Твердый припой для стали

Пайка твердыми припоями

И все же, несмотря на то, что низкотемпературная и высокотемпературная пайки представляют собой явления одной сущности, их технология, используемые материалы и оборудование, характеристики получаемого соединения существенно различаются. Что, собственно, и явилось основанием для разделения этих способов. За граничную температуру, разделяющую их, приняты 450°C.

Отличия высокотемпературной пайки от низкотемпературной

Важным отличием высокотемпературной пайки от низкотемпературной является повышенная термоустойчивость соединения. Поскольку температура плавления твердых припоев значительно выше температуры плавления мягких, соединение, выполненное высокотемпературной пайкой, способно работать при более высоких температурах, сохраняя все свои свойства. Во многих случаях при выборе способа пайки, эта особенность является определяющей.

Но есть и то, в чем пайка твердыми припоями уступает пайке мягкими припоями. Относительно высокая температура может вызывать структурные изменения в некоторых металлах. Такое, в частности, наблюдается в чугуне, в котором при пайке могут возникать закалочные структуры, приводящие к повышенной хрупкости металла в зоне шва.

Высокая температура плавления твердых припоев предъявляет свои требования к источникам нагрева. Они должны обеспечивать расплавление припоев, температура плавления которых достигает иногда 1000°C. Это исключает использование при высокотемпературной пайке удобных паяльников, являющихся основным инструментом при пайке мягкими припоями.

Резюмируя вышесказанное, можно подвести итог сравнения высокотемпературной и низкотемпературной паек. К достоинствам первой относится высокая прочность и термоустойчивость соединения, к недостаткам — сложность технологического процесса, обусловленная необходимостью прогрева паяемых деталей до относительно высоких температур.

Применение пайки твердыми припоями

Пайка твердыми припоями является основным способом при изготовлении металлорежущего инструмента с твердосплавными пластинами. Припаивание последних обеспечивает достаточную прочность соединения и не оказывает отрицательного воздействия на твердость и геометрию режущих пластин.

Изготовление всевозможных сосудов из цветных металлов и нержавеющих сталей, соединение стальных и медных трубопроводов, работающих под высоким давлением или повышенной температуре в различных системах — холодильных, теплообменных и пр. — также не может обойтись без пайки твердыми припоями.

Широко используется высокотемпературная пайка при ремонте автомобилей — радиаторов, трубопроводных систем двигателя и трансмиссии, кузовов, различных деталей — везде, где нельзя или нежелательно применять сварку.

Целесообразно использование высокотемпературной пайки для соединения между собой тонкостенных деталей, работающих при значительных нагрузках и упругих деформациях.

Для ремонта медных и латунных бытовых изделий, подвергающихся в процессе эксплуатации высоким температурам, высокотемпературная пайка является способом ремонта не имеющим альтернативы. Таких, например, как старинный самовар, растапливаемый дровами. В этом случае мягкие припои не могут применяться из-за неспособности выдерживать высокую температуру нагрева.

Источники нагрева при высокотемпературной пайке

Основными источниками нагрева при высокотемпературной пайке являются газовые горелки различных типов, индукторы и печи. Применяется также нагрев электросопротивлением. В быту чаще всего твердыми припоями паяют с помощью горелок.

Припои

Иногда используют в качестве припоя и технически чистую медь. Однако гораздо чаще используют пайку медными припоями, представляющими собой соединения меди с другими металлами — цинком, серебром, кремнием, оловом и пр. Каждый из этих элементов вносит свою лепту в технологические свойства припоев. Почти все они снижают температуру плавления (у чистой меди она составляет 1083°C).

При высокотемпературной пайке используются медно-цинковые, медно-фосфорные, серебряные припои и латуни.

Медно-цинковые припои. Существует большое количество медно-цинковых припоев (ПМЦ-35, ПМЦ-39, ПМЦ-50, ПМЦ-54, ПМЦ-57 и пр.). Цифры указывают процентное содержание меди. Их используют для пайки бронзы, меди, стали. Недостатком чисто медно-цинковых материалов является плохая работа в условиях ударных, вибрационных и изгибающих нагрузок. Чтобы убрать или снизить этот недостаток используют легирование их другими металлами (например, латуни можно рассматривать как легированные медно-цинковые припои). Легированные медно-цинковые припои используются, в частности, при пайке твердосплавных резцов.

Медно-фосфорные припои. Медно-фосфорные припои (ПМФ-7, ПМФ-9, ПМФОЦр-6-4-0,03) представляют собой сплав меди с фосфором. Следующая за буквами цифра указывает на процентное содержание фосфора. Припой ПМФОЦр-6-4-0.03, кроме меди и фосфора, содержит олово и цирконий.

Медно-фосфорные припои относятся к среднеплавким (700-850°C), обладают высокой текучестью и хорошей коррозионной устойчивостью к агрессивным средам. Используются для пайки меди и ее сплавов (бронзы, латуни, мельхиора). Можно их использовать и в качестве заменителя серебряных припоев при ремонте ювелирных изделий.

Пайка сталей и чугуна медными припоями, содержащими фосфор, не применяется из-за повышенной хрупкости соединения и его неспособности переносить ударные, вибрационные и изгибающие нагрузки. Это вызвано образованием по границе шва пленки фосфитов.

Отличительную особенность медно-фосфорных припоев является то, что они являются самофлюсующимися. При пайке ими медных изделий, применение флюса не обязательно.

Латуни. Широкое распространение в качестве припоев получили латуни, которые являются сплавом меди с цинком. Латуни Л62 и ЛОК-62-06-04 дают прочные паяные соединения. ЛОК-62-06-04 отличается от Л62 наличием олова и кремния, обеспечивающих более высокие технологические свойства припоя. Олово увеличивает жидкотекучесть и снижает температуру плавления, а соединения кремния предохраняют цинк от окисления и испарения. Латуни применяются при пайке меди, стали, чугуна.

Серебряные припои. Серебро является отличным материалом для пайки. Серебряным припоям, которые представляют собой в основном сплав серебра с медью и цинком, принадлежит первое место по растеканию, смачиваемости, прочности и антикоррозионности. Не будь они такими дорогими, можно было бы отказаться от всех остальных припоев, используя только серебряные. Благо они обладают универсальностью и способны паять практически любой металл.

Припои на основе серебра обозначаются буквами ПСр (ПСр-15, ПСр-25, ПСр-45, ПСр-65, ПСр-70). Марки ПСр-15 и ПСр-25 используются для пайки не очень ответственных деталей. Если требуется получить особо качественное соединение, используют припой ПСр-45, имеющий 45% серебра, 30% меди и 25% цинка. ПСр-45 обладает отличными качествами — вязкостью, ковкостью, жидкотекучестью, устойчивостью против коррозии, способностью выдерживать вибрацию и удары. Припой ПСр-65 не уступает ПСр-45, но слишком дорог.

Серебряными припоями можно паять практически любой металл — медь и ее сплавы, серебро, стали и пр. Однако в силу их дороговизны пайку серебряными припоями применяют только там, где это экономически целесообразно, в частности, для соединения нержавеющих сталей, относящихся к разряду труднопаяемых и требующих припоев, обладающих хорошей смачиваемостью и позволяющих избежать коррозии, которая может возникнуть в спае.

Флюсы

Пайка меди и ее сплавов может производиться с помощью чистой буры, которая является универсальным флюсом для высокотемпературной пайки.

Используются различные формы выпуска флюсов — жидкости, порошок, кусочки (кристаллы буры, например). Чтобы облегчить их дозирование (избыток флюса так же нежелателен, как и недостаток), используют объединение их с припоем. Делается это разными способами — добавлением в виде порошка в сыпучие формы припоев, обмазкой прутков припоя или помещением внутрь трубочки из припоя, совместным прессованием таблетированных форм.

Технология высокотемпературной пайки

Пайка выполняется в такой последовательности. Механическим путем зачищаются стыковые части деталей. Операция необходима для удаления стойкой окисной пленки, которая покрывает нержавеющие стали.

Детали зажимаются в тисках в требуемом положении.

Зона пайки промазывается флюсом.

Зажигается горелка, и устанавливается необходимый режим горения. Пламя должно быть восстановительным, с небольшой нехваткой кислорода (но не до копоти и желтого огня). Пересыщенное кислородом пламя окисляет поверхность металла.

Производится разогрев паяемой зоны до начала изменения цвета детали (при прикосновении, флюс на прутке должен начать плавиться). Прогревать нужно все соединение, перемещая пламя в разные стороны.

Осуществляется офлюсовывание стыка флюсом с прутка — трением последнего по стыку. Если используется неофлюсованный пруток, после прогрева кончика, его нужно окунуть во флюс, чтобы тот покрыл его.

Нагрев зоны пайки доводится до вишневого цвета. Обычно пайка твердыми припоями производится в интервале цветов от темно-вишневого до светло-вишневого.

Расплавляется припой. При достаточном количестве флюса он легко растекается по зоне пайки, затягивается в стык.

После окончания операции производится зачистка спая.

Припои и флюсы

Оловянно-свинцовый припой — легкоплавкий сплав на основе олова и свинца. Паяные соединения, полученные с помощью оловянно-свинцового припоя, отличаются высокой прочностью и коррозийной стойкостью. Однако, в силу высокого содержания свинца, оловянно-свинцовый припой нельзя использовать для пайки питьевых систем водоснабжения.

В пищевой промышленности использовать оловянно-свинцовый припой нельзя. Бессвинцовый припой был изобретен как безвредный аналог оловянно-свинцовому припою. Бессвинцовые припои идеальны для монтажа медных и нержавеющих труб, применяемых в системах питьевого водоснабжения благодаря отсутствию в составе вредного свинца, а наличие серебра в бессвинцовых припоях повышает его текучесть и, как следствие, надежность и пластичность паяного соединения.

Медно-фосфорный припой — медный сплав для пайки меди, латуни и бронзы с добавлением фосфора и серебра, массовой долей до 18%. Данные припои отличаются высокой текучестью, смачиваемостью и отсутствием так называемого «искрения» при пайке. Фосфор в медно-фосфорном припое необходим для снижения его температуры плавления и для предотвращения термического повреждения спаиваемых соединений. Наличие серебра в медно-фосфорных припоях повышает его текучесть и, как следствие, надежность и пластичность паяного соединения.

Серебряный припой — сплав, основной легирующей добавкой которого является серебро. Благодаря высокому содержанию серебра, серебряный припой находит применение на самых ответственных соединениях, а также соединениях разнородных металлов. Применение этих припоев обусловлено в первую очередь широким распространением соединений сталь-медь в холодильной и климатической технике. Специально для производителей холодильной техники, а также для монтажных и ремонтных организаций была разработана линейка припоев, отличающаяся широким содержанием серебра от 20 до 45%. Последние призваны обеспечить дополнительную гарантию качества полученного соединения.

Алюминиевый припой — сплав на основе алюминия и кремния, применяемый для пайки алюминиевых радиаторов и теплообменников. Припои для алюминия бывают как офлюсованными, так и без флюса. Состав флюса варьируется в зависимости от химического состава припоя. Свойства самих алюминиевых припоев также меняются в зависимости от технических задач заказчика. Пайка алюминия может быть выполнена как горелкой, так и в печи (специальные припои в виде паст). Разнообразие физических свойств припоев для пайки алюминия позволяет применять их как для пайки с небольшим зазором (соединения типа труба в трубе), так и для заделки больших отверстий в алюминиевых деталях. На сегодняшний день, лучшими припоями для пайки алюминия являются алюминиевый припой Castolin 192 FBK и припой для пайки алюминия с медью Castolin 1827. Во всем мире этот припой применяется для пайки алюминия в промышленности, автомобилестроении, судостроении, для ремонта радиаторов и систем кондиционирования.

Латунный, или как его еще называют, медно-цинковый припой используется для сварки и пайки во многих отраслях промышленности. Его невысокая стоимость и отличные механические качества позволяют использовать этот припой для пайки никеля, меди, бронзы, стали, чугуна и латуни. Латунный припой характеризуются тем, что получаемая прочность соединений сопоставима с прочностью соединений, получаемых при сварке. Температура плавления латунных припоев относительно высока (870-920 С), однако значительно ниже чем температура при сварке. Латунные припои можно подразделить на припои для пайки стали, припои для пайки оцинкованной стали и припои для пайки чугуна. Каждый из припоев может поставляться как с флюсовой оболочкой, так и неофлюсованным. Латунный припой для пайки стали и оцинковки содержит серебро для улучшения капиллярных свойств. Латунный припой Castolin 18 XFC для пайки оцинкованной стали отлично зарекомендовал себя на практике, обеспечивая полную сохранность цинкового покрытия и высокую прочность паяного соединения.

Для пайки твердых сплавов, карбидов и алмазных сегментов разработана специальная система припоев c высоким содержанием серебра — 49% и более — которая, благодаря различным коэффициентам теплового расширения может компенсировать возникающие внутренние напряжения. Для ответственных соединений, предъявляющих особо высокие требования к прочности на срез, мы рекомендуем использовать только оригинальные припои проверенных производителей.

Флюс и флюс-паста — специальные материалы для пайки, позволяющие нейтрализовать оксидный слой, препятствующий соединению материалов. В основе любого флюса лежит кислота, флюс-паста также содержит в своем составе частицы припоя, что обеспечивает предварительное лужение соединяемых деталей.

Пайка твёрдым припоем

Информация о бессеребряных припоях для пайки нержавеющей стали

Припой П-81 (диам. 2 мм)

Состав: Медь 52-54%, Фосфор 6-7%, Никель 6-7%, Цинк — 32-36%.

Соединяемые материалы: медь, серебро, никель и их сплавы (в т.ч. латунь), стали (в т.ч. нержавеющая), чугун, твердые сплавы и их сочетания и др. Пайка с использованием флюса.

Температура плавления 630-660 град.С, температура пайки 680-700 град.С.

Свойства: предел прочности на срез по стали 170 МПа; область разрушения телескопического соединения медь-сталь — по меди. Обеспечивает высокую герметичность паяных конструкций под давлением до 16 атм., обеспечивает высокую надежность работы фреоновых систем, высокое качество при ремонте твердосплавного инструмента.
Наиболее эффективен взамен высокосеребряных припоев ПСр25, ПСр29.5, ПСр40, ПСр45.

Рекомендуемые флюсы: ФК-250, ФК-235, ПВ-209.

Припой П-21 (ЛОК-57)

Состав: Медь 55-57%, Олово 6,7-7,3%, Никель 0,7-1,4%, Цинк — 34-38%.

Соединяемые материалы: стали, медь и ее сплавы, никель и его сплавы и их сочетания.

Температура плавления 800-830 град.С, температура пайки 850-890 град.С.

Свойства: предел прочности на разрыв по стали 240-260 МПа; область разрушения телескопического соединения — паяемый материал. Применяется для пайки стальных тонкостенных изделий, пайки штуцеров компрессоров и других конструкций с повышенными требованиями по прочности.

Рекомендуемые флюсы: ФК-250.

Технология пайки нержавеющей стали простым оловом, была освоена мной почти сразу.
Работа по этому, проверенному методу затруднений не вызывала. Прочность изделий и качество работы, на тот момент, вполне удовлетворяли мои скромные потребности.
Несмотря на имеющийся опыт, я долго не решался приступить к работе с твердыми припоями. Долго колебался в выборе – вложить средства в оборудование и материалы или обратиться к специалистам по аргонно-дуговой сварке.
Дух авантюризма и желание не зависеть от других людей склонили мой выбор в сторону вложения средств в «неизвестность».
Результатом этой «авантюры» стала полная независимость от дорогостоящих аргонщиков, и получение изделий приличного качества.

В московской фирме «Cold24» — http://cold24.ru/ было приобретено:

— Газовая горелка BZ8250HT «BERNZOMATIC» мощностью — 2.713Вт.
— Баллон MAPP GAS FAT BOY.
— Флюс для высокотемпературной пайки BrazeTec тип «h» (100г)
(флюс BrazeTec spezial h специально предназначен для нержавеющей стали, на тот момент его не было в наличии).
— Офлюсованный припой Braze Tec CoMet 4076U содержанием серебра 40% без кадмия.

6461. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию. 6733. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию. 6730. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию. 5768. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию.

Изучая неведомый доселе метод, наткнулся на очень полезную статью, размещённую на сайте «Tool-Land.ru»
которая помогла разобраться в некоторых нюансах и вселила уверенность в положительном результате.

Этот метод можно применить в условиях городской квартиры.
Я паял на кухне, на газовой плите под вытяжкой. Довольно удобно.

_dsc9409. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию.

Поверхности тщательно обезжирить.
За тем, при помощи водостойкой шкурки средней зернистости P-600 или P-1000 и воды,
качественно зачистить места пайки для удаления окисленного слоя.

_dsc9433. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию.

Насухо убрать влагу чистой сухой салфеткой.
Перед использованием флюса его необходимо тщательно перемешать.
Нанести высокотемпературный флюс на место будущего соединения.

_dsc9418. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию. _dsc9436. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию.

Далее, начинаем прогревать место пайки.
При попадании пламени на флюс и разогреве поверхности он вспенивается и высыхает.
При дальнейшем нагревании порошок плавиться, и затекает в зазоры сопрягаемых деталей.

_dsc9440. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию.

Важно! Не следует вносить припой до того как расплавиться флюс.

Если пруток без обмазки (мне показалось, что так даже удобнее) перед внесением в пламя, погружаем его в баночку с флюсом.

Если пруток офлюсован, тогда внося его в пламя, касаемся обмазкой разогретых деталей. Он мгновенно плавиться, получается дополнительное «офлюсовывание».

Когда поверхности разогреты до светло-вишневого цвета, приступаем к внесению припоя.
Разогретым припоем касаемся места пайки.
При правильном прогреве детали и стержня припоя, он быстро плавиться от прикосновения к разогретой поверхности и затекая встык, образует прочное соединение.

_dsc9449. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию.

Внеся небольшое количество припоя, по мерее прогрева мест пайки, он будет растекаться, формируя тонкий, аккуратный и красивый шов.
Качество и точность подгонки деталей является очень важным моментом. На это нужно обратить особое внимание. От этого будет зависеть не только расход дорогостоящего припоя, но и конечная красота изделия.

Результатом освоения метода высокотемпературной пайки, стала возможность реализации новых проектов…

_dsc9459. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию. _dsc9479_kopiya. Пайка твёрдым припоем. Вопросы по конструированию.

Где применяют твердые и мягкие припои

Технологические особенности широко распространенных паяльных работ предполагают использование различных по температуре плавления расходных материалов.

Где применяют

Пайка твердыми припоями примечательна тем, что при ее проведении участок стыковки изделий должен прогреваться до температур порядка 450-ти градусов и более.

Такие припои называются тугоплавкими, а полученное с их помощью соединение сохраняет свои прочностные характеристики даже при сильном термическом нагреве.

В отличие от твердых пайка мягкими припоями предполагает использование низкотемпературных расходных материалов, которые обеспечивают надежное сцепление при значительно меньшем нагреве (порядка 200-300 ℃).

Они, как правило, применяются, при пайке изделий, эксплуатируемых в нормальных температурных условиях, и не гарантируют сохранения контакта при сильном нагреве.

Возможности твердых припоев широко используются в тех сферах, где требуется получать шов, по своим прочностным свойствам занимающие промежуточное положение между сваркой и низкотемпературной пайкой.

При этом особое внимание уделяется сохранению структуры материалов в зоне контакта, которые после обработки не должны терять первоначальных характеристик.

Твердосплавные соединения чаще всего востребованы в следующих ситуациях:

• производство металлорежущего инструмента, резцов с твердосплавными рабочими вставками;
• при изготовлении емкостей и сосудов, производимых на основе цветных металлов и из нержавейки;
• в автомастерских (при ремонте радиаторов и отдельных элементов трансмиссии), а также в тех местах, где применение сварки крайне нежелательно;
• при монтаже и ремонте трубок из твердых медных сплавов, установленных в холодильном и теплообменном оборудовании и работающих в условиях «критических» температур или повышенного давления;
• для надежного и прочного соединения тонкостенных предметов и деталей, испытывающих при эксплуатации повышенные нагрузки и упругие деформации.

Использование технологии твердой пайки обеспечивает необходимую прочность получившегося соединения и его устойчивость к перегреву. Помимо этого твердосплавные методы применяются при ремонте изделий из меди или латуни, которые при работе подвергаются высокотемпературному воздействию.

В отличие от описанных выше твердых припоев сфера применения мягкой пайки ограничена нормальными условиями эксплуатации. К этому способу чаще всего прибегают при необходимости получения надежного соединения изделий и деталей из легкоплавких материалов, не подверженных чрезмерному нагреву и деформациям.

Особой популярностью при «мягком» сочленении деталей пользуются получившие широкое распространение оловянно-свинцовые паяльные составы.

Использование в быту

Применение техники твердой пайки в домашних условиях предполагает наличие газовой горелки, посредством которой можно обеспечить высокую степень нагрева в зоне контакта.

Помимо этого, потребуется сам тугоплавкий припой, плавящийся при температурах свыше 450 градусов, а также специальная активная добавка, называемая флюсом.

Лишь при выполнении этих требований в результате паяльных работ удается получить достаточно надежное и твердое паяное соединение.

В качестве примера можно привести использование твердого припоя при спайке рамы велосипеда, восстановление которой другими методами не так эффективно и надежно.

Твердые припои пользуются повышенным спросом при ремонте различной кухонной утвари и посуды, изготавливаемой из твердосплавных материалов (латуни или меди, например).

Чаще всего восстановительному ремонту подлежат растапливаемые углем самовары или подобные им нагревательные приспособления из тугоплавких металлов.

Добавим к этому, что бытовая пайка твердыми припоями широко востребована и при проведении ремонтных работ, касающихся восстановления отдельных узлов холодильного и теплообменного оборудования.

В последнем случае для спайки медных трубок посредством газовой горелки потребуется твердый латунный припой, позволяющий получать прочное и надежное соединение, пригодное для эксплуатации в критических условиях.

Рассмотрим особенности работы с паяльными составами различной степени тугоплавкости на примере такой распространенной операции, какой является запайка труб.

Особенности пайки трубных изделий

Порядок запайки труб мягкими припоями определяется следующей последовательностью рабочих операций:

1. Сначала из труб подготавливается стыковой узел с раструбом, на внутреннюю поверхность которого наносится флюс для пайки мягким припоем.
2. Затем тот же флюсовый состав наносится на внешнюю часть стыкуемой трубы, после чего паяльником большой мощности (не менее одного киловатта) готовый стык прогревается до температуры порядка 300-400 градусов.
3. Контролировать степень нагрева стыковочного узла можно по изменению цветового оттенка флюса.
4. После его потемнения в контактную зону вводится проволочный пруток припоя (иногда для лучшего контакта он приготавливается в виде мелкой стружки, заполняющей все стыковочные зазоры).
5. При соприкосновении с прогретой зоной контакта припой плавится, а затем под воздействием флюса растекается по всей площади соединительного шва.

Высокотемпературная пайка с применением твердого состава отличается от уже описанных процедур следующими моментами.

Во-первых, при ее реализации на место стыка наносится флюс совсем иного состава, а во-вторых, вводимый в область пайки припой должен изготавливаться из тугоплавких составляющих.

И, наконец, для прогрева зоны контакта с твердыми свойствами используется специальное оборудование (термическая печь, газовая горелка или индукционное нагревательное устройство).

Как обработка медных заготовок, так и пайка стали в домашних условиях, предполагают использование обычной газовой горелки, всегда имеющейся в хозяйстве у любого частника.

Особое внимание нужно уделить последней стадии соединения трубных заготовок, когда после размягчения присадочной проволоки одна из труб проворачивается вокруг оси.

Вследствие этой операции еще не застывший припой наматывается на стыковую зону с последующим образованием надежного кольцевого шва.

Разновидности

Основной составляющей термостойких соединений, образующихся в результате пайки твердыми припоями, является медь, из которой изготавливаются практически все тугоплавкие расходные материалы.

Чистая медь в качестве сцепляющей составляющей применяется крайне редко. Как правило, она берется в соединении с другими металлами (серебром, цинком, кремнием или оловом).

Каждая из перечисленных добавок позволяет сделать припой более тугоплавким, а получившееся сочленение – прочнее и долговечнее.

Почти все эти примеси снижают температуру, при которой плавится сам твердый припой (у чистой меди этот показатель равен 1083 градусам).

Для высокотемпературной обработки металлов, как правило, используются медно-цинковые составы, идеально подходящие для пайки бронзовых или медных деталей (реже – стали).

Однако они обладают одним существенным минусом, проявляющимся в их плохой защищенности от вибрационных и ударных воздействий. С целью устранения этого недостатка применяется метод легирования другими металлами, заметно повышающими их прочностные характеристики.

Так, твердые латунные припои могут рассматриваться как медно-цинковые составы, прошедшие операцию легирования, благодаря которой они находят широкое применение при изготовлении твердосплавных резцов.

С основными характеристиками и областями применения различных видов припоев можно ознакомиться в сводных таблицах.

Флюсы для тугоплавких металлов

Основная составляющая флюсовых добавок, применяемых при работе с твердыми припоями – это борные соединения, объединенные под общим названием «бура» (Na2B4O7).

С целью повышения активности флюсов этого класса в них добавляется небольшое количество фтора с образованием таких активных соединений как фтористый калий и кальций.

Для работы с изделиями из меди и ее твердых сплавов желательно применять химически чистую буру, являющуюся универсальным флюсовым составом, оптимально подходящим для условий высокотемпературной пайки.

Следует заметить, что флюсовые добавки для мягких и твердых припоев выпускаются в самых различных исполнениях (в виде жидкости, кристаллов или порошка) и нередко объединяются с припоями.

Такой прием позволяет упростить операцию их дозирования и нормировать расход этой важной для качественной пайки составляющей.

Припой

Припой Felder L-CuP6 (прут 17гр.)

Медно-фосфорный припой Felder L-CuP6 специально разработан для пайки меди без флюса. Прочность шва 250МПа.
Содержание серебра: 0%
Флюсованный: нет
Температура плавления: 760 °C
Формат: пруток квадратного сечения

Припой Stella St15 (прут 13гр.)

Применяется для пайки медных труб и фитинга при монтаже кондиционеров, холодильного оборудования, холодного и горячего водоснабжения, отопительных системах.
Содержание серебра: 15%
Флюсованный: нет
Температура плавления: 645..800 °C
Формат: пруток квадратного сечения

Припой Stella St5 (прут 13гр.)

Этот вид припоя хорошо подходит для пайки медных труб и фитингов. При использовании не требуется флюс. Медь не окисляет.
Содержание серебра: 5%
Флюсованный: нет
Температура плавления: 645..815 °C
Формат: пруток квадратного сечения

Припой П-14 ОФЛ (прут 13гр.)

Состав: медь 90%, фосфор 6%, олово 4%. С флюсом. Применяется для высокотемпературной пайки меди, медных сплавов, латуни.
Содержание серебра: 0%
Флюсованный: да
Температура плавления: 640..680 °C
Формат: пруток круглого сечения

Припой Stella St40F (прут 22гр.)

Сварочный серебряный припой для общих применений, пригоден для соединений разных основных чёрных и цветных металлов (сталь, медь, латунь, и.т.д.). Поставляется в виде офлюсованных прутков, является ковким и надежным.
Содержание серебра: 40%
Флюсованный: да
Температура плавления: 650..710 °C
Формат: пруток круглого сечения

Припой Castolin 192FBK (алюминий) (прут 12гр.)

Припой с флюсовым сердечником Castolin 192FBK для пайки алюминия с алюминием и алюминия с медью.
Содержание серебра: 0%
Флюсованный: с флюсовым сердечником
Температура плавления: 400..415 °C
Формат: пруток круглого сечения

Припой Castolin 190 (алюминий) (прут 10гр.)

Сплав для капиллярной пайки алюминия. Профиль, трубы, кондиционерное оборудование, теплообменники.
Содержание серебра: 0%
Флюсованный: нет
Температура плавления: 575..585 °C
Формат: пруток круглого сечения

Припой Stella St55F (прут 22гр.)

Сварочный серебряный припой для общих применений, пригоден для соединений разных основных чёрных и цветных металлов (сталь, медь, латунь, и т.д.). Поставляется в виде офлюсованных прутков, является ковким и надежным.
Содержание серебра: 55%
Флюсованный: да
Температура плавления: 630..660 °C
Формат: пруток круглого сечения

Припой Felder Cu-Rophos 5 (прут 17гр.)

Серебросодержащий припой для меди используют для создания прочных соединений. Он широко применяется при установке холодильного оборудования. Припой для пайки медных труб, представляет собой сплав различных металлов.
Содержание серебра: 5%
Флюсованный: нет
Температура плавления: 710 °C
Формат: пруток квадратного сечения

Припой Castolin EcoBraz 38245F (45% фл.)

Серебряный припой для пайки углеродистых и нержавеющих сталей, меди и её сплавов, как между собой, так и в различных сочетаниях. Хорошие прочностные свойства, добавка олова снижает температуру пайки. Также подходит для пайки спечённых сплавов.
Содержание серебра: 45%
Флюсованный: да
Температура плавления: 640..680 °C
Формат: пруток круглого сечения

Припой Castolin EcoBraz 38240F (40% фл.) (прут 22гр.)

Серебряный припой для пайки углеродистых и нержавеющих сталей, меди и её сплавов, как между собой, так и в различных сочетаниях. Хорошие прочностные свойства, добавка олова снижает температуру пайки. Также подходит для пайки спечённых сплавов.
Содержание серебра: 40%
Флюсованный: да
Температура плавления: 640..700 °C
Формат: пруток круглого сечения

Твердый припой для стали

Разделение пайки на низкотемпературную и высокотемпературную носит, в некоторой степени, условный характер. По своей физической природе пайка твердыми припоями не отличается от пайки мягкими. Как и последняя она представляет собой процесс образования неразъемного соединения двух металлов с помощью третьего (называемого припоем), температура плавления которого ниже температуры плавления соединяемых металлов.

Пайка твердыми припоями

Низкотемпературная и высокотемпературная пайки представляют собой явления одной сущности. Их технология, используемые материалы и оборудование, характеристики получаемого соединения существенно различаются. Основанием для разделения этих способов принято считать пограничную температуру плавления припоев 450°C.

Отличия высокотемпературной пайки от низкотемпературной

Что отличает высокотемпературную пайку от низкотемпературной, кроме температуры плавления припоев? Прежде всего, значительно более высокая прочность паяного соединения, обусловленная большей прочностью твердых припоев в сравнении с мягкими.

Спаянная рама велосипеда

Важным отличием высокотемпературной пайки от низкотемпературной является повышенная термоустойчивость соединения. Поскольку температура плавления твердых припоев значительно выше температуры плавления мягких, соединение, выполненное высокотемпературной пайкой, способно работать при более высоких температурах, сохраняя все свои свойства. Во многих случаях при выборе способа пайки, эта особенность является определяющей.
Но есть и то, в чем пайка твердыми припоями уступает пайке мягкими припоями. Относительно высокая температура может вызывать структурные изменения в некоторых металлах. Такое, в частности, наблюдается в чугуне, в котором при пайке могут возникать закалочные структуры, приводящие к повышенной хрупкости металла в зоне шва.
Высокая температура плавления твердых припоев предъявляет свои требования к источникам нагрева. Они должны обеспечивать расплавление припоев, температура плавления которых достигает иногда 1000°C. Это исключает использование при высокотемпературной пайке удобных паяльников, являющихся основным инструментом при пайке мягкими припоями.
Резюмируя вышесказанное, можно подвести итог сравнения высокотемпературной и низкотемпературной паек.

К достоинствам первой относится высокая прочность и термоустойчивость соединения, к недостаткам — сложность технологического процесса, обусловленная необходимостью прогрева паяемых деталей до относительно высоких температур.

Применение пайки твердыми припоями

Область применения пайки твердыми припоями определяется ее промежуточным положением между низкотемпературной пайкой и сваркой. Везде, где требуется получить более прочное соединение, чем это можно сделать с использованием мягких припоев, способное к тому же работать в условиях высоких температур, и в то же время сохранить структуру соединяемых металлов, не допустить их разупрочнения и деформации (как это имеет место при сварке), применяют высокотемпературную пайку
Пайка твердыми припоями является основным способом при изготовлении металлорежущего инструмента с твердосплавными пластинами. Припаивание последних обеспечивает достаточную прочность соединения и не оказывает отрицательного воздействия на твердость и геометрию режущих пластин.

• Изготовление всевозможных сосудов из цветных металлов и нержавеющих сталей, соединение стальных и медных трубопроводов, работающих под высоким давлением или повышенной температуре в различных системах — холодильных, теплообменных и пр. — также не может обойтись без пайки твердыми припоями.
• Широко используется высокотемпературная пайка при ремонте автомобилей — радиаторов, трубопроводных систем двигателя и трансмиссии, кузовов, различных деталей — везде, где нельзя или нежелательно применять сварку.
• Целесообразно использование высокотемпературной пайки для соединения между собой тонкостенных деталей, работающих при значительных нагрузках и упругих деформациях.
• Для ремонта медных и латунных бытовых изделий, подвергающихся в процессе эксплуатации высоким температурам, высокотемпературная пайка является способом ремонта не имеющим альтернативы.Таких, например, как старинный самовар, растапливаемый дровами. В этом случае мягкие припои не могут применяться из-за неспособности выдерживать высокую температуру нагрева.

Источники нагрева при высокотемпературной пайке

В качестве источников нагрева при высокотемпературной пайке может использоваться любое оборудование, которое позволяет нагревать паяемые детали несколько выше температуры плавления используемых припоев. Эта температура может колебаться в пределах 450-1200°C. При использовании тугоплавких материалов, таких как латунь или технически чистая медь, требуется нагрев, превышающий 1000°C, при использовании среднеплавких припоев требуется температура нагрева в 700-800°C.
Основными источниками нагрева при высокотемпературной пайке являются газовые горелки различных типов, индукторы и печи. Применяется также нагрев электросопротивлением. В быту чаще всего твердыми припоями паяют с помощью горелок.

Припои

Основная заслуга в образовании прочных и термоустойчивых соединений при высокотемпературной пайке принадлежит меди. Она не только входит практически во все твердые припои, но в большинстве из них выполняет главную роль, являясь основой припоев.
Иногда используют в качестве припоя и технически чистую медь. Однако гораздо чаще используют пайку медными припоями, представляющими собой соединения меди с другими металлами — цинком, серебром, кремнием, оловом и пр. Каждый из этих элементов вносит свою лепту в технологические свойства припоев. Почти все они снижают температуру плавления (у чистой меди она составляет 1083°C).
При высокотемпературной пайке используются медно-цинковые, медно-фосфорные, серебряные припои и латуни.

Твердый припой покрытый флюсом

Медно-цинковые припои

Существует большое количество медно-цинковых припоев (ПМЦ-35, ПМЦ-39, ПМЦ-50, ПМЦ-54, ПМЦ-57 и пр.). Цифры указывают процентное содержание меди. Их используют для пайки бронзы, меди, стали. Недостатком чисто медно-цинковых материалов является плохая работа в условиях ударных, вибрационных и изгибающих нагрузок. Чтобы убрать или снизить этот недостаток используют легирование их другими металлами (например, латуни можно рассматривать как легированные медно-цинковые припои). Легированные медно-цинковые припои используются, в частности, при пайке твердосплавных резцов.

Медно-фосфорные припои

Медно-фосфорные припои (ПМФ-7, ПМФ-9, ПМФОЦр-6-4-0,03) представляют собой сплав меди с фосфором. Следующая за буквами цифра указывает на процентное содержание фосфора. Припой ПМФОЦр-6-4-0.03, кроме меди и фосфора, содержит олово и цирконий.
Медно-фосфорные припои относятся к среднеплавким (700-850°C), обладают высокой текучестью и хорошей коррозионной устойчивостью к агрессивным средам. Используются для пайки меди и ее сплавов (бронзы, латуни, мельхиора). Можно их использовать и в качестве заменителя серебряных припоев при ремонте ювелирных изделий.
Пайка сталей и чугуна медными припоями, содержащими фосфор, не применяется из-за повышенной хрупкости соединения и его неспособности переносить ударные, вибрационные и изгибающие нагрузки. Это вызвано образованием по границе шва пленки фосфитов.
Отличительную особенность медно-фосфорных припоев является то, что они являются самофлюсующимися. При пайке ими медных изделий, применение флюса не обязательно.

Латуни

Широкое распространение в качестве припоев получили латуни, которые являются сплавом меди с цинком. Латуни Л62 и ЛОК-62-06-04 дают прочные паяные соединения. ЛОК-62-06-04 отличается от Л62 наличием олова и кремния, обеспечивающих более высокие технологические свойства припоя. Олово увеличивает жидкотекучесть и снижает температуру плавления, а соединения кремния предохраняют цинк от окисления и испарения. Латуни применяются при пайке меди, стали, чугуна.

Серебряные припои

Серебро является отличным материалом для пайки. Серебряным припоям, которые представляют собой в основном сплав серебра с медью и цинком, принадлежит первое место по растеканию, смачиваемости, прочности и антикоррозионности. Не будь они такими дорогими, можно было бы отказаться от всех остальных припоев, используя только серебряные. Благо они обладают универсальностью и способны паять практически любой металл.
Припои на основе серебра обозначаются буквами ПСр (ПСр-15, ПСр-25, ПСр-45, ПСр-65, ПСр-70). Марки ПСр-15 и ПСр-25 используются для пайки не очень ответственных деталей. Если требуется получить особо качественное соединение, используют припой ПСр-45, имеющий 45% серебра, 30% меди и 25% цинка. ПСр-45 обладает отличными качествами — вязкостью, ковкостью, жидкотекучестью, устойчивостью против коррозии, способностью выдерживать вибрацию и удары. Припой ПСр-65 не уступает ПСр-45, но слишком дорог.
Серебряными припоями можно паять практически любой металл — медь и ее сплавы, серебро, стали и пр. Однако в силу их дороговизны пайку серебряными припоями применяют только там, где это экономически целесообразно, в частности, для соединения нержавеющих сталей, относящихся к разряду труднопаяемых и требующих припоев, обладающих хорошей смачиваемостью и позволяющих избежать коррозии, которая может возникнуть в спае.

Флюсы

Основным компонентом флюсов для пайки твердыми припоями являются борные соединения — бура (Na2B4O7), борная кислота (H3BO3), борный ангидрид (B2O3). Для усиления активности борных флюсов, например при пайке нержавеющих и жаростойких сталей, в них добавляются соединения фтора — фтористый кальций, фтористый калий. Применяются специальные флюсы, регламентированные ГОСТ 23178-78 — под марками ПВ200, ПВ201, ПВ209, ПВ209Х, ПВ284Х. В первые два входят борная кислота, бура и фтористый кальций. Они используются для пайки нержавеющих и конструкционных сталей и жаропрочных сплавов. Флюс ПВ209 состоит из фтористого калия, борного ангидрида, калия тетрафторбората. Флюсы ПВ209Х, ПВ284Х состоят из борной кислоты, гидроксида калия, плавиковой кислоты. Флюсы ПВ209, ПВ209Х, ПВ284Х можно использовать для пайки меди и ее сплавов, нержавеющих и конструкционных сталей.
Пайка меди и ее сплавов может производиться с помощью чистой буры, которая является универсальным флюсом для высокотемпературной пайки.

Используются различные формы выпуска флюсов — жидкости, порошок, кусочки (кристаллы буры, например). Чтобы облегчить их дозирование (избыток флюса так же нежелателен, как и недостаток), используют объединение их с припоем. Делается это разными способами — добавлением в виде порошка в сыпучие формы припоев, обмазкой прутков припоя или помещением внутрь трубочки из припоя, совместным прессованием таблетированных форм.

Технология высокотемпературной пайки

В приведенном примере в качестве паяемых деталей выбраны части гаечного ключа. В качестве припоя — материал, представляющий собой пруток, покрытый флюсом. Необходим также высокоактивный флюс, подходящий для нержавеющих сталей. Инструментом нагрева является газовая горелка.
Пайка выполняется в такой последовательности