивания воздуха в резервуар. Конст-
руктивно он ничем не отличается от
обычных нагнетающих насосов. Ла-
тунный тройник 5 имеет три отростка,
из которых один (вертикальный) ввин-
чивается в гайку 13 корпуса резервуа-
ра, другой (горизонтальный левый) соединяется с трубкой зме-
евика 11 при помощи ниппельного соединения; в третий (гори-
зонтальный правый) отросток тройника ввертывается на резьбе
игла запорного крана 3. Поворотом этой иглы дозируется рас-
100
ход горючего, а также производится прекращение его подачи
в горелку лампы.
Горелка 10 предназначена для приготовления и сжигания
смеси воздуха с парами горючей жидкости. Она состоит из змее-
вика 6 с тремя-четырьмя витками латунных труб и форсунки 7
для распыления топлива. Горелка охватывается стальным кожу-
хом 8 с прорезями для подачи воздуха при сжигании паро-воз-
душной смеси.
Фиг. 29. Паяльная лампа в разрезе.
Чашечка 12 служит для заливки горючего при разжигании
лампы. Через заливную горловину 15 производится заполнение
резервуара топливом. На горловине имеется возвратный клапан
16, служащий для регулирования давления воздуха. При повы-
шении давления в резервуаре вывинчиванием клапана выпус-
кается часть воздуха. Чтобы 'погасить лампу, достаточно выпу-
стить воздух из резервуара через возвратный клапан. Горловина
плотно закрывается крышкой на резьбе. Для герметичности под
крышку ставят кожаную или пробковую прокладку.
Для получения горючей смеси при пользовании паяльной лам-
пой в резервуар 1 насосом 2 накачивается воздух. Жидкое топ-
ливо под давлением воздуха поднимается по вертикальной труб-
ке 14 и через запорный кран 3 тройника 5 поступает в змеевик
горелки. Попутно оно разогревается пламенем горючего, нали-
того в чашечку 12, и испаряется. Полученное таким образом га-
101
з’ообразное топливо выходит из форсунки 7, где оно поджигается.
Диафрагма 9 способствует получению плотного пучка пламени.
В качестве горючего в паяльных лампах используют керосин
и иногда бензин. Бензин взрывоопаснее керосина, испарение бен-
зина происходит быстрее, чем керосина. Поэтому бензиновые
лампы имеют более массивный'корпус, рассчитанный на повы-
шенное давление, и короткую горелку с коротким змеевиком.
Пламя паяльной лампы также состоит из трех зон. Наивыс-
шую температуру пламя имеет примерно на расстоянии 2/з его
длины от обреза горелки. Здесь пламя является химически ней-
тральным, т. е. не создает окисления или науглероживания ме-
талла вследствие полного связывания друг с другом кислорода
воздуха и углерода, образованного при разложении горючего.
Эта зона может быть использована для пайки припоем с темпе-
ратурой плавления 900—1000°.
Эксплуатация паяльной лампы. 1. Для заправки паяльной
лампы горючим рекомендуется ставить ее в ванночку, чтобы пре-
дотвратить обливание пола, верстака или инструмента горючим.
2.	Перед заправкой горючее следует профильтровать.
3.	Керосин в лампу нужно заливать на 3/4 емкости ее резервуа-
ра, после чего в резервуар накачивать воздух.
Для обеспечения нормальной работы лампы резервуар ее не
должен иметь утечку воздуха или керосина в прокладке заливной
горловины, в насосе или ниппельных соединениях, а также в за-
порном'кране. При утечке воздуха образуются пузырьки или слы-
шится легкое шипение. Иногда для определения утечки воздуха
места,; где возможна утечка, смазывают мыльной водой.
Утечку воздуха устраняют сменой прокладки заливной горло-
вины, сменой манжеты насоса новой, предварительно размочен-
ной в керосине и смазанной вазелином, а также подтяжкой гаек
ниппельного соединения и сальника запорного крана.
4.	Разжигать паяльную лампу следует в специально отведен-
ном помещении, безопасном в пожарном отношении. В помеще-
нии, где производится пайка металлов, должен быть пенный огне-
тушитель и песок.
5.	В начале работы керосин еще не успевает полностью испа-
риться, поэтому при разжигании лампа бьет сильно горящей
струей. Чтобы предотвратить возникновение пожара, перед лам-
пой должен быть установлен экран, представляющий собой же-
лезный лист, обложенный кирпичом. Экран способствует также
быстрому разогреву лампы.
6.	Для разжигания лампы нужно закрыть запорный и воз-
душный винты, затем в чашечку налить денатурированный спирг,
пламенем которого разогреется горелка (при отсутствии денату-
рата можно использовать паклю, намоченную керосином). Через
3—5 мин. открыть на четверть оборота запорный кран и тепло
пламени, образованного при сгорании паров керосина, выходя-
щего из форсунки, используется для лучшего нагрева лампы.
102
После появления характерного гула следует подкачать давление
в резервуаре и отрегулировать пламя запорным краном.
7.	Не допускать перегрева паяльной лампы, так как в этом
случае повышается давление в резервуаре, что может привести
к взрыву. Перегрев лампы происходит при длительной работе,
особенно в помещении с высокой температурой. Для охлаждения
перегретой лампы ее ставят в сосуд с холодной водой, которую
меняют по мере нагревания.
8.	Температура пламени паяльной лампы не всегда достаточ-
на для пайки тугоплавкими припоями. Поэтому в некоторых слу-
чаях для более эффективного нагрева детали можно использо-
вать две лампы.
9.	При пайке паяльной лампой иногда пламя горит неустой-
чиво: то гаснет, то выбрасывается топливо несгоревшей струей.
Лампа гаснет при травлении воздуха в резервуаре, при обра-
зовании нагара в форсунке или попадании в нее грязи. Выбрасы-
вание жидкости имеет место при недостаточном нагреве лат^п.
Если выбрасывается большое количество жидкости, то она обли-
вает лампу, что приводит к объятию лампы пламенем. Для нор-
мальной работы лампы необходимо устранить утечку воздуха,
очистить форсунку иглой и подогреть горелку пламенем другой,
хорошо работающей лампы.
При объятии лампы пламенем нужно быстро открыть воздуш-
ный винт и стравить давление в резервуаре. После этого погасить
пламя, накрыв лампу брезентом, или при помощи других подруч-
ных средств.
10.	Одной из часто встречающихся неисправностей также
является образование нагара внутри змеевика. Признак образо-
вания нагара — прекращение (частичное или полное) подачи
топлива в горелку после прочистки форсунки. Чтобы удалить на-
гар, змеевик снимают с лампы и нагревают до красного каления,
непрерывно пропуская через него сжатый воздух. При этом на-
гар, представляющий собой углерод, сгорает в кислороде возду-
ха. Если указанным способом нельзя удалить нагар, то необходи-
мо заменить змеевик.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСОБЕННОСТЬ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИ
При газопламенной пайке припой можно расположить зара-
нее у паяемого места или вводить в процесс пайки от руки, как
это делается при газовой сварке. Однако следует иметь в виду,
что при газопламенной пайке предварительное наложение при-
поя не так эффективно, как подвод его в виде прутка. Если при-
пой непосредственно соприкасается с пламенем, то он распла-
вится раньше, чем нагреется основной металл до температуры
пайки. В результате шов не будет прочным. В тех случаях, когда
пламя нагревает основной металл, а затем через него — припой,
целесообразно припой накладывать заранее в шов.
103
Флюсы при газопламенной пайке целесообразно наносить до
нагрева. Порошкообразный флюс при пайке сдувается газовым
пламенем, поэтому флюс перед употреблением разводят обычно
водой до кашеобразного состояния. Целесообразно наносить
флюс заранее и высушить. При нагревании изделия вода испа-
ряется, и в дальнейшем флюс превращается в жидкость и защи-
щает шов от окисления. Если влажный флюс в процессе нагре-
вания вызывает окисление металла, в качестве разбавителя сле-
дует применять спирт. Иногда для пайки металлов, чувствитель-
ных к воздействию воды, применяют порошкообразный флюс.
Однако в таких случаях пламя следует направлять сначала не на
флюс, а на близлежащий участок для разогрева паяемого места
за счет теплопроводности материала.
При этом флюс прилипает к горячему металлу и не сдувает-
ся пламенем, когда им нагревается непосредственно шов.
Менее совершенным способом применения флюса является на-
несение его на предварительно нагретый участок. В этом случае
поверхность Щва в процессе нагревания покрывается значитель-
ным слоем окалины и очистка его, особенно в труднодоступных
местах (в зазбрах), флюсом значительно затрудняется. Поэтому
при всех вариантах пайки газовым пламенем поверхность сле-
дует защищать от окисления до нагрева. Флюсом покрывают и
прутки припоя. Для этого конец припоя погружают в раствор
флюса в холодном состоянии или в порошкообразный флюс
после предварительного нагрева пламенем.
Пайку с применением прутка припоя производят после разо-
грева шва до температуры пайки и плавления флюса. Расплав-
ленный флюс затекает в зазоры между соединяемыми дета-
лями и до введения припоя очищает паяемый участок от
окислов.
Применение флюса при газопламенной пайке в отличие от
кислородно-ацетиленовой сварки является почти всегда обяза-
тельным процессом. Исключение составляет пайка меди припоя-
ми, содержащими фосфор.
Сварка сталей, даже конструкционных легированных типа
хромансиль и хромомолибденовой, производится без флюсов,
тогда как пайка этих сталей без флюса никакого результата не
дает. Объясняется это тем, что сварка осуществляется при бо-
лее высокой температуре пламени и окислы металлов удаля-
ются в ходе процесса.
При пайке температура пламени относительно низкая, и для
удаления окислов паяемых поверхностей восстановительных
свойств пламени недостаточно.
Необходимо правильно выбрать номер наконечника. Для пай-
ки материалов с низкой теплопроводностью (например, сталей,
особенно легированных) целесообразно применять номер нако-
нечника такой же, как при сварке данного металла.
104
Как известно, при ацетилено-кислородной сварке наконечник
горелки устанавливается по ’приблизительной формуле:
Р = Д.8,
где Р — расход ацетилена в л!час,
б — толщина материала в мм,
А — коэффициент, зависящий от природы материала.
Для углеродистой стали А = 125 4- 150 л/час, низколегирован-
ной стали Л = 75 4-100 л/час и нержавеющей стали Л = 75 л) час.
Для материалов с высокой теплопроводностью, как медь и
медные сплавы, следует применять более крупные наконечники.
При пайке изделий с различной толщиной наконечник выби-
рается по более массивной детали. Пламя при этом направляет-
ся на толстостенную деталь, а тонкостенная деталь нагревается
за счет теплопроводности материала.
Наконечник с многопламенным мундштуком должен соответ-
ствовать по расходу ацетилена однопламенному наконечнику.
При пайке малокалорийными газами наконечник выбирают
из расчета обеспечения эффективной мощности пламени горелки.
При пайке ацетилено-кислородной горелкой нагрев изделия
нужно производить третьей зоной пламени, на расстоянии 15—
20 мм от конца ядра, причем в момент введения припоя следует
отвести пламя от шва на 30—40 мм, чтобы не вызвать перегрева
припоя. Этим применение ацетилено-кислородной смеси при пай-
ке существенно отличается от применения его при сварке, когда
нагрев металла производится второй, так называемой сварочной
зоной пламени, где имеется максимальная температура (около
3100°). Пайка горелкой многопламенными мундштуками произ-
водится более высокотемпературной частью пламени. Высоко-
температурная зона пламени применяется также при пайке ма-
локалорийными газами — заменителями ацетилена.
Пайка углеродистых сталей. Качество шва зависит от содер-
жания в сталях углерода. Чем меньше в стали углерода, тем лег-
че ее паять. Малоуглеродистые стали, содержащие до 0,25—
0,30% углерода, паяются хорошо, и свойства их от нагрева во
время пайки почти не меняются. По мере увеличения содержа-
ния углерода пайка стали затрудняется. Причиной этого яв-
ляется прежде -всего увеличивающееся выгорание углерода
стали. Образующаяся окись углерода вызывает пористость
наплавленного металла. При повышенном содержании углерода
металл в процессе нагревания принимает менее благоприятную-
структуру с более высокой твердостью и низкими пластиче-
скими свойствами. С повышением содержания углерода в стали
паяные соединения становятся более склонными к образованию
трещин в зоне нагрева.
При пайке пламенем углеводородных газов малоуглеродистой
стали важным условием является поддержание пламени горелки
нормальным. Незначительный избыток горючего или кислорода
105
»при нагревании влечет за собой значительное ухудшение каче-
ства шва. При избытке горючего металл шва науглероживается
и становится излишне твердым, хрупким и пористым. При из-
бытке в пламени кислорода вследствие окисления шва пайка
может не произойти.
Пайка сталей со средним и высоким содержанием углерода
ъедется либо нормальным пламенем, либо пламенем с неболь-
шим избытком горючего, но, безусловно, не с избытком кисло-
рода.
Наконечник горелки при пайке малоуглеродистой стали вы-
бирается в зависимости от толщины деталей, как было указано
выше. При пайке сталей с повышенным содержанием углерода
наконечник рекомендуется брать на один номер ниже, чем для
малоуглеродистой стали.
В качестве припоев при пайке углеродистых сталей приме-
няются: медь, медноцинковые и серебряные сплавы, указанные
в главе I.
Флюсом при этом служит бура, борная кислота и их смеси,
если пайка производится медью или медноцинковыми припоями.
Пайка легкоплавкими серебряными припоями (например, ПСр
40) производится флюсами типа 209, 18В. Для предотвращения
коррозии паяного шва должны быть удалены остатки флюсов
после пайки. Как указывалось ранее, для этой цели может быть
использовано резкое охлаждение изделия после пайки в воде.
Такой способ допускается, если: 1) конструкция не склонна к,
значительному короблению, 2) прочность шва не ниже прочности
отдельных частей, 3) в основном металле не возникнут неже-
лательные структурные изменения, 4) паяемые детали не имеют
внезапных и значительных изменений в сечении и 5) изделие не
•состоит из различных материалов или материалов, не имеющих
различные коэффициенты теплового расширения.
Пайка легированных сталей. Легированные стали типа хро-
мансиль, хромомолибденовая и др. имеют специфические особен-
ности пайки, связанные с их химическим составом (табл. 39).
По сравнению с углеродистой сталью стали типа хромансиль,
Таблица 39
Марка стали	Седержание компонентов в °/0						
	Углерод	Хром |	^Марганец	| Кремний	| Никель |	Молибден|вольфрам	
ЗОХГСА (хромансиль)	0,28-0,75	0,80-1.1	0,80-1,10	0,90-1,20	0,3	—	—
ЗОХМА (хромомолибденовая)	0,25-0,32	0,80-1,1	0,40—0,7	0,17-0,37	0,3	0,15-0,25	—
25ХНВА (хромоникель воль- фрамовая)	0,2-0,3	1,3-1,7	0.25-0,35	0,17-0,37	4-4,5	—	0,8-1,2
20XH3A (хромоникелевая)	0,17-0,25	0,6-0.9	0,25-0,35	0.17-0,37	2,75-3,25	—	—
38ХА (хромистая)	0.34-0,42	0,8-1,1	0,5-0,8	0,17—0.37	—	—	—
106
хромомолибденовая и др. характеризуются более низкой тепло-
проводностью и склонностью к самозакаливанию на воздухе.
Содержание в этих сталях хрома в сочетании с углеродом спо-
собствует образованию в процессе нагревания твердых структур-
ных составляющих в виде сложных карбидов в зоне около пая-
ного шва. Присутствие в легированных сталях марганца, крем-
ния и других элементов, активных по отношению к кислороду,
затрудняет ведение пайки вследствие значительной склонности
материала к окислению.
Перечисленные особенности легированных сталей затрудняют
их пайку, способствуют образованию трещин в паяном соедине-
нии и усиленному короблению изделий. Однако трудности пайки
этих сталей могут быть преодолены или сведены к минимуму,
если будут соблюдены предписываемые условия ведения про-
цесса.
При пайке легированных сталей нужно обратить особое вни-
мание на подготовку соединяемых изделий.
Паяемые поверхности должны быть хорошо зачищены, а за-
зоры выдержаны в рекомендуемых пределах. Пламя горелки
должно быть нейтральным или слегка восстановительным. Пайку
нужно вести быстро, без перерывов, не отрывая пламени.горелки
ют шва. Номер наконечника следует выбирать согласно прави-
лам, указанным выше.
Особое значение при пайке легированных сталей имеет пра-
©ильный выбор флюсов. Обычные флюсы, применяемые при пай-
ке углеродистых сталей, — бура, борная кислота и их смеси, не
пригодны для легированных сталей, так как окислы хрома и
других элементов, входящих в состав стали, не удаляются с по-
мощью соединений бора.
Только флюсы, содержащие фториды щелочных металлов и
имеющие довольно высокую температуру плавления, обеспечи-
вают пайку легированных сталей тугоплавкими припоями. Для
пайки этих сталей при температурах 850—1100° применяются
флюсы 200 и 201 (табл. 30).
В качестве припоя при этом служат медь, медноцинковые,
серебряные и другие сплавы (см. главу I).
При пайке легированных сталей серебряными припоями при
температурах ниже 850° применяются флюсы 18В, 209 и 284, ука-
занные в табл. 30. Очистка изделия после пайки производится
согласно указаниям, данным выше.
Пайка закаленных сталей без отжига. Механические свойства
стали зависят от ее структуры. Последняя определяется темпе-
ратурой нагрева и скоростью охлаждения стали. Наибольшую
прочность сталь получает при закалке, когда она нагревается до
температуры порядка 900° и быстро охлаждается в воде или
масле. При этом в стали появляются так называемые внутренние
напряжения, для снятия которых производится отпуск стали,
т. е. небольшой нагрев с быстрым охлаждением. Легированные
107
стали, например типа хромансиль, для получения предела проч-
ности при растяжении 130 кГ/мм2 после закалки отпускаются
при температуре 250°, для получения прочности НО кГ/мм2 —
при 550°.
Применяется также высокий отпуск таких сталей до 700° с
незначительным снижением прочности. Нагрев при температуре
700° и выше приводит к резкому разупрочнению стали.
Твердая пайка сталей осуществляется при довольно высоких
температурах: медноцинковыми припоями — при 850—950°, боль-
шинством серебряных припоев — при 750—800°, медью и
жаропрочными припоями — при 1100—>1200°. При таком нагреве
закаленной стали происходит местное снижение механических
свойств паяного соединения. Поэтому для сохранения прочности
пайку закаленной стали целесообразно вести при температуре
ниже 700°.
Такую пайку в настоящее время успешно применяют при
изготовлении деталей из. закаленных легированных сталей.
В качестве припоя для пайки закаленных стальных изделий
применяют серебряный припой ПСр 40 (табл. 13) с температурой
плавления 595—605°. Пайку производят при температуре 620°^
с флюсами 209 или 284 (табл. 30). При пайке закаленных ста-
лей важно поддержание заданной температуры процесса. Чем
выше эта температура, тем больше снижается прочность. При-
пайке газовым пламенем в отличие от пайки в печах или в жид-
ких средах, поддерживать температуру 620° представляет труд-
ности, так как газопламенная обработка металлов, как правило,
проводится без каких-либо контрольно-измерительных приборов.
Поэтому основным критерием нагрева при ручной пайке являет-
ся момент плавления припоя и цвет паяемого участка изделия..
Иногда для замера температуры нагрева к паяемому изделию’
прикрепляют термопару. Такой метод контроля температуры не-
удобен и недостаточно точен.
Таким образом, качество пайки припоем ПСр 40 во многом
зависит от квалификации специалиста, выполняющего работу.
Только при наличии хороших навыков можно паять закаленную
сталь газовым пламенем без снижения ее механических свойств.
По окончании пайки изделие следует тщательно очистить от
остатков флюса.
Пайка нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов. В ма-
шиностроении, особенно в авиационных конструкциях, широко*
применяются нержавеющие стали и жаропрочные сплавы типа
1Х18Н9Т, Х20Н80Т, 4Х14Н14В2М и т. д., химический состав ко-
торых характерен высоким содержанием хрома (от 13% и выше)*
и никеля (до 80%). Кроме того, некоторые марки нержавеющих
сталей и жаропрочных сплавов содержат в небольшом количестве
титан, ниобий, кремний, марганец, вольфрам, ванадий, углерод и
другие элементы.
В процессе нагревания при пайке компоненты нержавеющих
108
сталей и жаропрочных сплавов, особенно хром, интенсивно соеди-
няются с кислородом. При этом образуются весьма стойкие окис-
лы, которые не удаляются обычными флюсами, применяемыми
при пайке, поэтому препятствуют осуществлению пайки.
Наряду с этим при пайке нержавеющих сталей и жаропроч-
ных сплавов происходит ряд физико-химических процессов, за-
трудняющих процесс ведения пайки и влияющих на качество
паяного соединения. Так, соединяясь с углеродом, который может
быть в составе пламени, хром, входящий в сплав, дает устойчи-
вые карбиды, сильно влияющие на коррозионные свойства соеди-
нения. Располагаясь по границам зерен стали, эти карбиды вызы-
вают так называемую межкристаллитную коррозию. Межкри-
сталлитная коррозия особенно опасна, так как в условиях экс-
плуатации ее нельзя обнаружить. Только при окончательном
разрушении детали можно установить настоящую причину раз-
рушения.
Карбиды выпадают в интервале температур 300—900° и осо-
бенно интенсивно при 600—700°. Следовательно, карбиды обра-
зуются не в самом шве, где температура превышает 1000°, а на
некотором расстоянии от шва. Количество карбидов, образую-
щихся при пайке, зависит от продолжительности нагрева и
охлаждения, количества углерода в стали, характера .пламени,
наличия в сплаве титана или ниобия. Чем меньше времени затра-
гивается на охлаждение изделия, тем меньше карбидов успевает
выделиться. С уменьшением количества углерода в самой стали
или в пламени горелки уменьшается выделение карбидов. Титан
и ниобий имеют большее сродство с углеродом, чем хром. Они
образуют с углеродом карбиды, не располагающиеся по грани-
цам зерен, вследствие чего не возникает опасность межкристал-
литной коррозии. Таким образом, стали, содержащие титан и
ниобий, более устойчивы к межкристаллитной коррозии.
Из других свойств нержавеющих сталей и жаропрочных спла-
вов следует отметить их низкую теплопроводность, высокий
коэффициент теплового расширения и высокую пластичность.
Имея низкую теплопроводность, сплав быстро перегревается, а
вследствие высокого коэффициента теплового расширения спо-
собен к значительному короблению. Однако при наличии высо-
кой пластичности образование внутренних напряжений не ведет
к появлению трещин.
При пайке нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов под-
готовка изделия должна быть тщательной. Горелку выбирают из
расчета 1^л)час ацетилена на 1 мм толщины детали. Более мощ-
ная горелка вызывает перегрев металла. В случае применения
малокалорийных газов горелка должна обеспечить получение
эффективной мощности пламени, эквивалентной мощности кисло-
родно-ацетиленового пламени, необходимого для данной детали.
Пламя горелки должно быть нормальным: малейший избыток
кислорода приведет к окислению шва, а избыток горючего спо-
109
собствует образованию карбидов. Пайка должна вестись быстро^,
без перерывов. Медленная пайка и частые перерывы значительна
ухудшают качество.
Конструкции из нержавеющих сталей, работающие при ком-
натных температурах, могут быть спаяны медью, медноцинковы-
ми и в некоторых случаях серебряными припоями.
В качестве флюсов при этом используются флюсы 200 и 201
(табл. 30), остатки которых после пайки тщательно удаляются
промывкой. Флюсы, широко применяемые для пайки углероди-
стых сталей (бура, борная кислота, их смеси), не удаляют стой-
кие окислы хрома, кремния, титана и т. д., поэтому не обеспечи-
вают пайку нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов.
Пайка меди и медных сплавов. Медь и ее сплавы (бронза, ла-
туни) можно паять газовым пламенем без особых затруднений.
Для пайки могут быть использованы как однопламенные, так и
многопламенные горелки, работающие на смеси ацетилена или
малокалорийных газов с кислородом. При этом следует указать,
что медь имеет весьма большую теплопроводность и трудно ра-
зогревается при пайке. Поэтому для пайки меди или медных
сплавов следует брать более мощные наконечники, чем это тре-
буется для стали. Пайка меди и медных сплавов осуществляется
медноцинковыми, серебряными и меднофосфористыми припоями,
причем для самой меди и бронз могут быть использованы все
припои, указанные в табл. 8, 11, 13. Выбор марки припоя зависит
от конкретных условий пайки и требований, предъявляемых к
паяемому изделию. Для пайки латуни пригодны также все марки
серебряных и меднофосфористых припоев. Медноцинковые при-
пои и латуни имеют небольшую разницу в температурах плав-
ления, поэтому такие припои следует выбирать так, чтобы обес-
печить необходимую разницу в температурах плавления основ-
ного металла и припоя. Как указывалось ранее, разница должна
быть не менее 50—60°.
Так, припой ПМц-36, может быть использован для пайки ла-
туни марок Л-59, ЛС-59 и легированных латуней с аналогичным
содержанием меди; ПМц-42 применяется при пайке латуней, со-
держащих 62—86% меди; ПМц-54 — для латуней Л-68, Л-80,
ЛТ-90. При пайке меди и медных сплавов медноцинковыми и се-
ребряными припоями без марганца или никеля в качестве флю-
сов служат бура, борная кислота и их смеси. Пайка серебря-
ными припоями, содержащими марганец и никель, производится
при помощи флюсов 209, 284 и 18В (табл. 30). Флюсы 200 и 201,
имеющие более высокую температуру пайки, для меди и медных
сплавов не рекомендуются. Меднофосфориетые припои исполь-
зуются без флюсов. В случае пайки меди и медных сплавов с
применением флюсов остатки последних должны быть удалены.
Пайка алюминия и его сплавов. Алюминий и его сплавы ин-
тенсивно окисляются в процессе нагревания с образованием
весьма стойкого окисла АЬОз, затрудняющего ведение пайки.
110
Другой особенностью алюминия является низкая температура*
плавления его сплавов, вследствие чего изделие легко перегре-
вается. Кроме того, при температуре пайки цвет алюминиевых
сплавов не изменяется, что затрудняет установить, достаточно ли<
нагрето паяемое изделие.
Нагрев в процессе пайки оказывает значительное влияние на
структуру алюминиевых сплавов. Особенно чувствителен к нагре-
ву дуралюмин, причем чем медленнее нагревается сплав, тем за-
метнее происходит его разупрочнение. Газопламенная пайка, осу-
ществляемая при довольно длительном нагревании изделия с
охватом большого участка, почти не применяется для соединения
деталей из дуралюмина. Трудно паять также сплавы АК-4, В-95«
и литейные сплавы, имеющие более низкую температуру плавле-
ния. Только сам алюминий, а также сплавы авиаль и АМц даюг
в настоящее время высококачественный шов при газопламенной
пайке.
Пайка алюминия и его сплавов возможна только при условии^
тщательной очистки поверхности соединяемых деталей.
Для пайки алюминия и его сплавов применяются припои и
флюсы, указанные выше. Процесс пайки с припоем и флюсом 34А
происходит при 540—550°. Пайка припоями В62 и В63, разрабо-
танными Н. Ф. Лашко и С. В. Лашко-Авакян, производится при.
пониженных температурах (табл. 24).
Нагрев для пайки алюминиевых сплавов производится пла-
менем бензино-воздушной горелки или паяльной лампой. Ацети-
лено-кислородное пламя, имеющее высокую температуру (3100°),,
увеличивает опасность расплавления и пережога материала. Кро-
ме того, ацетилено-кислородное пламя интенсивно реагирует с*
флюсом 34А, поэтому для пайки алюминия применять его не
следует. Даже пламя бензино-воздушной горелки или паяльной-
лампы при длительном воздействии снижает активность флюса,
применяемого для пайки алюминиевых сплавов, поэтому время
соприкосновения пламени с флюсом должно быть минимальное.
Вследствие этого при пайке алюминия припоем 34А флюс 34А.
наносится не преждевременно, а в процессе пайки при темпера-
туре 450°. Это сокращает время реагирования пламени с
флюсом.
Для определения начала процесса у паяемого места необхо-
димо провести черту лучинкой или обратным концом спички. При
температуре 450° след лучинки или спички обугливается и дает
черную линию.
После того как деталь нагрета достаточно, пламенем нагрева-
ют конец прутка припоя до оплавления, погружают в сухой
порошкообразный флюс и переносят к месту пайки. Вода и эти-
ловый спирт также реагируют с флюсом, снижая его качество,
поэтому изготовлять из него пасту не следует. Флюс, перенесен-
ный в шов, расплавляется раньше припоя и, растекаясь по соеди-
няемым поверхностям, растворяет на них окисную пленку. При
111
дальнейшем нагревании расплавляется припой, который затекает
в зазоры шва, и происходит пайка.
При пайке алюминия или его сплавов нужно иметь в виду,
что остатки флюса вызывают коррозию шва. Поэтому не позднее
чем через час остатки флюса должны быть тщательно удалены
промывкой, как указано выше.
Одной из особенностей алюминия является высокий коэффи-
циент его теплового расширения, вследствие чего он при пайке
получает значительное коробление. Для уменьшения коробления
алюминиевых изделий следует вести равномерно предваритель-
ный их нагрев. Мелкие детали обычно нагреваются газовым пла-
менем. При пайке крупных деталей припоем 34А целесообразно
нагреть их в электрической печи до температуры 450°, а затем
приступить к пайке. При отсутствии печей применяют равномер-
ный подогрев деталей двумя или несколькими горелками.
Пайка алюминия является надежным технологическим про-
цессом и может быть использована во многих случаях вместо
сварки. Часто при сварке детали из алюминиевых сплавов, на-
пример резервуары из сплава АМц, дают трещины, тогда как
при пайке этого не наблюдается.
Пайка алюминия обеспечивает необходимую прочность на
растяжение, сжатие и вибрацию. Однако паяные алюминиевые
изделия не выдерживают изгиба и ударов. Поэтому в тех случа-
ях, когда соединение будет подвергаться обработке давлением
(например, выколотке) и изгибу, надо для соединения деталей
применять сварку. Таким образом, пайка и сварка алюминия до-
полняют друг друга. Благодаря общедоступности процесса пай-
ки, а также высокой производительности и надежности паяных
соединений пайка алюминия и его сплавов находит все более
широкое применение в промышленности.
Пайка магниевых сплавов. Магниевые сплавы, как и алюми-
ниевые, активно окисляются при нагревании, что затрудяет их
пайку. Поэтому шов в большинстве случаев получается с низки-
ми механическими свойствами. К тому же паяные швы магниевых
деталей весьма склонны к коррозии, в результате чего эксплуата-
ция их вызывает большие затруднения. Только некоторые типы
магниевых сплавов дают качественный паяный шов, устойчивый
против коррозии. К ним относятся литые магниевые сплавы типа
МЛ-5. Для подпайки дефектов в отливках из таких сплавов при-
меняются припои № 1 и 2, приведенные в табл. 25. Пайка произ-
водится флюсом № 6 (табл. 32) или без флюса.
Для получения высокого качества шва при пайке магниевых
сплавов необходимо тщательно подготовить изделие к пайке.
Перед нагревом паяемая поверхность должна быть очищена от
окислов стальной щеткой, а крупные изделия подогреты до
300—350° в печи или пламенем газовой горелки равномерно для
уменьшения коробления. В последнем случае пламя горелки не
должно быть направлено на зачищенное под пайку место. Подо-
112
гретую таким образом деталь помещают на термоизолирующую
подставку из кирпича или нескольких слоев асбеста и нагревают
для пайки до 420—430° горелкой СУ с многопламенным мундшту-
ком. Контроль температур осуществляется с помощью термока-
рандашей нанесением линии вблизи зачищеного под пайку места.
По достижении указанной выше температуры пруток припоя
нагревается, погружается в порошок флюса и переносится на
место пайки Ч Расплавленный
флюс очищает паяемую поверх-
ность от окислов и предохраняет
ее от дальнейшего окисления в
процессе нагрева, благодаря чему
обеспечивается пайка.
Чтобы защитить паяный шов
от коррозии, нужно тщательно
удалить остатки флюса, а также
продукты флюсования. После
этого паяные детали должны
пройти полный цикл химической
обработки согласно инструкции
по защите магниевых сплавов от
коррозии.
Газопламенная пайка исполь-
зуется широко в мелкосерийном
производстве, при ремонтных ра-
ботах, а также при изготовлении
крупногабаритных изделий.
Типичным примером детали,
изготовленной газопламенной
пайкой, является горелка свароч- Фиг. 30. Горелка сварочного авто-
ного автомата. Такой автомат мата, изготовленная пайкой.
выпускается промышленностью
для сварки металлов под слоем флюсов. Однако на некоторых
заводах его приспосабливают под сварку в атмосфере защитно-
го газа, для чего на месте изготовляют специальную горелку
(фиг. 30). Эта горелка имеет корпус /, с внутренним отвер.-
стием для электрода, втулку 2, создающую пространство для
охлаждения горелки водой, и патрубок 5, подводящий защит-
ный газ к месту сварки. Газ поступает в патрубок по шту-
церу 6. Охлаждающая вода циркулирует через штуцеры 7.
Соединение всех перечисленных частей горелки производится
пайкой газовым пламенем.
К головке автомата горелка крепится болтами 5 при помощи
планки 4, припаянной к корпусу.
1 Как и флюс 34А, флюс для пайки магния теряет активность при дли-
тельном воздействии пламени горелки, поэтому не следует его наносить на
шов преждевременно.
8 Р. Е. Есенберлин
ГЛАВА VI
ПАЙКА В ЖИДКИХ СРЕДАХ
Пайка в жидких средах является одним из прогрессивных тех-
нологических процессов в машиностроении и в других областях
промышленности. Она широко применяется как для твердых, так
и мягких припоев.
Существуют два основных способа пайки металлов в жидких
средах: пайка погружением изделия в ванну с расплавленной
солью и пайка погружением изделия в ванну с расплавленным
припоем. Каждый из этих способов имеет свои достоинства и не-
достатки. Применение того или иного способа пайки в жидких
средах зависит от типа, используемого припоя и флюсов, ха-
рактера паяемого изделия, условий производства и других фак-
торов.
ПАЙКА В СОЛЯНЫХ ВАННАХ
Пайка металлов в соляных ваннах может быть использована
при изготовлении деталей из стали, твердых сплавов, меди, мед-
ных и алюминиевых сплавов твердыми припоями. Сущность этого
процесса состоит в том, что паяемые детали, предварительно очи-
щенные от грязи, окислов жиров и других посторонних веществ
связываются друг с другом или закрепляются каким-либо иным
способом, а в местах соединения их помещается припой, после
чего он погружается в ванну с расплавленной солью, имеющую
температуру на 40—60° выше температуры плавления применяе-
мого припоя. При этом деталь нагревается, припой плавится,
затекает в зазоры изделия и после извлечения из ванны за-
твердевает, образуя прочное соединение.
Достоинством пайки металлов в соляных ваннах является:
1)	возможность нагревания деталей без доступа воздуха;
часто соляная ванна имеет флюсующее свойство, что способст-
вует удалению окислов с паяемой поверхности и лучшему
затеканию жидкого припоя в зазоры изделия;
2)	отсутствие науглероживания или обезуглероживания изде-
лия;
3)	возможность контроля температуры пайки и продолжи-
тельности нагрева, а также регулирования их;
114
4)	возможность одновременной пайки нескольких соединений
в узле или партии деталей за один прием и связанная с этим вы-
сокая производительность процесса;
5)	равномерность нагрева изделия, что приводит к уменьше-
нию его коробления;
6)	однородность паяного шва и стабильность качества пайки;
пайку в соляных ваннах может выполнять рабочий низкой квали-
фикации, тогда как при ручной пайке газовым пламенем высоко-
качественный шов может получить опытный и квалифицирован-
ный паяльщик;
7)	возможность строго дозированного расхода припоя, что
дает экономию припоя в отдельных случаях до 30—40% по срав-
нению с расходом при ручной пайке;
8)	возможность применения конвейерной системы и автомати-
зации процесса.
Пайка металлов в соляных ванных не требует сложного обо-
ру хования. Для этой цели во многих случаях могут быть исполь-
зованы обычные ванны, применяемые при термической обработке
изделия без каких-либо переделок.
Как известно, соляные ванны термических цехов можно на-
гревать тремя способами: 1) за счет тепла, образованного при
сгорании газообразного или жидкого топлива; 2) за счёт тепла,
образованного при прохождении электрического тока через на-
греватели, установленные снаружи ванны, и 3) теплом, образо-
ванным при прохождении тока через электроды, погруженные в
ванну. Первые два способа называются внешним обогревом ван-
ны и применяются для относительно невысоких температур
(не выше 950°). Третий способ нагрева называется внутренним и
может быть использован как при низких, так и при высоких тем-
пературах. Он находит более широкое применение, особенно при
температурах выше 950°. При этом используется только перемен-
ный ток, так как постоянный ток вызывает явление электролиза
в расплавленной соли.
Ванны для пайки внутренним электронагревом имеют сталь-
ной кожух с теплоизоляционным слоем с огнеупорной кладкой, в
пазах которой устанавливают три электрода, соединяемые с
трансформатором трехфазного тока. Электроды изготовляют из
материала, способного противостоять длительному воздействию
высокой температуры. Обычно в качестве таких электродов ис-
пользуют железо или угольные стержни и в некоторых случаях
(например, для пайки при температуре порядка 1200°) — селито-
вые стержни.
Трансформатор трехфазного тока имеет переключатель для
изменения числа витков обмотки, что позволяет регулировать
силу тока и напряжение, тем самым — скорость нагрева ванны.
Благодаря этому становится возможным быстрый нагрев ванны
при максимальном токе и поддержание нужной температуры при
малом токе.
8*	115
Контроль температуры производится при помощи термопары
или пирометра (для высоких температур).
Одним из важных элементов оборудования для пайки в
жидких средах является вытяжной зонт, устанавливаемый над
ванной и соединяемый с вентилятором. Необходимость вытяжной
системы вызвана неизбежным испарением некоторых компонен-
тов соляной ванны, что межет оказать вредное влияние на здо-
ровье обслуживающего персонала.
Качество изделия при пайке погружением в соляные ванны во
многом зависит от правильного выбора состава солей. При выбо-
ре последних нужно исходить от их флюсующего действия и тем-
пературных условий пайки.
Компоненты соляных ванн могут быть активными, служащи-
ми для удаления окислов с паяемых мест, и нейтральными, обес-
печивающими главным образом нагрев изделия. К активной
группе солей относятся соединения, вводимые обычно в состав
флюсов для пайки: бура, борная кислота, фтористый калий, фто-
ристый натрий и фтористый кальций. Нейтральными солями
является хлористый натрий, хлористый калий и некоторые дру-
гие соединения.
Большое значение при пайке в соляных ваннах имеет темпе-
ратура кипения отдельных компонентов солей: чем ниже темпе-
ратура кипения, тем быстрее испаряется компонент, что приводит
к изменению химического состава ванны,
При пайке различных металлов и сплавов в качестве соляной
ванны могут быть использованы соответствующие флюсы, пред-
назначенные для их пайки Однако некоторые из этих флюсов
содержат соединения, разлагающиеся при высокой температуре
(например, фторборат калия в флюсе 209), что приводит к изме-
нению состава ванны. Кроме того, пары легкоиспаряемых компо-
нентов могут быть ядовитыми, вследствие чего затрудняется,
процесс пайки. Следует учесть также относительно высокую стои-
мость специальных флюсов, применяемых для пайки.
Учитывая перечисленные факторы, часто для пайки применя-
ют дешевые нейтральные соли, а удаление окислов производится
флюсом, наносимым на паяемый участок перед погружением из-
делия в ванну. Обязательным условием применения флюсов
является отсутствие влаги в нанесенном флюсе при погружении
изделия в ванну. Для этого изделие с флюсом перед пайкой сле-
дует нагреть до температуры 150—200°.
Часто изделия, паяемые в нейтральной среде, для удаления
окислов предварительно погружают в кипящий насыщенный
раствор буры в воде или в растворе другого флюса, после чего пе-
реносят в ванну для пайки.
Наиболее распространенный состав ванн:
1.	Хлористый барий — для пайки изделий из стали и жаро-
прочных, сплавов при температуре выше 1100°. Температура плав-
ления самой соли 962°, кипения 1560°.
116
Иногда при пайке жаропрочных сплавов в ванну следует до-
бавлять 5—6% фтористого кальция.
2.	Смесь хлористого бария и натрия (70% ВаСЬ, 30% NaCl)
с добавлением 5% буры — для пайки стали, титанокарбидных
сплавов, меди и медных сплавов при различных температурах в
зависимости от типа применяемого припоя. Смесь хлористого ба-
рия и хлористого натрия указанного состава является эвтектикой
и плавится при температуре 650°. Для пайки эта смесь может
быть использована «при температурах от 670—700° до 1050—
1100°.
3.	Хлористый натрий — для пайки меди и медных сплавов при
830—850°; та же соль с небольшим количеством примесей
(0,1 %SiO2 ; 0,12% Fe2O3; 0,99% В2О3) —для пайки сталей при
температуре 950—960°.
4.	Смесь хлористого калия, хлористого натрия и других хлори-
дов с добавлением криолита (табл. 32) — для пайки алюминия
и его сплавов. Температура пайки 560—620°.
В процессе пайки состав ванны претерпевает значительное из-
менение вследствие испарения отдельных компонентов, а также
загрязнения соли окислами и растворенным припоем. Это при-
водит к изменению ее свойств. Со временем изменяется, и коли-
чество соли в ванне, так как она частично уносится с паяемым
изделием. Для сохранения физико-химических свойств соляной
ванны и обеспечения условий нагрева необходимо один раз в сме-
ну добавлять в ванну новую порцию соли и периодически менять
соль на новую.
При пайке в соляных ваннах используют те же припои, кото-
рые применяют при других видах пайки:
для стали — медь, медноцинковые и серебряные припои;
для меди—медноцинковые, серебряные, меднофосфористые
и некоторые марки медноцинковых припоев и для пайки других
сплавов — соответствующие припои, указанные в главе I.
Припой вводится к месту пайки в виде проволоки или ленты.
Введение хрупких припоев, из которых нельзя изготовить прово-
локу или фольгу, затрудняет процесс пайки, поэтому такие припои
применяют в исключительных случаях и требуют более внима-
тельного наблюдения за положением детали при погружении в
ванну, чтобы припой не выпал из шва до плавления. Для закла-
дывания порошков из хрупкого припоя целесообразно в издели-
ях предусмотреть канавку.
Основные способы введения припоя к шву перед пайкой пока-
заны на фиг. 7 и 8.
При пайке погружением в соляную ванну для повышения
производительности процесса мелкие детали могут быть уложены
в металлическую решетку или кассету заранее. Флюс наносят на
паяемое изделие отдельно, если соляная ванна не имеет флюсую-
щих свойств. Изделие перед пайкой нагревают до температуры
550—600° в отдельной ванне.
117
Продолжительность нагрева при пайке в ванне обычно со-
ставляет до 90 сек.
При длительной эксплуатации состав ванны может изменить-
ся вследствие испарения отдельных компонентов, а также за-
грязнения окислами. Поэтому периодически в ванну добавляют
недостающие компоненты для поддержания необходимых фи-
зико-химических свойств смеси солей (температура ванны, флю-
сующее действие соли и т. д.).
В процессе пайки необходимо следить также за уровнем рас-
плавленной соли в ванне. Глубина жидкой соли должна быть
установлена с таким расчетом, чтобы паяемые детали полностью
погрузились в ванну и превышение уровня жидкости над дета-
лями составляло 40—50 мм. После извлечения из ванны детали
выдерживаются некоторое время над ней для стекания соли.
Затем их охлаждают на воздухе или окунанием в воду, после че-
го очищают от остатков флюсов, как это делается при других
видах пайки.
Пайка в соляных ваннах начинает находить широкое приме-
нение в промышленности. На предприятиях, где используется этот
технологический процесс, достигнута высокая производитель-
ность труда и значительно сокращена себестоимость выпускае-
мой продукции при высоком ее качестве. Особенно эффективно
применение пайки в соляных ваннах при изготовлении изделий,
состоящих из нескольких частей.
Еще больший эффект получится при применении конвейерной
системы. Наиболее характерным примером пайки с использова-
нием конвейера является изготовление велосипедных рам. Для
пайки используют ванну с расплавленным хлористым натрием с
небольшой примесью. В качестве припоя служит латунь мар-
ки Л62. Температура пайки 950—960°.
Паяют в соляных ваннах головной и подседельный узлы, а
также узел каретки. В первых двух узлах припой в виде колец
запрессовывают внутрь труб рамы, а в третьем случае уклады-
вают снаружи. Пайку каждого узла производят в отдельной
ванне, куда рама подается по конвейеру. Схема погружения в
ванны отдельных узлов показана на фиг. 31. Глубина погружения
рамы в ванну зависит от размеров и сложности паяемого уча-
стка. Так, головной узел, имеющий припаиваемые внутренние
усиливающие труды, погружают в соль на глубину не менее
180 мм. Другие узлы погружают на глубину 80—100 мм. Кон-
вейер (фиг. 32), обеспечивающий пайку в соляных ваннах, со-
стоит из монорельса /, цепей 2 с кошками, расположенными на
расстоянии 600 мм друг от друга, подвесок 3, укрепленных шар-
нирно к кошкам, и копиров 4. Для пайки рамы на подвесках под-
водятся к ванне. При этом конец верхней части подвески набегает
на копир, подвеска постепенно поворачивается на 90° и занимает
горизонтальное положение, благодаря чему рама поднимается
вверх и проходит порог ванны.
118
После прохождения копира другой конец подвески (с рамой)
опускается и паяемый узел рамы погружается в ванну, где в те-
чение 80 сек. происходит плавление припоя и осуществляется
Фиг. 31. Пайка рамы велосипеда:
а — подседельного узла; б — головного узла; в —узла каретки.
пайка. Когда кошка с подвеской подходит к противоположной
стене ванны, подвеска благодаря наличию копира занимает гори-
зонтальное положение, и рама поднимается вверх, выходит из
ванны и по конвейеру передвигается дальше.
Фиг. 32. Конвейер для пайки рамы велосипеда.
Пайка в соляных ваннах обеспечивает высокую производи-
тельность труда — 150—180 рам в час. Расход латуни на одну
раму составляет 0,1 кг, расход соли — 0,25 кг.
ПАЙКА ПОГРУЖЕНИЕМ В РАСПЛАВЛЕННЫЙ ПРИПОЙ
Сущность этого способа пайки состоит в том, что паяемые
изделия, предварительно очищенные от грязи и жиров, связыва-
ются или закрепляются каким-либо другим способом и погружа-
ются в ванну с расплавленным припоем, на поверхности которого
находится расплавленная соль, служащая часто флюсом. Для
удаления окисной пленки с поверхности спая изделие предвари-
119
тельно нагревают в жидком флюсе, затем опускают в припой.
После выдержки в течение определенного времени в припое изде-
лие вынимают из ванны и охлаждают.
Иногда припой и флюс находятся в разных ваннах, располо-
женных рядом. Тогда изделие погружают сначала в расплавлен-
ный флюс для удаления окислов, а затем быстро переносят в
ванну с расплавленным припоем, где осуществляется пайка. Та-
кой способ применяется при пайке припоями, которые в жидком
состоянии окисляются незначительно. Во всех случаях, когда при-
пой интенсивно окисляется при нагревании и особенно в жидком
состоянии, поверхность последнего должна быть защищена от
кислорода воздуха слоем флюса или простой нейтральной соли.
В последнем случае для удаления окислов с паяемых поверхно-
стей флюс наносят на шов до погружения в ванну с припоем, так
же как это делается при пайке в соляных ваннах.
Кроме указанных способов пайки погружением в расплавлен-
ный припой, применяют способ, при котором жидкий припой по-
мещают в тигель, находящийся в ванне с расплавленной солью,
служащей нагревающей средой. Если эта соль имеет флюсую-
щие свойства, то пайка осуществляется погружением сначала в
соль, а затем в припой. При использовании в качестве нагреваю-
щей среды нейтральной соли на изделие предварительно наносит-
ся флюс.
Как и пайка в соляных ваннах, пайка погружением в расплав-
ленный припой обеспечивает высокое качество соединения при
высокой производительности процесса. Однако она имеет и су-
щественный недостаток— повышенный расход припоя вследствие
обслуживания всей поверхности, погруженной в припой. Для за-
щиты изделия от облуживания иногда его поверхность покры-
вают тонким слоем водного раствора извести. После нанесения
извести изделие необходимо высушить. Следует отметить, что та-
кой метод защиты от облуживания изделия припоем не всегда
является эффективным.
Оборудование для пайки металлов погружением в расплав-
ленный припой также отличается простотой. Сосудом для рас-
плавленного припоя служит тигель из графита, литой стали
или другого огнеупорного материала. Нагрев тигля произво-
дится в газовых, нефтяных или электрических печах сопро-
тивления.
Если плавление припоя производится в тигле, находящемся
в соляной ванне, то последняя может нагреваться электрическим
током, проходящим через электроды, опущенные в ванну
(фиг. 33).
Для пайки могут быть использованы все припои, указанные в
главе I. Однако целесообразно применять этот технологический
процесс особенно при пайке хрупкими припоями, из которых
трудно изготовить проволоку или фольгу для закладывания в
место пайки перед нагревом.
120
рри пайке погружением в расплавленный припой могут быть-
использованы те же флюсы, которые применяются для других ви-
дов пайки. При этом, как указывалось выше, применяются раз-
личные способы флюсования.
Продолжительный перегрев ванн при пайке приводит к изме-
нению химического состава припоя и флюса. Происходит это
вследствие испарения отдельных компонентов последних, а так-
же частичного (в небольшом количестве) растворения материа-
ла паяемого изделия в расплавленном припое. Для сохранения
физико-химического свойства среды, в
которой происходит пайка, необходимо
регулярно контролировать состав ванн и
поддерживать его в пределах, указанных
техническими условиями.
Технологический процесс пайки по-
гружением в расплавленный припой про-
изводится аналогично пайке в соляной
ванне. При этом следует иметь в виду,
что п^сле сборки мелкие детали укла-
дываюу в кассеты для пайки партиями,
Фиг. 33. Схема плавле-
ния припоя в соляной
ванне:
1 — ванна; 2 — расплавлен-
ная соль; 3 — паяемое из-
делие; 4 — тигель; 5 — рас-
плавленный припой.
а крупные изделия паяют в индивиду-
альном порядке.
При укладывании мелких деталей в
кассеты во избежание взаимного припа-
ивания следует расположить их так, что-
бы они не касались друг друга. Паяемые
детали не должны касаться также и ма-
териала кассеты, так как это может привести к припаиванию
деталей к кассете. Если для пайки применяется припой с тем-
пературой плавления 900—>1000°, то производится предвари-
тельный нагрев изделия при температуре 600—700°. Назначе-
ние предварительного нагрева при пайке погружением в рас-
плавленный припой такое же, как при пайке в соляной ванне.
Для деталей простых конструкций из малоуглеродистой стали,
меди и цветных сплавов предварительный нагрев, как прави-
ло, не применяется. Температура пайки и время выдержки за-
висят от химического состава основного материала, применяе-
мого припоя, размеров и конфигурации паяемого изделия.
Обычно температура ванны должна быть на 50—60° больше
температуры плавления припоя; время выдержки в флюсе (ес-
ли он не наносится до нагрева в ванне) 2—3 сек., а в припое —
20—80 сек.
При изготовлении некоторых изделий, например металлоре-
жущих инструментов, процесс пайки совмещают с термической
обработкой. Для этого предусматривается еще одна ванна для
охлаждающей среды, состоящая обычно из 70% едкого кали
и 30% едкого натра. Температура ванны 260—280° для закалки
инструмента с пластинками твердого сплава марки ВК8. Для
121
-инструмента с пластинками твердого сплава марки Т15К6 при-
меняют ступенчатую закалку: сначала при 380—400° в щелоч-
ной ванне, а затем при 180—200° в селитровой ванне. Отпуск
инструмента после закалки можно производить в печи при тем-
пературе 180—200° в течение 2—6 час.
Пайку инструментов с совмещением их термообработки про-
изводят в такой последовательности: 1) крепление подго-
товленной пластинки к корпусу; 2) нанесение флюса погружени-
ем собранного инструмента в кипящий водный раствор буры,
если пластинка вольфрамокарбидная, и в раствор буры с добав-
лением 30—40% фтористого калия, если пластинка титанокар-
бидная; 3) предварительный нагрев в соляной ванне (70% ВаС1\,
30% NaCl) при температуре 700—750° из расчета 12 сек., на
1 мм среднего сечения инструмента; 4) нагрев ванны для пайки
при температуре 1000—1400° с выдержкой 6 сек. на 1 мм сред-
него сечения (инструмент опускают в ванну с таким расчетом,
чтобы его головка с пластинкой находилась в расплавленном
припое, а корпус, нагреваемый под закалку, — в расплавленной
соли); 5) извлечение инструмента из ванны без встряхивайия и
охлаждения на воздухе до 900—950°, для затвердевания припоя;
6) закалка в жидкой среде и 7) отпуск в печи.
Указанный режим может быть применен при пайке латунью
Л62 с добавлением 5% никеля. При пайке другими припоями ре-
жим нагрева изменяется в зависимости от температуры плавле-
ния припоя.
Напайка пластинок из твердого сплава на корпус режущих
инструментов проводится с обязательным применением компен-
сационных прокладок из материала, имеющего высокую пластич-
ность. Таким материалом является сплав пермалой, состоящий
из 45% никеля и 55 % железа.
Пайка погружением в расплавленный припой применяется в
промышленности, кроме напайки пластинок из твердого сплава
на корпус металлорежущих инструментов, при изготовлении де-
талей турбин, велосипедных рам, сотовых радиаторов и т. д.
За рубежом в паровых турбинах погружением в расплавлен-
ный припой производится пайка лопаток к сегменту; В качестве
припоя при этом используется медноцинковый сплав (70% меди,
30% цинка), а флюсом служит бура.
Пайка погружением в расплавленный припой велосипедных
рам производится на некоторых заводах как у нас, так и за ру-
бежом.
Для этого используется латунь марки Л62 с флюсовой защи-
той (смесь буры и борной кислоты).
Пайка производится при температуре 950—960°.
Перед пайкой раму собирают на сборочном приспособлении,
прихватывают для исключения возможных перемещений деталей
н процессе пайки, после чего подвешивают на двигающийся
штанг и направляют в ванну. Раму опускают в флюс до тех пор,
122
пока она полностью не погрузится (рама должна погружаться в
горизонтальном положении). При этом расплавленный флюс
проникает в зазоры соединения и подготовляет поверхность для
смачивания латунью. Далее раму опускают в расплавленный при-
пой, где ее выдерживают в течение 20—40 сек. После извлечения
из ванны раму встряхивают для удаления избытка припоя и
флюса перед охлаждением на воздухе.
Пайка велосипедных рам расплавленным припоем может
быть осуществлена также погружением в ванну отдельных узлов.
В этом случае ванна имеет небольшие размеры, однако техноло-
гический процесс осложняется из-за увеличения количества опе-
раций.
Одним из примеров успешного применения пайки погруже-
нием в припой является изготовление печатных схем, приме-
няемых в электро- и радиоаппаратуре для обеспечения высокой
производительности процесса.
В печатных схемах для соединения ламп, конденсаторов,
сопротивлений, предохранителей и других элементов аппаратуры
вместо электропровода применяют токопроводящую краску, на-
несенную на пластинку из диэлектрика. Часто токопроводящую
краску заменяют тонким слоем металла (как правило, меди).
Для получения печатных схем изготовляется печатная плата,
представляющая собой пластину из гетинакса, которая с одной
стороны покрывается системой проводников в виде тонких мед-
ных полос толщиной от 20 до 60 мк.
Изготовляют монтажную плату различными способами.
Одним из них является травление фольгированного гетинакса.
Этот процесс состоит в следующем: 1) пластину из гетинакса по-
крывают медной фольгой; 2) на медную фольгу устанавливают
трафарет из тонкой стали с рисунками, соответствующими сое-
динительной схеме аппарата; трафарет удерживается на пла-
стине сильным электромагнитом, расположенным с потивопо-
ложной стороны платы; 3) на трафарет наносят пульверизато-
ром кислотоупорный состав (смесь канифоли с воском с добав-
лением ксилола); 4) снимают трафарет и производят травление
незачищенной фольги в раствое хлорного железа или смеси
азотной и уксусной кислот; 5) после травления плату тща-
тельно промывают водой; слой кислотоупорного состава, остав-
шийся на рисунке платы, служит в дальнейшем флюсом при
пайке.
При сборке печатных схем детали аппарата устанавливают
на монтажной плате со стороны, обратной расположению пе-
чатных проводников, а выводы деталей пропускают через отвер-
стия, просверленные в плате. Соединение выводов с проводника-
ми осущеставляется пайкой.
Печатные проводники имеют незначительную прочность сцеп-
ления с монтажной пластиной. Полосы проводников не способны
противостоять даже небольшим усилиям, прилагаемым к ним че-
123
рез выводы деталей. Поэтому для увеличения надежности рабо-
ты печатных схем выводам деталей придается такая конфигура-
ция, при которой проводники в местах соединения с ними воспри-
нимают внешние воздействия. Для этого выводы деталей на не-
большом участке перед входом
так, чтобы эти выводы или сами
Фиг. 34. Схема пайки печатных
проводов:
1 — ванна; 2 — припой; 3 — пластина;
4 — провод (медная фольга); 5 — элементы
аппарата, подлежащие соединению друг
с другом; 6 — выводы.
в отверстие должны загибаться
детали опирались на монтажную
пластину. Типовые конструк-
ции соединений выводов с пе-
чатными проводниками приве-
дены на фиг. 34.
После монтирования дета-
лей на печатных платах произ-
водится их пайка погружением
в расплавленный припой. Наи-
лучшим припоем для этой це-
ли является припой ПОС 61 с
небольшой температурой плав-
ления. Химический состав при-
поя близок к эвтектическому.
поэтому кристаллизация его
происходит почти при постоянной температуре.
В качестве флюса для пайки погружением в расплавленный
припой, как указывалось выше, служит кислотоупорный состав,
оставшийся на поверхности платы при получении рисунков печат-
ных схем. Для пайки пластина печатной платы погружается до се-
редины высоты в припой (фиг. 34). При этом сторона, где при-
креплены детали, должна находиться сверху. Если в погружае-
мой в припой стороне имеются детали, то они должны быть за-
щищены от воздействия припоя колпаком.
Время выдержки платы в припое 3—5 сек.
При пайке погружением происходит смачивание не только
соединяемых участков, но и всей поверхности печатных провод-
ников. Это увеличивает расход припоя и может привести к замы-
канию близкорасположенных проводников. Во избежание этого
на плату надевают защитную маску, благодаря которой припой
смачивает только те места платы, которые подлежат пайке.
ГЛАВА VII
КОНТАКТНАЯ ПАЙКА
Фиг. 35. Схемы контактной пайки
металлов.
Контактная пайка осуществляется нагреванием деталей в ме-
сте их соединения до плавления припоя за счет тепла, выделяю-
щегося при прохождении электрического тока через паяемые
детали.
Процесс контактной пайки аналогичен контактной сварке и
сопровождается воздействием усилий, сжимающих паяемые де-
тали в местах их соедине-
ния.
Достоинством контакт-
ной пайки является:
высокое качество паяно-
го соединения;
удобство выполнения ра-
боты- и контроля качества
соединения;
легкость регулирования
температуры и времени на-
грева;
быстрота процесса и связанная с этим высокая производи-
тельность труда;
высокая экономичность;
возможность улучшения условий труда: отсутствие дыма, ко-
поти и вредных газов.
На практике встречаются два способа контактной пайки:
1) электроды прижимают детали друг к другу, и паяемый уча-
сток нагревается непосредственно током, проходящим от одной
детали к другой через поверхности их контакта (фиг. 35, а);
2) электрический ток проходит через одну из деталей, минуя
паяемый участок, а пайка осуществляется за счет тепла, пере-
даваемого к месту спая от нагретой детали. Детали прижима-
ются друг к другу специальным приспособлением (фиг. 35,6).
Первый способ принято называть контактной пайкой с непо-
средственным нагревом, второй — с косвенным нагревом.
125
ПАЙКА С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ НАГРЕВОМ
Особенностью этого способа пайки является нагрев только
паяемого участка изделия. Однако при таком нагреве паяемые
детали, как бы они ни обрабатывались перед пайкой, не будут
касаться всей поверхностью контакта, вследствие чего электри-
ческий ток может проходить через точки, выступающие на по-
верхностях.
Это приводит иногда к значительному повышению плотности
тока на отдельных участках и к их перегреву, в то время как вся
деталь в целом находится в холодном состоянии. В результате
такого нагрева изделий, изготовленных из недостаточно пластич-
ных материалов, могут появиться трещины, поэтому первый спо-
соб контактной пайки может быть использован как правило,
для пайки материалов, имеющих высокую электропроводность
при высокой пластичности.
При пайке с непосредственным нагревом трудно использовать
также твердые флюсы для удаления окислов паяемых поверхно-
стей, так как флюсы могут служить электроизоляционным слоем
между поверхностями контакта. Вследствие этого нагрев через
контактные поверхности (первый способ пайки) применяется
преимущественно для пайки припоями, не требующими флюса
(например, меднофосфористыми), или в тех случаях, когда в
электроде предусмотрено отверстие для подачи восстановитель-
ного газа на паяемое место.
Непосредственный нагрев деталей при контактной пайке мо-
жет быть осуществлен на тех же машинах, которые применяются
для точечной, роликовой и стыковой сварки с небольшой пере-
делкой.
Кроме переделанных сварочных машин, в промышленности
применяются специальные контактные установки, предназначен-
ные для пайки. Схема одной из них, используемой для пайки пе-
ремычек обмотки статора, показана на фиг. 36.
Установка состоит из понижающего трансформатора /, стой-
ки 3, кронштейнов 4 и 7 и паяльной головки И.
Первичная обмотка трансформатора имеет несколько секций,
что позволяет получать во вторичной обмотке напряжение
8—12 в и ток 1000—1200 а. Трансформатор обеспечивает повтор-
но-кратковременный режим работы установки с продолжитель-
ностью рабочего цикла 2—5 сек.
Паяльная головка И подвешивается к стойке 3 при помощи
кронштейнов 4 и 7. Кронштейн 4 крепится к стойке шарниром 2
и может поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол 180°.
Кронштейн 7, соединенный с кронштейном 4 через шарнир 6 и
петлю 5, может перемещаться в вертикальной плоскости под
действием пружины 8, натяжение которой изменяется гайкой 9.
Крепление 10 паяльной головки к кронштейну также шарнирное.
Таким образом, паяльная головка может занимать в про-
странстве различное положение, что позволяет применять ее для
126
пайки соединений, находящихся в разных местах обмотки ста-
тора.
Установка имеет два типа паяльной головки: для пайки со-
единений, расположенных горизонтально, 11 и для пайки верти-
кальных соединений 12. Подвижные губки головки снабжены-
угольными электродами, между которыми устанавливаются кон-
цы перемычек, подлежащих пайке. Охлаждение греющихся ча-
стей установки производится водой, подаваемой шлангом 14..
Фиг. 36. Схема контактной установки для пайки перемычек обмотки статора..
Использованная вода отводится по шлангу 15. Включение и вы-
ключение тока производится кнопкой 13. Для контактной пайки-
соединений обмотки статора используются меднофосфористые
припои.
На фиг. 37 показана контактная установка другого назначе-
ния — для пайки стержней с кольцами короткозамкнутых рото-
ров электрических машин.
Трансформатор 1 установки подключается в сеть переменно-
го тока напряжением 380 в. Паяемый ротор 8 устанавливается в
вертикальном положении на поворотном столе 6. Один конец
вторичной обмотки трансформатора при помощи контактора 7
соединяется с валом ротора, а второй — с графитовым электро-
дом 9, укрепленным на подвижном рычаге 2. Включение цепи'
вторичной обмотки осуществляется рычагом 5. При нажатии на
этот рычаг электрод 9 касается кольца ротора и происходит пай-
ка. Поворотом стола 6 подводится новый участок ротора, подле-
жащий пайке. Охлаждение рычага 2 и контактора 7 производит-
ся водой, протекающей по шлангам 3 и 4.
При пайке стержней с кольцами ротора в качестве припоя
применяется меднофосфористый сплав, который помещается*
вблизи графитового, электрода и поверхности кольца, где про-
127
исходит интенсивная концентрация тепла. Установка имеет рабо-
чее напряжение 5—8 в, силу тока 2000—3000 а.
Для пайки мелких деталей, проводов и т. д. может быть ис-
пользован также паяльный пистолет, имеющий две губки — по-
движную и неподвижную с графитовыми электродами. Губки
Фиг. 37. Схема контактной установки
для пайки ротора электродвигателя.
прижимаются друг к другу
при помощи рычага. Охлаж-
дение губок производится про-
точной водой, для чего к пи-
столету через штуцеры присое-
диняется шланг от водопро-
вода.
Паяльный пистолет рабо-
тает от специальных транс-
форматорных устройств с ме-
ханизмом для регулировки на-
пряжения на вторичной об-
мотке и продолжительности
нагрева.
ПАЙКА С КОСВЕННЫМ
НАГРЕВОМ
Наличие неровности на по-
верхностях контакта, а также
слоя флюса между паяемыми
изделиями не влияет на про-
цесс нагрева при пайке пю вто-
рому способу, когда электроды
расположены в стороне от пая-
емой поверхности. В этом слу-
чае можно паять различные
материалы вплоть до жаропрочных сталей и твердых сплавов.
Недостатком второго способа пайки является необходимость
нагрева всего изделия. Поэтому этот способ может быть приме-
нен преимущественно для пайки мелких изделий (как металло-
режущие инструменты), если кратковременный нагрев не оказы-
вает заметного влияния на структуру материала.
Таким образом, используя тот или иной способ нагрева, мож-
но осуществить контактную пайку всеми известными припоями
(как тугоплавкими, так и легкоплавкими) с использованием
соответствующих флюсов, указанных в главе II, или обеспечить
безокислительный нагрев восстановительными газами. Однако
в настоящее время контактная пайка применяется для пайки
главным образом медноцинковыми, серебряными и меднофосфо-
ристыми припоями.
Косвенный нагрев деталей производится на переделанной под
пайку сварочной машине (фиг. 38). Переделка машины состоит
в том, что на нижний электрододержатель 1 укрепляется суппорт
128
с контактором 3, связанным шиной 4 с электрододержателем. Сам
суппорт изолирован от электрододержателя, соединенного со
вторичной обмоткой трансформатора.
Для осуществления пайки необходимо рукояткой суппорта
привести в соприкосновение контактор 3 с изделием и нажать на
Фиг. 38. Контактная машина, приспособленная под пайку.
педаль 5. При этом верхний электрод 2 замкнет цепь и через
изделие пройдет электрический ток, минуя паяемый участок.
Последний нагревается за счет теплопроводности изделия.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСОБЕНННОСТЬ КОНТАКТНОЙ ПАЙКИ
При сборке деталей под контактную пайку прихватка их
электрической дугой, газовым пламенем и т. д. не рекомендуется,
так как при этом происходит окисление контактных поверхно-
стей, вследствие чего пайка может не произойти. Фиксирование
деталей относительно друг друга осуществляется путем прижа-
тия их электродом или в специальном приспособлении.
Контактная пайка меди при непосредственном нагреве соеди-
няемых участков производится меднофосфористыми припоями
без применения флюса. Пайку сталей, твердых сплавов и других
материалов можно осуществить за счет тепла, передаваемого от
одной из паяемых деталей, через которую проходит электриче-
ский ток. В этом случае для пайки в зависимости от основного
материала могут быть использованы соответствующие припои и
флюсы, указанные в главах I и II.
Припой при контактной пайке закладывают между паяемыми
изделиями. Флюс засыпают на паяемую поверхность при сборке.
9 Р. Е. Есенберлин	129
Выоор тока, продолжительности нагрева при контактной пай-
ке производят в зависимости от материала паяемого изделия.
Количество тепла, необходимого для осуществления пайки,
зависит от температуры плавления припоя и определяется фор-
мулой
Q zz 0,24/?/2Л
где /?—электрическое -сопротивление;
/ — ток;
/ — время нагрева паяемого изделия.
Сопротивление Л при пайке зависит от материала и размеров
изделия, его расположения относительно электродов, марки при-
поя, а также материала электродов, но все же является величи-
ной сравнительно небольшой.
Время прохождения тока t через деталь должно быть неболь-
шим (2—3 сек). При непродолжительном нагреве меньше потери
тепла в окружающую среду и выше производительность пайки.
Непродолжительный нагрев мало влияет на структурные из-
менения материала детали. Отсюда следует, что главным фак-
тором, обеспечивающим получение требуемого количества тепла,
является ток. Величина тока при контактной пайке выражается
тысячами ампер (но она при пайке значительно меньше, чем при
сварке, что объясняется относительно низкой температурой пай-
ки). Обычно она составляет 1000—3000 а.
Необходимый ток при пайке устанавливается изменением
числа витков первичной обмотки трансформатора. Изменение
числа витков первичной обмотки трансформатора приводит так-
же к изменению напряжения на зажимах электрода (в рабочей
цепи).
Перед пайкой изделие устанавливается на нижний электрод
и прижимается верхним электродом при помощи педали, пневма-
тического цилиндра или другого приспособления, предусмотрен-
ного конструкцией машины. Соприкосновение электродов у боль-
шинства контактных машин приводит к замыканию вторичной
цепи и появлению в ней электрического тока. В некоторых слу-
чаях после зажатия изделия электродом ток может быть вклю-
чен при помощи кнопки.
При включении электрической цепи в зависимости от способа
пайки ток может проходить или через поверхности соприкоснове-
ния паяемых изделий (поверхности контакта) от одного электро-
да к другому или через одну из деталей, минуя паяемый участок.
В последнем случае, как отмечалось выше, паяемые детали при-
жимаются друг к другу при помощи специального приспособле-
ния. Давление электродов при пайке с непосредственным нагре-
вом составляет от 5 до 50	При пайке вторым способом
давление электродов должно быть достаточным, чтобы получить
хороший контакт их с материалом изделия (около 2 кг)см2).
ГЛАВА VIII
ПАЙКА В ПЕЧАХ
При пайке в печах для нагрева детали используется тепло
электрической печи. Различают три способа пайки в печах: 1) с
применением твердых флюсов, 2) в вакууме и 3) в газовой среде.
В первом случае изделие с припоем, заложенным заранее в
шов, и нанесенным в паяемое место флюсом помещается в печь,
где нагревается до температуры пайки. При этом флюс и припой
плавятся и происходит пайка деталей с образованием прочного
соединения. После извлечения из печи детали очищаются от
остатков флюса, как это делается при других видах пайки.
Во втором случае нагрев собранного под пайку изделия с за-
ложенным в зазор припоем происходит в камере, где создается
высокий вакуум, вследствие чего припой и изделие не окисляются
при нагреве.
Пайка в печах твердыми флюсами или в вакууме применяется
в ряде случаев для изготовления деталей из стали, меди и других
металлов твердыми, а иногда и мягкими припоями.
Третий способ пайки отличается от первых двух тем, что для
защиты паяемых деталей от окисления используются активные
или инертные газы. Этот способ широко применяется при пайке
черных металлов.
ПАЙКА В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ
При пайке в газовой среде в качестве припоя обычно исполь-
зуется медь, а восстановительной средой, исполняющей роль
флюса, служат водород, диссоциированный аммиак и некото-
рые другие горючие газы. Общепринятой температурой пайки
для низколегированных сталей считается 1150°, нержавеющих
и жаропрочных сталей — 1200°.
Пайка в печах с газовой средой является одним из прогрес-
сивных процессов в машиностроении и позволяет:
1)	получить высококачественное соединение;
2)	повысить производительность процесса;
3)	производить равномерный нагрев деталей, что способ-
ствует уменьшению их коробления;
9*	131
4)	контролировать температуру в процессе пайки и время
выдержки деталей в печи;
5)	выполнить одновременно несколько спаев в одной детали
или паять за один прием партию деталей;
6)	использовать конвейерную подачу изделия в печь и ав-
томатизировать производство;
7)	не применять твердые флюсы для пайки вследствие нали-
чия атмосферы, удаляющей окислы металлов и предохраняющей
детали от дальнейшего окисления при нагревании. Это намного
удешевляет производство.
Пайка в газовой среде наряду с перечисленными достоинства-
ми, имеет два существенных недостатка: высокую температуру
пайки (1150—1200°) и взрывоопасность некоторых газов, приме-
няемых для пайки. .
Устранение этих недостатков способствовало бы дальнейшему
расширению области применения пайки в газовой среде.
Восстановление окислов. При пайке в газовой среде, как ука-
зывалось выше, одним из основных условий получения прочного
паяного соединения является удаление окисной пленки с поверх-
ности изделия и припоя.
Окисление металлов зависит от условий, в которых проходит
этот процесс. При этом существенное значение имеет темпера-
тура. Известно, что в зависимости от температуры один и тот же
элемент может иметь различные окислы. Так, для меди, напри-
мер, характерно два вида окислов: закись меди СиО и окись ме-
ди Си2О, которые могут переходить друг в друга при определен-
ной температуре. Несколько окислов имеет и железо: вьюстит
FeO, магнетит Fe2O3 и гематит Fe3O4. Из них при температуре
выше 570° преобладает FeO .
Важной особенностью окислов является снижение их устой-
чивости при нагревании. При достижении определенной темпе-
ратуры окислы начинают разлагаться с выделением кислорода
и могут исчезнуть совершенно без всякого флюса. Некоторые
металлы, например, золото, серебро и ртуть, могут быть получе-
ны из их окислов уже при нагревании последних в воздухе до
температуры 250—450°.
Однако разложение окислов большинства металлов происхо-
дит при значительных температурах, превышающих часто точку
плавления или кипения самого металла. Но если каким-нибудь
способом удалять кислород по мере его выделения из окислов,
то последние могут разложиться и при более низких темпера-
турах.
Таким образом, полного разложения окислов металлов можно
добиваться путем уменьшения концентрации кислорода в камере
цайки вместо увеличения температуры среды. При этом чем
меньше концентрация кислорода в среде, тем ниже температура,
при которой происходит разложение окисла.
Уменьшение концентрации кислорода в системе по мере
132
выделения его из окислов может быть осуществлено продувкой
камеры пайки нейтральным или восстановительным газом.
Нейтральный газ при продувке камеры пайки, протекая над
поверхностью металла, увлекает (сдувает) кислород, образовав-
шейся при разложении окислов. Если при пайке инертным газом
кислород лишь сдувается с поверхности, то при применении вос-
становительных газов концентрация кислорода уменьшается еще
за счет соединения его с восстановителем. При этом эффект свя-
зывания кислорода восстановительным газом значительно боль-
ше эффекта сдувания. Разложение окисла будет идти полнее,
если сам используемый восстановительный газ содержит как
можно меньше свободного кислорода. Не менее важное значение
имеет и уменьшение концентрации, конечно, продукта восстанов-
ления. Из сказанного следует, что для повышения восстанови-
тельных свойств газов и снижения температуры пайки необходи-
мо произвести перед употреблением очистку их от примесей кис-
лорода и продуктов восстановления.
Обезуглероживание стали при пайке в газовых средах. Обез-
углероживание стали происходит по следующим причинам:
1.	Кислород, находящийся в газовой среде, непосредственно
соединяется с углеродом стали и тем самым уменьшает концент-
рацию последного в поверхностном слое стали. При этом чем
ниже температура, тем меньше выгорает углерода.
2.	Пары воды вступают в реакцию с углеродом:
Н2О + С -> Н2 + СО.
Исследования показали, что в стали, содержащей 1,1% угле-
рода, выдержанной в осушенном водороде при 1100° в течение
20 час., содержание углерода на поверхности пластинки снизи-
лось на 0,18%, а на глубине 1 мм— на 0,08%. Аналогичный об-
разец при тех же условиях, но в атмосфере влажного водорода
потерял весь свой углерод на поверхности, а на глубине 1 мм со-
держал только 0,4% С. Таким образом, водяные пары являются
главной обезуглероживающей средой.
3.	Водород также вызывает обезуглероживание стали:
С + 2Н2 = СН4.
Из этой реакции видно, что обезуглероживание стали зависит
от концентрации водорода. Для уменьшения обезуглероживания
стали желательно разбавлять водород нейтральным газом так,
чтобы его (водорода) хватало только на восстановление окислов.
Обезуглероживание сталей приводит к снижению механиче-
ских свойств, поэтому при пайке необходимо предусмотреть ме-
ры, предотвращающие процесс обезуглероживания. Одним из та-
ких мер является добавление в газовую среду 0,8—1,0% метана.
Поскольку водяные пары также влияют на обезуглероживание,
добавление метана дает большой эффект при хорошей осушке га-
зовой смеси.
133
Практически вместо метана в газовую смесь добавляется кап-
лями, бензол, который легко испаряется и в газообразном состоя-
нии, соединяясь с водородом, образует метан.
Влияние газовой среды на хрупкость металлов при пайке.
В процессе нагревания металла в атмосфере, содержащей водо-
род, кроме восстановления окислов и обезуглероживания, про-
исходит ряд других процессов: растворение водорода жидким
припоем, поглощение водорода основным металлом и т. д.
Водород, растворенный в жидком металле, делает его хруп-
ким и пористым. Концентрация растворенного водорода во
многом зависит от температуры нагрева и природы самого ме-
талла.
Поскольку температура пайки относительно невысокая, то
насыщение паяного шва водородом значительно меньше, чем
шва, образованного сваркой.
Твердый металл при нагреве в атмосфере водорода также мо-
жет получить хрупкость. Это явление известно под названием
«водородной болезни». Особенно характерна «водородная бо-
лезнь» для меди.
Следует отметить, что и другие восстановительные газы вызы-
вают хрупкость меди, но в меньшей степени. Только самые чи-
стые сорта меди, содержащие менее 0,01% кислорода (так назы-
ваемая бескислородная — высокопроводящая медь), свободны от
появления водородной хрупкости. Вследствие этого пайка меди
в восстановительной атмосфере не находит применения.
Водородную хрупкость имеют в той или иной степени многие
другие металлы.
Особенно сильно растворяется водород никелем: 100 г никеля
при температуре плавления (1445°) растворяет 3 мг водорода,
при 1000° — 2 мг, при 600°— 1 мг.
Таким образом, наиболее чувствительны к водородной хруп-
кости стали, содержащие в большом количестве никель. Однако
в условиях пайки в атмосфере водорода при температурах 950—
1200° и кратковременном нагреве в течение 10—15 мин. конструк-
ционные стали и даже жаропрочные сплавы с большим содержа-
нием никеля не получают заметной хрупкости.
Как отмечалось выше, для пайки, кроме водорода, приме-
няется также азото-водородная смесь.
В периодической системе элементов Д. И. Менделеева азол
стоит в одной группе с фосфором и мышьяком и на свойства
стали он оказывает примерно такое же влияние, как эти эле-
менты.
С увеличением содержания азота в стали предел прочности и
твердость возрастают, а пластические свойства (удлинение, суже-
ние, площадь поперечного сечения, ударная вязкость) пони-
жаются.
Наряду с этим появляется наклонность к хладноломкости и
синеломкости.
134
В обычной мартеновской стали содержание азота составляет
0,001—0,008% и его присутствие заметно не отражается на свой-
ствах стали. Влияние азота сказывается при увеличении его кон-
центрации в стали.
Азот с железом дает ряд химических соединений — нитридов,
из которых существенное значение имеет Fe4N и в меньшей степе-
ни Fe2N. В структуре стали нитриды железа могут присутство-
вать в виде твердого раствора в альфа- и гамма-железе или в ви-‘
де иглообразных включений, хорошо видимых под микроскопом.
Благодаря особым свойствам нитридов азотирование в технике
применяется как один из видов химико-термической обработки,
позволяющей получить износоустойчивый и антикоррозионный
покров.
Азотирование обычно производится при температурах 500—
600° в течение 20—50 час. в атмосфере диссоциированного
аммиака.
Азотированный слой при пайке отличается от слоя, получен-
ного при специальном азотировании, что объясняется высокой
температурой печи (900—1200°) и малой выдержкой (10—
15 мин.) при пайке. При этих условиях глубина азотированного
слоя хотя и увеличивается, но насыщение поверхностного слоя
азотом не обеспечивает необходимую износоустойчивость, и анти-
коррозионные свойства стали.
Азот дает со многими легирующими элементами нитриды,,
имеющие различную твердость. Хрупкость изделия при пайке в
атмосфере, содержащей азот, в целом определяется суммарным
воздействием нитридов, образуемых компонентами сплава. Для
легированных сталей и жаропрочных сплавов она практически
незначительна.
Газы, применяемые при пайке, и их очистка. В качестве основ-
ного восстановительного газа в настоящее время для пайки ста-
лей служит водород. В некоторых случаях применяется окись
углерода и другие газы, содержащие водород или окись углеро-
да. Продуктами восстановления являются пары воды или угле-
кислый газ.
В табл. 40 приведены характеристики газов, рекомендуемых
для пайки металлов. Восстановительные свойства этих газов
определяются концентрацией водорода или окиси углерода, а
также степенью очистки газов от паров воды, углекислого газа
и кислорода. Сухой и очищенный от примесей кислорода водород
имеет наилучшую восстановительную способность, но он взрыво-
опасен, поэтому для пайки применяется только в тех случаях,
когда не может быть заменен другой средой, например при пай-
ке высоколегированных сталей в печах с небольшой производи-
тельностью. Более выгодным является применение азотноводо-
родной смеси, которая значительно дешевле водорода и в зави-
симости от концентраций водорода может быть совершенно не-
взрывоопасной.
135
Таблица 40
Газовая среда	Химический состав в обьем чых О/о					Осушка до точки росы в °C	Паяемый мет-.лл (/ - П50°С)
	н2	СО	Со,	СН<	Na		
Водород	100	—	-	-	—	-60- -80	Стали всех ма- рок, жаропроч- ные сплавы
Диссоциированный аммиак	75	—	—	—	25	-40-U -60	Стали углеро- да тье, легиро- ванные, нержа- веющие
Азото-водородная смесь, полученная неполным сжи- ганием диссоциированного аммиака	7-20	—	—	—	Осталь- ное	-40	Сталь малоуг- леродистая
Генераторный древесног угольный газ без внешнего обогрева в восстановитель- ной зоне генератора	6	30	2	1	Осталь- ное	-10	То же
Генераторный древесно- угол» ный газ с внешним обо- гревом в восстановительной зоне генератора до 1000°	8	34	0,2-0,7	1	То же	-25	Стали средпе- и высокоугле- родистые, леги- рованные
Генераторный газ из ан- трацита, очищенный от СО2 этаноламинами	12	25	0,2	1-2	•	-40	То же
Водяной газ	42-55	35-40	5-7	0,5— 1,5	-	-40	Сталь малоуг- лер< дистая
Светильный газ	51	9	2	1	ff	-40	То же
Продукт частичного сжи- гания yiлеводородных газов при а — 0,6 с очисткой от СО? этаноламинами.	16	10	0,1	1,5		-40	Стали средние и высокоугле- родисчые и ле- гированные
Продукт частичного сжи- гания у леводородных газов при я = 0 9 с очисткой от СО2 этаноламинами	2	2	0,1	—	•	-40	То же
Продукт частичного сжи- гания углекодородных газов при а = 06 с пропусканием через раскаленный древес- ный уголь	20	20	0,2	1		-25	•
* Коэффициент расхода в личеству сжигаемого газа.	оздуха	а характеризует		отноц	1ение количества воздуха к ко-		
Действие водорода и окиси углерода по-разному сказывает-
ся при пайке различных металлов. В атмосфере этих газов легче
восстанавливаются окислы меди, никеля, железа и более трудно-
окислы магранца, кремния и других элементов, входящих в со-
став легированных сталей и жаропрочных сплавов. Поэтому в
восстановительной среде пайка малоуглеродистой стали происхо-
дит значительно легче, чем пайка легированных сталей. Еще
труднее пайка нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов.
Только тщательная очистка восстановительных газов от приме-
сей кислорода и паров воды дает возможность паять в их атмо-
сфере легированные стали и жаропрочные сплавы.
136
Для осушки газов при пайке металлов применяются силика-
гель или алюмогель. Силикагель обеспечивает получение точки
росы1 — 40°, алюмогель — до — 62°. Такая осушка во многих
случаях дает хороший паяный шов. Однако при пайке легиро-
ванных сталей и жаропрочных сплавов требуется газ, имеющий
весьма высокие восстановительные свойства. Поэтому для более
глубокой осушки газ пропускают после силикагеля или алюмоге-
ля через фосфорный ангидрид, перемешанный со стеклянной ва-
той (для уменьшения сопротивления осушителя при прохожде-
нии через него газов). Точка росы осушенного таким образом
газа ниже — 80°С.
Фиг. 39. Схема установки для очистки газов от кислорода с применением
дунита:
/ — электропечь с дунитом; 2 — воздуходувка; 3 — отстойник; 4 — осушители с силикаге-
лем или алюмогелем; 5 — кран для продувки осушителей; 6 — четырехходовой кран; 7 —
воздухонагреватель; 8 — осушители с фосфорным ангидридом; 9 — индикаторная лампа.
Для очистки от кислорода газ пропускается через нагретый
сосуд с катализатором. При этом кислород благодаря действию
катализатора связывается с водородом, имеющимся в газовой
среде или добавляемым в нее, в результате образуются пары во-
ды, которые затем удаляются из газа путем осушки.
В технике установлено, что наилучшими катализаторами
являются платина и палладий, но применение их в качестве ката-
лизаторов при пайке нерентабельно. В качестве полноценного
заменителя платины в каталитическом процессе сжигания газов
может быть использован дешевый и широко распространенный
минерал дунит.
Схема универсальной установки для тонкой очистки от кисло-
рода газов, содержащих водород (генераторный, городской, при-
родный и т. д.), а также азото-водородной смеси или техническо-
го водорода показана на фиг. 39.
Очищаемый газ перед подачей для пайки поступает в трубча-
тую печь с дунитом 1, откуда после очистки от кислорода через
1 Влажность газа характеризуется точкой росы, т. е. температурой, при
которой происходит конденсация паров воды, содержащихся в газе.
137
Фиг. 40. Схема индикатор-
ной лампы:
/ — трубка для подвода газа;
2 — спираль; 3 — корпус;
4 —трубка для выхода газа.
четырехходовой кран 6 подается к осушителям с силикагелем
или алюмогелем 4 и фосфорным ангидридом S.
Осушители 4 имеют две колонки, которые работают попере-
менно: когда в одной колонке газ сушится, в другой регенери-
руется силикагель или алюмогель продувкой горячим воздухом,
подаваемым из воздуходувки 2 через нагреватель 7; переключе-
краном 5. Осушителем с фосфорным
ангидридом является цилиндриче-
ский сосуд примерно такого же
объема, как осушители с силика-
гелем.
Для определения чистоты газа
по кислороду в установке обычно
применяется так называемая инди-
каторная лампа (фиг. 40), вклю-
чаемая в сеть с напряжением 12 в.
Под таким напряжением нить лам-
пы нагревается и имеет темно-крас-
ный накал. При прохождении через
лампу газа, содержащего кислород,
ее нить окисляется и темнеет. Таким образом, изменение цвета
нити лампы служит признаком наличия кислорода в газе.
Окислы на нити лампы восстанавливаются кратковременным
нагревом ее до более высокой температуры при переключении
на 110 в.
Установки для пайки металлов в газовых средах состоят из
двух основных частей: печи, где производится пайка, и оборудо-
вания, обеспечивающего получение восстановительного газа.
Печь для пайки металлов должна иметь камеру нагрева дета-
ли до температуры пайки, камеру безокислительного охлаждения
паяных изделий, затвор, предохраняющий попадание воздуха в
атмосферу печи, и вытяжную систему для отвода использованно-
го газа. Чтобы избежать снижения восстановительных свойств
газовой среды, конструкция печи должна исключать загрязне-
ние атмосферы печи кислородом, парами воды или углекислым
газом.
Кислород может попасть в восстановительную атмосферу
вследствие подсоса воздуха через неплотности кожуха или на-
личия в печи участков, плохо продуваемых газом. Источниками
загрязнения восстановительной атмосферы могут быть также
кладка печи или окисленные металлы, находящиеся внутри печи
(поддоны, конвейерная сетка и т. п.). Кладка печи поглощает в
большом количестве воздух и влагу, которые при нагревании вы-
деляются из нее. Окислы, имеющиеся на поверхности металлов,
при высокой температуре разлагаются с выделением кислорода.
Полное удаление воздуха и влаги из печи достигается нагре-
ванием ее до температуры 850—900°'при непрерывном токе очи-
щенного газа. К пайке приступают только после получения в пе-
138
чи чистой газовой среды. Для этого необходимо произвести ана-
лиз газа или предусмотреть в конструкции печи контрольные
приборы, показывающие отсутствие в атмосфере печи примесей
(например, индикаторную лампу, показанную на фиг. 40).
Конструкция камеры охлаждения и чистота газа в ней оказы-
вают влияние в первую очередь на окисляемость поверхности
паяного изделия. Кроме того, атмосфера камеры охлаждения
может диффундировать в камеру пайки (скорость газового пото-
ка в печи незначительна), поэтому если газ в камере охлаждения
содержит кислород или влагу, пайка может не произойти.
Фиг. 41. Схема установки с камерной печью
для пайки диссоциированным аммиаком:
/ — печь; 2 — диссоциатор; 3 — дверцы; 4 — транс-
форматор; 5 — холодильник; 6 — баллон с аммиаком.
Оборудование, обеспечивающее получение восстановительно-
го газа в зависимости от типа применяемого газа имеет различ-
ные схемы. Качество пайки не зависит от того, каким способом
получен применяемый газ. Одна и та же печь может работать с
газом, полученным любым способом. Однако при всех вариантах
подаваемый газ должен содержать минимум примесей, снижаю-
щих его восстановительные свойства. Пайка металлов в газовых
средах может быть осуществлена почти на всех типах установок,
которые используются для безокислительного нагрева при тер-
мической обработке металлов. Наиболее широко встречаются
при пайке установки с периодически загружающейся камерной
печью и с печью непрерывного действия (конвейерная).
Установка с камерной печью для пайки в среде диссоцииро-
ванного аммиака показана на фиг. 41. Печь установки имеет
две камеры — нагрева и охлаждения. Обе камеры заполняются
восстановительной атмосферой. В камере нагрева производится
пайка и поддерживается температура, необходимая для этого
(1100—1150°). В камере охлаждения происходит дальнейшее
остывание детали без образования на ее поверхности окислов.
Диссоциация аммиака производится в самой печи. Для этого
аммиак из баллона по трубке подается в диссоциатор печи
с катализатором, где при температуре 600—650° он разлагается
139
на азот и водород. Нагрев диссоциатора происходит за счет
температуры кладки. Образовавшаяся азото-водородная смесь
поступает в камеру пайки печи и в холодильник. Камера пайки
нагревается до 1100° электрическим током ot трансформатора.
Холодильник имеет двойную стенку для циркуляции воды. Обе
камеры герметично закрываются загрузочными и разгрузоч-
ными дверцами. Дверцы должны иметь трубки для выхода
восстановительной атмосферы, непрерывно пступающей в печь.
Газ, выходящий из трубок, необходимо поджечь.
Загрузку изделий в печь, проталкивание их в камеру пайки
и охлаждение, а также выгрузку из печи производят вручную.
Фиг. 42. Схема установки с туннельной печью для пайки диссоциированным'
аммиаком:
1 — баллон с аммиаком; 2 — диссоциатор; 3 — катализатор; 4 — выводы электронагревате-
лей; 5 — электронагреватели; 6 — осушители; 7 — пеоекрывной кран; 8 — воздухонагре-
ватель; 9 — трубка для подвода газа в печь; 10 — асбестовые занавески; // — загрузочный,
патрубок; 12 — корпус печи. 13 — молибденовая обмотка; 14 — теплоизоляция; 15 — холо-
дильник; 16 — трубка; 17 — дверцы; 18 — охлаждающая вода.
Печь снабжена термопарой, манометром и диссоциометромг
обеспечивающим ее нормальную работу. Размеры камеры нагре-
ва: длина 500 мм ширина 100 мм, высота 100 мм. Камера охлаж-
дения имеет длину 1200 мм. Расход газа 0,2 м*1час. Мощность
печи 40 кет.
Камерные печи имеют одинаковую температуру (около*
1150°) во всех точках пространства, где происходит пайка. Поэ-
тому детали, загруженные в печи без предварительного нагрева,
испытывают резкий нагрев, что может привести к образованию
трещин в них, особенно при сложных конструкциях деталей.
Поэтому применение камерных печей не всегда желательно.
Установки с горизонтальной (туннельной) печью не имеют
такого недостатка. Вследствие достаточно большой длины тун-
нельную печь можно сделать с различной температурой по зо-
нам.
Для пайки в туннельных печах могут быть использованы все
газы, указанные в табл. 40.
На фиг. 42 показаны схемы установки с туннельной печью,
заполняемой диссоциированным аммиаком. Диссоциация аммиа-
140
ка и его Осушка производятся до подачи газа для пайки. Печь
состоит из загрузочного патрубка И, корпуса 12 и холодильни-
ка 15. В корпусе монтируется керамический муфель, являющийся
продолжением загрузочного патрубка. На муфель наматывается
молибденовая обмотка 13, которая сверху обмазывается смесью
огнеупорной массы. После этого корпус засыпается теплоизоля-
ционным материалом 14. Молибденовая обмотка предохраняется
от окисления защитной атмосферой (водород, диссоциирован-
ный аммиак, пары спирта и т. д.). На выходе из корпуса газ под-
жигается. Холодольник 15 печи является продолжением муфеля.
Охлаждение его производится проточной водой 18, подаваемой в
кессон. Восстановительный газ поступает в печь через трубку 9
в патрубок и выходит через трубку 16, где он поджигается.
Уплотнение печи может быть достигнуто асбестовыми занавеска-
ми 10. После загрузки печи следует плотно закрыть дверцы 17
печи с обеих сторон. Изделия, подготовленные для пайки, на спе-
циальных лодочках (изготовленных из никеля, стали или графи-
та) ставятся в загрузочный патрубок и проталкиваются в му-
фель. После выдержки в муфеле при температуре пайки изделия
охлаждаются в холодильнике и через заднюю дверь печи извле-
каются из нее. Расход восстановительного газа в печи регули-
руется по высоте факела горения (он должен быть равен 60—
80 мм). Муфель печи делается круглым (диаметр 90 мм) или по-
лукруглым (120 X 180 мм) разной длины (800—1180 мм). Про-
изводительность таких печей доходит до 1000 деталей в сутки.
Печь с керамическим муфелем нагревается медленно (в те-
чение 8—11 час.) во избежание растрескивания муфеля. Для
снижения времени разогрева иногда делают туннельные печи со
стальным муфелем, который одновременно может служить и на-
гревателем (нагрев производится теплом, выделяемым при про-
пускании тока по муфелю). Для достижения требуемой темпера-
туры в такой печи достаточно 1,5—2 часа. Габариты обеих печей
примерно одинаковы, производительность печи со стальным му-
фелем выше по сравнению с печью с керамическим муфелем.
Кроме того, стальной муфель не поглощает воздух и влагу, поэ-
тому атмосфера более активна. Однако перед пайкой необходимо
восстановить возможные окислы на внутренней поверхности
муфеля продувкой восстановительным газом при 1100—1150°.
Конвейерная установка обеспечивает более высокую произ-
водительность процесса, чем установки, рассмотренные выше.
Печь установки также состоит из двух основных частей
(фиг. 43): зоны пайки 1 и зоны охлаждения 8 паяного изделия
в атмосфере восстановительного газа. Зона пайки имеет наруж-
ный стальной кожух и внутреннюю кладку из огнеупорного кир-
пича. Между кожухом и кладкой для теплоизоляции устанавли-
вается толстый слой шлаковой ваты и асбеста. Нагрев печи осу-
ществляется электронагревательными элементами 5 и 6, разме-
щенными на ее боковых стенках и своде. Встречаются печи, обо-
141
греваемые также и через под. Электронагреватели обычно де-
лаются из нихрома, молибдена или жаропрочного сплава. Охла-
дительная зона печи представляет собой трубу с двойной стенкой
для циркуляции воды. Сечение трубы, как правило, прямоуголь-
ное. Через всю печь проходит сетка конвейера 3, которая служит
для подачи изделия в зону пайки, а затем в зону охлаждения.
Подготовленное для пайки изделие устанавливается на сетку
конвейера со стороны переднего тамбура 2. При медленном дви-
жении конвейера изделие нагревается равномерно до темпера-
туры пайки, находится некоторое время, достаточное для осуще-
Фиг. 43. Схема конвейерной печи для пайки металлов в восстановительной
атмосфере:
1 — зона пайки; 2 — загрузочный тамбур; 3 — сетка конвейера; 4 — отверстия для подачи
газа в печь; 5 — сводовые нагреватели; 6 — боковые нагреватели; 7 — корпус зоны ох-
лаждения; 8 — зона охлаждения; 9 — разгрузочный тамбур; /0асбестовые занавески.
ствления пайки в зоне с наибольшей температурой, затем равно-
мерно остывает в камере охлаждения, что предотвращает появ-
ление трещин в паяном соединении. Из конвейера выходят гото-
вые изделия с чистой поверхностью, которые могут быть направ-
лены на сборку.
Подача восстановительной атмосферы в камеру пайки произ-
водится через отверстия 4. Газ может подаваться и в зону охлаж-
дения. Атмосфера печи имеет избыточное давление. На выходе
конвейерной сетки в печь устанавливаются уплотняющие занаве-
ски из асбеста 10, благодаря чему уменьшается разница между
атмосферным давлением и давлением газа в печи. Газ, выходя-
щий через занавески, поджигается, что создает своего рода за-
твор, предотвращающий попадание воздуха из атмосферы в печь.
В то же время такой затвор не препятствует свободному прохож-
дению изделий в печь. Асбестовые занавески имеются и на вы-
ходе из печи. Для удаления использованного газа печь снабжает-
ся зонтами.
Схема питания печи электроэнергией в среде восстановитель-
ного газа, а также охлаждение печи показано на фиг. 44. По этой
схеме работает одна из печей, установленных на московском
автозаводе имени И. А. Лихачева.
Кроме элементов, указанных на фиг. 43 и 44, в конструкции
печи предусматриваются приборы и устройства, обеспечивающие
постоянство температуры и регулирующие расход газа, его дав-
ление, скорость конвейера и т. д. Производительность конвейер-
ных печей колеблется от 70 до 320 кг!час. Размеры печей зависят
142
от их производительности. Так, одна из печей производитель-
ностью в 100 кг!час имеет высоту 2505 мм, ширину 2510 мм и
длину 25 338 мм (из них холодильник составляет 12 810 мм). Ши-
рина сетки 750 мм. Расход газа 130 м3 в час. Мощность печи
210 кет.
Недостатком конвейерных печей является небольшая проч-
ность сетки конвейера, которая при высокой температуре быстро
Тазовая смесь
Фиг. 44. Схема питания конвейерной электропечи для пайки металлов в среде
восстановительного газа:
1 — генератор; 2 — холодильник; 3 — влагоотделитель; 4 — рефрижератор; 5 — гидравличе-
ский затвор; 6 — майометр; 7 — сводовые нагреватели; 8 — подвод газа в зону нагрева;
9 — боковые нагреватели; 10 — зона нагрева; 11 — зона охлаждения; 12 — подвод газа в
зону охлаждения.
выходит из строя. Вследствие этого такие печи применяются для
пайки мелких деталей.
Установка с роликовым подом. В отличие от конвейерной
установки в данном случае пайка производится в печи, имеющей
роликовый поддон. В качестве атмосферы печи могут служить
все газы, указанные в табл. 40. На фиг. 45 показана печь с ис-
пользованием азото-водородной смеси, полученной сжиганием
диссоциированного аммиака.
Печь с роликовым подом пригодна для пайки крупных дета-
лей и обеспечивает производительность от 200 до 1000 кг деталей
в час. Как и печь с сетчатым конвейером, она состоит из двух
143
зон — пайки и охлаждения. Нагреватели, как правило, распола-
гают снизу и сверху роликового пода. Для пайки крупные детали
устанавливают непосредственно на ролики и транспортируют че-
рез печь. Мелкие детали могут быть размещены на листе, также
транспортируемом через печь на роликах. Ролики опираются на
каркас боковых стен печи. Утечка восстановительного газа из
печи при креплении роликов предотвращается уплотняющими
устройствами, имеющимися в местах выхода концов роликов из
стен.
Защитный газ подается через отверстия, расположенные в
середине печи, и выходит через оба тамбура. Тамбуры имеют
Фиг. 45. Схема установки с роликовой печью для пайки в атмосфере азото-
водородной смеси, полученной сжиганием диссоциированного аммиака:
1 — смеситель газов; 2 — форсунка; 3 — камера диссоциированного аммиака; 4 — рефри-
жератор; 5 — холодильник; 6 — отстойник; 7 — осушители газов; 8 — перекрывной кран;
$ —воздухонагреватель; 10 — подвод газа в печь; // — камера охлаждения печи; 12 — ка-
мера нагрева; 13 — ролики; 14 — нагреватели; 15 — загрузочный тамбур.
асбестовые занавески. Использованный газ отводится вытяжны-
ми трубами за пределы цеха. Печи с роликовым подом более
экономичны по сравнению с конвейерными, так как ролики нахо-
дятся постоянно внутри печи и не требуется затраты на их пе-
риодический нагрев, как это делается с конвейером. С точки зре-
ния эксплуатации печи с роликовым подом более удобны: ролики
работают надежнее, чем конвейер, и, кроме того, смену роликов
при ремонте можно делать без охлаждения печи, а для смены
конвейера требуется полная остановка печи. Несмотря на ука-
занные преимущества, печи с роликовым подом встречаются ре-
же, так как для их работы требуется большая затрата дорого-
стоящего жаропрочного сплава.
Печи с конвейерной подачей изделий и с роликовым подом
применяются преимущественно для пайки углеродистых сталей.
Обе печи имеют кладку из огнеупорного кирпича, которая погло-
щает значительное количество воздуха и влаги. Даже при дли-
тельном нагревании в восстановительной атмосфере удалить
144
полностью газы, поглощенные кладкой, очень трудно, поэтому
атмосфера печи имеет недостаточные восстановительные свой-
ства для пайки легированных сталей и жаропрочных сплавов.
В некоторых случаях для безокислительного нагрева изделий *из
нержавеющих и жаропрочных сталей конвейерные печи имеют
металлический муфель.
Контейнеры для пайки металлов. Наряду с печами, схемы ко-
торых описаны выше, пайку небольших деталей можно произво-
дить также в контейнерах. Контейнер представляет собой короб-
Фиг. 46. Контейнер для пайки.
ку, сваренную из стали. Для пайки изделие помещают в контей-
нер, и в него подают восстановительную атмосферу; затем
контейнер устанавливают в печь, где его вместе с изделием на-
гревают до температуры пайки. После пайки контейнер извле-
кают из печи и охлаждают под током восстановительного газа.
Пайку в контейнере целесообразно применять в мелкосерийном
производстве, главным образом для изготовления деталей из
легированных и нержавеющих сталей.
Конструктивно контейнер выполняется по-разному. Эскиз
контейнера, который может быть использован во многих случаях,
представлен на фиг. 46. Он состоит из корпуса 1 с бортом 4 и
крышки 2. Восстановительный газ по распределительной трубке
8 подается к трубкам 7. Водород или диссоциированный аммиак,
применяемые при пайке в контейнерах преимущественно, значи-
тельно легче воздуха, поэтому впуск газа в контейнер призводит-
ся через отверстия 6, расположенные в нижней части трубок 7.
Трубки 7 привариваются к стенке контейнера на расстоянии 1—
2 мм от его дна и 5—6 мм от параллельной стенки. Центральная
газоподводящая трубка 8 должна привариваться к стенке кон-
тейнера на расстоянии не более 1—2 мм от дна. Выход газа из
10 Р. Е. Есенберлин	145
контейнера осуществляется частично через песочный затвор 3 и
частично через трубку 5.
Перед началом работы следует вытеснить из контейнера
имеющийся в нем воздух восстановительным газом, поэтому в
контейнере не должно быть зон, плохо обдуваемых газом. Распо-
ложение газоподводящих и газоотводящей трубок, указанных на
фиг. 46, обеспечивает хорошую продувку контейнера при пайке.
Печи для пайки в контейнерах бывают различных типов и
конструкций. На фиг. 47 показана пайка водородом в шахтной
печи.
Эксплуатация оборудования для пайки в газовых средах.
Большинство газов, применяемых для пайки, являются взрыво-
опасными или ядовитыми, а иногда и взрывоопасными и ядови-
Фиг. 47. Схема пайки в контейнере с атмосферой водорода:
/ — баллоне водородом; 2 — вентили; 3 — редукторы; 4 — печи для очистки водорода от
кислорода; 5 — холодильник; 6 — осушители газов; 7 — шахтная печь; 8 — крышка печи;
9 —трубка для подвода газа в контейнер; 10 — термопара; //—трубка для водорода,
выходящего из контейнера; 12 — электронагреватели; 13 — контейнер.
тыми. Взрывоопасность газовой среды определяется содержа-
нием в ней водорода или окиси углерода. Наибольшую опас-
ность представляет водород. Взрывоопасная концентрация водо-
рода на воздухе находится в пределах от 3,3 до 81,5%. Разбавле-
ние водорода нейтральным газом, например азотом, снижает его
взрывоопасность. Азото-водородная смесь, содержащая менее
8—10% водорода, не является взрывоопасной; в то же время
такой газ имеет достаточно высокие восстановительные свойства,
особенно после тщательной очистки от примесей; поэтому наи-
более желательными газами для пайки являются продукты ча-
стичного сжигания диссоциированного аммиака или углеводо-
родных газов. При пайке любым газом, содержащим более
8—10% водорода (диссоциированный аммиак, водяной, светиль-
ный, природный и другие газы), необходимо принимать спе-
циальные меры по технике безопасности.
Особое внимание при пайке следует обращать на ядовитые
газы. Отравляющими газами, с которыми приходится иметь дело
146
в процессе пайки, являются: окись углерода (СО), аммиак
(NH3), сернистый газ (SO2), сероводород (H2S), пара бен-
зола (С6Н6). Предельно допустимое содержание этих газов в
производственных помещениях составляет (в мг/л воздуха): ам-
миак— 0,02; сернистый газ — 0,02 — 0,04; сероводород — 0,01 и
окись углерода — 0,02 — 0,03.
Аммиак является исходным продуктом и практически в атмо-
сфере печи не встречается. Сернистый газ и сероводород могут
быть в составе исходного газа и улавливаются в процессе очи-
стки восстановительной атмосферы. Аммиак, сернистый газ, се-
роводород могут появиться в помещении цеха при неисправности
установок. Эти газы имеют резкий запах, что позволяет преду-
предить о неполадках установок и устранить их. Наиболее опас-
ными по ядовитости являются атмосферы, содержащие окись
углерода (табл. 40): генераторный, водяной, светильный газы
и продукты частичного сжигания углеводородных газов (осо-
бенно при а=0,6).
Из вышеизложенного следует, что при пайке приходится учи-
тывать не только возможность снижения восстановительных
свойств газов вследствие загрязнения их кислородом и парами
воды, но и склонность к взрыву в процессе пайки. Правильная
эксплуатация оборудования для пайки в газовых средах состоит
в соблюдении правил, обеспечивающих как получение высокока-
чественного соединения, так и безопасность лиц, производящих
пайку. Ниже приводятся основные правила по эксплуатации обо-
рудования для пайки, а также технологические особенности пай-
ки в газовых средах.
1.	Перед включением тока необходимо создать в печи атмо-
сферу, которая не является взрывоопасной. Концентрация вос-
становительного газа в этом случае должна быть не менее ниж-
него предела возгорания данного газа.
Практически конец продувки определяется появлением пла-
мени при поджигании газа, выходящего через контрольные свечи
(контрольные свечи должны иметь как камера пайки, так и хо-
лодольник).
Выпуск использованного газа в помещение цеха воспрещает-
ся. Даже при сжигании на выходе из печи может быть скопление
газов. Поэтому помещение, где производится пайка, должно
иметь вытяжную систему и вентиляторы.
2.	После продувки печи включается электрический ток, и она
нагревается до температуры пайки. При этом газ продолжает
поступать в печь. На выходе из печи через свечи или асбестовые
уплотнители газ необходимо поджечь.
Категорически воспрещается подавать восстановительный газ
в горячую печь, если в ней имеется воздух. В случае необходи-
мости пуска в работу печи, разогретой до температуры, близкой
к температуре воспламенения данного газа, необходимо продуть
ее сначала нейтральным газом (азотом или углекислым газом).
10* Р. Е. Есенберлин	147
3.	При достижении требуемой температуры приступают к
пайке. Обычно к моменту разогрева печи до температуры пайки
ее полностью очищают от имеющегося в ней воздуха, а также
воздуха, поглощенного кладкой печи. Однако целесообразно пре-
дусмотреть в печи контрольные приборы, показывающие чистоту
восстановительного газа. При отсутствии таких приборов нали-
чие достаточной активности атмосферы печи можно установить
контрольной пайкой детали. Если пайка опытного образца дает
неудовлетворительный результат, то следует пайку приостано-
вить до появления чистого газа.
4.	При закладывании изделий в печь или извлечении их из нее
возможно образование взрывоопасной концентрации смеси
вследствие попадания воздуха извне. Особенно это опасно при
пайке в камерных печах с периодически открывающейся дверью.
Такие печи должны иметь специальный затвор, предотвращаю-
щий попадание воздуха в печь. В конвейерных печах с ролико-
вым подом с непрерывной подачей деталей попадание воздуха в
печь предотвращается предохранительными занавесками и пла-
менем горючего газа.
При извлечении изделий из конвейерных печей и печей с ро-
ликовым подом вследствие низкой температуры в камере охлаж-
дения и значительной длины ее опасность взрыва не возникнет.
5.	Для остановки печи после пайки выключается ток, питаю-
щий нагреватели. Подача восстановительного газа продолжается
до тех пор, пока температура печи не достигнет 200—230°. Ох-
лаждение до такой температуры не только предотвращает воз-
никновение взрыва, но и предохраняет нагреватели от окисления.
При выполнении срочных работ в неостывшей печи (например»
для замены роликов в печах с роликовым подом) ее следует про-
дуть нейтральным газом, чтобы избежать взрыва.
При пайке металлов в газовых средах продолжительность
процесса в каждом отдельном случае устанавливается опытным
путем. Весь технологический цикл пайки состоит: 1) из времени,
требуемого для нагрева изделия* до температуры пайки; 2) вре-
мени выдержки при температуре пайки и 3) времени, необходи-
мого для охлаждения изделия в восстановительной атмосфере.
Каждый этап процесса выбирается в зависимости от толщины и
размеров изделия. Скорость предварительного нагрева до темпе-
ратуры пайки оказывает существенное влияние на деформацию
изделия, поэтому она не должна быть слишком большой. Кроме
того, при быстром нагреве не успевают восстанавливаться оки-
слы на поверхности спая до плавления припоя, в результате чего
пайка не произойдет, так как припой может вытечь из зазора
изделия.
Выдержка при температуре пайки необходима для осуществ-
ления взаимной диффузии основного металла и припоя. Обычно
детали толщиной до 3 мм выдерживаются при температуре пай-
ки в течение 10—15 мин., более толстые детали — до 25 мин.
148
На фиг. 48 показаны детали, изготовленные пайкой в кон-
вейерной печи: поршень компрессора, втулка с фланцем, штуце-
ры ниппельного соединения и крышка цилиндра холодильника.
Фиг. 48. Детали, изготовленные пайкой
в конвейерной печи.
ПАЙКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ТВЕРДЫХ ФЛЮСОВ
Как и пайка в газовой среде, пайка с флюсами дает возмож-
ность строго контролировать температуру и продолжительность
нагрева, выполнять одновременно несколько спаев в одной дета-
ли, паять за один прием партию деталей или подавать в печь
непрерывно большое количество деталей. Все это обеспечивает
получение прочного шва и высокую производительность процес-
са. Наряду с этим пайка с флюсами в отличие от пайки в газовой'
среде позволяет применять для пайки припои, содержащие лег-
коиспаримые компоненты (медноцинковые, серебряные и др.), и
может быть применена для соединения тех металлов, которые не
поддаются пайке в газовой среде (например, алюминиевые
сплавы).
Несмотря на указанные достоинства, пойка в печах с приме-
нением твердых флюсов является менее прогрессивным процес-
сом, чем газовая пайка, так как здесь производство усложняется
операциями, связанными с применением флюса: нанесением флю-
са на изделие и удалением его остатков после пайки. Самой Тру-
доемкой является последняя операция, особенно если деталь
имеет сложную форму с узкими каналами. Извлечь флюсы из
таких каналов не всегда возможно. Себестоимость деталей, паян-
ных в печах при помощи флюсов, удорожается также в связи с
необходимостью приготовления, хранения и транспортировки
флюсов, ряд компонентов которых часто является дефицитными
реактивами. Поэтому пайку с твердыми флюсами следует при-
менять только в тех случаях, когда газовая среда не дает поло-
жительного результата.
10*	149
Для пайки с флюсами могут быть использованы обычные пе-
чи, которые применяются для нагрева металлов при термообра-
ботке или обработке давлением.
Технологический процесс пайки металлов в печах произво-
дится с использованием припоев и флюсов. При выборе припоев,
однако, необходимо учитывать возможность получения из них
проволоки или фольги для закладывания в паяемое место перед
нагревом в печи.
Для пайки в печах могут быть использованы все припои, ука-
занные в главе I. Однако некоторые из них вследствие хрупкости
затрудняют процесс пайки. К ним относится припой 34А, приме-
няемый для пайки алюминия и его сплавов.
Для пайки в печах алюминиевых сплавов можно использовать
катаный припой 35А и припои, разработанные Н. Ф. Лашко и
С. В. Лашко-Авакян.
Температура нагрева в печи выбирается в зависимости от
примененного припоя. Продолжительность нагрева обычно 5—
10 мин. после плавления припоя. Однако в зависимости от мате-
риала паяемого изделия и сложности его конструкции продолжи-
тельность нагрева может быть и значительно больше. Иногда
пайку совмещают с термообработкой изделий. В таких случаях
продолжительность нагрева определяется также режимом термо-
обработки.
Пайка с флюсом начинает находить-широкое применение в
промышленности. В настоящее время этим способом изготов-
ляются сложные детали самолета, реактивных двигателей, элек-
трорадиоприборы и т. д. Одним из важных применений пайки в
в печах является изготовление так называемых сотовых панелей.
Каркас таких панелей состоит из гофрированных лент, образую*
щих соты. К торцам этих гофров припаивается с обеих сторон
листовая обшивка. В результате образуется конструкция, кото-
рая обладает высокой удельной прочностью тепло- и вибростой-
костью. Сотовые панели используются в качестве обшивочного
материала самолета в стабилизаторах, рулях высоты и поворота
задних кромках концевой части крыла, закрылках и т. д.
ПАЙКА В ВАКУУМЕ
Выше указывалось, что для каждой температуры существует
определенная концентрация кислорода в камере нагрева метал-
ла, ниже которой окисел его разлагается и исчезает совсем без
всякого флюса. Это положение используется для пайки металлов
в вакууме. В этом случае удаление воздуха из камеры пайки и
поддержание концентрации кислорода, необходимого для разло-
жения окислов паяной детали при данной температуре, осуществ-
ляется вакуумным насосом.
Для осуществления пайки различных металлов требуется раз-
личная степень вакуума, причем с понижением температуры на-
150
грева пайка затрудняется. Наиболее глубокий вакуум необходим
при пайке сплавов, содержащих алюминий, титан, хром и другие
элементы, имеющие стойкие окислы. Значительно легче идет пай-
ка в вакууме меди, медных сплавов, малоуглеродистых сталей,
сплавов олова и благородных металлов. При пайке легированных
сталей при температуре 1150—1200° требуется весьма сложная
вакуумная установка, тогда как для пайки меди при температуре
около 1000° достаточно применение форвакуумного насоса. Поэ-
тому часто для пайки тугоплавкими припоями легированных ста-
лей и жаропрочных сплавов в вакууме
последние предварительно покрыва-
ются тонким слоем меди.
Процесс пайки в вакууме упро-
щается, если камеру, где находятся
паяемые детали, предварительно’ про-
дуть восстановительным или инерт-
ным газом, очищенным от кислорода.
Такая продувка уменьшает концентра-
цию кислорода в камере пайки, а по-
следующее отсасывание оставшегося
газа вместе с кислородом сводит кон-
Фиг. 49. Схема вакуумной
пайки в печи.
центрацию последнего почти на нет.
Такой способ дает возможность паять
в вакууме практически также жаро-
прочные и титановые сплавы. При
этом следует иметь в виду, что применение дорогостоящих
инертных газов для продувки камеры пайки целесообразно
только в тех случаях, когда другие газы оказывают вредное
влияние на паяемый металл. Для пайки могут быть исполь-
зованы как специальные вакуумные установки, так и печи
любого типа, дающие возможность нагревать до требуемой
температуры камеру с паяемыми деталями, соединенную с ва-
куумным насосом.
На фиг. 49 показана схема вакуумной пайки деталей в печи.
Деталь в контейнере /, закрываемом герметично, помещают в
печь 2 с нагревателем 3. Для удобства установки и извлечения
контейнера крышку печи 4 делают из двух половин или соеди-
няют с крышкой контейнера. Температура пайки определяется
термопарой 5. С вакуумным насосом контейнер соединяется че-
рез трубку 6.
Вакуумную пайку, как правило, применяют для изготовления
небольших деталей или небольшой группы деталей. Для пайки
крупногабаритных деталей требуется продолжительное отсасы-
вание воздуха из камеры для создания вакуума, что удлиняет
производственный цикл.
Контейнер для пайки в вакууме конструктивно отличается от
контейнера для пайки в газовой среде. Для вакуумной пайки
требуется герметичный контейнер или приспособление с притер-
151
той крышкой. Часто для получения герметичности крышка после
заложения детали в контейнер приваривается к корпусу по все-
му контуру. Чтобы обеспечить необходимую прочность контейне-
ра при высокой температуре в условиях вакуума, стенки контей-
нера должны иметь усиливающие ребра жесткости.
Фиг. 50. Электровакуумная установка для пайки мембран:
/ — печь; 2 — манометр; 3 — термопара; 4 — вакуумный кран; 5 — кассета; 6 — ось; 7 —
патрубок; 5 — холодильник; 9 — сильфон; 10 — термопара; // — фланец; 12 — крышка;
13 — электроспираль; 14 — камера.
При вакуумной пайке в печах меди или омедненных сталей
могут быть использованы все стандартные легкоплавкие припои.
При пайке в вакууме не рекомендуется применять припои, со-
держащие легкоиспаряемые компоненты как цинк (некоторые
серебряные припои, а также медноцинковые припои). Обычно
при пайке тугоплавкими припоями сталей используется медь, а
при пайке меди и медных сплавов — фосфористая медь и эвтек-
тический припой ПСр 72.
152
Чтобы обеспечить пайку тугоплавкими припоями сталь-
ных изделий, покрытых медью, требуется вакуум 10 ~3—
10~4 мм рт. ст., без покрытия медью — 10-6 —10~7 мм рт. ст.
В случае необходимости перед созданием вакуума камера про-
дувается газом.
При пайке в вакууме температура нагрева зависит от типа
применяемого припоя. Продолжительность нагрева после плав-
ления припоя 5—10 мин.
Изделия после пайки охлаждают вместе с контейнером до
200—300°, после чего камеру пайки заполняют воздухом и выни-
мают паяемую деталь.
Вакуумной пайкой в печах можно изготовить стальные сото-
вые панели, лопатки турбин реактивных двигателей, детали при-
боров и т. д. Пайка сотовых стальных панелей производится, как
и пайка с флюсом. Технология вакуумной пайки панели отли-
чается от пайки с флюсом лишь тем, что перед сборкой заготовка
покрывается тонким слоем меди. Отсутствие флюсов, остатки ко-
торого могут вызвать коррозию панели, делает вакуумную пай-
ку более прогрессивным процессом, чем пайка с флюсом.
Для пайки мягким припоем анероидных коробок используют
поворотную вакуумную установку системы Н. К. Матвеева
(фиг. 50). Установка имеет печь /, одна часть которой обогре-
вается электрическим током, другая — охлаждается водой.
Печь может поворачиваться вокуг оси 6. Через отверстие в од-
ной из осей печь соединяется с вакуумным насосом. Замер ва-
куума производится манометром 2. Для контроля температуры
служит термопара 10 с сильфоном 9, установленная в печь че-
рез патрубок 7. При пайке печь устанавливают в горизонталь-
ное положение и в ее обогреваемую часть вставляют кассету 5
с паяемым изделием. После этого печь поворачивается в вер-
тикальное положение электроспиралью вниз, закрывается ее
крышка 12 с притертым фланцем и создается вакуум 0,3—
0,4 мм рт. ст. Сильфон, соединенный с камерой печи, по мере
создания вакуума в ней сжимается и выдвигает конец термо-
пары, который упирается в паяемую коробку и показывает
истинную температуру пайки. После пайки печь поворачивается
на 180° и кассета перемещается в ее вторую половину, где
охлаждается в течение 8—40 мин. Затем печь устанавливается
в горизонтальное положение, заполняется воздухом и из нее
извлекается кассета.
ГЛАВА IX
ПАЙКА ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
При высокочастотной пайке нагрев металла производится
электрическим током, индуктированным в нем. Предохранение
изделия от окисления достигается нагреванием его в вакууме или
в атмосфере защитного газа. Иногда для высокочастотной пайки
применяются твердые флюсы.
Для индуктирования электрического тока в изделии послед-
нее помещается в электромагнитное поле переменного тока. При
этом переменное магнитное поле проводника, по которому про-
ходит ток, вступает во взаимодействие с электростатическим по-
лем паяемого металла. В результате образуется сложное поле,
перемещающее свободные электроны металла с большими ско-
ростями. Сталкиваясь с кристаллической решеткой металла, эти
электроны создают тепловой эффект. Степень нагрева металла
при индукционной пайке повышается с увеличением частоты пе-
ременного тока. Обычно переменный ток, применяемый в про-
мышленности, имеет частоту 50 гц. Частота тока, применяемого
при пайке, колеблется в широких пределах. Наиболее часто пай-
ка производится при частотах 150—600 кгц. Для получения тако-
го высокочастотного тока служит специальное оборудование.
Достоинствами высокочастотной пайки являются:
1.	Незначительное коробление паяемого изделия.
Глубина проникновения переменного тока внутрь нагреваемо-
го изделия зависит от его частоты: чем выше частота перемен-
ного тока, тем на меньшую глубину проникает ток. При весьма
высокой частоте индуктированные токи сосредоточиваются у по-
верхности детали, вследствие чего нагревается только непосред-
ственно паяемый участок изделия. Это снижает коробление изде-
лия при пайке.
2.	Высокое качество паяного соединения.
При высокочастотной пайке можно строго регулировать ре-
жим нагрева (по температуре и времени), что дает возможность
получать однородный шов. Качество шва при пайке токами высо-
кой частоты повышается также за счет уплотнения жидкого ме-
талла при затвердевании. Сказанное можно показать на примере
(фиг. 51). Здесь при пайке ток высокой частоты нагревает толь-
154
ко наружную поверхность стержня 1 и припаянную втулку 2. Сле-
довательно, стержень 1 фактически не имеет теплового расшире-
ния, втулка же при пайке расширяется. При охлаждении втулка
•вследствие уменьшения диаметра прижимает припой 3 и уплот-
Фиг. 51. Стержень с
втулкой, паянный то-
ками высокой
частоты
няет шов, что увеличивает прочность соединения.
3.	Высокая производительность процесса.
При высокочастотной пайке на небольшом участке паяемого
изделия можно сосредоточить весьма высокую плотность тока,,
вследствие чего нагрев осуществляется
быстро, производственный цикл значитель-
но сокращается. Высокая производитель-
ность может быть достигнута также за
счет одновременного нагрева партии де-
талей.
4.	Возможность автоматизации пайки и
применения конвейерной системы в произ-
водстве, что также увеличивает произво-
дительность. По данным С.. Д. Богослов-
ского и И. С. Сердюка, одна высокоча-
стотная установка, занимающая площадь
10 м2, поставленная в потоке, может обес-
печить в год при двухсменной работе пайку
около 150 000 стальных деталей весом
по 1 кг.
5.	Возможность пайки длинных и громоздких деталей вслед-
ствие применения местного нагрева.
6.	Удобство контроля плавления и растекания припоя и
флюса.
7.	Улучшение условий труда рабочих.
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАЙКИ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Установка для высокочастотной пайки состоит из следующих
основных частей: 1) источников питания (генераторов) с кон-
трольно-измерительными приборами, 2) индукторов и 3) обо-
рудования для пайки.
Источники питания создают токи необходимой частоты и
мощности. Индукторы передают энергию высокой частоты в
паяемый металл. Оборудование для пайки обеспечивает ведение
технологического процесса (подача изделия в установку под на-
грев, создание вакуума или защитной атмосферы, извлечение
паяного изделия и т. д.).
Источники питания. В качестве источников питания при вы-
сокочастотной пайке в большинстве случаев используются лам-
повые генераторы мощностью 10, 30, 60 кет и более с частотой от
150 до 600 кгц.
На фиг. 52 представлена принципиальная схема установки с
ламповым генератором и график преобразования энергии в нем.
155
Ламповый генератор, обеспечивающий получение токов высо-
кой частоты, состоит из следующих основных элементов: пре-
образователя переменного тока /, выпрямителя переменного то-
ка в постоянной II, электронной лампы /// и колебательного
контура IV.
Преобразователь / представляет собой повышающий транс-
форматор трехфазного тока. Переменный ток промышленной
частоты ('50 гц) из сети напряжением 220 или 380 в поступает в
&)
*)
Фиг. 52. Принципиальная схема установки с ламповым генератором (а) и
график преобразования энергии в нем (б):
Ср— разделительный конденсатор; Ск — конденсатор колебательного контура; Ц — ка-
тушка самоиндукции; 12— вторичная обмотка трансформатора.
первичную обмотку трансформатора и преобразуется вторичной
обмоткой в ток той же частоты с напряжением 8000 в. Получен-
ный ток высокого напряжения подается в выпрямитель постоян-
ного тока.
Выпрямительный блок // состоит из нескольких газотронов
или тиратронов. Газотрон является двухэлектродной лампой, на-
полненной парами ртути или инертным газом (аргоном, неоном,
гелием). В отличие от него тиратрон имеет три электрода. Обе
эти лампы пропускают ток в одном направлении и в ламповых
генераторах используются в качестве выпрямителей переменно-
го тока в постоянный.
В выпрямительном блоке переменный ток напряжением око-
ло 8000 в преобразуется в постоянный ток напряжением около
10000 в, который передается к ламповому генератору.
Генераторный блок /// представляет систему трехэлектрод-
ных электронных ламп и служит для получения импульсного то-
156
Фиг. 53. Колебательный
контур.
ка, который затем через разделительный конденсатор и авто-
трансформаторную связь подается в колебательный контур IV.
Электрический колебательный контур (фиг. 53) служит для
получения высокочастотного тока. Простейший колебательный
контур состоит из емкости С, катушки индуктивности L и источ-
ников тока с напряжением U.
Если заряженный конденсатор замкнуть на катушку индук-
тивности, то конденсатор начнет разряжаться: его энергия элек-
тростатического поля преобразуется в энергию магнитного поля
катушки, и в цепи потечет ток. Когда
напряжение на обкладках конденса-
тора упадет до нуля, электромагнит-
ное поле катушки достигнет макси-
мума. В дальнейшем электрический
ток, образованный в катушке самоин-
дукции, зарядит конденсатор вновь, но
полярность конденсатора при этом из-
менится. Перезаряженный с обрат-
ным знаком конденсатор разряжается
опять, образуя в катушке самоиндук-
ции электромагнитное поле. Таким образом, в цепи устанавли-
вается электрическое колебание, которое постепенно затухает
из-за потерь в сопротивлениях контура.
Рассмотренный процесс электрических колебаний аналогичен
механическим колебаниям маятника или тела, подвешенного на
пружине. Для того чтобы вызвать колебание маятника, необхо-
димо дать ему толчок. При электрических колебаниях толчком
является зарядка конденсатора. Однако как и маятник, получив-
ший одноразовый толчок, колебания тока в контуре прекратят-
ся, если не будет постоянного возбудителя. Таким возбудителем
в ламповых генераторах являются электронные лампы, которые
постоянно сообщают колебательному контуру импульсный ток
с частотой 200—500 гц.
В схеме генератора (фиг. 52) в колебательный контур IV
входят конденсатор с емкостью Ск и катушка самоиндукции Li,
которая служит первичной обмоткой высокочастотного транс-
форматора. Вторичная обмотка трансформатора выполнена из
листовой меди, к ней при помощи колодок присоединяется ин-
дуктор с одним или несколькими витками Питание колебатель-
ного контура производится через генераторный блок III. При
включении генератора в зависимости от величин Ск и L\ соз-
дается ток необходимой частоты, который передается в индук-
тор. Напряжение на индукторе обычно составляет 500—800 в.
Под действием быстро меняющегося электромагнитного поля
в металле в течение нескольких секунд возникает высокая тем-
пература, которая используется для пайки.
Высокочастотный понижающий трансформатор с установлен-
ной в индукторе нагреваемой деталью показан на фиг. 54. Пер-
157
1 2
Фиг. 54. Высокочастотный понижаю-
щий трансформатор с индуктором:
/ — первичная обмотка; 2 — вторичный ви-
ток; 3 — паяемая деталь; 4 — припой; 5 —
индуктор; 6 — подвод охлаждающей воды.
вичная обмотка трансформатора состоит из 9—20 витков профи-
лированной медной трубки диаметром примерно 600 мм. Вокруг
первичной обмотки с воздушным зазором около 25 мм устанавли-
вается вторичный виток, к концам которого привариваются
медные колодки с контактными губками для крепления индук-
тора.
Первичный и вторичный витки трансформатора охлажда-
ются проточной водой.
На фиг. 55, а показана принципиальная схема установки для
пайки. В нее, кроме самого лампового генератора, индуктора и
понижающего трансформатора, входит также конденсаторная
батарея, служащая для повы-
шения коэффициента мощ-
ности.
При пайке целесообразно
иметь многопостовую установ-
ку, позволяющую питать от
одного генератора несколько
рабочих мест. Для этого посты
могут быть поочередно под-
ключены к генератору вруч-
ную или автоматически. Каж-
дый пост целесообразно обо-
рудовать для пайки опреде-
ленного рода изделия.
Иногда для индукционной
пайки могут быть использо-
ваны машинные генераторы
(преобразователи) повышенной
дают ток с частотой от 2000
до 10 000 гц. Поскольку при понижении частоты тока увели-
чивается глубина прогрева/ пайку машинными генераторами
следует вести на частотах, близких к верхнему пределу, при-
чем преимущественно для крупногабаритных деталей. Гене-
раторы с частотой до 10 кгц не всегда обеспечивают эффек-
тивный нагрев тонкостенных и малогабаритных деталей.
Установка с применением машинного преобразователя пока-
зана на фиг. 55, б. Принципиально она отличается от предыду-
щей схемы лишь источником тока.
Машинные генераторы не создают помехи радиоприему,
вследствие чего не требуется больших работ по экранировке,
как это делается при применении ламповых генераторов с ра-
диочастотой. Благодаря этому машинные генераторы находят
применение и для пайки.
Независимо от типа источника питания при пайке токами
высокой частоты производится замер ряда величин. В одних слу-
чаях эти замеры имеют разовый характер, в других случаях они
выполняются систематически. Например, к. п. д. установки опре-
158
частоты. Генераторы этого типа
деляется только при отладке генератора, а контроль режима на-
грева — непрерывно.
В большинстве случаев для замера нужных величин при вы-
сокочастотном нагреве пользуются общеизвестными измеритель-
ными приборами. Однако иногда приходится применять и спе-
циальные методы измерения. Так, контроль режима работы вы-
сокочастотной установки производится измерительными транс-
Фиг. 55. Основные элементы высокочастотной
установки с питанием:
а — от лампового генератора: 1 — индуктор; 2 — воздуш
ный понижающий трансформатор; 3 — конденсаторная
батарея с керамическими конденсаторами; 4 — ламповый
генератор радиочастоты; б — от машинного генератора:
/ — индуктор; 2 — понижающий трансформатор с желез-
ным сердечником; 3 — конденсаторная батарея с бумаж-
но-масляными конденсаторами; 4 — машинный преобра-
зователь повышенной частоты.
форматорами. Мощность при радиочастотах определяется кало-
риметрическим методом, т. е. по количеству тепла, выделяемого
в нагрузке за определенное время. Для этого требуется измерять
время, температуру и расход воды.
Более подробно с контрольно-измерительными приборами,
применяемыми при высокочастотном нагреве, можно ознако-
миться в специальной литературе.
Индукторы. Основную работу при пайке токами высокой
частоты производит индуктор, который имеет вид петли или
спирали из красной меди. Форма и размеры индуктора зависят
от конструкции паяемого изделия. При прохождении тока
159
высокой частоты индуктор сильно нагревается, поэтому он
делается полым для охлаждения водой.
При пайке узкой зоны наиболее широко применяются одно-и
двухвитковые индукторы. Многовитковые индукторы применяют-
ся для одновременного прогревания большой поверхности, а так-
же в тех случаях, когда параметры источника питания не позво-
ляют работать с одновитковым индуктором.
Фиг. 56. Распространенные типы индукторов:
А — для внешнего обогрева: а — одновитковый; б — наружная катушка; в — многовитко-
вый круглый индуктор; г — многовитковый прямоугольный индуктор; д — многовитковый
фигурный индуктор; е — многовитковый конический индуктор;
Б —для внутреннего нагрева и плоских поверхностей: а — вн’поенний; б — внутренний:
в — петлевой; г — двухвитковый внутренний; д — плоский; е — плоский.
В зависимости от расположения относительно паяемого уча-
стка индукторы бывают с внешним и внутренним обогревом. На
фиг. 56 показаны различные типы индукторов, применяемых для
пайки деталей несложных конструкций. Наиболее широко при-
меняются индукторы с внешним обогревом. Для одновременной
пайки нескольких деталей индукторы могут быть многопозицион-
ными. Мелкие детали диаметром 25—30 мм можно паять партия-
ми в 7—10 шт. и больше в одном индукторе.
160
При пайке деталей сложных конструкций с прогреванием
значительного участка делаются индукторы более сложные, чем
показаны на фиг. 56.
При выборе геометрических размеров индуктора следует учи-
тывать условия нагрева паяемой зоны и охлаждения самого ин-
дуктора. Сечение трубки должно обеспечивать пропускание до-
статочного количества охлаждающей воды при номинальном то-
ке в индукторе. Толщина стенки трубки не должна быть менее
глубины проникновения тока в медь при данной частоте. Рас-
стояние между витками также необходимо установить оптималь-
ное: при слишком большом расстоянии между витками ослаб-
ляется эффективность электромагнитного поля, а при малом
расстоянии уменьшается зона нагрева и, кроме того, возможно
замыкание витков.
Учитывая сказанное, для простейшего индуктора используют-
ся круглые трубки диаметром 6—10 мм или профилированные
трубки примерно такой же площади поперечного сечения.
Более сложные индукторы паяются тугоплавкими припоями
или свариваются медью из медных полос, трубок или листовой
меди. Толщина стенок индуктора при пайке ламповыми генера-
торами или машинными генераторами с частотой около 8000 гц
должна быть 1—1,5 мм.
При пайке током с частотой 2500 гц и ниже толщину стенки
индуктора необходимо брать не менее 1,5—2 мм. Расстояние
между витками индуктора обычно устанавливается равным
0,5—1 диаметра трубки.
Интенсивность электромагнитного поля, а следовательно, эф-
фективность нагрева при индукционной пайке в значительной
степени зависят от зазора между деталью и индуктором. Для
быстрого нагрева зазор между индуктором и деталью должен
быть небольшим (2—3 мм). При постепенном нагреве зазор этот
увеличивается до 20—25 мм. Обычно при пайке малые зазоры
применяют для нагрева деталей простейшей формы, а большие
зазоры — для пайки деталей сложной конструкции. Иногда це-
лесообразно изготовлять одновитковый индуктор с большим за-
зором и нагревать деталь перемещением ее внутри индуктора то
к одной, то к другой его стороне.
Увеличение зазора между индуктором и деталью приводит к
худшему использованию источника тока и индуктора. Несмотря
на это, возможность равномерного нагрева изделия (за счет
теплопроводности) его материала оправдывает во многих слу-
чаях изготовление индукторов с большим зазором. Чтобы не
было значительного снижения коэффициента мощности и к. п. д.
индуктора, следует избегать слишком больших зазоров.
При выборе зазора между индуктором и паяемым изделием
необходимо учитывать также материал последнего и возмож-
ность регулировки, передаваемой в индуктор мощностью гене-
ратора. Если генератор имеет только ступенчатую регулировку,
161
то для плавного нагрева изделия приходится преднамеренно
завышать зазор между изделием и индуктором.
При конструировании индуктора важное значение имеет и
нижний предел зазора между ним и паяемым изделием. При
слишком малом зазоре {менее 2 мм) возможно местное оплав-
ление поверхности вследствие недостаточно точной центровки
детали в индукторе. Трудность точной центровки может приве-
сти также к замыканию отдельных витков индуктора через де-
таль, а следовательно, к прожогу и порче детали. Чтобы пред-
отвратить короткое замыкание, трубки индуктора должны быть
изолированы асбестовым шнуром, пропитанным жидким стеклом,
или покрыты жаропрочной эмалью, состоящей из 38% кварце-
вого песка, 40% свинцового сурика, 12% двуокиси олова и 10%
поташа. Эмаль указанного состава имеет высокую пластичность
и не растрескивается при быстром нагревании и охлаждении.
Эмалирование индуктора производится горячим способом при
температуре не выше 800—850°. Эмали, наносимые при более вы-
сокой температуре, могут привести к распаиванию индуктора,
если последний изготовлен пайкой латунью или серебряными
припоями. Индукторы, сваренные медью, выдерживают более вы-
сокую температуру, чем паяные (температура плавления меди
1083°), поэтому более пригодны для эмалирования. В этом слу-
чае могут быть использованы эмали с высокой жаростойкостью
и прочностью.
Оборудования для пайки. Сюда относятся: оправки, прижи-
мы, конвейеры, поворотные столы, вакуумные насосы и т. д. Ха-
рактер этого оборудования зависит от способа ведения пайки и
вида защиты нагреваемой детали от окисления. При ручной пай-
ке оно должно быть простейшим, а при автоматической или по-
луавтоматической — более сложным.
Основные типы оборудования, применяемого при высокоча-
стотном нагреве, будут указаны ниже при рассмотрении различ-
ных способов пайки металлов токами высокой частоты — с при-
менением твердых флюсов, в газовой среде и вакууме.
ПАЙКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ТВЕРДЫХ ФЛЮСОВ
По способу введения деталей в индуктор и характеру нагрева
пайка с применением твердых флюсов может быть ручной, полу-
автоматической и автоматической.
При ручной пайке деталь при помощи оправки вво-
дится в индуктор (фиг. 57) или переносный индуктор устанавли-
вается на паяемую деталь (фиг. 58). Расстояние между индук-
тором и отдельным местом детали регулируется вручную. Для
ручной пайки индуктор в большинстве случаев делается одно-
или двухвитковым. Включение тока производится каждый раз
после установки детали в индуктор. Продолжительность нагрева
определяется по плавлению припоя и цвету паяемого изделия.
162
После выключения тока спаянная деталь вынимается из индукто-
ра и устанавливается новая.
Такой способ пайки не обеспечивает высокой производитель-
ности и рекомендуется лишь для обработки простейших разно-
типных деталей в небольших количествах.
Более высокую производительность дает ручная пайка с не-
прерывным нагревом. В этом случае установка имеет многоме-
стный индуктор, который остается включенным на все время ра-
боты. Детали вносятся в индуктор одна за другой последователь-
но, в результате чего каждая из них нагревается до требуемой
Фиг. 57. Ручная периодическая пайка
деталей.
1 — оправка; 2 — индуктор; 3 — паяемые
детали; 4 — припой.
Фиг. 58. Переносный индуктор.
температуры с отставанием в несколько секунд. Таким образом,
одни детали будут подогреваться, а другие будут нагреты до тем-
пературы пайки. По мере готовности спаянные детали заменяют-
ся новыми.
Ручная непрерывная пайка дает возможность лучше исполь-
зовать генератор. Он применяется преимущественно для пайки
металлорежущих инструментов.
Иногда ручная пайка может быть осуществлена при повтор-
но-кратковременном нагревании, когда по достижении макси-
мально допустимой температуры в паяемой детали генератор
выключается на некоторое время, а затем снова подается ток.
При таком нагреве температура детали выравнивается за счет
теплопроводности материала.
Этот вид пайки применяется для соединения толстостенных
деталей с тонкостенными и при работе на генераторе, имеющем
мощность большую, чем требуется для пайки данной детали, а
также в тех случаях, когда генератор имеет плохую регулировку.
Повторно-кратковременный нагрев может производиться
автоматически при помощи фотоэлектрического пирометра. При
полуавтоматической пайке детали закрепляются в жестком прис-
пособлении, и место спая точно фиксируется по отношению к ин-
дуктору. Установка детали в индуктор, включение тока и извле-
чение спаянной детали производятся вручную, а выключение
тока после осуществления пайки происходит автоматически.
163
Выключение генератора при полуавтоматической пайке мо-
жет производиться различными способами: по достижении тре-
буемой температуры, по истечении определенного времени или
после затраты определенного количества энергии. В первом слу-
чае для выключения генератора используется фотоэлектрический
пирометр, настроенной на заданную температуру. Во втором слу-
чае режим нагрева подбирается так, что по истечении определен-
ного времени специальное реле выключает ток. В третьем случае
Фиг. 59. Автоматическая пайка с не-
прерывной подачей деталей в индук-
тор:
1 — припой; 2 — вращающийся диск; 3 —
оправка для насадки детали; 4 — паяемые
детали; 5 — проходной индуктор.
продолжительность и темпера-
тура нагрева контролируются
по счетчику энергии, который
выключает генератор после за-
траты дозированного количе-
чества энергии. При автомати-
ческой пайке подача деталей
в индуктор осуществляется
при помощи специальных уст-
ройств. Нагрев при этом мо-
жет быть периодическим или
непрерывным.
При периодическом нагреве
деталь автоматически посту-
пает в индуктор, затем авто-
матически включается ток и
производится нагрев детали в
течение заданного времени.
После выключения генератора
деталь удаляется из индуктора.
При непрерывном нагреве генератор не выключается. Детали
при помощи конвейера или вращающегося стола непрерывно по-
ступают в индуктор, где находятся в течение времени, необходи-
мого для осуществления пайки. Индуктор при этом должен быть
проходным.
Процесс непрерывной (конвейерной) автоматической пайки
показан на фиг. 59. Как видно (фиг. 59) установка имеет вра-
щающийся диск 2 с оправками для насадки деталей 3. Паяемые
детали 4 на оправке подаются к индуктору 5, по выходе откуда
деталь некоторое время охлаждается и после затвердевания
припоя сбрасывается с конвейера.
Для пайки резцов Н. А. Бухманом разработана автоматиче-
ская установка, которая имеет стол диаметром 1 м, вращающий-
ся со скоростью 4—5 мм)сек двигателем мощностью 0,25 кет.
Резцы закрепляются на столе при помощи пружинных прижимов.
Индуктор автомата (фиг. 60) сконструирован с учетом необходи-
мости равномерного нагрева резцов за время прохождения через
зону нагрева.
Технологический процесс пайки т. в. ч. производится на тех
же основах, на которых базируются другие виды пайки.
164
Фиг. 60. Индуктор
установки Н. А. Бух-
мана для автоматиче-
ской. пайки режущих
инструментов.
Для осуществления пайки паяемые детали до нагрева, как
правило, фиксируются друг относительно друга и закрепляются
жестко на ручной оправке, на конвейере или на поворотном сто-
ле. При пайке внахлестку верхняя деталь (например, пластина
при пайке резцов) иногда после плавления обжимается (прити-
рается) вручную для выдавливания избыточного флюса и полу-
чения узкого паяного шва.
Качество паяного соединения при применении т. в. ч. зависит
во многом от правильного ведения процессов нагрева, который
определяется положением индуктора и ре-
жимом пайки.
Положение индуктора относительно
паяемого участка должно выбираться наи-
более рационально для обеспечения равно-
мерного нагрева соединяемых частей. Так,
при пайке деталей с различной толщиной
индуктор должен располагаться ближе к
толстостенной детали, а тонкостенная де-
таль нагревается за счет теплопроводности
материала. Если паяемые детали имеют
разнородный материал, то индуктор рас-
полагают ближе к детали с большей тепло-
проводностью.
Если паяются детали, изготовленные из
магнитного и немагнитного материала, на-
грев следует вести со стороны детали из
магнитного материала.
Основными показателями режима вы-
сокочастотной пайки являются продолжи-
тельность нагрева при требуемой температуре.
Нагрев мелких деталей должен производиться быстро. Для
нагрева массивных деталей требуется длительное время. Однако
и для мелких деталей существуют пределы скорости нагрева, так
как хорошее смачивание получается, если флюс некоторое время
находится в контакте с поверхностью изделия. Опыты показы-
вают, что для получения высококачественного шва время нагре-
ва должно быть не менее 10 сек. Массивные детали можно на-
гревать до 10—15 мин.
Температура нагрева в большинстве случаев определяется на
глаз и по растеканию припоя. Однако при необходимости, осо-
бенно при отладке режима пайки, температуру детали можно за-
мерить при помощи термопары или пирометра.
Высокочастотной пайке поддаются все марки сталей, особен-
но углеродистые. Легированные стали паяются хуже. Однако
при тщательной подготовке изделия и правильном ведении пай-
ки с применением флюса 201 можно получить хорошие резуль-
таты даже при пайке жаропрочных сталей.
Пайка т. в. ч. может быть с успехом применена также для
П Р. Е. Есенберлин	165
Фиг. 61. Пайка вилки
велосипеда:
а — узел, подлежащий
пайке; б — пайка узла.
деталей из медных, никелевых, алюминиевых и других сплавов
путем подбора соответствующих припоев и флюсов.
На фиг. 61 показана пайка т. в. ч. вилки велосипеда. Для пайки
вилки велосипеда требуется индуктор, состоящий из двух вит-
ков спирали и трех петель. Узел, подлежащий пайке (фиг. 61, а),
состоит из коронки 1, перьев 2, стержня 3 и усилителя 4. Нагрев
припоя 5, коронки, а также сочленяющихся с нею частей стержня
и перьев осуществляется (фиг. 61,6) в ос-
новном нижним витком 2 индуктора; уси-
литель нагревается петлей 5 изнутри.
Кроме этого, производится дополнитель-
ный нагрев концов перьев вблизи коронки
верхним витком 1 индуктора, и стержня
с усилителем снаружи двумя петлями 4>
опускающимися с витка 2.
ПАЙКА В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ
Для защиты деталей от окисления при
пайке токами высокой частоты могут быть
использованы газы, которые указаны в
табл. 40. Выбор газовой среды для раз-
личных материалов, ее очистка и осушка
при индукционном подогреве осуществля-
ются так же, как при пайке в печах.
Существуют два основных способа пай-
ки деталей в газовой среде с использова-
нием высокочастотного тока: 1) с косвен-
ным нагревом деталей партиями (в кон-
тейнере) и 2) с непосредственным нагревом
одной или нескольких однотипных деталей
в электромагнитном поле индуктора. Пайка
в контейнере токами высокой частоты прин-
ципиально отличается от пайки в печном
контейнере лишь способом нагрева. При
пайке с непосредственным нагревом деталь
(или группа деталей) вместе с индуктором помещают в спе-
циальный кожух из цветного металла, куда подается защитный
газ (фиг. 62). Чтобы внутрь кожуха не попадал воздух, место
входа в него индуктора имеет изоляционное уплотнение, кото-
рое одновременно предохраняет выводы индуктора от замы-
кания. При необходимости кожух охлаждают водой. Загрузку
деталей в кожух производят через отверстие, закрываемое гер-
метично крышкой со смотровым отверстием. Подача газа в ко-
жух и отвод его производятся так же, как и в случае пайки
в контейнере. Пайка с непосредственным нагревом является
менее производительным процессом, чем пайка в контейнере^
однако во многих случаях она может быть использована.
166
Пайка в газовой среде токами высокой частоты производится
с учетом как особенности высокочастотного нагрева, так и на-
грева в атмосфере защитного газа, о которых говорилось
выше.
Следует иметь в виду, что из припоев, указанных в главе I,
для газовой пайки могут быть использованы даже те, которые
имеют легкоиспаримые компоненты, как цинк. Последнее поло-
жение объясняется тем, что продолжительность высокочастот-
ного нагрева небольшая, вследствие чего не происходит замет-
ного изменения химического состава припоя.
Температура нагрева при пайке в контейнере с высокочастот-
ным нагревом определяется, как и при пайке в печном контей-
нере, при помощи термопары. Продолжительность пайки уста-
навливается экспериментальным путем с учетом необходимого
времени на восстановление окислов и совершения диффузионно-
го процесса. При непосредственном нагреве режим пайки в боль-
шинстве случаев устанавливается так же, как при пайке токами
высокой частоты с применением твердых флюсов.
По окончании пайки деталь охлаждается в контейнере под
током восстановительного газа до температуры 200—230°. При
нагревании в атмосфере инертных или нейтральных газов охлаж-
дение детали до указанных температур в защитной среде произ-
водится только в том случае, когда требуется получить блестя-
щую поверхность.
ПАЙКА В ВАКУУМЕ
Пайка токами высокой частоты в вакууме применяется пре-
имущественно в лабораторных условиях и может быть осуществ-
лена, как и пайка в газовой среде, с косвенным или непосред-
ственным нагревом.
Для косвенного нагрева паяемых деталей токами высокой
частоты можно использовать контейнер небольшого объема из
жаропрочного сплава. Технологический процесс пайки отличает-
ся от вакуумной пайки в печах лишь способом нагрева контей-
нера.
Пайка в вакууме токами высокой частоты с непосредствен-
ным нагревом может быть осуществлена в кожухе, аналогичном
кожуху, указанному на фиг. 62. Для получения хорошей герме-
тичности место ввода индуктора в кожух и крышки кожуха
должны иметь хорошее уплотнение. Пайка с непосредственным
нагревом осуществляется в той же последовательности, в какой
выполняется пайка с косвенным нагревом.
Вместо индуктора, вставленного внутрь кожуха, непосред-
ственный нагрев детали может быть осуществлен индуктором,
установленным над стеклянным колпачком, накрываемым де-
таль.
Для получения глубокого вакуума под колпачком края по-
следнего должны плотно прилегать к поверхности стола, на ко-
11*	167
тором устанавливается деталь. По указанному принципу а
1941 г. в лаборатории профессора В. П. Вологдина был создан
станок-автомат для пайки свечей зажигания двигателя внутрен-
него сгорания (фиг. 63).
Фиг. 62. Схема устройства для высокочастотной пайки в восстановительной
среде с непосредственным нагревом деталей:
/ — сосуд; 2 — изоляционное уплотнение; 3 — индуктор с паяемой деталью; 4 — трубка
для подачи газа; 5 — крышка сосуда; 6 — предохранительный наконечник; 7 — медная
стружка; 8 — трубка для отвода газа; 9 — охлаждающая трубка.
Для пайки на таком автомате детали нужно устанавливать
на массивный медный стол, охлаждаемый водой, и поочередно
А вакуум-насоси
Фиг. 63. Станок-автомат для пайки деталей в вакууме:
/ — медный стол; 2 — стеклянный колпачок; 3 — индуктор; 4 — паяемые детали.
накрывать стеклянными колпачками. Специальным приводом
стол с деталями периодически, через определенные промежутки
времени, перемещается на некоторый угол. При этом система
каналов соединяет пространство под вновь установленным кол-
168
пачком с вакуумным насосом, и таким образом создается необ-
ходимый вакуум. В определенном положении колпачок накры-
вается индуктором и деталь нагревается до необходимой темпе-
ратуры. После пайки индуктор приподнимается и выключается
ток. Далее к индуктору подводится следующая деталь и процесс
повторяется. Спаенная свеча охлаждается, передавая свое тепло
столу, и при температуре 200—230° извлекается из станка. Полу-
ченные таким способом детали имеют светлую поверхность и
могут быть сразу направлены на сборку.
ГЛАВА X
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ДЕФЕКТЫ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Основными дефектами паяных соединений могут быть: пло-
хое смачивание паяемого металла припоем, плохое затекание
припоя в зазор между паяемыми поверхностями, шлаковые
включения в шве, пористость шва, отсутствие галтели (валиков)
у кромок паяных деталей, наплывы припоя, трещины в шве,
перегрев соединения и связанные с этим структурные измене-
ния материалов.
При плохом смачивании основного металла припоем не
образуется сплава между ними, последний свертывается в ша-
рик и не растекается. Причина — наличие окисной пленки на по-
верхности спая вследствие плохой зачистки перед пайкой, недо-
статочной активности флюса, или недостаточного количества его,
а также несоблюдения установленного режима технологического
процесса (низка температура пайки, мал нагрев). При пайке в га-
зовых средах или в вакууме плохое растекание припоя по поверх-
ности паяемого металла свидетельствует также о низких восста-
новительных свойствах применяемого газа или о недостаточно
глубоком вакууме. Плохое смачивание или совсем не дает пая-
ного шва или дает шов с весьма низкой прочностью. Плохое за-
текание расплавленного припоя в зазор между паяемыми по-
верхностями при хорошем смачивании припоем основного метал-
ла происходит главным образом при плохой подготовке деталей
к пайке: поверхности не защищены от окислов, зазор между
паяемыми деталями слишком мал или слишком велик или сбор-
ка с перекосом. В последнем случае в отверстии паяемой детали
с одной стороны образуется малый, а с другой очень большой за-
зор, что приводит к нарушению условий капиллярности.
Припой не затекает в зазор также при недостаточном на-
греве, поскольку это может служить причиной появления на
поверхности детали в зазоре окисной пленки. При плохом за-
текании припоя в зазор не вся поверхность контакта соединяе-
мых деталей участвует в работе, поэтому пайка получается
непрочной.
170
Шлаковые включения в шве образуются, когда припой пла-
вится раньше флюса и последний не вытесняется из зазора рас-
плавленным припоем. Оставшийся в шве флюс снижает проч-
ность соединения и может служить источником коррозии.
Пористость шва бывает обычно при пайке в газовой среде
вследствие растворения последней расплавленным припоем или
при пайке припоями, содержащими легкоиспаряемые компонен-
ты. Пористость снижает прочность паяного соединения.
Отсутствие галтели (валиков) в кромках соединений, паян-
ных внахлестку, происходит из-за излишне высокой температуры
и продолжительном нагреве или при недостаточном количестве
припоя. При высокой температуре пайки и длительном нагреве
припой растекается по поверхности изделия, что и приводит к
уменьшению галтели. Галтели, воспринимают часть нагрузки,
действующей на конструкцию, поэтому отсутствие их снижает
прочность соединения.
Наплывы припоя на внешней стороне паяемых поверхностей
возникают при неравномерном нагреве шва. Если одна из паяе-
мых деталей перегрета, то припой будет растекаться по поверх-
ности этой детали раньше, чем заполнит зазор и образует гал-
тели. Наплывы также снижают качество шва.
Трещины в паяном шве могут появиться при быстром охлаж-
дении после пайки, если основной металл и припой имеют зна-
чительную разницу в коэффициентах теплового расширения, а
шов является недостаточно пластичным.
Паяное соединение с трещиной не допускается. Перегрев пая-
ного соединения происходит при завышении температуры пайки
и длительном нагреве. При этом изменяется структура материа-
ла изделия и химический состав припоя, если последний со-
держит легкоиспаряемые компоненты, как цинк. Так, при приме-
нении меди в качестве припоя для пайки стали незначительное
удлинение выдержки при температуре пайки (1100—1200°) при-
водит к заметному структурному изменению паяемого материа-
ла, что может сказаться на прочности детали. При пайке медно-
цинковыми и некоторыми серебряными припоями, содержащими
цинк, при температурах 900—1000° и выше происходит интенсив-
ное выгорание цинка. Продолжительный нагрев при этой темпе-
ратуре увеличивает выгорание цинка, входящего в состав припоя.
Особенно недопустим перегрев при пайке закаленных стальных
изделий припоем ПСр 40. Нагрев при температурах, близких
к 700°, сводит на нет преимущества применения этого легко-
плавкого припоя. Таким образом, перегрев детали при пайке
также снижает ее прочность.
Дефекты паяных соединений во многих случаях могут быть
исправлены. Для этого следует нагреть шов до температуры
плавления и распаять, а затем, устранив причины, вызвавшие
брак, спаять его вновь. При этом в зависимости от характера де-
фекта необходимо:
171
1)	произвести заново тщательную очистку поверхностей, под-
лежащих пайке;
2)	собрать паяемые детали с соблюдением установленных за-
зоров, не допуская перекосов, и зафиксировать их друг относи-
тельно друга;
3)	проверить состояние и состав применяемого флюса и его
соответствие паяемому металлу;
4)	при пайке в газовых средах проверить его восстановитель-
ные свойства и, если последние недостаточно высокие, произвести
его очистку от примесей, а также увеличить содержание актив-
ных компонентов в атмосфере печи;
5)	проверить качество используемого припоя по температуре-
плавления, растекаемости, прочности шва и другим свойствам;
6)	уточнить режим пайки: продолжительность процесса, тем-
пературу нагрева.
Если после устранения предполагаемых причин дефекта по-
вторная пайка не дает положительного результата, следует пере-
смотреть технологический процесс.
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПАЯНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Надлежащее качество паяных изделий обеспечивается все-
сторонним контролем. При этом рекомендуется систематически
или периодически в зависимости от условий работы контролиро-
вать исходные материалы (основной металл, припои, флюсы, га-
зовую среду), подготовку деталей к пайке, процесс пайки и сами
паяные изделия. При контроле исходных материалов нужно про-
верить их химический состав, а также активность флюсов и вос-
становительных газов.
Контроль активности флюса позволяет выяснить пригодность
выбранного флюса для пайки данного металла. Активность флю-
са проверяется технологической пробой на растекаемость. Для
этого на пластинку, изготовленную из материала, соответствую-
щего материалу паяемого изделия, устанавливается припой и
исследуемый флюс в определенных количествах. После этого
пластинка с флюсом и припоем нагревается до температуры пай-
ки. При одинаковом количестве припоя и флюса чем больше пло-
щадь растекания, тем активнее флюс.
Об активности флюса можно судить и по температуре пайки.
Из двух флюсов, имеющих одинаковую температуру плавления,
активнее тот, который обеспечивает растекание припоя одной и
той же марки при более низкой температуре.
Иногда качество флюса определяется простой пробой —плав-
лением небольшого количества флюса на пластинке, марка кото-
рой соответствует марке паяемого металла. Расплавленный флюс,
если он имеет высокую активность, мгновенно очищает поверх-
ность пластинки от окислов, и последняя становится блестящей.
Контроль активности газовой среды производится также про-
веркой на растекаемость припоя.
172
При контроле подготовки деталей к пайке проверяют чистоту
паяемых поверхностей, а также зазоры, соосность, размеры пере-
крытий и взаимную фиксацию паяемых деталей при сборке.
Контроль процессов пайки сводится к проверке температуры
пайки, продолжительности нагрева, состояния приспособлений и
оборудования, обеспечивающих пайку, достаточность введенного
в шов припоя и флюса и т. д.
При контроле паяных изделий необходимо установить, нет ли
дефектов, указанных выше. При этом применяются различные
способы контроля: внешний осмотр, механические испытания,
Фиг. 64. Испытание паяного соединения:
1 — тиски; 2 — паяный образец; 3 — припой; 4 — место отрыва валика припоя от пла-
стинки. Стрелка показывает место удара.
проверка на плотность, металлографическое исследование, рент-
геновское просвечивание, люминесцентный метод, ультразвуко-
вой метод, испытания на коррозию, химический анализ и др.
Внешним осмотром паяных соединений выявляется характер
галтелей, образуемых по кромкам паяемых деталей, отсутствие
наплывов припоя, видимых трещин, раковин, пор и т. д., а также
состояние поверхности детали при пайке в газовых средах или
вакууме.
Механическими испытаниями определяются прочность, пла-
стичность и другие свойства паяных соединений.
Простейшим механическим испытанием паяного шва является
проба на изгиб. Для этого образец (две пластинки с размерами
50X10X1 мм, спаяные с нахлесткой 3 мм) зажимают в тисках
так, чтобы галтель с одной стороны перекрытия не захватывалась
губками тисков (фиг. 64, а). После этого ударом молотка со сто-
роны галтели одна из паяных пластинок сгибается на 90° (удар
наносится не по шву, а по пластинке). Если при этом припой не
отрывается от пластинки, то это свидетельствует о высоком каче-
стве пайки (фиг. 64, б). При низкой прочности и пластичности
соединения припой легко отрывается от пластинки (фиг. 64, в).
Испытание на изгиб паяного шва рекомендуется при отработке
режима пайки, а также при необходимости проверки пригодности
флюса, атмосферы печи или припоя для пайки. Если технологи-
ческая проба образца дает положительный результат, то следует
производить выборочное испытание паяного изделия на срез или
173
иногда на растяжение на обычных разрывных машинах. Плот-
ность паяных швов определяется для соединенйй, от которых тре-
буется герметичность. Испытание на плотность проводится гид-
равлическим или пневматическим способами. Иногда для этой
цели применяется керосин.
Для гидравлического испытания паяное изделие наполняется
водой или другой жидкостью и выдерживается под определенным
давлением, установленным специальными техническими условия-
ми на приемку. При этом в местах соединения, где имеются
неплотности, появляются капли или струйки жидкости.
При пневматическом испытании в паяное изделие нагнетают
воздух под определенным давлением, после чего изделие погру-
жают в воду. При наличии неплотности воздух пузырьками выхо-
дит через воду. Иногда вместо погружения изделия в воду его
швы снаружи покрываются мыльной водой и по образовавшимся
мыльным пузырькам находят неплотность. Испытание керосином
состоит в том, что паяные швы покрывают густым раствором ме-
ла в воде, после высыхания которого с обратной стороны обильно
’Смазывают керосином (или в изделие наливают керосин). При
наличии неплотности появляются темные пятна на поверхности
шва, покрытого мелом.
Металлографическое исследование паяных швов дает возмож-
ность контролировать его макро- и микроструктуру. Макроиссле-
дованием выявляются: пористость, шлаковые включения, трещи-
ны и другие дефекты, видимые невооруженным глазом. Микро-
исследование дает возможность выявлять микротрещины, пере-
грев и характер сплавления припоя с основным металлом. Метал-
лографическое исследование паяных соединений проводится по
общепринятым методам в металловедении.
Рентгеновский контроль паяных швов позволяет определять
внутренние дефекты без разрушения изделия (заполнение зазо-
ра между паяемыми деталями припоем, шлаковые включения
и т. д.).
Этот вид контроля основан на различной поглощаемости рент-
геновских лучей дефектными и здоровыми участками паяного
^соединения. Трещины, поры, шлаковые включения и другие де-
фекты шва поглощают лучи меньше, чем плотный металл, поэто-
му в участках с дефектами лучи проходят интенсивнее и сильнее
действуют на фотопленку. Таким образом, на фотопленке обра-
зуются почернения, соответствующие форме и размерам дефекта.
Люминесцентный метод служит для выявления трещин, пор
и невидимых невооруженным глазом раковин, выходящих на по-
верхность изделия. При этом методе испытываемое изделие по-
гружают на несколько минут в раствор, состоящий из 10% авто-
.ла и 90% керосина. После этого изделие промывают бензином
или водой, насухо вытирают и на поверхность паяного шва насы-
пают магнезитовую пудру. При наличии дефектов пудра впиты-
вает оставшийся в нем раствор. Если такое изделие освещать
174
ультрафиолетовыми лучами, то оно будет иметь фиолетовую
окраску, а дефектное место — яркое свечение.
Люминесцентный метод прост, производителен и может быть
использован как для магнитного, так и немагнитного материала.
Юднако он годен лишь для определения дефектов, выходящих на
поверхность шва.
Ультразвуковой контроль паяных соединений дает возмож-
ность выявить внутренние дефекты. В настоящее время имеется
несколько способов ультразвукового контроля: импульсный, тене-
вой и др.
Импульсный метод контроля основан на так называемом
принципе эхо-сигналов. Сущность этого явления состоит в том,
•что ультразвуковые волны, направленные от любого источника
колебания, встретив в среде, где они распространяются, какое-
либо препятствие, могут возвращаться обратно. При распростра-
нении ультразвуковых волн в металле таким препятствием может
служить край (противоположная стенка) металла, трещины, ра-
ковины или другие дефекты внутри него. Таким образом момент
обратного возвращения ультразвуковых волн зависит от наличия
или отсутствия дефектов.
Импульсный дефектоскоп имеет одну или две головки (щуп).
В первом случае головка сначала излучает ультразвуковой сиг-
нал, а затем воспринимает его отражение. Во втором случае одна
головка дает сигналы, вторая же служит приемником отражен-
ных волн.
Для контроля качества детали головка дефектоскопа плотно
прижимается к поверхности исследуемого участка, а от излуча-
теля посылается сигнал. При отсутствии дефектов сигнал дойдет
до противоположной стенки изделия и возвратится обратно.
При этом возбуждается электрический сигнал, и на электронно-
лучевой трубке дефектоскопа изображаются кривые с двумя пи-
ками, соответствующими излученному сигналу и его отражению
от противоположной стенки. Если ультразвуковые волны в пути
обнаруживают дефект, приемная головка воспринимает сначала
эхо, отраженное от него, а потом уже — от противоположной
стенки. В результате изменится характер кривой на электронно-
лучевой трубке. Промежуточные пики показывают дефектный
участок.
На фиг. 65 дана схема импульсного ультразвукового дефекто-
скопа и его действие (вариант дефектоскопа с объединенным из-
лучателем и приемником ультразвуковых колебаний).
Задающий генератор вырабатывает электрический ток с час-
тотой 400—500 импульсов в секунду, передаваемый генератором
импульсов и развертки. Генератор импульсов формирует корот-
кие импульсы, поступающие к головке, для преобразования их в
ультразвуковые колебания. При плотном наложении на исследуе-
мое изделие головки луч распространяется по нему и спустя не-
которое время отраженные волны возвращаются обратно. При
175
этом на электродах головки появится электрический ток, кото-
рый, как и посланный сигнал, через приемный усилитель подсту-
пает к пластинкам вертикального отклонения луча на электронно-
лучевой трубке.
Генератор развертки вырабатывает линейно-возрастающее
напряжение, подводимое к пластинкам горизонтального отклоне-
Фиг. 65. Схема ультразвукового дефектоскопа:
/ — задающий генератор; 2 — генератор импульсов; 3 — паяная деталь; 4 — обнаружен-
ный дефект; 5 — головка; 6 — генератор развертки; 7 — электронно-лучевая трубка;
8 — приемный усилитель.
ния луча трубки. В зависимости от силы поступающего через
приемный усилитель сигнала на экране трубки будут появляться
кривые, характеризующие иследуемый объект.
Крайние пики кривых соответствуют отправленному сигналу
и его отражению от противоположной стенки. Все промежуточ-
ные пики показывают дефекты,
Фиг. 66. Примерный характер изо-
бражения на экране ультразвукового
дефектоскопа:
а — изделие не имеет дефекта; б — внут-
ри изделия обнаружен дефект; 1 — сигнал;
2 — отражение от противоположной стен-
ки; 3 — дефект.
струкцию.
имеющиеся внутри изделия.
Примерный характер изо-
бражения на экране дефекто-
скопа показан на фиг. 66, где
кривая а соответствует слу-
чаю, когда деталь не имеет
дефекта, и б, когда внутри нее
обнаружен дефект.
В первом случае на экране
будет два пика: 1 — послан-
ный сигнал и 2— его отраже-
ние от противоположной стен-
ки детали.
Во втором случае кривая
имеет три пика: промежуточ-
ный пик 3 показывает, что об-
наружен один дефект.
Место расположения дефекта показывает глубиномер при-
бора. При теневом способе контроля дефект определяется не
по отражению, а по прохождению ультразвукового луча через
обследуемую деталь. Теневые дефектоскопы обычно посылают
сигналы не импульсами, а непрерывно, что упрощает их кон-
176
Теневые дефектоскопы имеют две головки: одна посылает
сигналы, другая воспринимает их. Головки устанавливаются в
разных местах испытываемой детали. При этом если нет дефею
та, то сигналы будут поступать равномерно. При наличии дефек-
та сигнал, улавливаемый приемником, ослабляется или усили-
вается в зависимости от скорости распространения волн в среде,
представляющей дефект.
Испытания паяных швов на коррозию проводятся при иссле-
дованиях свойства паяных изделий, при освоении пайки новых
сплавов и в других случаях. Рекомендуется применять следую-
щие методы оценки коррозионной устойчивости паяных швов:
1)	определение разности электродных потенциалов пары пая-
ный шов — основной материал;
2)	определение изменения веса изделия вследствие коррозии;
3)	определение изменения микроструктуры;
4)	определение механических свойств шва после выдержки в
агрессивной среде.
Химический анализ металла шва производится так же, как
это делается при иследовании сплавов, и применяется для выяс-
нения характера нового сплава, образованного в результате
сплавления припоя и основного металла.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Абаза С. А., Твердая пайка, Госэнергоиздат, 1948.
2.	Абковиц С., Бурк ел Д., Хилц Р., Титан в промышленности,
Оборонгиз, 1957.
3.	А й з и к о в и ч М. С., Пайка стальных деталей медью в атмосфере
диссоциированного аммиака. Ленинградский дом научно-технической пропа-
ганды, «Информационно-технический листок» № 78, 1954.
4.	Ас и нов ска я Г. А., Газопламенная пайка металлов, Машгиз, 1956.
5.	Апухтин Г. И., Технология пайки монтажных соединений в прибо-
ростроении, Госэнергоиздат, 1957.
6.	Бик-МухаметовИ. С., В помощь термисту-высокочастотнику,
Машгиз, 1957.
7.	Б о г о с л о в с к и й С. Д., С е р д ю к С. В., Скоростная капиллярная
пайка стальных изделий токами высокой частоты, Машгиз, 1949.
8.	Брукер X. Р. и Битсон Е. В., Пайка| в промышленности, Обо-
ронгиз, 1957.
9.	В о л о г д и н В. В., Пайка при индукционном нагреве, Машгиз, 1957.
10.	Газопламенная обработка металлов, Труды Всесоюзной научно-техни-
ческой конференции, Машгиз, 1957.
11.	Г о р о д н о в П. Т., К о р о т и н И. М., Прогрессивный процесс твер-
дой пайки в соляных ваннах, «Вестник машиностроения» № 9, 1955.
12.	Горохов В. А., С к р и п о в М. И., Пайка жаропрочными припоя-
ми, «Вестник машиностроения» № 7, 1953.
13.	Е с е н б е р л и н Р. Е., Пайка металлов в печах с газовой средой,
Машгиз, 1958.
177
14.	Ж е л н и н А. П. и О п а р и н И. Е., Пособие по паяльным работам».
Металлургиздат, 1943.
15.	3 а к с И. А., Твердая пайка меди в среде аргона, «Сварочное произ-
водство» № 2, 1955.
16.	3 е л ь д и с И. В. и Ильинский К. Д., Авиационно-ремонтное де-
ло, Воениздат, 1949.
17.	Имшенник К. П., Бухман Н. А., Технология пайки твердо-
сплавного инструмента, Машгиз, 1954.
18.	Куликов Ф. В., Лехцнер И. Р., Основные методы мягкой ю
твердой пайки, Трудрезервиздат, 1958.
10.	Кир до И . В., Пайка металла, Машгиз, 1958.
20.	К о н т о р И. И., Рыски н Ct. Е., Конструирование деталей под по-
верхностную закалку и пайку, «Автомобильная и тракторная промышлен-
ность» № 5, 1952.
21	Лакедемонский А. В. Хряпин В. Е., Паяние и припои».
Металлургиздат, 1958.
22.	Л а ш к о Н. Ф., Лашко-Авакян С. В., Металловедение сварки».
Машгиз, 1954.
23.	Лашко-Авакян С. В., Лашко Н. Ф., Пайка алюминиевыж
сплавов, Московский дом научно-те шической пропаганды им. Дзержинского,.
1958.
24.	Лашко Н. Ф., Лашко-Авакян С. В., Пайка металлов, Маш-
гиз, 1959.
25.	Лашко-Авакян С. В. Лашко Н. Ф., Пайка легких металлов,
(магния, титана, берилия) и их «плавов, Московский Дом научно-техниче-
ской пропаганды им. Дзержинского, 1958.
26.	Лозинский М. Г, Высокочастотная пайка в машиностроении^
«Вестник машиностроения» № 3, 1947.
27.	Н а и т и н г е л ь С., Мягкие припои, Металлургиздат, 1940.
28.	Н а т а н з о н Е. И., Тельнов Г. М., Пайка велосипедных рам на
Горьковском автозаводе, «Вестник машиностроения» № 12, 1953.
29.	Погодин-Алексеев Г. И., Теория сварочных процессов, Маш-
гиз, 1950.
30.	Р о з е н б е р г Л Д., Применения ультразвука, АН СССР, 1957.
31.	Рыжик 3. М., Пайка меднофосфористыми припоями, Машгиз, 1955L
32.	С а л ь н и к о в О. А., Пайка серебряными припоями в соляных ван-
нах, «Вестник машиностроения» № 12, 1956.
33.	С м и р я г и н А. П., Ш п а г и н А. И., Оловянистые бронзы, баббит
ты, припои и их заменители, Металлургиздат, 1949.
34.	Справочник газосварщика, Машгиз, 1957.
35.	Селютин А. М., Деревененков Н. М., Высокотемпературная
пайка стали медью в печах с восстановительной атмосферой, 1948.
36.	Ф е д о т о в Л. Е., Использование соляных ванн для пайки металлов»
«Станки и инструменты» № 3, 1951.
37.	Хренов К. К., Сварка, резка и пайка металлов, Машгиз, 1959.
38.	Ш м ы к о в А. А., М а л ы ш е в Б. В., Контролируемые атмосферы,
при термической обработке стали, Машгиз, 1953.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .......................................................... 3
Глава I.	Припои....................................................5
Взаимодействие припоя с паяемым	металлом........................7
Легкоплавкие припаи..........................................11
Медь и медноцинковые припои....................................15
Меднофосфористые припои........................................19
Серебряные припои............................................21
Жаропрочные припои.............................................27
Припои для пайки алюминиевых сплавов...........................30
Припои для пайки магниевых и титановых сплавов .	.	.	.	32
Г лава II. Флюсы.................................................34
Флюсы для пайки легкоплавкими	припоями......................36-
Флюсы для пайки тугоплавкими припоями..........................43
Флюсы для пайки алюминиевых сплавов............................51
Флюсы для пайки магниевых сплавов.............................53-
Глава III. Технологические основы пайки............................55
Типы паяных соединений.........................................55
Технология пайки...............................................58
Глава IV. Пайка легкоплавкими припоями.............................71
Пайка паяльниками..............................................71
Ультразвуковая пайка..........................................77'
Абразивная пайка.............................................  83
Глава V. Газопламенная пайка.......................................86
Пайка ацетилено-кислородным пламенем...........................86
Пайка в пламени газов — заменителей ацетилена..................91
Пайка керосино-кислородной горелкой............................98
Пайка паяльной лампой.........................................100
Технологическая особенность газопламенной пайки...............103
Глава VI. Пайка в жидких средах...................................114
Пайка в соляных ваннах........................................114
Пайка погружением в расплавленный припой......................119
Глава VII. Контактная пайка.......................................125
Пайка с непосредственным нагревом.............................126
Пайка с косвенным нагревом....................................128
Технологическая особенность контактной пайки ................ 129
179
Г лава VIII, Пайка в печах.......................................131
Пайка в газовой среде........................................131
Пайка с применением твердых флюсов...........................149
Пайка в вакууме..............................................150
Г лава IX. Пайка токами высокой частоты..........................154
Установки для пайки токами высокой частоты...................155
Пайка с применением твердых флюсов...........................162
Пайка в газовой среде........................................166
Пайка в вакууме..............................................167
Глава X. Контроль качества паяных соединений.....................170
Дефекты паяных соединений....................................170
Контроль качества паяных изделий .	 172
Литература.......................................................177
Равнак Есенберлинович Есенберлин
ПАЙКА МЕТАЛЛОВ
Редактор издательства Я. С. Степанченко
Техн, редактор В. Д. Элькинд	Корректор А. А. Шебаршова
Сдано в производство 16/1V 1959 г. Подписано в печать 24/VII 1959 г. Т-09008 Печ. л. 11,25.
Тираж 14000 экз. Уч.- изд. л. 11,5. Бум. л. 5,63. Формат бумаги 60Х921/ш Заказ № 232
Типография № 5 Госгортехиздата. Москва, Ж-88. Южно-портовый 1-й пр., 17
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр.	Строка	Напечатано	Должно быть
9	Табл. 1, графа 1, 2-я снизу	90°	70°	90°	0°
19	24, 25 и 26-я	возможность пайки.	возможность пайки
	сверху	Фосфор, входящий	меди без флюса; фос- фор, входящий
20	18-я снизу	повышена, так как	повышена увеличением продолжительности нагрева, так как
24	Табл. 14, графа 3,	30-34	30-34
	2 я снизу	2,32	32
36	19-я сверху	активизированные	активизированные или некоррозионные.
40	7-я сверху	табл. 27.	табл. 28.
66	13-я снизу	(фиг. 8 ,9),	(фиг. 9)
118	10-я снизу	труды,	трубы
147	2-я сверху	пара	пары
Р. Е. Есенберлин, зак. № 232.