Паянием называется способ соединения частей металлических изделий при
помощи расплавленных металлов или сплавов, называемых припоями.
Паяние широко применяется во многих отраслях промышленности и в сельском
хозяйстве. Паянию подвергаются ответственные части тракторов и
автомобилей (радиаторы, различного рода трубопроводы, шланги и т. п.).
Паяние металлов производят мягкими и твердыми припоями.. К группе мягких
припоев относятся оловянно-свинцовые, висмутовые и кадмиевые, а к группе
твердых — медно-цинковые и серебряные.
Чтобы получить при паянии прочные и плотные швы, спаиваемые места
необходимо хорошо очистить. Кроме того, в процессе паяния нужно
устранить ряд препятствий, мешающих прочному соединению спаиваемых
металлов. Металлы на воздухе, соединяясь с кислородом, окисляются. Этот
слой окиси в виде пленки нужно перед паянием удалить.
Чтобы удалить пленку окиси и предохранить металлы от
окисления в процессе паяния, применяют специальные
химические вещества, называемые флюсами. Наиболее распространенные флюсы
— соляная кислота, хлористый цинк, хлористый цинк-аммоний, бура,
канифоль и некоторые другие.
Оловянно-свинцовые припои. В состав
оловянно-свинцовых припоев входят олово и свинец, взятые в различных
соотношениях. В зависимости от содержания в припоях свинца й олова они
имеют разные свойства. Кроме того, оловянно-свинцовые припои содержат в
очень малых количествах сурьму, медь, висмут и мышьяк. Присадкой сурьмы
увеличивают прочность припоя, а присутствие висмута понижает температуру
плавления припоя.
Согласно ГОСТ 1499—42 применяются оловянно-свинцовые припои четырех
марок: ПОС-ЭО, ПОС-40, ПОС-ЗО, ПОС-18 и оловянно-свинцово-сурьмянистый
припой марки ПОС-4-6. Обозначение марок оловянно-свинцовых припоев
расшифровывается следующим образом. Буква П обозначает припой, ОС —
оловянно-свинцовый, а цифра — процент олова.
Оловянно-свинцовые припои, в зависимости от условий заказа, поставляются
в форме чушек, прутков, плиток, трубок, проволоки и лент.
Оловянно-свинцовые припои указанных марок плавятся при температуре от
220 до 290°.
Припой ПОС-ЭО применяют для паяния пищевых сосудов; ПОС-40 — для паяния
латуни и медных проводов; ПОС-30 — для паяния латуни, меди, цинковых и
оцинкованных листов, белой жести, радиаторов, радиоаппаратуры, гибких
шлангов; ПОС-18-для паяния свинца, латуни, меди и оцинкованного железа;
ПОС-4-6 — для паяния белой жести, латуни, меди, свинца, для выравнивания
сварных швов и т. д.
Высокая стоимость олова и его дефицитность заставляют применять другие
виды припоев. Поэтому в практике паяния, там, где это разрешается,
стремятся пользоваться припоями, содержащими меньшее количество олова.
Малооловянистые припои, содержащие свинец, олово и сурьму, более хрупки
и по прочности спайки уступают оловянно-свинцовым. Безоловянистые припои
очень вязки и требуют более высокой температуры плавления.
Для паяния латуни применяют малооловянистый припой, содержащий 15%
олова, 7% сурьмы (остальное — свинец), и припой, содержащий 4% олова и
7% сурьмы (остальное — свинец).
Висмутовые и кадмиевые припои. Висмутовые
припои состоят из висмута, олова и свинца. Они очень легкоплавки,
обладают большой хрупкостью и применяются в тех случаях, когда от
спаиваемых швов не требуется большой прочности. Температуру плавления
висмутовых припоев можно несколько понизить, если в эти сплавы прибавить
кадмий.
Из висмутовых наиболее распространены следующие два припоя: первый
состоит из 11,5% олова, 34% свинца, 54,5%
висмута; второй — 9,6% олова, 45,1% свинца, 45,3%
висмута. Температура плавления припоев: первого — 94,5°, второго — 79°.
Из кадмиевых припоев чаще всего применяют следующие два припоя: первый
содержит 12,5% олова, 25% свинца, 50% висмута, 12,5% кадмия;
второй—13,33% олова, 26,67% свинца, 50% висмута, 10% кадмия. Температура
плавления припоев: первого — 66—72°, второго — 60°.
Медно-цинковые припои. В состав
медно-цинковых припоев входят медь и цинк, взятые в различных
соотношениях. В зависимости от содержания меди и цинка припои имеют
разные свойства. Чем больше в припое меди, тем выше температура его
плавления, и, наоборот, чем больше в припое цинка и меньше меди, тем
ниже температура его плавления. Кроме того, медноцинковые припои
содержат до 1,5% свинца и железа. От присадки свинца припои становятся
более светлыми.
Согласно ГОСТ 1534—42 применяют медно-цинковые припои трех марок:
ПМЦ-42, ПМЦ-47 и ПМЦ-52. Буква П обозначает припой, МЦ — медно-цинковый,
а цифра — процент меди. Медно-цинковые припои поставляются в виде зерен.
Зерна припоев по величине разделяются на два класса: класс А — зерна
величиной от 0,2 до 3 мм, класс Б — зерна величиной от 3 до 5 мм.
Медно-ощнковые припои указанных марок плавятся при температуре от 845 до
885°.
Медно-цинковые припои марки ПМЦ-42 применяют для паяния латуни с
содержанием 60—68% меди; марки ПМЦ-47 — для паяния латуни JI-62; марки
ПМЦ-52 — для паяния бронзы, меди, латуни* Л-68, Л-80, Л-90.
Медно-цинковые припои не пригодны для паяния изделий, подвергающихся
высоким внутренним давлениям. Объясняется это тем, что медно-цинковые
сплавы теряют цинк до затвердевания, поэтому в шве образуются мелкие
поры. В этих случаях применяют чистый медный припой. Чистая медь
является наилучшим припоем для прочного и плотного соединения стальных
изделий. Она применяется в виде проволоки, порошка или ленты и плавится
при температуре 1083°. Недостаток применения меди для паяния состоит в
том, что паяние нужно производить при высоких температурах, а это
удорожает его стоимость.
Серебряные припои. Серебряные припои в
основном представляют собой сплавы серебра с цинком и медью. Температура
плавления их повышается с увеличением процентного содержания серебра.
Они образуют очень прочное соединение металлических изделий. Серебряные
припои обладают хорошей текучестью при температурах плавления от 700 до
785°. Серебряные припои применяют для того, чтобы повысить сопротивление
коррозии, или в тех случаях, когда нужно сохранить светлый цвет изделий.
Согласно ОСТ 2982 применяют серебряные припои: ПСр-12, ПСр-25, ПСр-45,
ПСр-70. Буква П обозначает припой, Ср — се-
ребряный, цифра — процент серебра. Серебряные
припои плавятся при температуре от 720 до 830°. Припои марок ПСр-12 и
ПСр-25 поставляются в виде зерен размером от 1 до 3 мм, а 'припои ПСр-45
и ПСр-70 — в виде полос и прутков.
Серебряные припаи марки ПСр-12 применяют для паяния латуни с содержанием
меди свыше 58%; марки ПСр-25 — для тонких работ, когда требуется чистота
места спайки; марки ПСр-45 — для паяния медных и бронзовых частей
изделий; марки ПСр-70 — для паяния проводов в тех случаях, когда места
спая не должны резко уменьшать электропроводность.
Припои для паяния алюминия. Для паяния
алюминия могут быть применены следующие два припоя: первый состоит из
55% олова, 25% цинка и 20% -кадмия; второй — 78% олова, 8% цинка, 9%
алюминия и 5% кадмия. Температура плавления припоев: первого 150—250°,
второго 194—508°. Паяние этими припоями производят без флюсов, так как
флюсующие вещества входят в состав припоев.
Паяние алюминия производят также припоями, которые требуют применения
флюсующих веществ. В этих случаях чаще всего применяют следующие три
припоя: первый состоит из 30% олова, 70% алюминия; второй — 50% цинка,
30% алюминия и 20% меди; третий — 35% цинка, 63% олова, 0,25% алюминия,
1,75% меди. Температура плавления припоев: первого 211°, второго
191—434° и третьего 198—354°.
Соляная кислота. При паянии мягкими и
твердыми припоями применяется соляная кислота, в чистом виде
представляющая бесцветную жидкость и от примесей приобретающая
желтоватую окраску. Кислота выпускается двух сортов: сорт А содержит не
менее 30% хлористого водорода, сорт Б — не менее 27,5% хлористого
водорода. Для паяния соляную кислоту разбавляют водой, пока она не
перестает дымиться. При разбавлении соляной кислоты водой надо кислоту
осторожно вливать в воду, но не наоборот. Иначе произойдет
разбрызгивание кислоты и можно получить ожоги. Во избежание ожогов
необходимо на руки надевать перчатки, а глаза защищать очками. Соляная
кислота — сильно пахнущая ядовитая жидкость, поэтому она должна
храниться в стеклянных герметически закупоренных бутылях и обращаться с
ней надо очень осторожно.
Паяльная паста — жидкость, приготовленная из
хлористого цинка-аммония или хлористого цинка и крахмала. Применение
пасты устраняет необходимость предварительной тщательной подготовки
спаиваемых поверхностей. На эти поверхности накладывают «ровный слой
пасты и наносят припои. После паяния остатки пасты смывают водой с
помощью волосяной щетки или тряпок.
Нашатырь в виде кристаллов и порошка
применяется при паянии мягкими припоями. Он легко растворяет жировые
веще-
ства, благодаря чему его употребляют для очистки металлических
поверхностей от жировых веществ.
При соприкосновении нашатыря с паяльником выделяются ядовитые пары,
поэтому для очистки рабочей части паяльника применяют смесь из 0,5 л
воды, 100 г нашатыря и небольшого количества хлористого цинка.
Бура употребляется при паянии твердыми
припоями латуни, меди, серебра. От нагрева бура теряет свое
кристаллическое строение и превращается в стекловидную массу.
При паянии место спайки посыпают порошком буры или смазывают бурой,
разведенной в воде до тестообразного состояния.
Кристаллическую буру при паянии употреблять не рекомендуется, так как,
расплавляясь, она выделяет воду, брызги которой окисляют поверхности
спаиваемого металла; кроме того, горячие брызги могут обжечь лицо и руки
рабочего.
Канифоль в виде порошка, палочек и в жидком
состоянии применяется при таянии мягкими припоями. Канифоль во время
паяния не растворяет окислов на металле, а только предохраняет его от
окисления и, оставшись на спаиваемых швах, не вызывает коррозии.
Хлористый цинк представляет собой белую
кристаллическую соль; после сплавления он образует непрозрачную сплошную
массу. Это безводное вещество, чрезвычайно гигроскопичное, т. е. сильно
поглощающее влагу, отчего оно расплывается на воздухе. Температура
плавления хлористого цинка 365°, а кипения 730°. От действия воздуха
хлористый цинк портится, поэтому его надо хранить в стеклянных сосудах с
притертыми пробками. В воде хлористый цинк растворяется очень легко.
Хлористый цинк часто приготовляют непосредственно в кузнице. Для
получения хлористого цинка, или, как его обычно называют, «травленой
кислоты», берут одну весовую часть цинка (в виде маленьких кусочков) и
пять весовых частей крепкой соляной кислоты. При погружении цинка в
разбавленную водой соляную кислоту происходит растворение цинка
кислотой. Процесс этот длится до тех пор, пока весь цинк не растворится,
соединившись с хлором, входящим в состав соляной кислоты, и совершенно
не прекратятся шипение и выделение газов. В результате получается
хлористый цинк, применяемый в качестве флюсующего вещества при паянии.