Пайка — один из наиболее известных методов соединения металлов. Однако применявшиеся до последнего времени способы пайки вследствие низкой производительности, недостаточной надежности соединения, сложности технологического процесса и других недостатков использовали относительно редко.

В последнее время появились новые методы пайки, использующие различные виды электрического нагрева: т. в. ч., электронный луч, нагрев в термических печах, пайка с применением ультразвука и др. Эти методы нагрева в сочетании с такими защитными средами, как вакуум, инертные и восстановительные газы (водород, СО. и др.), специальные припои, не требующие флюсов, позволили значительно улучшить качество паяных изделий и повысить производительность процесса пайки.

Новые методы пайки дают возможность использовать деталь в изделиях без последующей механической обработки.

С помощью новых методов пайки можно соединять тугоплавкие металлы и металлы, обладающие особыми свойствами.

Из таких металлов могут быть изготовлены в условиях вакуума тонкостенные конструкции, подвергающиеся воздействию высоких температур. Пайка в современном состоянии удовлетворяет всем требованиям производства с точки зрения экономики, так как использование паяных соединений способствует уменьшению трудоемкости и снижению стоимости изделия.

Пайка стала одним из важнейших технологических процессов соединения металлов во многих отраслях металлообрабатывающей промышленности. Паяные соединения надежно работают в ответственных изделиях в авиационной, радиотехнической, автомобильной, приборной и других отраслях промышленности.

Пайкой называется процесс получения неразъемного соединения материалов с нагревом ниже температуры их автономного расплавления путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления их при кристаллизации шва.

Пайку металлов следует проводить при определенной температуре и в средах, обеспечивающих хорошее смачивание припоем металла и взаимную диффузию жидкого припоя и металла соединяемого изделия. При этом должны быть созданы условия для возникновения капиллярных явлений. Последние обеспечивают проникновение жидкого припоя в зазоры между соединяемыми изделиями. Припой проникает в зазоры между соединяемыми деталями, при охлаждении кристаллизуется и образует прочную связь. Нагревать изделие и расплавлять припой можно дугой, теплотой, выделяющейся в электрическом контакте, в печах сопротивления, индукционным методом, электронным лучом, газовым пламенем, погружением в соляные ванны или жидкие припои и т. п.

Пайка имеет ряд преимуществ по сравнению со сваркой. Во многих случаях при пайке расходуется меньшее количество теплоты. Пайка не вызывает существенных изменений химического состава и механических свойств основного металла. Как правило, остаточные деформации в паяных соединениях значительно меньше, чем в сварных. Поэтому возможно соблюдение точных размеров паяных конструкций без дополнительной обработки. Пайкой соединяются углеродистые и легированные стали, чугун, цветные металлы и сплавы, благородные металлы и т. д., а также разнородные материалы. Процесс пайки легко механизируется и автоматизируется.

Большинство способов пайки осуществляют с применением различных припоев и лишь в тех случаях, когда в процессе пайки между металлами могут образоваться легкоплавкие эвтектики, пайка возможна без специального припоя.

К припоям предъявляют ряд требований общего характера. Припой должен хорошо растекаться по поверхности основного металла, смачивать и растворять его, легко заполнять зазоры между деталями, обеспечивать необходимую прочность соединения и т. п.

Припои применяют в виде лент, паст, прутьев. Особенно распространены припои в виде проволочных контуров и прокладок из фольги, штампуемых в соответствии с поверхностью соединяемых частей.

Широкое применение в качестве припоев получили высокотемпературные припои — сплавы на основе серебра, алюминия, меди и др., обладающие, как правило, температурой плавления выше 450—500° С (723—773 К). Медно-цинковые припои ПМЦ 36, ПМЦ 48, ПМЦ 54 имеют предел прочности σ_в = 21 35 кгс/мм² (206,0 — 343,2 МН/м²), относительное удлинение до 26%, рекомендуются для пайки изделий из меди, томпака, латуни, бронзы. Серебряные припои имеют температуру плавления 740—830° С (413—1103 К). Согласно ГОСТ 8190—56 марки припоев разделяют в зависимости от содержания в сплавах серебра, которое изменяется в пределах от 10 (ПСр 10) до 72% (ПСр 72). В них также содержатся цинк, медь и в небольшом количестве свинец. Эти припои применяют для пайки тонких деталей, соединения медных проводов и в случаях, когда место спая не должно резко уменьшать электропроводность стыковых соединений.

Низкотемпературные припои имеют температуру плавления ниже 450—400° С (723—673 К). Они обладают небольшой прочностью. Их применяют для пайки почти всех металлов и сплавов в разных их сочетаниях. В большинстве случаев низкотемпературные припои содержат значительный процент олова.

Низкотемпературные оловянно-свинцовые припои (ГОСТ 1499—70) имеют верхнюю критическую точку плавления 209—327° С (482—600 К). Олово имеет точку плавления 232° С (505 К). Его предел прочности при растяжении 1,9 кгс/мм² (18,6 МН/м²), относительное удлинение 49%, НВ 6,2 кгс/мм² (60,8 МН/м²). Оловянно-свинцовые припои ПОС-90, ПОС-61, ПОС-40 и др. применяют при пайке медных аппаратов, авиационных радиаторов, изделий из латуни и железа, медных проводов и т. д.

Образование качественного паяного соединения в значительной степени зависит от возможности наиболее полного удаления с поверхности металла окисных, адсорбированных газовых и жидких пленок. В практике пайки для удаления поверхностных пленок применяют различного рода флюсы, восстановительную атмосферу или вакуум. В последнее время для этой цели успешно используют механическое разрушение пленок с помощью ультразвуковых упругих колебаний.

Флюсы при пайке имеют несколько назначений. Они защищают основной металл и припой от окисления, растворяют или восстанавливают образовавшиеся окислы, улучшают смачивание поверхностей, способствуют растеканию припоев. Флюсы можно применять в твердом, жидком и газообразном виде (в виде порошков, паст, растворов газов). Роль флюса выполняют некоторые специальные газовые атмосферы и вакуум, которые также могут способствовать восстановлению окислов и улучшению условий смачивания. Флюсующее действие оказывают в некоторых случаях отдельные составляющие, входящие в состав припоев. Например, фосфористые припои не требуют флюсов при пайке медных сплавов.

Пайку можно вести при общем или местном нагреве конструкции. При общем нагреве изделие помещают в печь или погружают в соляную или металлическую ванну. В этих условиях изделие прогревается равномерно. Такой процесс целесообразен для пайки изделий относительно небольших размеров. При местном нагреве подогревают лишь часть конструкции в зоне спая.

Пайка при помощи паяльника. Наиболее известный и широко используемый метод пайки низкотемпературными припоями — пайка паяльниками. В усовершенствованных конструкциях паяльников обеспечивается механизированная подача припоя и его дозировка.

Пайка газовым пламенем. Газовым пламенем паяют вручную и механизированным способом. Источником нагрева служит пламя обычных горелок с применением в качестве горючего относительно невысококалорийного газа, например пропана. Газовое пламя лишь частично предохраняет место спая от окисления, поэтому рекомендуется применение флюсов и паст.

Рис.109. Основные виды индукторов для пайки:1—индуктор;2—детали;3—припой

В некоторых случаях флюсы подаются в газообразном состоянии непосредственно в пламя. При газовой пайке возможно применение высокотемпературных и легкоплавких припоев.

Для крупных деталей иногда применяют процесс пайки, называемый «сварка бронзой». В этом случае припоем служат латунные стержни, изделие нагревают кислородно-ацетиленовой горелкой. Сначала ею подогревают кромки, насыпают флюс, облуживают их тонким слоем припоя, а затем заполняют припоем весь объем разделки. Сварку бронзой используют при ремонте чугунных и стальных деталей.