Припой может быть изготовлен заранее (готовый припой), а может образоваться в процессе пайки в результате контактно-реактивного плавления (контактно-реактивный припой), контактного твердогазового плавления (контактный твердогазовый припой), в результате высаживания жидкого металла из компонентов флюса (реактивно-флюсовый припой). В соответствии с этим различают контактно-реактивную пайку, контактную твердогазовую пайку и реактивно-флюсовую пайку.
Появление в технике крупногабаритных тонкостенных узлов с большой площадью пайки все более затрудняло возможность сборки деталей с равномерными капиллярными зазорами между криволинейными поверхностями, что приводило к развитию непропаев, снижению высоты поднятия припоя в зазорах (вертикальных и наклонных) и др. В связи с этим получила развитие композиционная пайка — пайка с композиционным припоем, состоящим из наполнителя и легкоплавкой составляющей, в частности, металло-керамическим припоем.
По характеру затекания припоя в зазор различают капиллярную (ширина зазора <0,5 мм) и некапиллярную (ширина зазора <0,5 мм) пайку. При капиллярной пайке припой заполняет зазор самопроизвольно под действием капиллярных сил.
При некапиллярной пайке использована возможность поднятия жидкого припоя в зазорах под действием гравитации, отрицательного давления в некапиллярном зазоре (при откачке воздуха из зазора), магнитных и электромагнитных и других внешне приложенных сил.
После заполнения зазора припоем паяный шов затвердевает в процессе охлаждения изделия (кристаллизация при охлаждении). При температуре выше температуры солидуса припоя процесс кристаллизации шва может происходить и в результате отвода депрессата или легкоплавкой составляющей припоя из шва (диффузионная пайка).
Жидкий припой смачивает только чистую поверхность паяемого металла. В связи с этим при формировании паяного соединения необходимы условия, обеспечивающие физический контакт паяемого материала и жидкого припоя при температуре пайки. Осуществление такого контакта возможно в местах удаления с поверхности металла оксидных пленок. Удалить оксидные пленки при пайке и осуществить физический контакт конструкционного материала (Мк) с припоем (Мк) можно с применением паяльных флюсов или без них. В последние годы высокие требования по коррозионной стойкости паяных соединений и стремление к сокращению времени технологических операций привели к расширению применения способов бесфлюсовой пайки. Флюсовая пайка наряду сэтим остается во многих случаях также широко применяемым процессом. По физическим, химическим и электрохимическим признакам, определяющим процесс удаления оксидов с поверхности основного металла и припоя при пайке, способы пайки объединены в группу СП2.
Способы пайки по источнику нагрева объединены в группу СПЗ. К способам пайки этой группы, применяемым ранее (паяльником, горелкой, электросопротивлением, в печи, погружением в расплавы флюса или припоя, индукционному, электролитному), добавились новые с использованием источников нагрева в виде света, лазера, теплоты химических реакций, потока ионов в тлеющем разряде, инфракрасного излучения, волны припоя, электронного луча, теплоты конденсирования паров и др.
Различают низко- и высокотемпературную пайку. За граничную температуру этих способов принята температура 450 °С. Целесообразность такого деления обусловлена тем, что технологические, вспомогательные материалы и оснащение для низкотемпературной и высокотемпературной пайки обычно существенно отличаются. Классификационным признаком четвертой группы способов пайки СП4 является отсутствие при фиксированном зазоре или наличие давления на паяемые детали с целью обеспечения заданной величины паяльного зазора (прессовая пайка).
Классификационным признаком пятой группы способов СП5 служит одновременность или неодновременность выполнения паяных соединений изделия.
Технологическая классификация способов пайки базируется в основном на альтернативности их признаков. На рис. 2 дана технологическая классификация способов пайки (ГОСТ 17349—79). В наименование способа пайки конкретного изделия должны войти по одному или несколько наименований способов из каждой группы и в том же порядке, в каком они перечислены на рис. 2. Например, «контактно-реактивная капиллярная диффузионная печная пайка в вакууме под давлением».
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫПРИ ПАЙКЕ
К технологическим материалам при пайке относятся такие, компоненты которых входят в состав образующегося паяного соединения,— припои и контактные или барьерные покрытия.
По ГОСТ 17325—79 припоем называют материал для пайки и лужения с температурой плавления ниже температуры плавления паяемых материалов. К вспомогательным материалам относятся такие, компоненты которых непосредственно не входят в состав образующегося паяного соединения, но участвуют в его образовании. К ним относятся паяльные флюсы, активные и инертные газовые среды, вещества, ограничивающие растекание припоя (стоп-материалы) и др.
Припои подразделяют на две группы — готовые и образующиеся при работе.
3.1 Готовые припои
Наиболее широкое применение при пайке нашли готовые припои. Готовые припои классифицируют по следующим признакам (ГОСТ 19250—73): по величине их температурного интервала плавления; степени расплавления при пайке; основному или наиболее дефицитному компоненту, способности к самофлюсованию; способу изготовления и виду полуфабрикатов (рис. 3).
Температурный интервал плавления припоя — важнейший классификационный признак. Такой интервал ограничен температурой начала (солидус) и конца (ликвидус) плавления припоя. По температуре конца расплавления припои разделяют на пять классов: особолегкоплавкие (tпл£ 145°С); легкоплавкие (145°С<tпл<450°С); среднеплавкие (450 °C < 1100 °С); высокоплавкие (1100 °С<tпл< 1850 °С); тугоплавкие (tпл³ 1850 °С).
Число различных припоев, разработанных к настоящему времени, весьма велико и продолжает непрерывно увеличиваться, что обусловлено повышением требований, предъявляемых к механическим и служебным свойствам паяных соединений, и необходимостью улучшения паяемости существующих и новых материалов.
Классификация готовых припоев по степени их автономного расплавления. По степени автономного расплавления при пайке припои подразделяют на полностью и частично расплавляемые. Ранее применяли главным образом припои, полностью расплавляемые при пайке. Исключение составляли припои, применяемые в стоматологической технике, и частично расплавляемые припои с широким интервалом затвердения, которые использовали главным образом при абразивной пайке.
В 60-е и последующие годы получили развитие неоднородные, частично расплавляемые припои, состоящие из легкоплавкой части припоя и твердого наполнителя, не плавящегося автономно при температуре пайки. Такие припои в соответствии с современной классификацией металлических материалов называют композиционными.
Наполнитель композиционных припоев чаще всего представляет собой порошок, перемешанный с порошком легкоплавкой части припоя. При пайке таким припоем сцепление частиц наполнителя в шве и шва с паяемым металлом возникает в результате взаимодействия последнего с жидкой частью припоя и ее кристаллизации, а также в результате спекания наполнителя между собой и с паяемым металлом. Ранее композиционный припой такого типа был условно назван металлокерамическим, а пайка металлокера-мической, так как при ней имеют место процессы спекания, аналогичные процессам в порошковой металлургии
В композиционных припоях другого вида наполнитель может состоять из проволоки, сетки, стержней, волокон. При этом легкоплавкая часть припоев может быть скомпонована с наполнителем путем равномерного их перемешивания, прессования, штамповки, спекания или иметь вид порошка из частиц наполнителя, предварительно смоченных легкоплавкой составляющей припоя (армированные припои).
3.2 Припои, образующиеся при пайке
К этой группе относятся контактно-реактивные припои, получающиеся при контактно-реактивном плавлении паяемого материала с контактными прокладками или покрытиями или последних между собой; контактные твердогазовые припои, образующиеся в результате плавления паяемого металла, контактных прокладок или покрытий в парах металлов или неметаллов, находящихся в атмосфере печи; реактивно-флюсовые, образующиеся в результате вытеснения металлов из компонентов реактивных флюсов.
Контактно-реактивные припои получают между паяемыми разнородными металлами или между паяемым металлом, прокладками, покрытиями, если они или их основы образуют эвтектики либо непрерывный ряд твердых растворов с минимальной температурой плавления ниже температуры пайки (слоистые припои). Контактно-реактивное плавление металлов происходит через несплошности в их оксидных пленках и развивается только при достаточном содержании в эвтектике или твердом растворе каждого из контактирующих металлов.
Для слоистого контактно-реактивного припоя в виде фольги существенное значение имеет соотношение объемов контактирующих слоев, которое должно быть таким же, как в эвтектике (или в твердом растворе с минимальной температурой плавления), а расположение прослоек должно обеспечивать контакт реагирующих материалов. Если один из контактирующих элементов имеет повышенную упругость испарения, то его лучше помещать между прослойками других металлов, имеющих относительно меньшую упругость испарения в условиях пайки.
Использование хрупких припоев системы Ni—Сг—В в виде пластичной нихромовой фольги, насыщенной с поверхности бором, также обеспечивает достаточно высокую пластичность припоя при сборке.