103. Пайка. Определение. История развития и роль в условиях современного производства. Особенности преимущества и недостатки.

Согласно ГОСТ 17325-79, пайка – процесс получения неразъемного соединения с межатомными связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления, смачивания их припоем, затекания припоя в зазор и последующей его кристаллизации.

До изобретения электрической сварки плавлением, пайка, наряду с кузнечной сваркой, была основным технологическим приемом соединения металлических конструкций. В известной степени электрическая сварка плавлением, с ее широкими технологическими возможностями, задержала развитие пайки из ремесла в современный технологический процесс. Лишь с развитием таких отраслей промышленности как авиастроение, радиотех­ника и электроника, автомобилестроение и, особенно, ракетно-космическая техника резко повысился интерес и объемы применения пайки в про­изводстве сложных конструкций машиностроения и приборостроения. Ее при­менение оказалось целесообразным, а в некоторых случаях единственно возможным при изготовлении целого ряда деталей и узлов этих отраслей техники.

Преимущества пайки как технологического процесса и пре­имущества паяных соединений обусловлены, главным обра­зом, возможностью формирования паяного шва ниже темпера­туры автономного плавления соединяемых материалов. При этом стано­вится возможным общий нагрев паяемого узла или изделия до температуры пайки. Этими особенностями и определяются основные преимущества пайки по срав­нению с другими способами соединения:

• осуществлять групповую пайку, широкую механизацию и автоматизацию, обеспечивающих высокую производительность процесса;

• получать соединение деталей в скрытых или малодоступных местах конструкции, а следовательно, изготавливать сложные конструкции за один прием, сократить их металлоемкость, повысить коэффициент использования материала;

• паять не по контуру, а одновременно по всей поверхности соединения, что наряду с обеспечением высокой производи­тельности процесса позволяет широко варьировать прочность соединений;

• ограничиваться при пайке на порядок меньшим давлениями, чем при сварке давлением в твердой фазе, когда для со­единения деталей необходим непосредственный их контакт. При пайке физико-химический контакт деталей обеспечивается при смачивании и заполнении зазора припоем, а давление необходимо лишь для сохранения зазора, компенсации усадки припоя и выдавливания лишней жидкой фазы;

• соединять разнородные металлические и неметаллические материалы и с большой разностенностью, т. е. обеспечить уни­версальность процесса;

• выбирать температуру пайки в зависимости от необходи­мости сохранения механических свойств материалов в изделии, для совмещения нагрева под пайку и термическую обработку и для выполнения ступенчатой пайки;

• предотвратить развитие значительных термических дефор­маций и обеспечить получение изделий без нарушения его формы и размеров, т. е. с высокой прецизионностью;

• в условиях формирования паяных швов при смачивании и растекании припоя по паяемому материалу обеспечивать высо­кую плавность галтелей, а следовательно, высокую прочность, надежность и долговечность в условиях вибрационных и зна­копеременных нагружений;

• разъединять детали и узлы путем их распайки ниже тем­пературы автономного плавления паяемого материала и ре­монтировать изделия в полевых условиях.

Эти преимущества приобретают особое значение в условиях резкого повышения цен на конструкционные и технологические материалы. Широкое применение пайки, при рациональном конструировании машин и приборов, позволяет широко применять прогрессивные технологии изготовления соединяемых деталей (штамповка, литье, прессование порошка) с высоким коэффициентом использования, материала и наиболее полно использовать физико-химические и механические свойства конструкционных материалов.

Вместе с тем, применение при пайке припоев, более легко­плавких, чем паяемый материал, и поэтому часто менее проч­ных, обуславливает ряд традиционных недостатков паяных со­единений:

• неравнопрочность паяного шва с паяемым материа­лом при статических испытаниях на разрыв, причиной чего явля­ются более низкая прочность и пластичность большинства припоев по сравнению с паяемым металлом (рис. 1), литая структура в шве, высо­кое химическое сродство компонентов припоев с основой или ком­понентами паяемого материала, приводящее к росту прослоек химических соединений, развитие в паяном соединении диффузион­ной пористости, слабая активность газовых сред и флюсов при температуре пайки, нетехнологичность конструкции паяемых сое­динений и изделий, развитие остаточных паяльных напряжений в элементах и паяных соединениях и др., что накладывает ограничения на применение пайки в высоконагруженных конструкциях;

Рис. 1. Зависимость прочности металлов от их температуры плавления

• необ­ходимость точной сборки с малыми зазорами, что удорожает себестоимость узлов и изделий;

• применение в припоях дорогих и дефицитных металлов.

Эти недостатки паяных соединений во многих случаях мо­гут быть устранены при использовании новых прогрессивных способов пайки и новых паяльных материалов.