Пайка

Технологии изготовления металлических изделий выбираются исходя из принципа экономии металла и упрощения процесса производства.  Зачастую сложные изделия изготавливаются поэлементно, с последующим соединением в единое целое. К наиболее простым методам соединения относится пайка. Пайка заполняет пространство между частями, создавая между ними неразъемное соединение жидким металлом или сплавом, называемым припоем. Наиболее часто для этой цели используют оловянно-свинцовые сплавы.

Процесс пайки можно разделить на несколько этапов:

  • Нагрев шва соединяемых частей до температуры плавления припоя;
  • Плавка припоя;
  • Заполнение шва растекающимся припоем;
  • Растворение металла соединяемых частей в припое, их взаимная диффузия;
  • Застывание и кристаллизация припоя.

На практике все этапы плавно перетекают друг в друга, иногда перекрываясь. Часто наблюдается прохождение побочных процессов.

Немаловажную роль в процессе пайки имеет т.н. смачивание – возможность сцепления между атомами припоя и металлом изделия. Характеризует смачивание величина краевого угла.

Рисунок 1 иллюстрирует градацию показателей качества смачивания поверхности паяемого изделия.

Смачивание зависит не только от характеристик припоя, но и от паяемого материала, то есть при прочих равных условиях припой может по-разному растекаться по поверхности паяемого металлического изделия.

Явление смачивания сопровождают явления взаимного растворения припоя и твердого металла друг в друге, а также иногда сопровождается созданием интерметаллических соединений на границе между ними. На  эти процессы оказывает влияние множество факторов: физические и химические свойства твердого металла и припоя, выбранный температурный режим пайки и ее продолжительность.

Явление смачивания является следствием возникновения энергетического взаимодействия между атомами припоя и спаиваемой поверхности.  Только при сохранении этих связей и после окончательного застывания пайка  будет качественной. Диффузия между применяемыми сплавами иногда позволяет увеличить прочность соединения, однако чаще всего диффузия сопровождается появлением интерметаллических соединений, негативно сказывающиеся на прочности спаиваемых поверхностей. Соответственно, выбор методов пайки должен быть продиктован желанием максимизировать смачивание, не допуская образования слоя интерметаллических соединений.

Классификация методов пайки

  • Паяльник
    • Без постоянного подогрева
    • С непрерывным подогревом
    • С  электронагревом
    • Дуговые
    • Специальные
  • Газовое пламя
    • Нагрев паяльными лампами
    • Нагрев газом
    • Нагрев бензином или керосином
    • Нагрев ацетиленом
  • Электроток
    • Контактный
    • Индукционный
    • Дуговой
    • Керамический блок
  • Расплав
    • В расплавленный припой
    • В расплавленную соль
    • Заливка изделия расплавленным припоем
    • В горячее масло
  • Печь
    • С предварительным флюсованием
    • В контролируемой атмосфере
  • Специальные способы
    • В вакууме
    • Ультразвуковой
    • Реактивно-флюсовой
    • Контактно-реактивный
    • С механическим удалением окисной пленки
    • С нагревом излучением кварцевых ламп
    • Экзотермический

Условия получения надежного соединения при пайке:

  • Припой должен иметь меньшую температуру плавления, чем спаиваемые материалы;
  • Коэффициенты их термического расширения не должны сильно разниться;
  • Твердый металл, подвергающийся пайке должен быть  хорошо смачиваемым выбранным расплавленным припоем;
  • Шов, получаемый при пайке должен быть герметичным, прочным и пластичным;
  • Пара (припой/твердый металл) не должна понижать антикоррозийные свойства друг друга;
  • В пайке изделий радио и электротехнической промышленности следует использовать электропроводящие припои;

Рисунок 2 наглядно представляет важнейшую характеристику – температуру плавления для различных припоев.