Пайка меди к меди – Пайка меди своими руками в домашних условиях

Содержание

основная информация по существу процедуры

Пайка меди, а также ее сплавов в наше время является достаточно распространенной процедурой, поскольку не редко некоторое домашнее оборудование выполняется именно из данного материала. Таким образом, могут пригодиться знания относительно пайки медных проводов электрической проводки, радиаторов отопления, каких либо мелких бытовых деталей. Медная пайка деталей – популярная услуга многочисленных компаний, занимающихся ремонтом, пайкой изделий из различных металлов.

Преимущества меди: краткий курс материаловедения

Технически чистая медь может похвастать отличной электропроводностью, а также теплопроводностью. Также огромным преимуществом владеет медь, владеющая высокой устойчивостью против воздействия коррозии. Медь – сравнительно прочный, а также пластичный материал. При уменьшении газов пластичность меди увеличивается до 62%. Во время повышенных температурных показателей прочность металла идет на спад, в то время как пластичность возрастает. Примечательным свойством меди есть то, что она способна оставлять в сохранности высокую пластичность до температуры жидкого гелия (-269 гр. С).

С целью повышения прочности меди, как материала, а также придания ей положительных свойств, она легируется всевозможными добавками. Стоит отметить, что сплавы на медной основе могут похвастать значительными механическими свойствами и многим другим.

Материалы, оборудование и методы

Безусловно, при соединении изделий из меди потребуются специальный, расходные и вспомогательные материалы, инструмент и оборудование. В большинстве случаев основной инструмент во время пайки – паяльник. Также может применяться газовое оборудование (горелка), либо использование специальных печей, а также погружение в припой (тиноль).

Низкотемпературный припой во время пайки используется благодаря общедоступности материала, а также простоте применения. Однако существует одно значительное ограничение во время работы паяльником, согласно которому использовать данное данный инструмент можно лишь по отношению к тонкостенным деталям при температуре до 350 гр. С. Массивные же металлические детали по причине высокой теплопроводности соединяются газовыми горелками.

Для трубчатых теплообменников используется пайка методом погружения в расплавы припоев и солей. Соли служат источником тепла, выступают в роли флюса, в связи с чем в применении флюса дополнительно нет необходимости. Во время пайки способом погружения в ванну, где находится припой, офлюсованные детали нагревают в расплаве припоя, заполняющим все зазоры.

Пайка в печах

Современная промышленность нуждается в применении пайки в печах, так как в процессе процедуры обеспечивается прогрев детали равномерно без деформации. В процессе пайки оловом или оловянно-свинцовым припоем используются зачастую канифольно-спиртовые флюсы, растворы хлористого аммония, хлористого цинка. Серебряный припой с достаточным успехом применяется вместе с использованием флюсов на основе фтористых соединений калия, бора. Стоит отметить, что данные флюсы способны очищать поверхность меди от оксидной пленки, тем самым способствуя отличному растеканию припоя.

Флюсовая пайка

Основной недостаток флюсовой пайки, используя серебряный припой, — проблематичность получения герметичного соединения. К тому же остатки флюса образуют по окончании пайки некие очаги коррозии, в связи с чем пайка данного металла наиболее часто производится в нейтральных или восстановительных средах газа. Пайка в азоте может проводиться при температуре от 750 до 800 гр. С. Однако недостатком данного метода является то, что применяемое оборудование для очистки азота достаточно сложно устроено. Также доступа пайка в среде аргона, при этом используется припой ЛС-59-1.

Вакуумная пайка

Вакуумная пайка меди применяется с большим успехом при соединении множества металлов, включая медь. Стоит отметить экономичность данного метода воздействия на металл, а также его безопасность применения. Пайка меди выполняется в специальных вакуумных печах, либо контейнерах, которые загружаются в печи. Опять-таки, вакуумная пайка – достаточно сложный процесс, поскольку требуется сложное оборудование. Однако подобный метод является эффективным практически по всем параметрам.

Сцепление меди во время низкотемпературной пайки выполняется путем применения стандартных припоев оловянно-свинцовых, а также чистым оловом. Также доступны серебряные припои ПСр 1,5, ПСр 2,5, ПСр3 с использованием флюсов на основе канифольно-спиртовых или хлористого цинка.

Применяя кадмиевый припой, стоит знать, что понадобится инструмент, а также специальный навык, поскольку технологичность их значительно меньше, чем у оловянно-свинцовых тинолей. Сцепление изделий из меди производится путем использования припоев ПСр8КЦН, ПСр5КЦН. Припой не хладостойкий, в то время как теплостойкость достигает 350 гр. С. Обратить внимание нужно на то, что соединения, полученные в результате обработки кадмиевыми припоями, выходят не слишком прочными вследствие образования в паяном шве хрупких интерметаллидов. Некоторые из припоев могут работать с латунью, соединять стали и другие металлы. Сегодня строительный рынок предлагает широкое разнообразие универсальных припоев.

Припой на основе цинка для соединения меди применяется по причине его растворения в тиноле (предел прочности не выше 15 МПа). Цинковые тиноли, легированные серебром и медью, также недостаточно растекаются по поверхности металла. Легирование оловом и кадмием улучшает растекание материала по поверхности меди, он в то же время швы остаются хрупкими.

Капиллярная пайка

Капиллярная пайка рассматриваемого материала при помощи низкотемпературных тинолей выполняется при зазорах от 0,05 до 0,5 миллиметров, а также при температурах от 650 до 900 гр. С в аргоне, либо вакууме. Капиллярная пайка соединений, полученных с помощью индия, галлия, лова, ПОС40 и ПОС61 не отличаются отличной прочностью, так как предел прочности их составляет от 40 до 70 МПа. В течение процедуры соединения меди посредством свинца, шов образуется мало прочный, но в то же время пластичный. Применяя припой системы Pb-Ag-Sn-Ni, становится возможным обеспечение соединения пределом прочности при растяжении 140 МПа с высокой пластичностью.

Пайка стали дома

Пайка различных металлов сегодня применяется во многих отраслях. Соединение большинства металлов происходит посредством оловянно-свинцовых припоев, он они по большей части пригодны для сцепления меди. Для пайки стали понадобится определенный инструмент, а также материалы и оборудование, которые мы будет использовать в домашних условиях. Таким образом, для соединения изделий из стали нужно в домашних условиях приготовить тугоплавкий припой.

Понадобится следующее:

  • Цинк;
  • Медь;
  • Кремний;
  • Никель;
  • Древесный уголь;
  • Графитовый тигель;
  • Газовая горелка;
  • Паяльный инструмент помощнее.

 

Порядок действий:

  1. Для приготовления первого вида тугоплавкого тиноля потребуется подготовить графитовый тигель, медь, цинк и древесный уголь. Далее нужно поместить емкость медь с цинк в соотношении 45% к 5% соответственно. Затем следует расплавить смесь под слоем древесного угля. С целью увеличения текучести тиноля добавляется 0,3% кремния. После расплавления смесь для соединения стали надо перемешать и перелить в небольшие формы. Подобный припой доступен для пайки стали в диапазоне температур от 850 до 880 гр. С.
  2. Для более высокой температуры пайки стали нужно изменить пропорцию состава меди и цинка и смешать 60% с 40% соответственно. В роли флюса может выступать преобразователь ржавчины, содержащий ортофосфорную кислоту или хлористый цинк. Применять флюс для обработки стали следует совместно с промывкой мыльным раствором.
  3. Для пайки стали больших размеров нужен ее предварительный разогрев. Для этого используется газовый инструмент (горелка).
  4. Поверхность стали очищается, после чего обрабатывается растворителем.
  5. Жало паяльника также очищается, после чего натирается кусочком алюминия. Пайка стали осуществляется нагретым пальником аккуратными движениями.
Похожие статьи

goodsvarka.ru

Технология пайки меди и ее сплавов

Технически чистая медь обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью и достаточно высокой коррозионной стойкостью. Она устойчива против атмосферной коррозии вследствие образования на ее поверхности тонкой защитной пленки, состоящей из CuS04-3Cu (ОН)2. Медь - относительно прочный (σв = 21 кгс/см2 и пластичный металл (б = 45 ÷ 50%).

С уменьшением содержания в меди газовых примесей пластичность ее возрастает до 62%. При повышенных температурах прочность меди уменьшается, а пластичность возрастает. Ценным свойством меди является ее способность сохранять высокую пластичность вплоть до температуры жидкого гелия 4,2 К (-269°С).

Для повышения прочности и придания меди особых свойств (жаропрочности и коррозионной стойкости и др.) ее легируют различными добавками. Сплавы на основе меди обладают высокими механическими и другими ценными качествами.

Поэтому во многих отраслях техники для изделий, работающих в условиях повышенных и криогенных температур, в качестве основного металла широко применяются медь и ее сплавы, обладающие необходимым комплексом свойств. Пайка этих материалов может производиться всеми известными способами.

Наиболее широкое распространение в промышленности получила пайка паяльником, газовыми горелками, погружением в расплавленный припой и в печах.

Пайка низкотемпературными припоями нашла большое применение благодаря простоте и общедоступности этого способа. Ограничения в ее применении вызваны лишь тем, что паяльником можно осуществлять пайку только тонкостенных деталей при температуре 350° С.

Массивные детали вследствие большой теплопроводности, превышающей в 6 раз теплопроводность железа, паяют газовыми горелками.

Для трубчатых медных теплообменников применяется пайка погружением в расплавы солей и припоев. При пайке погружением в расплавы солей используют, как правило, соляные ванны-печи. Соли обычно служат источником тепла и оказывают флюсующее действие, поэтому дополнительного флюсования при пайке не требуется.

При пайке погружением в ванну с припоем предварительно офлюсованные детали нагревают в расплаве припоя, который при температуре пайки заполняет соединительные зазоры. Зеркало припоя защищают активированным углем или инертным газом.

Недостатком пайки в соляных ваннах является невозможность в ряде случаев удаления остатков солей или флюса.

Широкое распространение в промышленности находит пайка в печах, поскольку при этом обеспечивается равномерный нагрев соединяемых деталей без деформации даже при больших габаритах изделий.

При пайке изделий из меди оловянно-свинцовыми и другими легкоплавкими припоями используют обычно канифолыно-спиртовые флюсы, водные растворы хлористого цинка или хлористого аммония.

Пайка серебряными припоями успешно идет при применении флюсов на основе соединений бора и фтористых соединений калия. Эти флюсы хорошо очищают поверхность меди от окисной пленки и способствуют растеканию припоя.

Недостатком флюсовой пайки меди является трудность получения герметичных соединений. Кроме того, остатки флюса являются очагами коррозии. Поэтому пайку чаще всего осуществляют в восстановительных или нейтральных газовых средах.

Пайку меди в азоте можно осуществлять при температуре 750-800°С.

К недостаткам этого метода можно отнести сложность оборудования по очистке азота, а также отсутствие возможности осуществлять пайку при температуре ниже

Имеются сведения о применении пайки меди в среде аргона припоем ЛС 59-1 с дополнительным флюсованием мест пайки водным раствором буры.

Пайку в вакууме успешно применяют для соединений многих металлов, в том числе и меди. Этот вид пайки достаточно экономичен, совершенно безопасен и производится в вакуумных печах или контейнерах, загруженных в обычные печи. Паяные швы, полученные при применении нагрева в вакууме, отличаются чистотой, прочностью металла шва и высокой коррозионной стойкостью.

К недостаткам способа пайки в вакууме следует отнести сложность применяемого оборудования.

Соединение меди при низкотемпературной пайке производится стандартными оловянно-свинцовыми припоями ПОССу 30-0,5; ПОС 40; ПОССу 40-0,5, ПОС 61 и свинцово-серебряными припоями ПСр 1,5; ПСр 2,5; ПСр 3 с использованием флюсов на основе хлористого цинка или канифольно-спиртовых.

Соединения, паянные оловянно-свинцовыми припоями, теплостойки до температур 100-120°С.

При снижении температуры до -196÷-253°С предел прочности этих соединений увеличивается в 1,5-2,5 раза, достигая 4,5-7,5 кгс/мм2; при этом пластичность резко снижается.

Хрупкость оловянно-свинцовых припоев и паянных ими соединений при низких температурах объясняется аллотропическим превращением олова и образованием в шве хрупких интерметаллидов, которые при низких температурах являются очагами развития трещин.

Для оловянно-свинцовых сплавов, содержащих менее 15% олова, падение ударной вязкости не происходит. Это обусловлено тем, что свинец, являясь основой сплава, с понижением температуры увеличивает ударную вязкость, давая во всех случаях вязкий излом.

Высокая пластичность свинца делает его нечувствительным к надрезу. Поэтому вполне закономерны стремления применять для пайки изделий криогенной техники припои на основе свинца с содержанием олова менее 15%.

Однако практика их применения показала, что они нетехнологичны, плохо смачивают основной металл и не затекают в соединительные зазоры.

Например, применение припоя, на основе свинца, легированного серебром (припой ПСр 3), позволяет получать теплостойкие и хладостойкие соединения из меди.

Введение в этот припой 5% Sn (ПСр 2,5) улучшило его технологические свойства, однако при комнатной температуре соединения, паянные припоями ПСр 3 и ПСр 2,5, обладают низкой прочностью. Предел прочности при срезе равен 1,2-1,8 гкс/мм2.

Легирование свинца оловом до 16% и кадмием до 5% делает припой ПСр 1,5 более технологичным, однако он становится малопластичным даже при температуре 20° С.

Применение кадмиевых припоев требует специального навыка, так как технологичность их значительно ниже, чем у оловяно-свинцовых. Соединения меди кадмиевыми припоями ПСр 5 КЦН, ПСр 8 КЦН теплостойки до температуры 350° С, но малопрочны (σв = 2,9 кгс/мм2) из-за образования в шве хрупких интерметаллидов и нехладостойки.

Припои на основе цинка редко применяют для пайки меди ввиду интенсивного растворения ее в расплаве припоя. При этом предел прочности на срез не превышает 1,5 кгс/мм2.

Цинковые припои, легированные медью и серебром, также плохо растекаются по меди. Легирование этих припоев оловом и кадмием (ПЦА8М, ПЦКд, СрСУ 25-5-5) хотя и несколько улучшает их растекаемость, но швы становятся хрупкими.

Для пайки меди находят также применение припои на основе медно-фосфористой эвтектики с добавлением серебра. Швы, паянные этими припоями, достаточно прочны (σв = 25 -7- 30 кгс/мм2), теплостойки до температуры 800° С, но непластичны. В условиях низких температур прочность соединений меди, паянных этими припоями, увеличивается, но пластичность резко падает.

Широкое применение для пайки медных конструкций находят припои ПСр 45, ПСр 40, ПСр 25, ПСр 12.

Пайку этими припоями осуществляют нагревом ацетилено-кислородным пламенем или в печах с использованием коррозионно-активных флюсов № 209, 284. После пайки конструкций остатки флюса необходимо удалять промывкой в горячей воде. Пайку теплообменной аппаратуры осуществляют с применением припоя ПСр 72 или ПСр 71 в вакууме.

При пайке деталей из медных сплавов, конструкция которых позволяет производить пайку под давлением, в качестве припоя можно использовать серебряное покрытие (10-25 мкм) или тонкую серебряную фольгу.

При нагреве выше 779° С медь взаимодействует с серебром с образованием в шве сплава типа припоя ПСр 72. Пайка этим (контактно-реактивным) методом осуществляется без применения флюса в вакууме или в инертной среде.

Припои на медной основе тугоплавки и вызывают растворение (эрозию) основного металла, поэтому для пайки меди их применяют реже, чем серебряные. Диффузионная пайка меди может быть выполнена галлием, индием, оловом, свинцом, припоями ПОССу 40-2, ПОС 61 путем поджатая деталей в вакууме или аргоне при температурах 650-800°С и длительных выдержках.

Припой в месте пайки можно наносить напылением в вакууме, гальваническим способом или в виде тонкой фольги.

Капиллярную пайку меди низкотемпературными припоями можно производить при зазорах 0,05-0,5мм и температурах 650-900°С в вакууме или аргоне. При этом соединения меди, паянные индием, галлием, оловом, припоями ПОС 61 и ПОС 40, хрупкие и малопрочные, предел прочности на срез не превышает 4-7 кгс/мм2.

При пайке меди свинцом соединения хотя и малопрочны, но пластичны. При применении припоя системы Pb - Ag - Sn - Ni (ПСр 7,5) можно обеспечить предел прочности при растяжении 14 кгс/мм2 с достаточно высокой пластичностью, угол изгиба образца, паянного встык, 130°.

www.prosvarky.ru

1.3. Особенности пайки меди

Технически чистая медь М1 имеет высокие теплопроводность и электро­проводность и достаточно высокую коррозионную стойкость. Она устой­чива к атмосферной коррозии вслед­ствие образования на ее поверхности тонкой защитной пленки, состоящей из окисла Си2О. Медь — относительно прочный (в = 240 МПа) и пластичный металл ( = 45—50%). С уменьшением содержания в меди газовых примесей ее пластичность возрастает до 62%. При повышенных температурах проч­ность меди уменьшается, а пластич­ность возрастает. Ценным свойством меди является ее способность сохра­нять высокую пластичность до тем­пературы жидкого гелия (—269°С) [1].

Для повышения прочности меди и придания ей особых свойств (жаро­прочности, коррозионной стойкости и др.) ее легируют различными до­бавками. Сплавы на основе меди об­ладают высокими механическими свойствами и другими ценными ка­чествами.

Поэтому во многих отраслях техники для изделий, работающих в условиях повышенных и криогенных температур, в качестве основного металла широко применяются медь и ее сплавы, имею­щие необходимый комплекс свойств. Пайка этих материалов может про­изводиться всеми известными спосо­бами.

К числу особенностей меди и ее сплавов, влияющих на выбор способа пайки, относятся химическая стой­кость оксидов; содержание во многих сплавах легкоиспаряющихся элементов — цинка, кадмия, марганца; склонность кислородсодер­жащей меди и некоторых ее сплавов к водородной хрупкости; повышенная способность меди образовывать интерметаллиды с некоторыми компонентами припоев; повышенная способность меди и ее сплавов к хрупкому разрушению в контакте с жидкими припоями; повышенная горячеломкость некоторых медных спла­вов [4].

По степени трудности получения паяных соединений медные сплавы можно разделить на две группы:

  1. медь и ее сплавы, об­разующие при нагреве под пайку и в процессе пайки оксиды с не­высокой свободной энергией образования и поэтому относительно легко удаляемые при флюсовой пайке;

  2. сплавы, при нагреве на которых возникают оксиды с высокой свободной энергией их обра­зования.

К первой группе медных сплавов относится сама медь и ее сплавы, содержащие в основном следующие элементы: цинк, оло­во, свинец, фосфор, сурьму, железо, никель, марганец.

Обычное окисление поверхностного слоя меди на воздухе идет в основном по уравнению [4]

2Сu + О2 + Н20 + СО = (СuОН)2СО3.

При содержании в воздухе S02 параллельно может протекать реакция [4]

8Сu + 5О2 + Н2О+ SО2 = 2(СuSО4·3Сu(ОН)2).

В присутствии Н2S образуется черная пленка из Сu2S и СuS. Заметное взаимодействие меди с кислородом наступает уже при 200°С и идет по схеме Cu→Cu2O→CuO. Оксид меди СuО на­чинает образовываться лишь после получения пленки оксида Сu2О достаточной толщины (>0,25 мкм), что обусловлено тем, что такой процесс последовательного окисления развивается в основном в результате диффузии (сквозь пленку оксида СuО) ато­мов меди к кислороду (к поверхности). Первоначальная стадия окисления меди малозаметна, так как оксид Сu2О мало отличает­ся по цвету от меди. Оксид СuО довольно устойчив, и его распад на Сu2О и Сu начинается лишь при температуре около 800°С, а в чистом кислороде при температуре 1100°С [5].

На воздухе медь окисляется сравнительно быстро. Скорость роста оксидной пленки на меди зависит от температуры и времени нагрева. При температуре 495°С через 1 с толщина оксидной пленки достигает 1,8 мкм, че­рез 50 с – 5 мкм, через 70 с – 17 мкм. Для сохранения очищенной поверхности меди от окисления на нее наносят лужением слой при­поя Sn-Рb или Sn толщиной 3-5 мкм. Слой полуды из олова со­храняет паяемость меди весьма длительно; слой полуды из при­поев типа ПОС из-за образования при вылеживании на его гра­нице с медью хрупких прослоек интерметаллидов ухудшает паяемость луженой меди, так как в результате расхода олова из слоя полуды припоями типа ПОС на образование химических со­единений луженая поверхность обогащается свинцом.

На поверхности сплавов системы Сu-Zn-Sn (а также спла­вов меди, содержащих Рb, Аs, Fe, Ni, Мn) образуются оксиды на основе СuО и Сu2О или оксиды на основе других элементов первой группы периодической системы со сравнительно невысокой свобод­ной энергией их образования, а потому относительно легко диссоциирующих при низкотемпературной пайке. Тонкие слои оксидов Сu2О и СuО растворимы в канифоли.

Наиболее широко применяется пайка паяльником, газовыми горелками, по­гружением в расплавленный припой и в печах. Пайка низкотемператур­ными припоями нашла большое при­менение благодаря простоте и общедо­ступности этого способа. Ограничения в ее применении вызваны лишь тем, что паяльником можно осуществлять пайку только тонкостенных деталей при температуре 350°С. Массивные детали вследствие большой теплопроводности, превышающей в 6 раз теплопроводность железа, паяют газовыми горел­ками. Для трубчатых медных тепло­обменников применяется пайка по­гружением в расплавы солей и при­поев. При пайке погружением в рас­плавы солей используют, как правило, соляные печи-ванны. Соли обычно служат источником тепла и оказывают флюсующее действие, поэтому допол­нительного флюсования при пайке не требуется. При пайке погружением в ванну с припоем предварительно офлюсованные детали нагревают в рас­плаве припоя, который при темпера­туре пайки заполняет соединительные зазоры. Зеркало припоя защищают активированным углем или инертным газом. Недостатком пайки в соляных ваннах является невозможность в ряде случаев удаления остатков солей или флюса.

Широкое распространение в промы­шленности находит пайка в печах, поскольку при этом обеспечивается равномерный нагрев соединяемых из­делий без их деформации даже при больших габаритах изделий [З].

При пайке изделий из меди оловянно-свинцовыми и другими легкоплав­кими припоями используют обычно канифольно-спиртовые флюсы, водные растворы хлористого цинка или хло­ристого аммония [5, 6].

Пайка серебряными припоями ус­пешно идет при применении флюсов на основе соединений бора и фтористых соединений калия. Эти флюсы хорошо очищают поверхность меди от окисной пленки и способствуют растеканию припоя. Недостатком флюсовой пайки меди является трудность получения при этом способе герметичных соединений. Кроме того, остатки флюса являются очагами коррозии. Поэтому пайку меди чаще всего осуществляют в вос­становительных или нейтральных га­зовых средах. В азоте пайку меди мо­жно производить при температуре 750-800 °С.

Недостатки этого метода — слож­ность оборудования по очистке азота, а также невозможность осу­ществлять пайку при температуре ни­же 750 °С [4, 6]. Применяется пайка меди и в среде аргона припоем ЛС59-1 с дополнительным флюсованием мест пайки водным раствором буры.

Пайку в вакууме успешно применя­ют для соединений многих металлов, в том числе и меди. Этот вид пайки достаточно экономичен, совершенно бе­зопасен и производится в вакуумных печах или контейнерах, загруженных в обычные печи. Паяные швы, полу­ченные при использовании нагрева в вакууме, отличаются чистотой ис­полнения, прочностью металла шва и высокой коррозионной стойкостью. К недостаткам способа пайки в ваку­уме следует отнести сложность при­меняемого оборудования [2, З]. Соединение меди при низкотемпера­турной пайке производится стан­дартными оловянно-свинцовыми при­поями ПОССу 30—0,5; ПОС 40; ПОССу 40—0,5, ПОС 61 и свинцово-серебряными припоями ПСр 1,5; ПСр 2,5; ПСр 3 с использованием флю­сов на основе хлористого цинка или канифольно-спиртовых. Соединения, паянные оловянно-свинцовыми при­поями, теплостойки до температур 100—120 °С. При снижении темпера­туры до —196…—253 °С предел проч­ности этих соединений увеличивается в 1,5—2,5 раза, достигая 45—75 МПа, при этом пластичность соединений резко снижается.

Хрупкость оловянно-свинцовых и паянных ими соединений при низких температурах объясняется аллотро­пическим превращением олова и об­разованием в шве хрупких интерметаллидов, которые при низких тем­пературах являются очагами развития трещин [5]. Для оловянно-свинцовых сплавов, содержащих менее 15% олова, падения ударной вязкости не происходит. Это обусловлено тем, что свинец, являясь основой

сплава, с понижением температуры увеличивает ударную вязкость, давая до всех случаях вязкий излом. Высо­кая пластичность свинца делает его нечувствительным к надрезу. Поэтому вполне закономерны стремления при­менять для пайки изделий криогенной техники припои на основе свинца с содержанием олова менее 15%. Однако практика их применения пока­зала, что они нетехнологичны, плохо смачивают паяемый металл и не за­текают в соединительные зазоры. На­пример, применение припоя на основе свинца, легированного серебром (при­пой ПСр 3), позволяет получать теп­лостойкие и хладостойкие соединения из меди. Введение в этот припой 5 % Sn (ПСр 2,5) улучшает его техноло­гические свойства, однако при 20 °С соединения, паянные припоями ПСр 3 и ПСр 2,5, имеют низкую прочность; предел прочности при срезе 12— 18 МПа.

Легирование свинца оловом до 16 % и кадмием до 5 % делает припой ПСр 1,5 более технологичным, однако он становится малопластичным даже при температуре 20°С. Применение кадмиевых припоев тре­бует специального навыка, так как технологичность их значительно ниже, чем у оловянно-свинцовых. Соедине­ния меди кадмиевыми припоями ПСр 5КЦН, ПСр 8КЦН теплостойки до температуры 350 °С, но отличаются низкой прочностью (в = 29 МПа) из-за образования в шве хрупких интерметаллидов; нехладостойки.

Припои на основе цинка редко при­меняют для пайки меди ввиду интен­сивного растворения ее в расплаве припоя. При этом предел прочности на срез не превышает 15 МПа. Цинко­вые припои, легированные медью и серебром, также плохо растекаются по меди. Легирование этих припоев оловом и кадмием (ПЦА 8М, ПЦКд ПСрСУ 25—5—5) хотя и несколько улучшает их растекаемость, но швы становятся хрупкими. ., Для пайки меди находят также при­менение припои на основе медно-фосфористой эвтектики с добавлением серебра. Швы, паянные этими при­поями, достаточно прочны (в = 250— т-300 МПа), теплостойки до 800°С, но непластичны. В условиях низких температур прочность соединений ме­ди, паянных этими припоями, увели­чивается, но пластичность резко па­дает.

Широкое применение для пайки медных конструкций находят припои ПСр 45, ПСР 40, ПСр 25, ПСр 12. Пайку этими припоями осуществляют нагревом ацетилено-кислородным пла­менем или в печах с использованием коррозионно-активных флюсов ПВ209, ПВ284Х. После пайки остатки флюса необходимо удалять промывкой в го­рячей воде. Пайку теплообменной ап­паратуры осуществляют с применением припоя ПСр 72 или ПСр 71 в вакууме.

При пайке изделий из медных спла­вов, конструкция которых позволяет производить пайку под давлением, в качестве припоя можно использовать серебряное покрытие (10—25 мкм) или тонкую серебряную фольгу. При нагреве выше 779°С медь взаимодейст­вует с серебром с образованием в шве сплава типа припоя ПСр 72. Пайка этим методом (контактно-реактивным) осуществляется без применения флю­са — в вакууме или в инертной среде. Припои па медной основе тугоплавки и вызывают растворение (эрозию) ос­новного металла, поэтому для пайки меди их применяют реже, чем серебряные.

Диффузионная пайка меди может быть выполнена галлием, индием, оло­вом, свинцом, припоями ПОССу 40—2, ПОС 61 путем поджатия деталей в ва­кууме или аргоне при температурах 650—800 °С и длительных выдерж­ках. Припой в место пайки можно на­носить напылением в вакууме, галь­ваническим способом или в виде тон­кой фольги.

Капиллярную пайку меди низко­температурными припоями можно произодить при зазорах 0,05—0,5 мм и температурах 650—900°С в вакууме или аргоне. При этом соединения меди, паянные индием, галлием, оловом, припоями ПОС 61 и ПОС 40, хрупкие и малопрочные, предел прочности на срез не превышает 40—70 МПа.

При пайке меди свинцом соединения хотя и малопрочны, но пластичны. При применении припоя системы Рb—Аg—Sn—Ni (ПСр 7,5) можно обеcпечить предел прочности при растяжении 140 МПа с достаточно высокой пластичность

studfiles.net

Припой для пайки меди

Припой для пайки меди должен представлять собой чистый металл или сплав с более низкой температурой плавления, чем у деталей, которые он соединяет. Во время пайки он, находясь в расплавленном состоянии, заполняет промежуток между спаиваемыми деталями, а после отвердевания скрепляет их. Припой, изготовленный из чистого металла, переходит в жидкое состояние при вполне определенной температуре, а сплавы обычно размягчаются постепенно, в определенном температурном диапазоне.

Медь — это металл с низкой температурой плавления, чем и обусловлена простота ее пайки.

Для того чтобы сцепление спаиваемых деталей было высококачественным, расправленный припой обязан растечься по их поверхностям, «смочить» их. Для удаления пленок оксидов и других загрязнений, препятствующих смачиванию, применяются флюсы. Широкое распространение соединения деталей с помощью пайки обусловлено рядом достоинств этого процесса:

  • сохранение формы и размеров спаиваемых деталей, поскольку сами они не плавятся;
  • может быть получено соединение без коробления и заметных внутренних напряжений;
  • прочность соединения и производительность процесса;
  • начальная температура спаиваемых деталей практически не влияет на качество процесса;
  • возможность соединения между собой не только металлов в различных сочетаниях, но и металлов с неметаллами;
  • в большинстве случаев спаянные детали можно при необходимости распаять.

Пайка меди и ее особенности

График температуры плавления меди.

Изделия из меди очень хорошо поддаются пайке. Дело в том, что медь — химически малоактивный металл, даже при нагревании и плавке слабо реагирует с кислородом, содержащимся в воздухе, и другими химически активными веществами. Именно поэтому ее сравнительно легко можно очистить от оксидов и загрязнений, не используя при этом агрессивные и сложные флюсы.

К тому же существует достаточно много металлов и сплавов с низкой температурой плавления, прекрасно смачивающих в расплавленном состоянии медь. Благодаря этому с медными деталями можно осуществлять практически любые виды пайки, используя для этого очень большое количество разнообразных припоев. Можно получить паяные швы с очень широким спектром свойств. Недаром более 97% всех паек в мире осуществляются для соединения между собой деталей, изготовленных из меди или сплавов, основой которых она является.

Вернуться к оглавлению

Припой для пайки меди

Физические свойства паяного соединения, его надежность в значительной степени определяются тем, на основе какого металла или сплава оно было создано в этом случае. Все припои, которыми производится пайка меди, разделяются на два вида:

Припой для меди необходимо выбирать исходя из их состава и температуры плавления.

  1. Низкотемпературные, которые плавятся при температурах не более 450°C. Прочность шва, создаваемого при такой спайке, сравнительно невелика, но зато, благодаря сравнительно невысокой температуре, не меняются физические свойства спаиваемых деталей, прежде всего их прочность.
  2. Припои, имеющие более высокую температуру плавления, считаются высокотемпературными. Прочность шва при этой спайке выше, но существует вероятность уменьшения прочности спаиваемых деталей в результате их отжига.

Что касается их химического состава, то чаще всего применяются следующие виды:

  • оловянные, свинцовые и свинцово-оловянные;
  • оловянно-медные, оловянно-серебряные и оловянно-медно-серебряные;
  • медно-серебряно-цинковые и медно-фосфорные;
  • серебряные.

Припои из первой группы являются низкотемпературными и используются наиболее часто для пайки радиоэлектронных схем. Они же обычно используются в быту для починки разнообразных металлических изделий. При изготовлении печатных схем, для снижения температуры плавления, к сплаву часто добавляется кадмий или висмут.

Остальные из перечисленных металлов и сплавов в домашних условиях чаще всего применяют для соединения трубопроводов, изготовленных из меди. Для их надежной, прочной и легкой стыковки между собой разработана капиллярная техника соединения, которая может быть как низко- так и высокотемпературной.

Пайка медных труб при помощи припоя.

При вставке трубы в фитинг промежуток, остающийся между ними, имеет ширину не более чем 0,4 мм. Благодаря этому при пайке возникает капиллярный эффект: расплавленный припой заполняет все это пространство. Происходит это потому, что силы взаимодействия между молекулами меди и расплавленного металла больше, чем между молекулами самого расплава.

Благодаря этому эффекту расплав почти мгновенно заполняет весь промежуток между трубой и фитингом, а соединение в результате получается прочным и надежным. Нужно только проследить, чтобы соединяемые поверхности были предварительно хорошо зачищены и были использованы соответствующие флюсы.

Поскольку свинец токсичен, применять содержащие его сплавы для монтажа водопроводов для питьевой воды нельзя. На деле соединение медных трубопроводов осуществляется с помощью всего четырех видов припоев:

  1. Оловянно-медные (S-SN97Cu3) и оловянно-серебряные (S-Sn97Ag5) относятся к низкотемпературным. Соединение выходит прочным и стойким к коррозии.
  2. Медно-серебряно-цинковый L-Ag44 (серебро — 44%, медь — 30% и цинк — 26%) относится к высокотемпературным. Соединение прочное, пластичное, коррозиестойкое, обладает повышенной теплопроводностью.
  3. Медно-фосфорные CP203 (медь — 94% и фосфор — 6%) относятся к высокотемпературным и могут использоваться без флюсов. Шов прочный, но его эластичность уменьшается при низких температурах.
  4. Высокотемпературный серебряный припой для пайки дает прочный, пластичный и стойкий к коррозии шов, но он дорог. Флюс при пайке необходим.

Этим перечень металлов и сплавов, которыми осуществляется пайка меди, не ограничивается. Их существует достаточно много, но в домашних условиях они практически не применяются.


expertsvarki.ru

Пайка меди - особенности и физические тонкости меди и процесса пайки

Медь и её основные характеристики

Медь, если речь идёт о технически чистом металле, обладает высокой степенью электропроводности и теплопроводности. Она довольно устойчива к атмосферной коррозии, что связано с образованием на поверхности металла защитной тончайшей плёнки. Медь также отличается хорошей пластичностью. Степень пластичности меди увеличивается при уменьшении в ней газов. Такое свойство меди, как прочность, ослабевает при повышении температуры.

С целью улучшения некоторых качеств металла, таких, например, как жаропрочность, медь часто легируют. Сплавы, основой которых является медь, отличаются прекрасными  механическими характеристиками и рядом различных свойств, характерным для каждого отдельно взятого сплава.

Особенности процесса паяльных работ и способы пайки

Медь и её сплавы великолепно поддаются пайке. Это объясняется, в частности, тем, что не возникает сложностей в процессе предварительной очистки металла. Для этих целей практически не применяются агрессивно воздействующие на  металл вещества.

Количество видов припоев довольно велико, потому что существует большое количество сплавов и металлов, хорошо адгезирующих с медью. Медь при нагревании в воздухе не характеризуется образованием бурных реакций при взаимодействии с кислородом и окружающими веществами, поэтому пайка меди не подразумевает применение особо сложных флюсов.

К основным способам пайки данного  металла и его сплавов относятся пайка газовыми горелками, паяльником, пайка с использованием печей и погружение металла в ёмкость с расплавленным припоем. В зависимости от того, какого рода детали необходимо соединить, выбирают метод пайки. При пайке низкотемпературными припоями, к примеру, использование паяльника приведёт к нужному результату только при работе с тонкостенными деталями. Пайка больших деталей подразумевает использование газовой горелки. Погружение в солевую ванну или расплавленный припой применяется при пайке медных трубчатых теплообменников.

Также прекрасно себя зарекомендовала пайка меди в вакууме. Суть метода в том, что процесс пайки происходит в вакуумных печах, которые помещаются в обычные печи. Данный вид пайки является абсолютно безопасным. Трудность его заключается в использовании особо сложного оборудования.

Основные ограничения по использованию некоторых припоев связаны с небезопасностью последних для здоровья человека. В частности, использование свинцовых, или содержащих свинец припоев, строго запрещено при работе с деталями, входящими в пищевой водопровод.

capitellum.ru