Зварювальне паяння. Спеціальні методи зварювання та паяння

Зварювання - пайка - технологічний процес, що ґрунтується на введенні в основний метал низького вмісту тепла, що призводить до розплавлення тільки присадкового матеріалу.

Зростаючі вимоги до підвищення стійкості до корозії ведуть до застосування в багатьох галузях матеріалів з попередньо нанесеними покриттями. Серед різних можливостей захистити сталь від корозії цинк набуває особливого значення завдяки своїм антикорозійним якостям, з одного боку, і його низької ціни - з іншого.

Нанесений на основний матеріал шар цинку становить залежно від методу виробництва від 1 до 20 мкм. Велика кількість оцинкованих деталей застосовується в автомобілебудуванні, будівельному господарстві, у вентиляційній та кондиціонерній техніці, у побутовій техніці тощо.

Завдяки катодному захисту цинк має велике значення для захисту від корозії. Якщо відбувається ушкодження захисного шару цинку, то цинкове покриття впливає на залізо катодним захистом. Це також впливає на відстані 1 - 2 мм на непокриту поверхню. Завдяки дистанційному впливу катодного захисту цинку захищаються як неоцинковані кромки зрізів листів, так і мікротріщини, які виникають внаслідок холодної обробки тиском, а також оточення зварювального шва, в якому випаровується цинк. Таким же чином на підставі катодного захисту виключається підплівкова корозія цинкового шару кромок зрізу.

У чому ж суть зварювання - паяння оцинкованих деталей?

Цинк починає плавитися при ~ 420 ° С і при ~ 906 ° С випаровуватися. Ці якості несприятливо впливають на зварювальний процес, так як запалення зварювальної дуги супроводжується випаровуванням цинку. Випаровування цинку та оксидів може призвести до утворення пор, тріщин, дефектів зварювальних сполук та нестабільної зварювальної дуги. Тому сприятливіше для оцинкованих деталей, якщо встановлюється менше тепла. Аль-тернатива при зварюванні - паянні оцинкованих листів у середовищі захисного газу - це застосування медовмісного присадного дроту.

Особливо відомі дроти мідно-кремнієві (Сі SI3) та алюмінієво-бронзові. При використанні цих дротів можна назвати такі переваги:

немає корозії зварювального шва;
мінімальне розбризкування;
мале вигоряння покриття;
мале тепловкладання;
проста подальша обробка шва;
катодна захист основного матеріалу в безпосередній області шва.

Ці присадні матеріали завдяки високому вмісту міді мають відносно невисоку точку плавлення (залежно від складу сплаву - від 950 до 1080 ° С). Основний матеріал не плавиться, це означає, що з'єднання відповідає швидше за паяння. Звідси походить також позначення «Зварювання - пайка, або МІГ-пайка». Захисний газ рекомендується зазвичай аргон.

Присадочні матеріали

Для зварювання - паяння оцинкованих листів рекомендуються такі мідні сплави:

CuSi3; CuSi2Mn; CuA18

У практичному застосуванні присадкові матеріали типу CuSi3 використовуються найчастіше. Їх суттєва перевага полягає в невеликій міцності, яка полегшує подальшу механічну обробку. Плинність присадкового матеріалу визначається значним чином завдяки вмісту кремнію. При підвищується вміст кремнію плавлення стає в'язким, тому потрібно звертати увагу на жорсткий допуск у змісті ле-гирующих добавок в сплаві.

Присадочний матеріал типу CuSi2Mn також використовують для цинкових покриттів. Додатковий вміст 1% марганцю у дроті підвищує жорсткість. Тому її механічна обробка складніше, ніж при інших мідних металах. Цей дріт застосовується насамперед там, де не потрібна подальша механічна обробка. Зварювальний присадочний матеріал типу СіА18 використовується насамперед для сталі з алюмінієвим покриттям.

При процесі зварювання - паяння використовується переважно керований перехід матеріалу в шов, отже, імпульсна зварювальна дуга. У деяких випадках застосування, спеціально при товстих шарах цинку від 15 мкм, велика кількість випарів може вести до нестабільності процесу паяння або зварювання. Тому зручніше у випадках такого типу застосовувати коротку зварювальну дугу, яка може триматися стабільніше. У цьому випадку пред'являються високі вимоги до джерела живлення та його характеристики регулювання.

У середовищі багатого аргоном захисного газу за допомогою належного вибору параметрів основного та імпульсного струму досягається керований, без короткого замикання перехід матеріалу в шов (рис.1).

Змінна форма імпульсу при зварюванні - пайці (Iknt-сила струму, при якій застосовується струминна дуга, IM - усредненная сила струму).

При оптимальному виборі параметрів крапля матеріалу присадки відривається від дротяного електрода по імпульсу. В результаті процес майже позбавлений бризок. Дослідження показали, що різні присадні матеріали та захисні гази вимагають різної форми імпульсу. Це призвело до окремої для кожного присадного матеріалу «зрізаної» за масою формі імпульсу. Особливо це діє для бронзового та мідного дротів.

Щоб у тонких листах випаровування цинку залишалося якнайменше, потрібно вести процес при невеликій силі струму. Тому головна вимога полягає в тому, щоб джерело струму в нижній області потужності забезпечував особливо стабільну дугу. Низько встановлювана сила основного струму при цьому так само важлива, як і швидко реагує регулювання довжини дуги, щоб довжина дуги могла триматися короткий час. Наслідок - невеликий нагрівання основного матеріалу та зменшення кількості випаровування цинку. Як результат обох ефектів - зустрічається невелика кількість пор (рис. 2).

Це позитивно впливає як при подальшій обробці шва шліфуванням, так і при підвищеному показнику міцності з'єднання пайкою.

Мал. 2. Кутовий шов при імпульсній дузі зварювальної (товщина листа 1,5 мм)

Режим синержик

Хорошого результату паяння МІГ оцинкованих листів можна досягти лише за допомогою джерела живлення з досить багатим рівнем свободи у виборі параметрів. Завдяки безлічі безступінчасто встановлюваних параметрів (приблизно тридцять параметрів) можна без проблем поліпшити відрив краплі при зварюванні імпульсною дугою або використовувати коротке замикання при зварюванні короткою дугою для великої кількості присадкових матеріалів. Ці додаткові параметри ускладнюють обслуговування джерела живлення і обмежували б через це коло користувачів лише експертами.

За допомогою так званого режиму синержик (цифрове управління) із запрограмованими параметрами для кожної комбінації дроту та газу цей процес дуже простий в обслуговуванні для користувача.

Виробник зварювальних апаратів бере на себе завдання оптимізації параметрів для багатьох різних основних і присадних матеріалів, а також захисних газів. Цей науково обґрунтований результат записується в електронному запам'ятовуючому пристрої у формі банку даних. Користувач отримує вибір параметрів для будь-якого присадкового матеріалу прямо в джерелі живлення. Вбудований мікропроцесор піклується про безступінчастий вибір потужності в діапазоні від мінімуму до максимуму.

Подання дроту

У порівнянні зі стандартними дротиками бронзові дроти дуже м'які. Тому пред'являються особливі вимоги до механізму подачі дроту. Подача присадного дроту має здійснюватися вільно, без тертя. 4-роликовий привід з задіяними подаючими роликами передає сам при невеликій силі притиску достатню силу для подачі дроту. Зазвичай використовуються гладкі ролики з напівкруглою канавкою. Щоб утримувати невеликий опір тертя в шланговому пакеті, потрібно використовувати тефлоновий або пластмасовий канал. Точне входження дроту в контактний наконечник - наступна основна передумова для безперебійної подачі дроту.

Точно підібраний за розміром контактний наконечник у пальнику забезпечує надійний контакт передачі струму на бронзовий дріт.

Приклади застосування зварювання - паяння

Процес зварювання - паяння може застосовуватися як для нелегованих і низьколегованих, так і для нержавіючих сталей. Головним чином цей метод використовується для сталей з оцинкованою поверхнею. Незначне вигоряння шару як у безпосередній області шва, так і на зворотному боці обумовлено малим теплопокладанням і низькою температурою плавлення присадкового матеріалу.

Мал. 3. Приклади застосування паяння МІГ в автомобільній промисловості та суміжних галузях: елемент паливопроводу, дверна петля

Для зварювання - паяння підходять усі види зварювальних швів та зварювальні позиції, які відомі для зварювання в середовищі захисного газу. Як вертикальні шви (знизу вгору та зверху вниз), так і стельові позиції виконуються бездоганно. Швидкість зварювання при пайці МІГ ідентична зварюванню МАГ (до 100 см/хв).

4.1 Розрахункова оцінка очікуваних механічних властивостей металу шва

Оцінюючи очікуваних механічних властивостей металу шва необхідно враховувати дію наступних технологічних чинників: частку участі основного металу у формуванні шва та її хімічний склад; тип та хімічний склад зварювальних матеріалів; метод та режим зварювання; тип з'єднання та число проходів у зварному шві; розміри зварної сполуки; величину пластичних деформацій розтягування в металі шва за його остигання.

4.1.1 Вплив частки участі основного металу та, відповідно, хімічного складу металу шва на його механічні властивості встановлюється емпіричними рівняннями.

а) Тимчасовий опір розриву s, МПа, обчислюють за формулою

s =48+500∙С+252∙Mn+175∙Si+239∙Cr+77∙Ni+80∙W+70∙Ti+

176∙Cu+290∙Al+168∙Mo, (51)

б) Відносне подовження

δ=50,4─(21,8∙С+15∙Mn+4,9∙Si+2,4∙Ni+5,8∙Cr+6,2∙Cu+

2,2∙W+6,6∙Ti)+17,1∙Al+2,7∙Mo, (52)

де символами в рівняннях 48, 49 зазначено вміст хімічного

елемента у металі шва, %.

в) s т =0,73?s в, (53)

де s - тимчасовий опір розриву, МПа;

г) ψ=2,32∙δ, (54)

де - відносне подовження, %.

4.1.2 Вплив швидкості охолодження та граничних умов на механічні

властивості металу шва

а) Миттєву швидкість охолодження металу в навколошовній зоні при температурі найменшої стійкості аустеніту w 0 град/с при однопрохідному зварюванні стикових з'єднань з наскрізним проплавленням визначають за формулою

w 0 =2plсgd 2 (Т min ─Т 0) 3 /(q п 2), (55)

б) Миттєву швидкість охолодження металу в навколошовній зоні при температурі найменшої стійкості аустеніту w 0 град/с при зварюванні таврових сполук визначають за формулою

w 0 =3plсgd 2 (Т min ─Т 0) 3 /(q п 2), (56)

в) Миттєву швидкість охолодження металу в навколошовній зоні при температурі найменшої стійкості аустеніту w 0 град/с при наплавленні валика на масивне тіло визначають за формулою

w 0 =2pl(Т min ─Т 0) 2 /q п, (57)

де l - Коефіцієнт теплопровідності, Вт/(см× 0 С),

с – питома теплоємність, Дж/(г×0 С);

g - щільність основного металу, г/см 3;

d-товщина металу, що зварюється, см;

Т 0 - Початкова температура, 0 С;

Т min - Температура найменшої стійкості аустеніту, 0 С;

q п – погонна енергія зварювання, Дж/див.

Для низьковуглецевих та низьколегованих сталей можна прийняти

¾ l=0,42Вт/(см× 0 С);

сg=5,25Дж/(см 3 × 0 С);

¾ Т min = 550 ... 600 0 С.

Отримані розрахунковим шляхом механічні характеристики металу шва за формулами 51-53 слід скоригувати впливом миттєвої швидкості охолодження (рис. 9).

Малюнок 9 – Графік відносних механічних характеристик

властивостей металу шва залежно від миттєвої швидкості

охолодження шва

г) Механічні характеристики металу шва з урахуванням миттєвої швидкості охолодження:

s у шва =s у ∙f(s в), (58)

s т шва =s ∙f(s т), (59)

ψ шва =s ∙f(ψ), (60)

4.2 Очікувані механічні властивості та структурний склад металу навколошовної зони визначають за атласами (структурних перетворень металу в точках ЗШЗ при зварюванні) залежно від швидкості охолодження або погонної енергії зварювання для кожної конкретної марки сталі, що зварюється (зварюваного металу).

5 РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ЗВАРЮВАННЯ

Алгоритм технології зварювання у загальному вигляді можна уявити:

а) Основний метал:

1) вибір, найменування матеріалу, що зварюється;

2) оцінка зварюваності;

3) підготовка до зварювання.

б) Зварювальні матеріали:

1) вибір, найменування зварювальних матеріалів;

2) підготовка до зварювання.

в) Складання.

г) Зварювання:

1) режим зварювання;

2) техніка виконання зварювання.

д) Зачищення зварного з'єднання.

е) Контроль якості зварного з'єднання.

Після кожної операції слід призначати контроль.

Лабораторна робота №1.

"ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ

РОЗДІЛКИ КРОМОК НА ГЕОМЕТРИЧНІ ПАРАМЕТРИ

ЗВАРНОГО ШВА"

Цілі роботи.

1. Освоїти методику розрахунку основних параметрів режиму дугового зварювання та геометричних параметрів зварного шва.

2. Дослідити вплив геометричних параметрів обробки країв на геометричні параметри зварного шва (наплавленого валика).

1. Апарат зварювальний:

2. Епідіаскоп.

4. Слюсарний інструмент.

5. Вимірювальний інструмент.

6. Калькулятор інженерний.

7. Пластина із сталі Ст3 (10, 20, 09Г2С) з канавками різних геометричних параметрів.

10. Міліметрівка.

1. Виконати вимірювання геометричних параметрів канавок;

2. Налаштувати режим зварювання (заданий за таблицею 9);

4. Виконати зварювання;

5. Виготовити макрошліф;

6. Спроектувати контури зварних швів на міліметрівку та виконати виміри:

а) Ширини шва, е;

б) глибини проплавлення, h;

в) Висоти посилення, g;

г) Висоти шва, Н;

е) Площі наплавлення, F н;

8. Виконати розрахунок відносної розбіжності, теоретичних та отриманих експериментальним шляхом, значень геометричних параметрів зварних швів.

9. Зробити висновки про роботу.

Таблиця 9 – Параметри режиму зварювання

Лабораторна робота №2.

"РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ЗВАРЮВАННЯ СТИКОВОГО СПОЛУЧЕННЯ"

Цілі роботи.

1. Розробити технологію зварювання стикового з'єднання пластин із низьковуглецевої конструкційної сталі феритного класу.

Тривалість лабораторної роботи – 4 години

Обладнання, інструмент та матеріали.

1. Апарат зварювальний:

а) А-1416 у комплексі з джерелом живлення постійного струму – випрямлячем зварювальним ВКСМ-1000 та баластовими реостатами РБ-302 (РБ-301, РБ-303);

б) АДФ-1002 у комплексі із джерелом живлення змінного струму – трансформатором зварювальним ТДФ-1000.

2. Епідіаскоп.

3. Обладнання, інструмент та матеріали для виготовлення макрошліфів.

4. Слюсарний інструмент.

5. Вимірювальний інструмент.

6. Калькулятор інженерний.

8. Зварювальний дріт Св-08ХМ (Св-08, Св-08Г2С), діаметром 3,0мм (2,0мм, 2,5мм, 4,0мм).

9. Флюс зварювальний АН-60 (АН-348).

10. Міліметрівка.

11. Олівець із твердістю НВ чи Ст.

Завдання та методичні вказівки.

11. Виготовити макрошліф;

а) Ширини шва, е;

б) глибини проплавлення, h;

в) Висоти посилення, g;

г) Висоти шва, Н;

д) Площі проплавлення, F пр;

е) Площі наплавлення, F н;

17. Зробити висновки про роботу.

Пункти завдання та методичних вказівок наведено в рекомендованій послідовності для їх виконання

Тимчасовий опір розриву s, МПа, визначають за формулою

Межа плинності s т, МПа, визначають за формулою

де НВ – твердість металу шва по Брінеллю

Звіт про лабораторну роботу оформити на папері формату А4 за ГОСТ 2.105-95. Основний напис не можна наносити на поле текстового документа.

Лабораторна робота №3.

"РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ЗВАРЮВАННЯ СПОЛУКИ З КУТОВИМ ШВОМ"

Цілі роботи.

1. Розробити технологію зварювання таврового (нахльостного) з'єднання пластин із низьковуглецевої конструкційної сталі феритного класу.

2. Застосувати практично методику розрахунку основних параметрів режиму дугового зварювання і геометричних параметрів зварного шва.

3. Закріпити навички роботи з технічною літературою та нормативною документацією.

Тривалість лабораторної роботи – 4 години

Обладнання, інструмент та матеріали.

1. Апарат зварювальний:

в) А-1416 у комплексі з джерелом живлення постійного струму – випрямлячем зварювальним ВКСМ-1000 та баластовими реостатами РБ-302 (РБ-301, РБ-303);

г) АДФ-1002 у комплексі із джерелом живлення змінного струму – трансформатором зварювальним ТДФ-1000.

2. Епідіаскоп.

3. Обладнання, інструмент та матеріали для виготовлення макрошліфів.

4. Слюсарний інструмент.

5. Вимірювальний інструмент.

6. Калькулятор інженерний.

7. Пластини із сталі Ст3 (10, 20, 09Г2С).

8. Зварювальний дріт Св-08ХМ (Св-08, Св-08Г2С), діаметром 3,0мм (2,0мм, 2,5мм, 4,0мм).

9. Флюс зварювальний АН-60 (АН-348).

10. Міліметрівка.

11. Олівець із твердістю НВ чи Ст.

Завдання та методичні вказівки.

1. Виконати вимірювання геометричних параметрів пластин;

2. З ГОСТів виписати хімічний склад та механічні характеристики основного металу, хімічний склад зварювального дроту та зварювального флюсу;

3. Оцінити зварюваність основного металу за критеріями, зазначеними у розділі 3;

4. Відповідно до ГОСТу або із завданням вибрати тип зварного з'єднання, призначити вихідні геометричні параметри зварного з'єднання та зварного шва;

7. Оцінити стійкість металу шва проти утворення гарячих тріщин та стійкість металу навколошовної зони проти утворення холодних тріщин за критеріями, зазначеними в розділі 3.

9. Зробити висновки щодо правильності вибору зварювальних матеріалів, параметрів режиму зварювання. Розробити технологію зварювання у відповідність до рекомендацій розділу 5.

10. Відповідно до розробленої технології виконати зварювальні роботи та контрольні операції;

11. Виготовити макрошліф;

12. Спроектувати контури зварного шва на міліметрівку та виконати виміри:

ж) Ширини шва, е;

з) Глибини проплавлення, h;

і) Висоти посилення, g;

к) Висоти шва, Н;

л) Площі проплавлення, F пр;

м) Площі наплавлення, F н;

13. Виміряти твердість металу шва;

14. Виконати розрахунок тимчасового опору розриву та межі плинності металу шва за формулами 61 та 62;

15. Виконати розрахунок відносної розбіжності, теоретичних та отриманих експериментальним шляхом, значень геометричних параметрів зварних швів;

16. Подати значення величин геометричних параметрів зварного шва та механічних характеристик металу зварного шва, визначені розрахунком та експериментальним шляхом та відносну розбіжність між ними у вигляді таблиці 10.

17. Зробити висновки про роботу.

Пункти завдання та методичних вказівок наведено в рекомендованій послідовності для їх виконання

Таблиця 10 - Розрахункові та експериментальні параметри

БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

1. Методи дугового зварювання 3

1.1 Електрична зварювальна дуга як технологічний елемент 3

1.2 Основні способи дугового зварювання 5

1.3 Розрахунок основних параметрів режиму механізованого зварювання

у захисних газах та під флюсом та геометричних параметрів

зварного шва 14

2. розрахунок хімічного складу металу шва 22

2.1 Розрахунок хімічного складу металу шва зі змішування 22

2.2 Розрахунок хімічного складу металу шва з урахуванням

приросту елементів з флюсу 23

3. розрахункові методи оцінки сталей проти

утворення тріщин при зварюванні 24

3.1 Оцінка схильності сталей до утворення гарячих

тріщин при зварюванні 24

3.2 Оцінка схильності легованої сталі до освіти

холодних тріщин при зварюванні 26

4. оцінка очікуваних механічних властивостей

зварної сполуки 30

4.1 Розрахункова оцінка очікуваних механічних властивостей

металу шва 30

4.2 Очікувані механічні властивості та структурний склад

металу навколошовної зони 32

5. розробка технології зварювання 33

6. Лабораторна робота №5. "Дослідження впливу

геометричних параметрів обробки кромок на

геометричні параметри зварного шва" 34

7. Лабораторна робота №6. "розробка технології

зварювання стикового з'єднання 36

8. Лабораторна робота №7. "розробка технології

зварювання з'єднання з кутовим швом 39

бібліографічний список 42

Спеціальні методи зварювання та паяння

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

для виконання лабораторних робіт з дисципліни «Спеціальні методи зварювання та паяння» для студентів спеціальності

150202 «Обладнання та технологія зварювального виробництва»

очної та заочної форм навчання

Затверджено редакційно-видавничою радою

Тюменського державного нафтогазового університету

Укладачі: к.т.н., доцент Крилов А.П.,

помічник Рибін В.А.

«Тюменський державний нафтогазовий університет» 2011

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

Ручне дугове зварювання міді покритими електродами

Мета роботи:

Вивчення процесів зварювання міді ручним дуговим зварюванням покритими електродами: встановлення технологічних параметрів режиму зварювання при заданих теплофізичних властивостях металу, що зварюється на температурні поля та геометричні розміри зварного шва; вибір оптимальних режимів зварювання матеріалу заданої товщини.

Матеріали та обладнання:

1. Джерело живлення постійного зварювального струму з ВАХ.

2. Мідні пластини завтовшки 4 мм, розміром 150 х 50 мм – 2 шт.

3. Електроди для зварювання міді "Комсомолець 100".

4. Сталева підкладкова пластина розміром 10×200×200 мм.

Теоретичні відомості:

Мідь – це перший метал, який людина почала видобувати та обробляти ще задовго до знайомства із залізом. У земній корі міді порівняно небагато (~ 0,01 %), але через властиві їй унікальні властивості, вона у багатьох випадках виявляється незамінною.

Мідь – діамагнітний, пластичний та важкий матеріал (γ = 8,94 г/см3) з високою теплопровідністю (λ = 0,923 кал/см·с·0С) та низьким електроопіром (ρ = 1,68 мкОм·см), а також високою корозійною стійкістю. Ці властивості міді визначають її широке застосування в електротехнічній та хімічній промисловості, суднобудуванні, приладобудуванні, металургії та інших галузях виробництва.

Чиста мідь має невелику міцність (σ = 216 … 235 МПа) і високу пластичність (δ = 60 %; ψ = 75 %).

Мідь плавиться за 1083 0С і кипить при 2360…2595 0С. У міді не виявлено поліморфних перетворень, у всьому інтервалі температур нижче за точку плавлення, вона має ГЦК грати. Питома теплоємність міді приблизно така сама, як заліза і становить 0,0915 кал/г·0С. домішки, які у міді, знижують її електропровідність (рис.1). кисень у невеликих кількостях підвищує електропровідність міді з огляду на те, що він сприяє видаленню при плавці домішок за рахунок їх окислення.

З газами мідь взаємодіє дуже активно, але з азотом не взаємодіє навіть за високих температур.

Електроди з покриттями для дугового зварювання міді (як і інших кольорових металів) державними стандартами не регламентуються і виготовляються за технічними умовами чи паспортами на конкретні марки, складені і затверджені підприємствами чи організаціями - розробниками електродів.

Стрижні електродів виготовляються із тягнутого дроту або круглих тягнутих та пресованих прутків, регламентованих стандартами.

До перших марок електродів для зварювання міді, розроблених Томським політехнічним інститутом разом із заводом «Комсомолець» на основі мідного дроту марок М1 … М3 відносяться електроди серії «Комсомолець» (комсомолець 100, Комсомолець МН, Комсомолець МС). Як розкислювачі наплавленого металу застосовані феромарганець, феросиліцій та кремніста мідь (71% Cu, 24% Si, 1% Fe і до 0,155% S).

Повне розкислення досягається за змістом кремнію в металі шва не більше 0,3…0,7 %. Позитивний вплив на якість металу шва спільне легування його марганцем і кремнієм при співвідношенні 1: 3, що забезпечує легкоплавкі, добре видаляються з металу шлаки. При підвищеному вмісті кремнію метал зварного шва охрупчується. У 50-х роках минулого століття були розроблені електроди марок ММ3-1, ММ3-2. Як розкислювачі у цих електродах застосовані феросиліцій, графіт і сплав симанил складу: 31…35 % Si, 19…22 % Mn, 27…30 % Al. Застосування сплаву симанил замість феросплавів дозволило знизити вміст заліза та шкідливих домішок у наплавленому металі, що покращило технологічність електродів.

Найбільшого поширення для зварювання конструкцій з міді та хромистої бронзи середніх та великих товщин (5…20 мм) набули електроди марок АНЦ-1, АНЦ-2, що випускаються за ТУ ІЕС 593-86, що дозволяють виконувати зварювання на форсованих режимах. При використанні цих електродів відбувається відносно незначне легування металу шва (2...2,5 рази менше, ніж при використанні електродів «Комсомолець 100»), що суттєво збільшує його електропровідність.

Освоєно у серійному виробництві вдосконалені електроди марок АНЦ/ОЗМ-2, АНЦ/ОЗМ-3, АНЦ/ОЗМ-4, призначені для зварювання технічно чистої міді, що містить не більше 0,01 % кисню. Вони мають високу продуктивність від 4 до 4,9 кг/год (для електродів діаметром 4 мм) та коефіцієнт наплавлення від 14,5 до 17,5 г·А/год. Мідь завтовшки до 4 мм зварюють без обробки кромок; до 10 мм – з одностороннім обробленням при куті скосу кромок до 60…70 0 і притупленням 1,5…3 мм. При більшій товщині рекомендується Х - подібна обробка кромок. Використання електродів серії АНЦ дозволяє виконувати стикові з'єднання на міді завтовшки до 20 мм без обробки кромок одно або двосторонніми швами.

Перед зварюванням метал, що зварюється, ретельно очищають від оксидів і забруднень до металевого блиску і знежирюють для отримання більш якісного зварного з'єднання. Зачищення кромок може виконуватися механічним способом – наждаком, металевими щітками тощо. Абразивним каменем користуватися не рекомендується, так як глибокі ризики, що залишаються ним на поверхні металу, служать осередками подальших забруднень і ускладнюють знежирення органічним розчинниками.

При ручному зварюванні міді вкритими електродами необхідний підігрів кромок, починаючи з товщини 4 мм. Температура підігріву зростає зі збільшенням товщини кромок, що зварюються, і габаритів виробу.

При товщині кромок 5…8 мм метал підігрівають до 200…300 ˚С, при товщині 24 мм – 750… 800 ˚С. електроди марки АНЦ-1 (АНЦ-2) забезпечують виконання зварювання без підігріву металу завтовшки до 10...15 мм або з невисоким підігрівом для металу великих товщин.

Таблиця 1

Орієнтовні режими ручного однопрохідного зварювання міді покритими електродами

b, мм	de, мм	Iсв, А	Uд, В
	2 - 3	100 - 120	25-27
	3-4	120-160	25-27
	4-5	160-200	25-27
	5-6	240-300	25-27
	5-7	260-340	26-28
7-8	6-7	380-400	26-28
9-10	6-8	400-420	28-30

Зварювання покритими електродами виконується постійному струмі зворотної полярності. Зварювальний струм призначають із співвідношення I св~ 50 d ел (табл.2), а для електродів серії АНЦ - I св= (85 ... 100) d ел при U д = 45 ... 50В.

При багатошаровому зварюванні міді товщиною понад 10...12 мм (3...6 шарів) використовують електроди діаметром 6...8 мм при зварювальному струмі до 500 А.

Зварювання ведуть короткою дугою без поперечних коливань електрода. Найкраще формування шва забезпечує зворотно-поступальний рух електрода. Подовження дуги погіршує формування шва, збільшує розбризкування, погіршує механічні властивості зварних з'єднань. При зварюванні стикових з'єднань використовують металеві (сталеві або мідні) або азбестові підкладки. Зварювання роблять у нижньому положенні або злегка похилому положенні (на підйом).

Зварювання електродами «Комсомолець 100» забезпечує задовільні механічні властивості металу шва: σ в= 180 ... 200 МПа; δ = 18…20 %; α = 1800; KCU= 0,59 ... 0,78 МДж / м2. Досить високі механічні властивості шва та зварного з'єднання на міді можна отримати також при використанні електродів зі стрижнями із бронзи Бр.КМц 3-1, Бр.ОФ 4-0,3 та латуні Л90 ( σ в= 190 ... 230 МПа; α = 1800).

Проковування швів на міді без нагрівання збільшує міцність металу швів при деякому зниженні пластичності ( σ в= 235 ... 242 МПа; α = 143…1800).

Теплопровідність та електрична провідність зварних у порівнянні з тими самими параметрами основного металу значно знижуються. Електрична провідність металу шва становить лише 20% електричної провідності міді М1. приблизно такою ж мірою знижується електрична провідність шва при зварюванні електродами зі стрижнями із бронзи Бр.КМц 3-1.

Порядок виконання роботи

1. Здійснити підготовку пластин під зварювання з V-подібним скосом кромок під загальним кутом 70-80˚, з притупленням 2-3 мм.

2. Встановити пластини на сталевий підкладці встик із зазором 1 мм і зробити прихватку, як показано на рис. 1.

3. Виконати зварювання пластин відповідно до рис.1

4. Після закінчення зварювання здійснити швидке охолодження пластин у воді.

5. Вирізати зі зварених пластин зразки і виготовити з них макро- та мікрошліфи, здійснивши травлення макрошліфів реактивом з 15 г двохромовокислого калію, 10 мл сірчаної кислоти та 100 мл води.

6. Дослідити макро- та мікроструктуру зразків. Дослідження мікроструктури здійснювати зі збільшенням ×200.

Рис.1. Схема прихватки та зварювання мідних пластин

Звіт повинен містити:

· Опис методики проведення дослідів

· Результати дослідів, занесені у відповідні графи таблиці;

· Формулювання висновків

· Пояснення отриманих результатів;

· Короткий опис пристрою та роботи зварювальної установки;

· технологічний процес зварювання заданого вузла.

Запитання для самоконтролю:

1. Склад покриття електродів для ручного дугового зварювання міді та її сплавів.

2. Технологія ручного дугового зварювання покритими електродами.

3. Маркування зварювального дроту для зварювання міді та його сплавів.

4. Флюси для зварювання електродугового зварювання міді та її сплавів.

5. Як вибирають струм при зварюванні міді під шаром флюсу.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

Қазақстан Республікасиниң Міністерство

Білим життям освіти і науки

міністрліги Республіки Казахстан

Д. Серікбаєв атиндати ВКДТУ

ШММТУ ім. Д. Серікбаєва

ЗАТВЕРДЖУЮ

декан факультету МіТ

_______________2014 р.

Пісіру мен дәнекерлеу әдістері

Зертханалиқжстар бойинша әдістемелік

нұсқаулар

Спеціальні методи зварювання та паяння

Методичні вказівки щодо лабораторних

(практичним) роботам

Спеціальність: 5В071200, «Машинобудування»

Спеціалізація: «Технологія та обладнання зварювального виробництва»

Усть-Каменогорськ

Методичні вказівки розроблено на кафедрі машинобудування та технології конструкційних матеріалів на підставі ГОСО РК 3.08.338 – 2011 для студентів спеціальності 5В071200 «Машинобудування».

Обговорено на засіданні кафедри «М та ТКМ»

Зав. кафедрою

Протокол № від 2014р.

Схвалено методичною радою факультету машинобудування та транспорту

Голова

Протокол № ____ від _______________ 2014р.

Розробив

Посада професор

Нормоконтролер

У методичних вказівках подано повні описи лабораторно-практичних робіт.

Кожна робота складається з найменування, цілей та завдань, теоретичної частини досліджуваного питання та рекомендацій щодо практичного виконання із зазначенням підсумкової таблиці або форми графіка. Крім того, зазначено вимоги до звіту по роботі та надано перелік основних питань для самоперевірки.

1 ТЕХНОЛОГІЯ ТА ОБЛАДНАННЯ ГАЗОВОГО ЗВАРЮВАННЯ

1.1 Мета роботи

Метою лабораторної роботи є вивчення:

Процес зварювання;

Техніки зварювання;

Пристрої зварювального посту;

Призначення зварювальних приладів та пристроїв.

1.2 Обладнання, пристрої, інструмент

Присадний дріт;

Газогенератор;

Газова горілка;

Газовий різак;

Спецодяг.

При газовому зварюванні для розплавлення кромок частин, що з'єднуються, і вводиться присадного матеріалу використовують тепло, що виділяється при згорянні горючих газів (ацетилен, пропан, бутан, пари гасу, водень і т. д.) в технічно чистому кисні. При цьому максимальні температури полум'я рівні відповідно 3100, 2750, 2500, 2400, 21000С. Найбільшого поширення набула ацетилено-киснева зварювання у зв'язку з її економічністю та ефективністю при максимальній якості сполук.

1.3.1 Кисень

Для зварювальних робіт використовують газоподібний кисень, який одержують із повітря методом його глибокого охолодження (зрідження). Кисень поставляють до місця споживання у сталевих балонах блакитного кольору під тиском 15МПа або рідкому вигляді – у спеціальних судинах з хорошою теплоізоляцією. Для перетворення рідкого кисню на газ використовують газифікатори або насоси з випарниками для рідкого кисню.

Кисень має високу хімічну активність утворюючи сполуки з усіма хімічними елементами, крім інертних газів. Реакції з'єднання з киснем протікають із виділенням великої кількості тепла.

При дотику чистого газоподібного кисню з органічними речовинами, маслами, жирами може статися самозаймання. Тому всю кисневу апаратуру необхідно ретельно знежирити. Кисень здатний утворювати в широких межах вибухові суміші з горючими газами

1.3.2 Ацетилен (С2Н2)

Ацетилен є основним пальним газом для газового зварювання та різання металів, температура його полум'я при згорянні в суміші з технічно чистим киснем досягає 31500С (при надлишку кисню 34500С).

Технічний ацетилен при нормальних тиску і температурі є безбарвним газом з різким специфічним запахом.

При використанні ацетилену необхідно враховувати його вибухонебезпечні властивості. Температура самозаймання ацетилену коливається в межах 240-6300С і залежить від тиску та присутності в ньому різних речовин.

Підвищення тиску суттєво знижує температуру самозаймання ацетилену.

Ацетилен з повітрям утворює вибухонебезпечні суміші в межах від 2,2 до 81% ацетилену за обсягом за нормального атмосферного тиску, а з технічно чистим киснем – у межах від 2,3 до 3% ацетилену. Найбільш вибухонебезпечні суміші, що містять 7 - 13% ацетилену.

Присутність окису міді знижує температуру займання ацетилену до 2400С. Тому категорично забороняється при виготовленні ацетиленового обладнання застосування сплавів, що містять понад 70% міді.

Вибухонебезпечність ацетилену знижується при розчиненні їх у рідинах. Особливо добре він розчиняється в ацетоні. В одному обсязі технічного ацетону при 200С та нормальному атмосферному тиску можна розчинити до 20 об'ємів ацетилену. Розчинність ацетилену в ацетоні збільшується зі збільшенням тиску та зниженням температури.

Ацетилен отримують при розкладанні водою карбіду кальцію (СаС2) реакції

Безпосередньо на робочому місці газозварювальника аустилен або знаходиться в балонах білого кольору, або одержують із карбіду кальцію в газогенераторі.

1.3.3 Киснево-ацетиленове полум'я

Будова аустилено-кисневого полум'я показано малюнку 1. Воно характерне також більшість газокисневих сумішей.

1 – ядро; 2 – відновлювальна зона; 3 – смолоскип полум'я

Малюнок 1 – Схема будови газокисневого полум'я.

Ядро 1 полум'я складається із суміші холодних газів з чітко вираженими межами. У зоні 2 ацетилен згоряє в чистому кисні при їх співвідношенні 1:1 реакції

Ця зона характеризується відновлювальною атмосферою за рахунок наявності СО та Н2 та максимальною температурою 31500С. При плавленні та зварюванні цією зоною процес протікає ефективно і з мінімальним окисленням металу шва.

У зовнішній зоні продукти неповного згоряння допалюються за рахунок кисню навколишнього повітря за реакцією

При цьому формується факел полум'я 3, який використовується для додаткового підігріву кромок, що зварюються, і шва.

Залежно від співвідношення газів у суміші полум'я може бути нормальним (рисунок 1), вуглецевим (ацетиленовим) і окислювальним (рисунок 2).

а) - нормальне; б - навуглерожуюче; в - окисне

Малюнок 2 – Види ацетилено-кисневого полум'я.

При надлишку ацетилену (малюнок 2.б) ядро збільшується, набуває розпливчастих обрисів і починає коптити. Таке полум'я використовується при зварюванні високовуглецевих сталей та чавунів. При надлишку кисню ядро полум'я коротшає і загострюється. Таке полум'я, незважаючи на більш високу температуру 34500С, викликає окислення компонентів сплавів і для зварювання не повинно використовуватися.

1.3.4 Способи зварювання

Залежно від напрямку переміщення пальника та прутка по шву розрізняють лівий і правий способи зварювання. При лівому способі (малюнок 3.а) попереду переміщається пруток, а за ним пальник. Лівий спосіб простіший і застосовується для зварювання малих товщин до 3 мм.

а – лівий; б - правий; 1 - присадковий пруток; 2 – газовий пальник

Рисунок 3 – Способи газового зварювання

При правому способі попереду переміщається пальник, а за ним пруток присадки (рисунок 3.б). Правий спосіб складніший, але продуктивніший і дозволяє ефективно впливати на рідку металеву ванну (перемішувати, підтримувати, переміщати).

Вертикальні шви виконують лівим способом, а горизонтальні та стельові – правим. Для кращого перемішування металу необхідно кінець присадного прутка занурювати в розплавлену ванну і здійснювати коливальні рухи. Діаметр присадного прутка вибирають приблизно рівним товщині, що зварюється, але не більше 4-5 мм. Присадний пруток беруть того ж складу, що й основний метал. Потужність пальника вибирають із розрахунку 120-150 л/годину на 1 мм товщини металу, що зварюється. При зварюванні листів різної товщини потужність пальника вибирають по більшій товщині.

Леговані сталі та кольорові метали зварюють із застосуванням флюсів, відповідних складів.

1.3.5 Обладнання зварювального посту

Влаштування зварювального посту може відрізнятися тільки способом постачання ацетилену:

Постачання ацетилену в балоні;

Вироблення ацетилену на місці зварювання у газогенераторі.

На малюнку 17 представлений перший варіант схеми зварювального посту.

Зварювання та паяння на сьогоднішній день є найбільш популярними та дієвими способами з'єднання металів, їх сплавів. Люди, які знають основи паяння та вміють проводити монтаж будь-яких металевих виробів шляхом паяння, як правило, знають основи зварювання як альтернативного варіанту впливу на матеріал, а також його сплав. Незважаючи на це зварювання все ж таки відрізняється від пайки. У зв'язку з цим кожен спосіб вартий ретельного розгляду.

Зварювання металів: способи та види

Загальні відомості

Зварювання являє собою процес отримання (монтаж) нероз'ємного з'єднання шляхом встановлення міжатомних зв'язків між поверхнями металів, що з'єднуються, їх сплавів при загальному або місцевому впливі (нагріві), пластичному деформуванні.

Сьогодні існує чимало видів зварювання (близько ста). Відомі види класифікуються за фізичними, технологічними, а також технічними властивостями та ознаками. Залежно від форми енергії, що застосовується, за фізичними ознаками можна виділити три класи.

Термічна;
Механічна;
Термомеханічна.

Варто зазначити, що термічний клас деталей є всі види з'єднання металів і сплавів із застосуванням теплової енергії (плазмова, дугова, газова).

Механічний клас є всі види зварювання металів, а також їх сплавів, які здійснюються за допомогою механічної енергії (тертя, холодне, ультразвукове, а також зварювання вибухом).

Термомеханічний клас має на увазі види зварювання металів і сплавів, під час застосування яких використовується тиск, а також теплова енергія (дифузійна, а також контактна).

Класифікація видів зварювання провадиться за певними технічними ознаками:

По безперервності процесу (переривчаста, безперервна);
За способом захисту деталі в галузі роботи (у вакуумі, у повітрі, під флюсом, у газі, у піні, з використанням комбінованого захисту);
За ступенем механізації (механізована, ручна, автоматична, автоматизована);
За характером захисту деталі в дію дуги на поверхню твердих матеріалів (у контрольованій атмосфері, зі струменевим захистом);
На кшталт захисного газу (в інертних чи активних газах).

Варто звернути увагу на те, що технологічні ознаки зварювання встановлюються для кожного виду окремо. У зв'язку з цим потрібне ознайомлення з найпопулярнішими видами обробки, а також відповідним обладнанням.

Дугове зварювання

З'єднання металів із застосуванням електричної дуги дозволяє досягти з'єднання шляхом плавлення. Нагрівання кромок деталей, що зварюються, проводиться за допомогою теплоти електричної дуги.

На сьогоднішній день використовуються чотири основні види дугового зварювання металів:

Ручна робота може виконуватися двома способами: електродом, що плавиться і неплавиться. У першому випадку під час роботи застосовуються електроди, здатні плавитися під впливом електричної енергії. Подібний метод найчастіше застосовується при ручній роботі. Таким чином, відбувається збудження електричної дуги, після чого в результаті відбувається розплавлення електрода і подальше розплавлення кромки матеріалу. Внаслідок подібного впливу електрики виникає ванна розплавленого матеріалу. Після охолодження ванна перетворюється на шов. У другому випадку з електродом, що не плавиться, відбувається наступне: з'єднуються кромки стикаються, після чого між електродом (графітовим або вугільним) і виробом відбувається збудження дуги; кромки виробу, а також присадковий матеріал нагрівають до температури плавлення, в результаті чого виконується ванна розплавленого матеріалу (сплав). Після затвердіння матеріал утворює зварний шов. Подібний спосіб може впливати на будь-який кольоровий метал та його сплав.
Автоматичне та напівавтоматичне зварювання під флюсом може виконуватися за допомогою механізації основних рухів, які виконує зварювальник під час ручної обробки металів або при впливі на його сплав.
У захисному газі проводиться за допомогою неплавного (вольфрамового) електрода, або за допомогою застосування електрода, що плавиться. Зварний шов утворюється в першому випадку за рахунок розплавлених кромок. Таким чином, у разі потреби в зону дуги подається матеріал присадки. Другий випадок передбачає подачу в область дуги електродного дроту, яка надалі розплавляється, тим самим беручи участь в утворенні шва деталей (також може впливати на сплав). Захист шва від утворення на ній оксидної плівки досягається не без участі струменя захисного газу, що витісняє з робочої області повітря.
Електрошлакова обробка металів, а також їх сплавів досягається за допомогою плавлення кромок матеріалу, що з'єднується, а також електрода за допомогою тепла від електричного струму під час проходження через шлак. Крім того, шлак сприяє захисту матеріалу від повітря, а, відповідно, від подальшого окислення.

Пайка та все, що потрібно про неї знати

Паяння використовується як спосіб створення надійного з'єднання металів і сплавів ще з давніх-давен. Металеві вироби, отримані в результаті обробки, гасали ще у Вавилоні, Римі, Стародавньому Єгипті, а також Греції. Безумовно, з того часу і до нашого часу дійшли лише деякі технологічні правила застосування, але й ці правила сьогодні далеко не всім відомі. Таким чином, способи паяння слід знати кожному, хто бажає чи вже знає основи паяння.

Що таке паяння?

Паяння – процедура з'єднання матеріалів шляхом введення між деталями припою, що паяються. Припій, що виконує роль сполучного матеріалу, заповнює проміжок між матеріалами, тим самим здійснюючи монтаж деталей, після чого при застиганні утворює єдиний цілий сплав, що є нероз'ємним з'єднанням. Процедура дозволяє впливати на будь-який матеріал та його сплав.

Під час процедури тиноль впливає на метал і його сплав, виробляючи нагрівання до потрібної температури, яка вища за температуру плавлення основного матеріалу. Так, припій набуває рідкої консистенції, після чого відбувається змочування поверхні деталей, що паяються, тим самим дозволяючи заповнювати собою зазори між деталями, що з'єднуються. Далі слідує розчинення основного матеріалу в тинолі, взаємна дифузія. Під час застигання виходить надійний монтаж двох деталей.

Чим відрізняється паяння чи варіння?

Монтаж деталей шляхом застосування паяння на вигляд схожий на зварювальний монтаж, але суть процедури докорінно відрізняється від зварювання. Розглянемо відмінності докладніше.

Відмінності:

Основний матеріал під час роботи не розплавляється до певної температури, як це відбувається в .
Відсутнє розплавлення металу основи деталей дозволяє з'єднувати деталі дрібних розмірів.
У першому випадку роз'єднання, а також з'єднання деталей (монтаж/демонтаж) може здійснюватися без шкоди цілісності матеріалу (сплав або метал не страждає).
Процедура може впливати на різні метали, метал кожного з них, і навіть на неметали у будь-якому поєднанні.
Паяння поступається зварювальному процесу за міцністю з'єднань. Таким чином, монтаж деталей шляхом паяння, що піддаються значним механічним навантаженням, не завжди є кращим.

Види з'єднання

Розглянемо види паяння, які потрібно знати, оскільки лудіння і паяння, а також інші процеси можуть проводитись по-різному залежно від вибраного виду з'єднання деталей.

Види:

Низькотемпературна. Переваги: можливість обробки мініатюрних деталей, економічність, простота використання.
Високотемпературна. Переваги: доступний монтаж деталей, що зазнають сильних механічних навантажень.
Композиційнапроцедура впливає на метал та сплав виробу, що має нерівномірні або некапілярні зазори. Застосовуються композиційні припої.
Готовим припоєм- Найбільш популярний спосіб.
Реакційно-флюсова паяння.

Вищезгадані методи роботи сьогодні впевнено застосовують у багатьох галузях, займають свої ніші. У зв'язку з цим говорити про перевагу одного способу недоцільно.

Технологічний процес паяння включає комплекс операцій, основними з яких є наступні.

Підготовка поверхні під паяння.Якість підготовки поверхні під паяння багато в чому визначає рівень та стабільність властивостей паяного з'єднання. Існують такі основні способи очищення поверхні: 1) термічний (пальниками, відпалом у відновлювальній атмосфері, у вакуумі); 2) механічний (обробка різальним інструментом або абразивом, гідропіскоструминна або дробоструминна галтування); 3) хімічний (знежирення, хімічне травлення, електрохімічне травлення, травлення з ультразвуковою обробкою, комбіноване з знежиренням та травленням).

Підготовка деталі під паяннявключає також нанесення спеціальних технологічних покриттів гальванічним або хімічним способом, гарячим лудінням (зануренням у розплавлений припій), за допомогою ультразвуку, плакуванням, термовакуумним напиленням. Часто збірка включає нанесення припою, укладання його у вигляді дозованих заготовок з дроту або фольги. При розміщенні припою необхідно враховувати умови паяння: розташування виробу в печі або іншому нагрівальному пристрої, режими нагрівання та охолодження.

Нанесення флюсу.Іноді при складанні деталей під паяння потрібно нанести флюс. Порошкоподібний флюс розводять водою дистильованою до стану негустої пасти і наносять шпателем або скляною паличкою, після чого деталі підсушують в термостаті при 70-80°С протягом 30-60 хв. При газополум'яній пайці флюс подають на прутку розігрітого припою, при паянні паяльником – робочою частиною паяльника або разом із припоєм, у разі застосування олов'яно-свинцевого припою – у вигляді трубок, наповнених каніфоллю.

Пайка(нагрів місця з'єднання або загальне нагрівання зібраних деталей) виконується при температурі, що перевищує температуру плавлення припою, як правило, на 50-100°С. Залежно від температури плавлення застосовуваних припоїв пайка поділяється на високотемпературну та низькотемпературну.

Поверхні, що не підлягають пайці, оберігають від контакту з припоєм спеціальною обмазкою з графіту з добавками невеликої кількості вапна. Паяння зануренням у розплавлений припій використовують для сталевих, мідних, алюмінієвих та твердих сплавів, деталей складних геометричних форм. На цей процес витрачається велика кількість припоїв. Різновидом паяння зануренням є паяння хвилею припою, що біжить, коли розплавлений припій подається насосом і утворює хвилю над рівнем розплаву. Паяюча деталь переміщається в горизонтальному напрямку. У момент торкання ванни проходить паяння. Біжучою хвилею паяють у радіоелектронній промисловості при виробництві друкованого радіомонтажу.

3. Способи паяння

Способи паяння класифікують в залежності від джерел нагрівання, що використовуються. Найбільш поширені в промисловості пайка радіаційним нагріванням, екзофлюсова, паяльниками, газополум'яна, зануренням, електродугова, індукційна, електроопір, паяння в печах.

Паяння радіаційним нагріванням.Паяння виконують за рахунок випромінювання кварцових ламп, розфокусованого електронного променя або потужного світлового потоку квантового генератора (лазера). Конструкцію, що підлягає пайці, поміщають у спеціальний контейнер, у якому утворюють вакуум. Після вакуумування контейнер заповнюють аргоном і поміщають у пристрій, з двох сторін якого встановлюють для обігріву кварцові лампи. Після закінчення нагрівання кварцові лампи відводять, а пристрій разом з деталями охолоджують. При застосуванні лазерного нагріву зосереджена у вузькому пучку теплова енергія забезпечує випаровування та розпилення окисної плівки з поверхні основного металу та припою, що дозволяє одержувати спаї в атмосфері повітря без застосування штучних газових середовищ. При радіаційному способі паяння промениста енергія перетворюється на теплову безпосередньо в матеріалі припою і деталей, що паяються. Цей спосіб паяння нетривалий.

Екзофлюсова паяння.В основному цим способом паяють корозійностійкі сталі. На очищене місце з'єднання наносять тонкий порошкоподібний шар флюсу. Поєднуються поверхні поєднують, на протилежні сторони заготовок укладають екзотермічну суміш. Суміш складається з різних компонентів, які укладають у формі пасти або брикетів завтовшки кілька міліметрів. Зібрану конструкцію встановлюють у пристосуванні та поміщають у спеціальну піч, у якій відбувається запалення екзотермічної суміші при 500°С. Внаслідок екзотермічних реакцій суміші температура на поверхні металу підвищується і відбувається розплавлення припою. Цим методом паяють з'єднання внахлестку і готові блоки невеликих конструкцій розмірів.

Паяння паяльниками.Основний метал нагрівають і припій розплавляють за рахунок теплоти, акумульованої в масі металу паяльника, який перед паянням або в процесі її підігрівають. Для низькотемпературного паяння застосовують паяльники з періодичним нагріванням, з безперервним нагріванням, ультразвукові та абразивні. Робочу частину паяльника виконують із червоної міді. Паяльник із періодичним нагріванням у процесі роботи іноді підігрівають від стороннього джерела теплоти. Паяльники з постійним нагріванням роблять електричними. Нагрівальний елемент складається з ніхромового дроту, намотаного на шар азбесту, слюди або на керамічну втулку, що встановлюється на мідний стрижень паяльника. Паяльники з періодичним та безперервним нагріванням частіше використовують для флюсового паяння чорних та кольорових металів м'якими припоями з температурою плавлення нижче 300–350°С. Ультразвукові паяльники застосовують для безфлюсового низькотемпературного паяння на повітрі та для паяння алюмінію легкоплавкими припоями. Оксидні плівки руйнуються за рахунок коливань ультразвукової частоти. Абразивними паяльниками можна паяти алюмінієві сплави без флюсу. Оксидна плівка видаляється в результаті тертя паяльника металу.

Важливе значення має складання вузлів під пайку. Складання повинна забезпечувати фіксацію взаємного положення деталей з необхідним зазором та надходження припою в зазор. У тих випадках, коли припій заздалегідь закладають у з'єднання у вигляді фольги і потім нагрівають вузол (наприклад, вакуумної печі), необхідно забезпечити стиснення деталей при температурі паяння з певним зусиллям. Якщо це зусилля буде недостатнім, то вийде занадто товстий шов із незадовільною міцністю. Надмірне стиснення може пошкодити вузол, що паяється.

Для стиснення деталей при паянні застосовують спеціальні пристрої. Необхідне зусилля стиснення забезпечується механічними затискачами або різницею між температурним розширенням матеріалу виробу та матеріалу пристосування. Останній спосіб нерідко є єдиним, коли пічне паяння здійснюється при високих температурах.

Газополум'яна паяння.При паянні нагрівання здійснюється полум'ям газового пальника. Як паливний газ використовують суміші різних газоподібних або рідких вуглеводнів (ацетилен, метан, пари гасу і т. д.) і водень, які при згорянні в суміші з киснем дають високотемпературне полум'я. При паянні великих деталей горючі гази та рідини застосовуються у суміші з киснем, при паянні дрібних деталей – у суміші з повітрям. Паяння можна виконувати як пальниками спеціального типу, що дають широкий смолоскип, так і нормальними, зварювальними паяльними лампами.

Паяння зануренням у розплавлений припій.Розплавлений припій у ванній покривається шаром флюсу. Підготовлена до паяння деталь поринає в розплавлений припій (металеву ванну), який також є джерелом тепла. Для металевих ванн зазвичай використовують мідно-цинкові та срібні припої.

Паяння зануренням у розплавлену сіль.Склад ванни вибирають в залежності від температури паяння, яка повинна відповідати рекомендованій температурі ванни 700-800 ° С при роботі на суміші певного складу. Ванна складається з хлористих натрію, калію, барію та ін. Цей метод не вимагає застосування флюсів і захисної атмосфери, так як склад ванни підбирають таким, що він повністю забезпечує розчинення оксидів, очищає поверхні, що паяються і захищає їх від окислення при нагріванні, тобто є флюсом.

Деталі готують до паяння, на шов у потрібних місцях укладають припій, після чого опускають у ванну з розплавленими шарами, флюсом і джерелом тепла, де припій розплавляється і заповнює шов.

Електродугова паяння.При дуговій пайці нагрівання здійснюється дугою прямої дії, що горить між деталями і електродом, або дугою непрямої дії, що горить між двома вугільними електродами. При використанні дуги прямої дії зазвичай застосовують вугільний електрод (вугільна дуга), рідше – металевий електрод (металева дуга), яким слугує сам стрижень припою. Вугільну дугу направляють на кінець стрижня припою, що стосується основного металу, так, щоб не розплавляти кромок деталі. Металеву дугу застосовують при струмах, достатніх для розплавлення припою і дуже мало оплавляють кромки основного металу. Для паяння дугою прямої дії придатні високотемпературні припої, що не містять цинку. За допомогою вугільної дуги непрямого впливу можна виконувати процес паяння високотемпературними припоями всіх типів. Для нагрівання цим способом застосовують спеціальний вугільний пальник. Струм до електродів подається від машини для дугового зварювання.

Індукційна пайка (паяння струмами високої частоти). При індукційній пайці деталі нагріваються вихровими струмами, що індуктуються в них. Індуктори виготовляються з мідних трубок, переважно прямокутного або квадратного перерізу, залежно від конфігурації деталей, що підлягають паянню.

При індукційній пайці швидке нагрівання деталі до температури паяння забезпечується використанням енергії високої концентрації. Для захисту індуктора від перегріву та розплавлення застосовується водяне охолодження.

Паяння електроопіром.При цьому способі паяння електричний струм низької напруги (4-12), але порівняно великий сили (2000-3000 А) пропускають через електроди і за короткий час нагрівають їх до високої температури; деталі нагріваються як за рахунок теплопровідності від нагрітих електродів, так і за рахунок тепла, що виділяється струмом при проходженні в самих деталях.

При проходженні електричного струму з'єднання, що паяється, нагрівається до температури плавлення припою, і розплавлений припій заповнює шов. Контактну пайку роблять або на спеціальних установках, що забезпечують живлення струмом великої сили та малої напруги, або на звичайних машинах для контактного зварювання.

Паяння в печах.Для паяння використовуються електричні печі та рідше полум'яні печі. Нагрів деталей під пайку виробляють у звичайній, відновлювальній або захисних властивостях середовищах. Паяння високотемпературними припоями виробляють із застосуванням флюсів. При пайці в печах з контрольованим середовищем деталі з чавуну, міді або мідних сплавів, що підлягають пайці, збирають у вузли.

Паяння сполук металів з неметалевими матеріалами.Паянням можна отримати з'єднання металів зі склом, кварцом, фарфором, керамікою, графітом, напівпровідниками та іншими неметалевими матеріалами.

Обробка після паяння включає видалення залишків флюсу. Флюси, що частково залишилися після паяння на виробі, псують його зовнішній вигляд, змінюють електричну провідність, а деякі викликають корозію. Тому залишки їх після паяння мають бути ретельно видалені. Залишки каніфолі та спиртоканіфольних флюсів зазвичай корозії не викликають, але якщо за умовами експлуатації виробів потрібно їх видалити, виріб промивають спиртом, спиртобензинової сумішшю, ацетоном. Агресивні кислотні флюси, що містять соляну кислоту або її солі, ретельно послідовно відмивають гарячою і холодною водою за допомогою волосяних щіток.

Типові паяні сполуки показано на рис. 2.1. Паяні шви відрізняються від зварних за конструктивною формою та способом освіти.

Тип паяного з'єднання вибирають з урахуванням експлуатаційних вимог, що пред'являються до вузла, та технологічності вузла щодо паяння. Найбільш поширеним видом з'єднання є паяння внахлестку.

Мал. 2.1. Типові паяні сполуки

У вузлах, що працюють при значних навантаженнях, де, крім міцності шва, необхідна герметичність, деталі слід з'єднувати лише внахлестку. Шви внахлестку забезпечують міцне з'єднання, зручні привиконанні і не вимагають проведення підгоночних операцій, як це має місце при паянні встик або в ус.

Стикові з'єднання зазвичай застосовують для деталей, які нераціонально виготовляти з цілого шматка металу, а також у випадках, коли небажано подвоювати товщину металу. Їх можна застосовувати для малонавантажених вузлів, де не потрібна герметичність. Механічна міцність припою (особливо низькотемпературного) зазвичай буває нижче міцності металу, що з'єднується; для того щоб забезпечити рівноміцність паяного виробу, вдаються до збільшення площі спаю шляхом косого зрізу (в ус) або ступінчастого шва; часто з цією метою застосовують комбінацію стикового з'єднання з нахлесткою.

Пайкою можна виготовляти складні за конфігурацією вузли та цілі конструкції, що складаються з декількох деталей, за один виробничий цикл (нагрів), що дозволяє розглядати пайку (на відміну від зварювання) як груповий метод з'єднання матеріалів і перетворює її на високопродуктивний технологічний процес, що легко піддається механізації. та автоматизації.

При паянні можливі такі дефекти: зміщення елементів, що паяються; раковини у швах; пористість у паяному шві; флюсові та шлакові включення; тріщини; непропай; деформації місцеві та загальні.