Классификация способов пайки

ГОСТ 17349-79. Для осуществления пайки необходим припой, его физический контакт с паяемым металлом в жидком состоянии и физико-химическое взаимодействие между ними. При заполнении зазора в процессе нагрева по термическому циклу с последующей кристаллизацией паяного шва. Классификационными признаками 1 группы СП1 является метод получения и полнота расплавления припоя.

Способ заполнения паяльного зазора и условие кристаллизации:

Припой может быть изготовлен заранее- пайка готовым припоем, а может образоваться в процессе пайки в результате контактно-реактивного плавления- контактно-реактивная пайка. По характеру затекания припоя в зазор различают капиллярную (менее 0,5 мм) и некапиллярную (более 0,5 мм) пайки. При капиллярной пайке припой заполняет зазор самопроизвольно под действием капиллярных сил. При некапиллярной пайке используется возможность поднятия жидкого припоя в зазорах под действием гравитации отрицательного давления, магнитных и электромагнитных сил и т.д.

По физическим, химическим и электрохимическим признакам, определяющим процесс удаления окислов с поверхности основного материала и припоя. Способы пайки объеденены в группу СП2. По источнику нагрева способы объеденены в групп СП3. К ним относятся пайка паяльником, горелкой, электросопротивлением, в печи, погружением в расплав флюса или припоя, индукционному, электролитному, лучом лазера, теплотой химической реакции, потока ионов в тлеющем разряде, инфракрасного излучения, волны припоя, электронного луча и т.д.

Различают низко- и высокотемпературную пайку. Границей является t=450⁰C- это деление связано с различием вспомогательных материалов. Признаком 4 группы СП4 является наличие или отсутствие при фиксированном зазоре давление на соединяемые детали.

Признаком 5 группы СП5 служит одновременность или неодновременность выполнения паяных швов на одном изделии.

Кинетика образования спаев

1. Без диффузионный спай, в процессе пайки паяемый металл и расплавленный припой вступают в физико-химическое взаимодействие, обусловленное различиями их свойств и энергетического состояния. При снижении температуры пайки и времени выдержки интенсивность взаимодействия уменьшается. Возможно образование химических связей при отсутствии диффузии в объеме металла.

Продолжительность периода времени, в течении которого образуется бездиффузионный спай. τ=τ_0·L

τ₀-постоянная времени; Q_T,Q_Ж- энергия активации диффузии твердого основного металла и расплава припоя.

2. Растворно-диффузионный спай. При смачивании паяемого материала расплава припоя создаются необходимые условия для развития процесса химического соединения. Одновременно со смачиванием происходит растворение паяемого материала в расплавленном припое. В следствии химический состав зоны сплавления меняется до тех пор, пока не достигнет равновесной концентрации. Одновременно идет диффузия атомов жидкой фазы в твердую, но поскольку скорость растворения твердого металла в жидком выше чем диффузия жидкого в твердом, диффузионная зона не образуется. Если время выдержки припайки достаточное для достижения равновесия между твердой и жидкой фазами, то жидкая фаза будет иметь состав смеси основного металла и припоя.

3. Контактно-реакционный спай. контактное плавление- это переход в жидкое состояние из твердых металлов при температуре ниже температуры их автономного плавления. С момента образования жидкой фазы заканчивается 1 фаза контактного плавления, связанная с образованием твердых растворов и начинается 2 стадия, связанная с расплавлением основного металла в образовавшемся расплаве. Получение паяного соединения путем контактного плавления происходит обычно в том случае, когда один из материалов представлен в виде фольги и тогда все рассмотренные процессы действуют до момента израсходования этой фольги.

4. Диспергированный спай. Качество паяного шва определяется его механическими характеристиками. В процессе пайки могут происходить изменения физико-химического состава и свойств основного материала, связанные с пластифицированием, понижением прочности, диспергированием основного материала на составляющие, образование твердых растворов и диффузий и последующего растворения полученных фаз в основном материале. В результате после кристаллизации соединения возникает новый сплав, состоящий из компонентов припоя и основного материала, образуя новый сплав , имеющий температуру выше чем у исходных компонентов. И следовательно обладающий повышенными механическими свойствами.

Способы пайки

В основу классификации способов пайки положены физико-химические, металлургические и технологические признаки процесса образования паяного соединения. По условию заполнения зазора обычно выдерживают капиллярный зазор 0,5…0,8 мм. Исходя из условий последующей кристаллизации паяного шва. При пайке разнородных соединений учитывается различие температурных коэффициентов линейного расширения и величины последующей усадки паяного шва.

Контактно-реактивная пайка

Капиллярная пайка при которой припой образуется в результате контактно-реактивного плавления соединяемых материалов, промежуточных покрытий или прокладок с образованием эвтектики. Количество получаемой жидкой фазы можно регулировать изменением времени контакта а также толщины покрытия или прокладки, т.к. процесс контактно-реактивного плавления заканчивается при израсходовании одного из контактирующих материалов. Контактное плавление наблюдается у металлов, образующих эвтектики или твердые растворы с минимальной на диаграмме плавкости. При пайке контактное плавление может быть осуществлено как при непосредственном контактирование паяемых металлов, так и при использовании покрытий или прокладок, на одном или на обоих соединяемых металлах. Основной особенностью контактно-реактивной пайки является необходимость регулирования количества жидкой фазы, прослойку которой стремятся свести к минимуму.