Сварочная пайка. Специальные методы сварки и пайка. Сварка металлов: способы и виды

Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. Наиболее распространены в промышленности пайка радиационным нагревом, экзофлюсовая, паяльниками, газопламенная, погружением, электродуговая, индукционная, электросопротивлением, пайка в печах.

Пайка радиационным нагревом. Пайку выполняют за счет излучения кварцевых ламп, расфокусированного электронного луча или мощного светового потока от квантового генератора (лазера). Конструкцию, подлежащую пайке, помещают в специальный контейнер, в котором создают вакуум. После вакуумирования контейнер заполняют аргоном и помещают в приспособление, с двух сторон которого устанавливают для обогрева кварцевые лампы. После окончания нагрева кварцевые лампы отводят, а приспособление вместе с деталями охлаждают. При применении лазерного нагрева сосредоточенная в узком пучке тепловая энергия обеспечивает испарение и распыление окисной пленки с поверхности основного металла и припоя, что позволяет получать спаи в атмосфере воздуха без применения искусственных газовых сред. При радиационном способе пайки лучистая энергия превращается в тепловую непосредственно в материале припоя и паяемых деталей. Этот способ пайки непродолжителен.

Экзофлюсовая пайка. В основном этим способом паяют коррозионно-стойкие стали. На очищенное место соединения наносят тонкий порошкообразный слой флюса. Соединяемые поверхности совмещают, на противоположные стороны заготовок укладывают экзотермическую смесь. Смесь состоит из разных компонентов, которые укладывают в форме пасты или брикетов толщиной в несколько миллиметров. Собранную конструкцию устанавливают в приспособлении
и помещают в специальную печь, в которой происходит зажигание экзотермической смеси при 500°С. В результате экзотермических реакций смеси температура на поверхности металла повышается и происходит расплавление припоя. Этим методом паяют соединения внахлестку и готовые блоки конструкций небольших размеров.

Пайка паяльниками. Основной металл нагревают и припой расплавляют за счет теплоты, аккумулированной в массе металла паяльника, который перед пайкой или в процессе ее подогревают. Для низкотемпературной пайки применяют паяльники с периодическим нагревом, с непрерывным нагревом, ультразвуковые и абразивные. Рабочую часть паяльника выполняют из красной меди. Паяльник с периодическим нагревом в процессе работы иногда подогревают от постороннего источника теплоты. Паяльники с постоянным нагревом делают электрическими. Нагревательный элемент состоит из нихромовой проволоки, намотанной на слой асбеста, слюды или на керамическую втулку, устанавливаемую на медный стержень паяльника. Паяльники с периодическим и непрерывным нагревом чаще используют для флюсовой пайки черных и цветных металлов мягкими припоями с температурой плавления ниже 300–350°С. Ультразвуковые паяльники применяют для бесфлюсовой низкотемпературной пайки на воздухе и для пайки алюминия легкоплавкими припоями. Оксидные пленки разрушаются за счет колебаний ультразвуковой частоты. Абразивными паяльниками можно паять алюминиевые сплавы без флюса. Оксидная пленка удаляется в результате трения паяльника о металл.

Важное значение имеет сборка узлов под пайку. Сборка должна обеспечивать фиксацию взаимного положения деталей с требуемым зазором и поступление припоя в зазор. В тех случаях, когда припой заранее закладывают в соединение в виде фольги и затем нагревают узел (например, в вакуумной печи), необходимо обеспечить сжатие деталей при температуре пайки с определенным усилием. Если это усилие будет недостаточным, то получится слишком толстый шов с неудовлетворительной прочностью. Чрезмерное сжатие может повредить паяемый узел.

Для сжатия деталей при пайке применяют специальные приспособления. Необходимое усилие сжатия обеспечивается механическими зажимами или разницей между температурным расширением материала изделия и материала приспособления. Последний способ нередко является единственным, когда печная пайка осуществляется при высоких температурах.

Газопламенная пайка. При пайке нагрев осуществляется
пламенем газовой горелки. В качестве горючего газа используют смеси различных газообразных или жидких углеводородов (ацетилен, метан, пары керосина и т. д.) и водород, которые при сгорании в смеси с кислородом дают высокотемпературное пламя. При пайке крупных деталей горючие газы и жидкости применяются в смеси с кислородом, при пайке мелких деталей – в смеси с воздухом. Пайку можно выполнять как горелками специального типа, дающими широкий факел, так и нормальными, сварочными паяльными лампами.

Пайка погружением в расплавленный припой. Расплавленный припой в ванне покрывается слоем флюса. Подготовленная к пайке деталь погружается в расплавленный припой (металлическую ванну), который также является источником тепла. Для металлических ванн обычно используют медно-цинковые и серебряные припои.

Пайка погружением в расплавленную соль. Состав ванны выбирают в зависимости от температуры пайки, которая должна соответствовать рекомендуемой температуре ванны 700–800°С при работе на смеси определенного состава. Ванна состоит из хлористых натрия, калия, бария и др. Этот метод не требует применения флюсов и защитной атмосферы, так как состав ванны подбирают таким, что он вполне обеспечивает растворение оксидов, очищает паяемые поверхности и защищает их от окисления при нагреве, т. е. является флюсом.

Детали подготавливают к пайке, на шов в нужных местах укладывают припой, после чего опускают в ванну с расплавленными слоями, являющимися флюсом и источником тепла, где припой расплавляется и заполняет шов.

Электродуговая пайка. При дуговой пайке нагрев осуществляется дугой прямого действия, горящей между деталями и электродом, или дугой косвенного действия, горящей между двумя угольными электродами. При использовании дуги прямого действия обычно применяют угольный электрод (угольная дуга), реже – металлический электрод (металлическая дуга), которым служит сам стержень припоя. Угольную дугу направляют на конец стержня припоя, касающегося основного металла, так, чтобы не расплавлять кромок детали. Металлическую дугу применяют при токах, достаточных для расплавления припоя и очень незначительно оплавляющих кромки основного металла. Для пайки дугой прямого действия пригодны высокотемпературные припои, не содержащие цинка. При помощи угольной дуги косвенного действия можно выполнять процесс пайки высокотемпе­ратурными припоями всех типов. Для нагрева этим способом применяют специальную угольную горелку. Ток к электродам подается
от машины для дуговой сварки.

Индукционная пайка (пайка токами высокой частоты ). При индукционной пайке детали нагреваются индуктируемыми в них вихревыми токами. Индукторы изготовляются из медных трубок, преимущественно прямоугольного или квадратного сечения, в зависимости от конфигурации деталей, подлежащих пайке.

При индукционной пайке быстрый нагрев детали до температуры пайки обеспечивается использованием энергии высокой концентрации. Для предохранения индуктора от перегрева и расплавления применяется водяное охлаждение.

Пайка электросопротивлением. При этом способе пайки электрический ток низкого напряжения (4–12 В), но сравнительно большой силы (2000–3000 А) пропускают через электроды и за короткое время нагревают их до высокой температуры; детали нагреваются как за счет теплопроводности от нагретых электродов, так и за счет тепла, выделяемого током при его прохождении в самих деталях.

При прохождении электрического тока паяемое соединение нагревается до температуры плавления припоя, и расплавленный припой заполняет шов. Контактную пайку производят или на специальных установках, обес­печивающих питание током большой силы и малого напряжения, или на обычных машинах для контактной сварки.

Пайка в печах. Для пайки используются электрические печи и реже пламенные печи. Нагрев деталей под пайку производят в обычной, восстановительной или обладающей защитными свойствами средах. Пайку высокотемпературными припоями производят с применением флюсов. При пайке в печах с контролируемой средой подлежащие пайке детали из чугуна, меди или медных сплавов собирают в узлы.

Пайка соединений металлов с неметаллическими материалами. Пайкой можно получить соединения металлов со стеклом, кварцем, фарфором, керамикой, графитом, полупроводниками и другими неметаллическими материалами.

Обработка после пайки включает в себя удаление остатков флюса. Флюсы, частично оставшиеся после пайки на изделии, портят его внешний вид, изменяют электрическую проводимость, а некоторые вызывают коррозию. Поэтому остатки их после пайки должны быть тщательно удалены. Остатки канифоли и спиртоканифольных флюсов обычно коррозии не вызывают, но если по условиям эксплуатации изделий требуется их удалить, то изделие промывают спиртом, спиртобензиновой смесью, ацетоном. Агрессивные кислотные флюсы, содержащие соляную кислоту или ее соли, тщательно отмывают
последовательно горячей и холодной водой с помощью волосяных щеток.

Типовые паяные соединения показаны на рис. 2.1. Паяные швы отличаются от сварных по конструктивной форме и способу образования.

Тип паяного соединения выбирают с учетом эксплуатационных требований, предъявляемых к узлу, и технологичности узла в отношении пайки. Наиболее распространенным видом соединения является пайка внахлестку.

Рис. 2.1. Типовые паяные соединения

В узлах, работающих при значительных нагрузках, где, кроме прочности шва, необходима герметичность, детали следует соединять только внахлестку. Швы внахлестку обеспечивают прочное соединение, удобны при выполнении и не требуют проведения подгоночных операций, как это имеет место при пайке встык или в ус.

Стыковые соединения обычно применяют для деталей, которые нерационально изготовлять из целого куска металла, а также в тех случаях, когда нежелательно удваивать толщину металла. Их можно применять для малонагруженных узлов, где не требуется
герметичность. Механическая прочность припоя (особенно низкотемпературного) обычно бывает ниже прочности соединяемого металла; для того чтобы обеспечить равнопрочность паяного изделия, прибегают к увеличению площади спая путем косого среза (в ус) или ступенчатого шва; часто с этой целью применяют комбинацию стыкового соединения с нахлесткой.

Пайкой можно изготавливать сложные по конфигурации узлы и целые конструкции, состоящие из нескольких деталей, за один производственный цикл (нагрев), что позволяет рассматривать пайку (в отличие от сварки) как групповой метод соединения материалов и превращает ее в высокопроизводительный технологический процесс, легко поддающийся механизации и автоматизации.

При пайке возможны следующие дефекты: смещение паяемых элементов; раковины в швах; пористость в паяном шве; флюсовые и шлаковые включения; трещины; непропай; деформации местные и общие.

В современном нестабильном мире и агрессивной внешней среде человек особенно тщательно старается сохранить пространство вокруг себя, сделать более надежным свой «маленький» мир. Автомобиль давно уже стал необходимым элементом повседневной жизни, но, выезжая на дорогу, мы попадаем в зону повышенной опасности. Приобретая автомобиль, покупатель большое внимание уделяет проблемам безопасности. Любой участник движения желает не только избежать возможных аварий на дорогах, но и остаться в живых, если авария все-таки произойдет.

С 1997 г. Европейский комитет EuroNCAP занимается проведением независимых краш-тестов безопасности автомобиля, проверяет машины в разных нестандартных аварийных ситуациях, ставит оценку его безопасности для водителей и пассажиров, составляет рейтинг безопасности автомобилей «Safety assist».

Все эти усилия по разбиванию авто направлены на проверку эффективности пассивных систем защиты автомобилей. И ненапрасно, так как при аварии надежная работа этих систем может спасти жизнь водителю и пассажирам.

Производители автомобилей уделяют должное внимание безопасности пассажиров. Например, кузов Ford Fusion имеет специально сконструированный силовой каркас для поглощения энергии удара в случае столкновения, а двери усилены стальными брусьями. Кузов Audi A3 имеет повышенную жесткость и энергопоглощающую обшивку для пространства ног пассажиров, что при ударе обеспечит водителю и пассажирам надежную защиту.

Новые требования — новые стали

Для повышения конкурентоспособности производители стараются создать экономичные и безопасные автомобили. Новые требования, предъявляемые к современному кузову автомобиля, продиктованы желанием получить более экономичный, а значит, более легкий кузов; в то же время требования к пассивной безопасности должны быть на самом высоком уровне. Все это заставляет автопроизводителей двигаться вперед.

Новые конструкции кузова, инновационные технологии

Новые концепции построения кузова автомобиля напрямую связаны с инновационными технологиями. Как правило, это легкая конст­рукция с использованием ультравысокопрочной стали, легких металлов - сплавов алюминия и магния, применение армированного волокном пластика или разнообразные сочетания всех этих материалов в одной конструкции кузова. Все это продиктовано как экономическими задачами, решаемыми на массовом производстве, так и желанием потребителей получить экономичный и безопасный автомобиль.

Сегодня есть два пути, по которым идут производители: технологии гибридных соединений, легких сплавов, с применением клея, который позволяет распределить нагрузки в соединениях по всей поверхности контакта, и механическо-тепловые методы соединения. Целью является поиск процессов, легко осуществимых в производстве и воспроизводимых впоследствии при восстановлении кузова после ДТП. Сейчас невозможно сказать, какой из способов получит более широкое распространение, поскольку поставщики металлопроката в содружестве с автопроизводителями ведут постоянные разработки новых сплавов и методов обработки металлов с целью получения требуемых характеристик. Часто новые сплавы и новые методы обработки металла открывают новые возможности применения.

Виды сталей и сплавов, используемых в конструкции кузова автомобиля

Сталь

Мягкая сталь до 200 Н/мм2

Высокопрочная сталь HSS 210-450 Н/мм2

Сверхпрочная сталь EHS 400–800 Н/мм2

Алюминиевые сплавы

Алюминий магний AlMg около 300 Н/мм2

Алюминий кремний AlSi около 200 Н/мм2

Новые стали - новые технологии ремонта

MIG-пайка (MIG brazing) - новая технология соединения, называемая также сварко-пайкой, – применяется для соединения высокопрочных сталей автомобильных панелей кузова. Высокопрочные стали, такие как Boron, получили свои высокие показатели по жесткости благодаря термической обработке. Но при обычной сварке полуавтоматом температура сварочной ванны составляет 1500–1600°С, что приводит к изменениям характеристик соединяемых металлов и, как следствие, к изменениям всей конст­рукции кузова. В итоге мы получаем «кузов-инвалид», несущий скрытую угрозу.

Процесс MIG-пайки является процессом пайки твердым припоем. Сварочный процесс MIG-пайки (Metal-Inert-Gas), как понятно из названия, происходит в среде инертного газа аргона. Газ защищает дугу, расплавленный припой и кромки деталей от влияния окружающего воздуха. Сам процесс прост, как и MIG/MAG-сварка, и применим в условиях восстановления кузова. Благодаря более низкой температуре плавления припоя - приблизительно 1000°C - диффузия металлов не происходит, а вследствие относительно небольшой температуры ванны сохраняются заложенные свойства соединяемых сталей. Этот метод практически исключает деформацию соединяемых листов.

Особенно хочется отметить, что благодаря более низкой температуре плавления припоя происходит минимальное выгорание цинка во время пайки (цинк плавится при 419°C, испаряется при 906°C). Полученный шов имеет высокую устойчивость к коррозии. Проволоки для пайки сделаны из сплава на основе меди с добавками кремния (CuSi3) или алюминия (CuAl8). Припой вступает в соединение с цинком, и в результате получается шов с высокими антикоррозионными свойствами.

Процесс сварки-пайки происходит при более низких настройках тока, гораздо ниже, чем при сварке обычной мягкой стали, что необходимо для получения низкой температуры ванны. При этом используется метод толкания: горелка ведется под тупым углом по направлению сварочного шва. Горелку необходимо отклонить от вертикали не более чем на 15°, чтобы газ не выдувался из зоны ванны и защищал ее. Расход газа должен быть в пределах 20–25 л/мин, для этого необходимо использовать редуктор с расходомером.

При сварке-пайке встык двух листов необходимо создать зазор между ними, примерно равный толщине свариваемого листа (около 1–1,2 мм), и оставить место для заполнения припоем. Скорость подачи проволоки выше, чем обычно используется при сварке.

Насколько крепок шов сварки-пайки вы можете проверить сами; у нас получилось примерно около 30 циклов сгибания места шва. Результат можно посмотреть на фотографиях: шов остался цел, соединение получилось крепче основной пластины стали. Испытание проводилось с простыми стальными пластинами, первая проба с высокопрочной сталью так и не сломалась; видимо, для этого необходимо специальное устройство, а не просто тиски.

Новые технологии ремонта - новое оборудование для ремонта

Качество ремонта аварийного кузова требует не только бескомпромиссной точности восстановления конструкции кузова в соответствии с данными производителя, но и использования тех методов, которые позволят не нарушить прочностные характеристики конструкции. Если вы собираетесь производить ремонт в соответствии с требованиями автопроизводителя, необходимо применять современные методы ремонта, которые решаются с помощью OEM (Original Equipment Manufacturer) оборудования.

Сейчас для кузовных мастерских стали доступны полуавтоматы MIG/MAG с возможностью производить сварку-пайку. Французский производитель GYS предлагает две модели с этой функцией: TRIMIG 205-4S и DUOGYS AUTO. Оба аппарата созданы специально для кузовного ремонта. Наибольший интерес вызывает модель DUOGYS AUTO, именно ее мы и рассмотрим подробней.

Профессиональный полуавтоматический сварочный аппарат DUOGYS AUTO идеален для кузовного ремонта на сервисных станциях, работающих с современными кузовами. Он предназначен для работы со сталью, алюминием и сварки-пайки высокопрочных сталей при помощи проволоки CuSi3 или CuAl8.

■ Проволока CuSi3 применяется по технологическому требованию OPEL и Mercedes.

■ Проволока CuAl8 применяется по технологическому требованию Peugeot, Citroеn, Renault.

■ Алюминиевая проволока AlSi12 применяется для сварки автомобильных листов толщиной 0,6–1,5 мм.

■ Алюминиевая проволока AlSi12 применяется для сварки автомобильных листов толщиной более 1,5 мм.

Этот аппарат оснащен двумя четырехроликовыми механизмами с возможностью подключения горелки со встроенным подающим механизмом Spool Gun. В комплекте с ним идут две трехметровые горелки 150 А: одна для работы со сталью, а другая для сварки-пайки, и Spool Gun с четырехметровым рукавом. Благодаря синергетическому режиму аппарат легко перестраивается под разные режимы работы.

DUOGYS AUTO имеет два режима настройки: автоматический и ручной. В автоматическом режиме необходимо выбрать тип и диаметр сварочной проволоки, поставить нужный уровень тока на семипозиционном переключателе, а скорость подачи проволоки автоматически подстроится согласно заданным условиям. При этом предусмотрена возможность для тонкой подстройки скорости. При необходимости всегда можно перейти в ручной режим и работать как с обычным полуавтоматом.

Аппарат имеет два полезных режима. Точечный режим SPOT удобен для операции прихвата. Режим задержки DELAY удобен для сварки тонких листов стали и алюминия, ограничивая при этом риск прожога или деформации свариваемых листов.

Для кузовных станций с небольшой проходимостью можно рекомендовать профессиональный сварочный полуавтомат TRIMIG 205-4S. Он имеет точно такой же генератор тока, как и его старший собрат DUOGYS AUTO, но только один встроенный двухроликовый приводной механизм и потребует дополнительного времени на переустановку катушек со сварочной проволокой.

В остальном это такой же аппарат, с его помощью можно выполнить сварку сталей, сварку-пайку, а подключив горелку со встроенным механизмом подачи проволоки Spool Gun, и сварку алюминия.

Сварка - пайка - технологический процесс, основанный на вводе в основной металл низкого содержания тепла, что приводит к расплавлению только присадочного материала.

Возрастающие требования к повышению стойкости к кор-розии ведут к применению во многих отраслях материалов с предварительно нанесенными покрытиями. Среди различных возможностей защитить сталь от коррозии цинк приобретает особое значение благодаря своим антикоррозионным каче-ствам, с одной стороны, и его низкой цены - с другой.

Нанесенный на основной материал слой цинка составля-ет в зависимости от метода производства от 1 до 20 мкм. Большое количество оцинкованных деталей применяется в автомобилестроении, строительном хозяйстве, в вентиляци-онной и кондиционерной технике, в бытовой технике и т. п.

Благодаря катодной защите цинк имеет большое значение для защиты стали от коррозии. Если происходит поврежде-ние защитного слоя цинка, то цинковое покрытие влияет на железо катодной защитой. Это влияет также на расстоянии 1 - 2 мм на непокрытую поверхность. Благодаря дистанцион-ному влиянию катодной защиты цинка защищаются как неоцинкованные кромки срезов листов, так и микротрещины, ко-торые возникают вследствие холодной обработки давлением, а также окружение сварочного шва, в котором испаряется цинк. Таким же образом на основании катодной защиты исключает-ся подпленочная коррозия цинкового слоя кромок среза.

В чем же сущность сварки - пайки оцинкованных деталей?

Цинк начинает плавиться при ~ 420 °С и при ~ 906 °С испа-ряться. Эти качества неблагоприятно влияют на сварочный про-цесс, так как зажигание сварочной дуги сопровождается испа-рением цинка. Испарение цинка и оксидов может привести к образованию пор, трещин, дефектам сварочных соединений и нестабильной сварочной дуге. Поэтому благоприятнее для оцин-кованных деталей, если устанавливается меньше тепла. Аль-тернатива при сварке - пайке оцинкованных листов в среде защитного газа - это применение медесодержащей присадоч-ной проволоки.

Особенно известны проволоки медно-кремниевые (Си SI3) и алюминиево-бронзовые. При использовании этих проволок можно назвать следующие преимущества:

• нет коррозии сварочного шва;
• минимальное разбрызгивание;
• малое выгорание покрытия;
• малое тепловложение;
• простая последующая обработка шва;
• катодная защита основного материала в непосредствен-ной области шва.

Эти присадочные материалы благодаря высокому содер-жанию меди имеют относительно невысокую точку плавле-ния (в зависимости от состава сплава - от 950 до 1080 °С). Основной материал не плавится, это значит, что соединение соответствует скорее пайке. Отсюда происходит также обо-значение «Сварка - пайка, или МИГ -пайка». Защитный газ рекомендуется, как правило, аргон.

Присадочные материалы

Для сварки - пайки оцинкованных листов рекомендуются следующие медные сплавы:

CuSi3; CuSi2Mn; CuA18

В практическом применении присадочные материалы типа CuSi3 используются наиболее часто. Их существенное пре-имущество состоит в небольшой прочности, которая облег-чает последующую механическую обработку. Текучесть при-садочного материала определяется значительным образом благодаря содержанию кремния. При повышающемся содер-жании кремния плавление становится вязким, поэтому нуж-но обращать внимание на жесткий допуск в содержании ле-гирующих добавок в сплаве.

Присадочный материал типа CuSi2Mn используют также для цинковых покрытий. Дополнительное содержание 1% марганца в проволоке повышает жесткость. По этой причине ее механическая обработка труднее, чем при других медных сплавах. Эта проволока применяется прежде всего там, где не требуется последующая механическая обработка. Свароч-ный присадочный материал типа СиА18 используется преж-де всего для стали с алюминиевым покрытием.

При процессе сварки - пайки используется преимуще-ственно управляемый переход материала в шов, следова-тельно, импульсная сварочная дуга. В некоторых случаях при-менения, специально при толстых слоях цинка от 15 мкм, большое количество испарений может вести к нестабильно-сти процесса пайки или сварки. Поэтому удобнее в случаях такого типа применять короткую сварочную дугу, которая мо-жет держаться стабильнее. В этом случае предъявляются вы-сокие требования к источнику питания и его характеристике регулировки.

В среде богатого аргоном защитного газа посредством надлежащего выбора параметров основного и импульсного тока достигается управляемый, без короткого замыкания пе-реход материала в шов (рис.1).

Переменная форма импульса при сварке - пайке (Iknt-сила тока, при которой применяется струйная дуга, IM - ус-редненная сила тока).

При оптимальном выборе параметров капля присадочного материала отрывается от проволочного электрода по импуль-су. В результате процесс почти лишен брызг. Исследования показали, что различные присадочные материалы и защит-ные газы требуют различной формы импульса. Это привело к отдельной для каждого присадочного материала «срезан-ной» по массе форме импульса. Особенно это действует для бронзовой и медной проволок.

Чтобы в тонких листах испарение цинка оставалось как можно меньше, нужно вести процесс при небольшой силе тока. Поэтому главное требование состоит в том, чтобы ис-точник тока в нижней области мощности обеспечивал осо-бенно стабильную дугу. Низко устанавливаемая сила основ-ного тока при этом так же важна, как и быстро реагирующее регулирование длины дуги, чтобы длина дуги могла держать-ся короткое время. Следствие - небольшой нагрев основно-го материала и уменьшение количества испарения цинка. Как результат обоих эффектов - встречается небольшое количе-ство пор (рис. 2).

Это положительно влияет как при последующей обработ-ке шва шлифовкой, так и при повышенном показателе проч-ности соединения пайкой.

Рис. 2. Угловой шов при импульсной сварочной дуге (толщина листа 1,5 мм )

Режим синержик

Хорошего результата пайки МИГ оцинкованных листов можно достигнуть только при помощи источника питания с достаточно богатым уровнем свободы в выборе параметров. Благодаря множеству бесступенчато устанавливаемых пара-метров (приблизительно тридцать параметров) можно без проблем улучшить отрыв капли при сварке импульсной ду-гой или использовать короткое замыкание при сварке корот-кой дугой для большого количества присадочных материа-лов. Эти дополнительные параметры усложняют обслужива-ние источника питания и ограничивали бы из-за этого круг пользователей лишь экспертами.

При помощи так называемого режима синержик (цифровое управление) с запрограммированными параметрами для каждой комбинации проволоки и газа этот процесс очень прост в обслуживании для пользователя.

Производитель сварочных аппаратов принимает на себя задачу оптимизации параметров для многих различных ос-новных и присадочных материалов, а также защитных газов. Этот научно обоснованный результат записывается в элект-ронном запоминающем устройстве в форме банка данных. Пользователь получает выбор параметров для любого при-садочного материала прямо в источнике питания. Встроен-ный микропроцессор заботится о бесступенчатом выборе мощности в диапазоне от минимума до максимума.

Подача проволоки

В сравнении со стандартными проволоками бронзовые проволоки очень мягкие. Поэтому предъявляются особые тре-бования к механизму подачи проволоки. Подача присадочной проволоки должна осуществляться свободно, без трения. 4-роликовый привод с задействованными подающими роли-ками передает сам при небольшой силе прижима достаточ-ную силу для подачи проволоки. Обычно используются гладкие ролики с полукруглой канавкой. Чтобы удерживать неболь-шое сопротивление трения в шланговом пакете, нужно исполь-зовать тефлоновый или пластмассовый канал. Точное вхож-дение проволоки в контактный наконечник - следующая ос-новная предпосылка для бесперебойной подачи проволоки.

Точно подобранный по размеру контактный наконечник в горелке обеспечивает надежный контакт для передачи тока на бронзовую проволоку.

Примеры применения сварки - пайки

Процесс сварки - пайки может применяться как для неле-гированных и низколегированных, так и для нержавеющих сталей. Главным образом этот метод используется для ста-лей с оцинкованной поверхностью. Незначительное выгора-ние слоя как в непосредственной области шва, так и на об-ратной стороне обусловлено малым тепловложением и низ-кой температурой плавления присадочного материала.

Рис. 3. Примеры применения пайки МИГ в автомобильной промышлен-ности и смежных отраслях: элемент топливопровода, дверная петля

Для сварки - пайки подходят все виды сварочных швов и сварочные позиции, которые известны для сварки в среде защитного газа. Как вертикальные швы (снизу вверх и сверху вниз), так и потолочные позиции выполняются безукоризненно. Скорость сварки при пайке МИГ идентична сварке МАГ (до 100 см/мин).

Появилась задолго до изобретения электрической сварки. Ее использовали в Древнем Риме и Вавилоне, о чем говорят археологические раскопки.

За это время технологии усовершенствовались, и появились новые виды пайки, в которых для нагрева металла используется электрический ток, пламя газовой горелки, энергия лазера или иные источники тепловой энергии.

Капиллярный вид пайки – самый распространенный. Многие, применяя его, даже не подозревают о таком названии. Суть технологии заключается в следующем.

Припой расплавляют, он нагревается и заполняет собой пространство между двумя подготовленными деталями. Смачивание поверхности деталей и удержание припоя происходит во многом благодаря эффекту капиллярности.

Капиллярный вид пайки распространен в быту и на различных производствах. Для его проведения потребуется паяльник или горелка. По сути, любой вид пайки можно считать в определенной мере капиллярным, поскольку в каждом присутствует капиллярное смачивание поверхностей заготовок жидким припоем.

Диффузионный

Этот вид паяния отличается от остальных длительностью процесса, поскольку на диффузию требуется время.

Припой внутри зоны шва выдерживается при определенной температуре дольше, чем, скажем, при обычном капиллярном виде пайке. Соединение двух заготовок происходит за счет диффузии припоя и спаиваемых металлов.

Сам процесс диффузии заключается в проникновении молекул одного вещества в структуру другого вещества. Спайка происходит на молекулярном уровне и дает возможность получить более прочный шов.

Диффузионный вид требует строго соблюдения температурного и временного режима. Температура нагрева в зоне пайки всегда выше, чем температура плавления припоя.

Контактно-реакционный

Вид пайки под названием «контактно-реакционный» или «реактивный» означает процесс сплавления при контакте двух деталей из разных металлов.

Происходит фазовый переход металла из твердого в жидкое состояние с последующим отвердением и сплавлением. Часто такое соединение осуществляют через тонкую прослойку, которая нанесена на одну из заготовок гальваническим или иным способом.

Используются легкоплавкие материалы – эвтектики. Так можно соединить серебро и медь, где между деталями будет образован медно-серебрянный сплав. Проводят пайку олова и висмута, серебра и бериллия, графита и стали.

Можно спаивать алюминий с другими материалами через прослойку меди или кремния. Соединение получается прочным, время пайки занимает доли секунд.

Реакционно-флюсовой

В основе реактивно-флюсового вида пайки лежит химическая реакция, при которой из флюса при соединении с металлом образуется припой. Это хорошо видно, когда между собой соединяются алюминиевые детали.

Для их стыковки применяется флюс на основе хлористого цинка. При нагреве цинк начинает взаимодействовать с алюминием, превращаясь в металлический припой.

Он заполняет собой все пространство зазора, делая место зоны пайки прочным соединением. При этом очень важно точно соблюсти пропорции наносимого флюса. Его должно быть много, чтобы чистый цинк в необходимом количестве мог выделиться из флюсового порошка.

Иногда при этом виде пайки приходится добавлять в небольших количествах, как дополнение к основному процессу. Обычно это делают, если две заготовки соединяются внахлест.

Пайка-сварка

Такое название технология получила потому, что сам процесс очень сильно напоминает сварку металла с присадочным материалом (проволокой или порошком).

Но в данном случае вместо присадки используется припой. Этот вид чаще всего используют для того, чтобы заделать дефекты и изъяны на поверхностях металлических деталей (литых).

Сам процесс можно проводить разными способами:

• пайка в печах;
• окунанием в ;
• сопротивлением с помощью электрического тока;
• индукционным способом;
• радиационным;
• с помощью паяльников и газовых горелок.

Некоторые виды появились сравнительно недавно, еще исследуются и дорабатываются.

В печах

Первый вариант обеспечивает равномерное распределение припоя по дефектным участкам детали и равномерное прогревание, что особенно важно, когда приходится паять крупногабаритные заготовки со сложной конфигурацией.

При этом разогрев в печи может проходить одним из многих существующих способов, начиная от нагрева пламенем, и до сложно технологических процессов, таких как индукция, электросопротивление.

Конструкция самих печей отличается друг от друга лишь подами, на которые укладывают паяемые заготовки. Для крупных деталей используются печи, в которых под не движется, а для маленьких – подвижные в виде конвейеров на роликах.

Главная задача этого вида пайки – создать внутри печи специальную газообразную субстанцию. Пайка в печах может быть полностью механизирована, что ведет к повышению производительности труда. А для производств с массовым выходом готовой продукции это идеальный вариант.

Применение индукции и сопротивления

Что касается индукционного вида, то для него используют токи высокой частоты. Электричество пропускается через спаиваемые детали, отчего они и нагреваются.

Здесь реализуются два способа пайки: стационарная и с перемещением детали или индуктора. В случае соединения крупногабаритных заготовок используется вторая технология.

Способ пайки сопротивлением чем-то схож с индукционным видом. Просто в этой технологии ток пропускается и через заготовки, и через паяльный элемент. То есть, соединяемые детали становятся частью электрической цепи.

Проводят такой процесс в электролитах или в специальных контактных машинах, действие которых очень похоже на стандартную электросварку. Контактные машины обычно используются в производствах, где необходимо паять между собой изделия из тонкого листового металла.

Пайка же в электролитах используется сегодня не часто за счет сложности настройки параметров технологического процесса . Ведь процесс проходит по принципу теплового эффекта, возникающего между катодом (спаиваемые детали) и анодом.

Вокруг заготовок образуется водородная оболочка, у которой очень высокое электрическое сопротивление. Отсюда и выделение большой тепловой энергии.

Погружение в ванну

Пайка с погружением проводится или в среде расплавленного припоя или в массе специальных солей. Последний вид пайки – это быстро проводимая операция за счет непосредственного нагрева заготовок от солей, которые выполняют функции и нагревательного элемента, и флюса. Что касается погружения в припой, то необходимо отметить возможность полного или частичного погружения.

Радиационный метод

Радиационный вид пайки производится за счет мощного светового потока, который формируется кварцевой лампой, лазером или катодным расфокусированным лучом.

Технология появилась относительно недавно, но показала, что таким способом можно достигать высокого качества пайки двух металлических заготовок. К тому же появилась реальная возможность контролировать процесс и по степени нагрева, и по временным срокам. При этом лазер удаляет оксидную пленку с припоя и с металла, что гарантирует высокое качество паяного шва.

Газовая оболочка в зоне соединения, образорванная за счет нагрева металлов, дает возможность при соединении не использовать флюсы. Поэтому, когда сегодня говорят о пайке без флюса, подразумевают лазерную технологию.

Горелка и паяльник

Что касается пайки горелками, то чаще всего применяются две технологии, которые, по сути, ничем не отличаются одна от другой. Происходит просто нагрев двух деталей и припоя, уложенного между ними в зазор.

В первом способе – за счет сгорания газа, во втором – за счет образования плазмы (это сгораемый газ, который движется тонкой струей с большой скоростью). Необходимо отметить, что способ с газовыми горелками считается универсальным.

Горелки, испускающие поток плазмы, работают при высоком температурном режиме. А это позволяет паять между собой детали из титана, молибдена, вольфрама и прочие тугоплавкие материалы.

Сложность этой технологии заключается в том, что настроить электрическую дугу под определенную температуру нагрева (до определенной точности) практически невозможно.

Пайка паяльником используется давно. Если еще 5-10 лет назад можно было говорить только об электрических приборах или нагреваемых от огня, то сегодня предложений куда больше.

Хотелось бы отметить паяльники, работающие от ультразвука. То есть, сам ультразвук имеет отношение к процессу пайки лишь с позиции разрушения оксидной пленки.

Поэтому и появилась возможность паять различные металлы в воздушном окружении без флюсовых материалов. Непосредственно пайка происходит от нагрева припоя.

Вакуумный

Пайка в вакууме и сегодня еще используется не всегда и не везде. Сложность данного вида заключается в том, что необходимо в зоне паяния создать разряженную атмосферу без воздуха.

Как известно, присутствующий в воздухе кислород является причиной образования оксидной пленки, которая покрывает собою металлические заготовки и припой.

Пленка очень тугоплавка, при пайке теряются температурные градусы для нагрева соединяемых деталей. Поэтому все ученые до сих пор и ищут способы, как удалить оксидное покрытие или провести процесс без него. Пайка в вакууме – один из таких вариантов.

Препятствуют внедрению вакуумного вида в производство такие факторы:

• низкая производительность процесса, потому что приходится нагревать каждую отдельную деталь;
• таким способом можно паять лишь заготовки небольших размеров;
• сложность создания станков и дополнительного оборудования;
• сложность проведения процесса пайки.

Однако если говорить о космосе, где отсутствует атмосфера, то вакуумный вид считается весьма перспективным.

Селективный

Нельзя сказать, что селективный вид пайки принципиально отличается от капиллярного. Точно также в нем применяют припой и нагрев. Но расплавляют припой только в выборочных местах (локальных точках), на которые планируется прикрепить элементы.

Селективную пайку применяют в основном для изготовления плат и выводов штыревых компонентов. Она схожа с волновым методом, применяемым для пайки smd-чипов.

Установка селективной пайки – оборудование, относящееся к категории полуавтоматов. Оно не дешевое, но экономит расходные материалы почти в десять раз, по сравнению с волной, поэтому распространяется все шире и шире.

Температурный режим и материалы

Классификация процессов пайки основывается на методах проведения операций, условиях, при которых получают соединения, и на видах расходных материалов. Понятия и виды пайки подробно описывает ГОСТ 17325.

Пайку называют высокотемпературной или твердой, если припой разогревается до температуры 450 ℃ и выше. В противном случае приходится иметь дело с низкотемпературным видом (мягким).

Для низкотемпературного вида применяют легкоплавкие припои. К ним относятся сплавы олова и свинца, висмута, галлия, индия. К тугоплавким принадлежат медно-серебряные, медно-цинковые припои.

В связи с повелением новых материалов и требований экологической безопасности, технологии пайки постоянно меняются. Свинцовые припои применяют все меньше, устанавливают дымоуловители, разрабатывают лазерное и ультразвуковое оборудование.

Немалую роль в развитии пайки играет внедрение роботизированных систем, позволяющих значительно ускорить работу.

15.05.2013

В прошлой статье кратко описывалась проблема соединения деталей кузова современного автомобиля из высокопрочной стали. Одно из решений, сварка-пайка , слово знакомое лишь в узких кругах профессионалов кузовного ремонта.

Что такое сварка-пайка , какие задачи она решает, какое оборудование необходимо для сварки этим способом и какие материалы применяются для соединения деталей из высокопрочной стали, мы попытаемся кратко изложить в нашей статье.

Высокопрочные или многофазные : эти стали последнего поколения были дообработаны с целью увеличения прочности до 1600 MПa. Они в основном применяются для создания противоударных зон в кузове автомобиля. Например: Porsche 997, OpelCorsa 07.

Высокопрочные или многофазные стали, это соединение бейнита, аустенита и феррита. Эти стали обеспечивают высокую прочность и хорошую деформируемость. Их используют при производстве сложных деталей, которые важны для устойчивости автомобиля.

При всех преимуществах, у высокопрочной стали есть и недостатки. Более сложный процесс производства, уменьшение прочности при сильном нагреве, необходимость использования на СТО специального оборудования и применения современных методов работы, обязательная замена элемента кузова в случае повреждения, выправление повреждённых деталей запрещена, использование полуавтоматической сварки стальной проволокой строго запрещена.

Пайка MIG в среде защитного газа наиболее современный метод сварки для новейших видов сталей. Этот метод также называется MIG brazing (по-английски) илисваркой медью MIG.

Этот метод сварки все больше и больше используется различными автомобилестроителями и его все больше и больше рекомендуют для ремонта (Mercedes, Opel, VW, Peugeot, Toyota, Honda). Используется термин пайка т.к.листы металла, которые соединяют не плавятся, в отличие от сварки MIG/MAG или полуавтоматической сварки . Причина этому - работа при более низкой температуре, приблизительно 900°C.

Благодаря низкой температуре сварочной ванны, слой цинка практически не повреждается, и, таким образом, сохраняется антикоррозийная защита. Для современных сталей с высоким пределом упругости свойства материалов не меняются и деформации незначительны. Этот метод также позволяет уменьшить разбрызгивание при сварке.

Температура плавления медных сплавов значительно ниже: между 750°C и 1080°C. Так как температура плавления стали приблизительно 1500°C, пайка MIG не расплавит стальной лист и не изменяет первоначальных свойств, специальных сталей.

При пайке MIG плавится только проволока, но не свариваемые листы

Используемая проволока сделана из сплава меди и цинка. Это более благородный металл с очень хорошими антикоррозийными свойствами. Чаще всего используется проволока диаметром 0,8 - 1,0 мм в зависимости от аппарата и, как правило, это CUSI3. Принцип сварки-пайки состоит в наплавлении проволоки CUSI3 или CUAL8 настальную деталь при не очень высокой температуре. Диаметр проволоки 0,8 мм для аппарата с программой «Сварка-пайка » и 1 мм для импульсного аппарата.

При пайке MIG, соединение происходит диффузией. Речь идет о поверхностной, но очень стойкой спайке, позволяющей очень хорошее наполнение. Присадочный металл (медь) переносится капиллярным действием (хорошее наполнение в соединениях и трещинах) и, таким образом, полностью защищает оголенные края листового металла в зоне пайки.

Вдоль края пайки слой цинка расплавляется и соединяется с медью, образовывая защитный слой. Другими словами, обратная сторона сварки защищена от ржавчины.

Для сварки-пайки (металла с высоким пределом упругости) с помощью проволоки из сплава меди с кремнием CusI3 или сплава меди с алюминием CuAl8 (Ø 0,8мм и Ø 1мм) сварщик должен использовать нейтральный газ: чистый аргон (Ar). Для выбора газа спросите совета специалиста по продаже газа. Расход газа приблизительно между 15 и 25 Л/мин.

Сварочные аппараты RedHotDot HOTMIG-19 , HOTMIG-27 и HOTMIG-29 производят сварку-пайку, для этого необходимо подключить баллон с Аргоном, выбрать режим NORMAL 2T, выбрать диаметр проволоки 0,8 или 1.0, выбрать положение на панели управления CuSi/CuAl.