Паяные соединения

Паяные соединения получают нагреванием до температуры плавления припоя, который затекает в зазоры между соединяемыми деталями и кристаллизуется, образуя шов. Пайка – основной вид соединений в радиоэлектронной и электротехнической промышленности. Наряду с этим паяные конструкции широко распространены в других отраслях техники. Этому способствуют современные методы пайки в печах с нейтральной и восстановительной средой; в вакууме с нагревом электронным лучом, индукционным нагревом, с помощью ультразвука и др.

Достоинства: возможность соединять детали из однородных и разнородных материалов; из высокопрочных сплавов тугоплавких металлов (ниобий, вольфрам, молибден, тантал), плохо поддающихся сварке (камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, лопатки турбин, ядерные реакторы и др.); возможность паять детали с тонкостенными элементами, в которых нельзя применить сварку; изготавливать за один производственный цикл сложные по конфигурации конструкции; соединять стали со сплавами цветных металлов; металлов с графитом, фарфором; пластмассу, дерево, резину. К достоинствам паяных соединений относится также возможность распайки без разрушения деталей.

Недостатки: необходимость обеспечения малых равномерно распределенных зазоров; более точная механическая обработка и сборка конструкций, очистка поверхностей от грязи и масел, удаление оксидных пленок, нанесение покрытий, облегчающих протекание процесса пайки. Для уменьшения окисления поверхностей деталей применяют флюсы, которые не только защищают поверхность, но и растворяют оксидные пленки и повышают текучесть припоя.

Основные способы пайки и их характеристики:

• паяльниками – универсальный ручной способ низко- температурной пайки;

• газовой горелкой – универсальный ручной способ высокотемпературной пайки;

• индукционная – для изделий больших размеров; быстрый нагрев; возможность механизации и автоматизации процесса;

• в печах с флюсом – равномерный нагрев и регулирование режима; минимальная деформация изделий; возможность механизации;

• в печах в контейнерах с инертным газом и вакуумных печах – минимальная деформация изделий; отсутствие окисления; возможность объективного контроля режима пайки;

• сканирующим электронным лучом – возможность локализации нагрева и автоматизации процесса;

• погружением в расплавленный припой или флюс высокая производительность; быстрый нагрев и точное регулирование температуры.

Припои должны быть легкоплавкими, хорошо смачивать поверхность, обладать высокой прочностью. По температуре плавления припои делятся на низкотемпературные (T< 450°С) на основе олова и свинца (ПОСЗО, ПОС90) и высокотемпературные (Т> 450°С) на основе меди (Л63), серебра и меди

Рис. 4.102

(ПСР25, ПСР45). В качестве флюса для низкотемпературной пайки используют прокаленную буру Na2B4O7 и ее смесь с борной кислотой.

Тип паяного соединения определяется требованиями к прочности изделия, характером нагрузок и направлениями их действия. Основными типами являются соединения внахлестку (рис. 4.102, а), встык (рис. 4.102, б), тавровые (рис. 4.102, в), угловые (рис. 4.102, г) и телескопические (рис. 4.102, ∂).

В авиационной и космической технике широко используют сотовые (рис. 4.103, а) и гофровые (рис. 4.103, б) паяные соединения. При этом малопрочные алюминиевые сплавы заменяют тонкими стальными листами. Прочность и жесткость такой конструкции выше, чем клепаной.

Расчет паяных соединений на прочность проводится по номинальным напряжениям. Нахлесточные соединения (рис. 4.104, а), нагруженные растягивающей силой, рассчитывают на прочность по срезу:

где – допускаемые напряжения на срез паяного соединения (табл. 4.31).

Рис. 4.103

Рис. 4.104

Стыковые паяные соединения при действии растягивающей силы F рассчитывают по номинальному сечению соединяемых деталей:

При действии растягивающей силы F и изгибающего момента M (рис. 4.104, б) напряжение определяют по формуле

где – момент сопротивления детали в месте пайки; – допускаемые напряжения на растяжение паяного соединения (см. табл. 4.31).

Таблица 4.31

Материал паяных элементов	Припой	Способы нагрева	Допускаемые напряжения, МПа
Латунь	Олово	Паяльником	40-50	30-40
Мель	ПОС40		60-70	40-50
	ПOC18		80-90	25-40
	ПСр45	В печи	300-320	240-300
Низкоуглеродистая сталь	Олово	Паяльником	80	40
	ПОС40		100	60
	ПОС18		105	50
	ПСр45	В печи	220-240	170-180
	BПp		300-400	250-300
	M1		350-400	170-200