Исторический обзор развития и место пайки в современной технике. Возможности и преимущества пайки перед другими способами соединения металлов.

Пайка является наиболее древним способом соединения метал­лов. На основе археологических раскопок известно, что человек достаточно хорошо владел ею еще 3-5 тысяч лет назад. Так, при раскопках на территории Древнего Египта были найдены паяные медно-серебряным припоем трубы, которые по заключению специалистов были изготовлены около пяти тысяч лет назад. На территории Вави­лона обнаружены паяные золотые изделия. Так, в гробнице царицы Шубад, жившей в 200-х годах до нашей эры, найдены паяные сосуды. В раскопках Египетских пирамид (2000 лет до новой эры) найдены золотые изделия, паянные эвтектическим сплавом золото-углерод.

У римского писателя Плиния старшего, жившего в первом веке нашей эры имеется упоминание о пайке. Приводятся некоторые оловянносвинцовые припои:

тетрарий – 1/3 Sn и 2/3 Рb

аргентарий – 1/2 Zп и 1/2 Pb

В Помпее, Нубии и в Ливии найдены паяные свинцовые трубы.

На территории СССР также найдено множество самых различных паяных изделий, относящихся к глубокой древности. Обычно это ору­жие, предметы домашнего обихода и украшения. Особенно много ма­териалов, характеризующих применение пайки в Древней Руси, дали раскопки на Южном Урале и около Киева.

В развитие пайки металлов внесли вклад русские ученые. Так, например, М.В. Ломоносов впервые наблюдал и описал явление спаи­вания металлов в разряде атмосферного электричества. Д.И. Менде­леев в своем капитальном труде "Основы химии" первым дал объяснение процесса флюсования при пайке с применением в качестве флюса водного раствора хлористого цинка.

До конца XIX столетия пайка наряду с кузнечной сваркой была основным способом соединения металлов с применением нагрева. С появлением в конце XIX века электрических методов сварки, раз­работанных русскими инженерами Н.Н, Бенардосом и Н.Г. Славяновым, интерес к высокотемпературной пайке резко охладел, и научно-тех­нический прогресс того времени практически не затронул пайку, ко­торая оставалась на уровне ремесла до тридцатых годов нашего сто­летия. Лишь с развитием таких новых отраслей, как самолетострое­ние, моторостроение, ракетостроение, радиоэлектронная и атомная техника, когда в отдельных случаях оказалось невозможным приме­нение сварки, научная мысль вновь обратилась к пайке. Именно в этот период разработан способ пайки в высокопроизводи­тельных конвейерных электропечах и созданы автоматы для индукци­онной вакуумной пайки.

Прогресс в развитии пайки в нашей стране достигнут в резуль­тате усилий многих советских ученых, инженеров и новаторов произ­водства, однако наибольший вклад внес в нее лауреат Ленинской и Государственной премий Сергей Николаевич Лоцманов, которого по праву можно назвать основоположником современного процесса пайки.

В качестве примера приводится фотография камеры сгорания современного ракетного двигателя, изготовленная пайкой (Рис. 1).

 

Рис. 1– Камера сгорания современного ракетного двигателя, изготовленная пайкой

Большой вклад в развитие пайки внесли такие советские ученые А.И. Губин, Р.Е. Есинберлин, С.В. Лашко, З.П.Фролов и др. В нашей стране разработаны и внедрены в производство высокопроч­ные и кислотостойкие припои, активные газовые среды, специальные печи для пайки крупногабаритных изделий, успешно решается задача пайки титановых, алюминиевых и магниевых сплавов, а также пайки металлов с полупроводниками, графитом, керамикой и др. материа­лами.

После второй мировой войны начался период бурного развития пайки, вызванный прогрессом в атомной, ракетной, радиоэлектронной и других отраслях новой техники.

В автотракторостроении пайку применяют в производстве радиа­торов, а также при изготовлении трубопроводов топливных и масля­ных систем и ряда других деталей. Механизация процессов пайки позволяет значительно улучшить качество паяных соединений и зна­чительно сократить расход дефицитных оловянносвинцовых припоев. Так на Московском автозаводе им. Лихачева успешно работает авто­матическая линия по изготовлению автомобильных радиаторов, позволившая высвободить большое число рабочих. Значительный интерес представляет внедрение в автотракторном моторостроении паяных блоков цилиндров и даже картеров двигателей, изготовленных из тонкостенных заготовок. Опыт показывает, что паяные блоки менее трудоемки в изготовлении, значительно легче литых и имеют лучшие эксплуатационные свойства.

В станкоинструментальной промышленности широко используется пайка при изготовлении режущего инструмента, в особенности из твердых сплавов. В самолетостроении имеется возможность перейти от алюминиевой обшивки, соединяемой клепкой, на конструкции, изго­товляемые из высокопрочных нержавеющих сталей в виде паяных в пе­чи панелей с сотовым заполнителем; пайка является основным процессом при производстве камер сгорания жидкостных ракетных двигателей, качественно изготовить которые удается только с по­мощью пайки.

В радиоэлектронной промышленности пайка позволила коренным образом изменить существовавшие до этого принципы конструирова­ния и производства радиоаппаратуры. Например, создание печатных радиосхем (плат) дало возможность автоматизировать весь комплекс технологических процессов изготовления радиоаппаратуры.

Такое широкое распространение и развитие пайки стало возмож­ным благодаря его универсальности, как способа соединения метал­лов. Пайка позволяет:

1. Соединять металлы в любом сочетании.

2. Соединять металлы в любом температурном интервале, начиная от комнатной до температуры плавления паяемого металла.

3. Соединять металлы с неметаллическими материалами.

4. Получать соединения без внутренних напряжений и без короб­ления изделий.

5. Получать легко разъемные паяные соединения.

6. Выдерживать более точно размеры и форму изделий, что достигается отсутствием сплавления основного металла в зоне соединения.

7. Паять одновременно (за один прием) большое число изделий и, таким образом, наиболее полно отвечать условиям массового про­изводства.

8. Обеспечивать высокую культуру производства при полной меха­низации и автоматизации технологического цикла получения паяного изделия.

По своей природе пайка – процесс соединения материалов в твер­дом состоянии с применением нагрева. Как физико-химический про­цесс пайка охватывает собой широкий круг явлений, протекающих в твердой, жидкой и газовой фазах: окисление и восстановление, флюсование, смачивание и капиллярное течение, адсорбцию, раство­рение и диффузию, плавление и кристаллизацию и др. Поэтому проб­лемы пайки разрабатываются на основе металловедения, теории метал­лургических процессов, физической химии, термодинамики, учения о прочности, теории сварочных процессов и др.

 

 

ЛЕКИЦИЯ №2