Сварку и пайку, как виды получения неразъемных соединений, широко применяют в различных отраслях техники. За последние 20 лет разработаны и освоены новые и специальные виды (методы) сварки и пайки, которые внесли корённые изменения в технологию изготовления машин, механизмов, приборов и сооружений.

Достигнуты большие успехи в совершенствовании и внедрении в промышленность широко известных, прогрессивных видов дуговой, электрошлаковой и контактной сварки, низкотемпературной и высокотемпературной пайки с флюсами, в защитном газе и вакууме. Совершенствуется сварка и пайка углеродистых, легированных и нержавеющих сталей, цветных и тугоплавких металлов, жаропрочных сплавов и неметаллических материалов.

Новые и специальные виды сварки, а также пайки не имеют указанных выше недостатков, так как зона нагрева незначительна вследствие высокой концентрации энергия и малой длительности процессов (например, действие электронного луча, светового излучения, взрыва) или нагрев отсутствует (например, холодная сварка). Применение новых и специальных видов сварки и пайки дает большой экономический эффект.

Электронно-лучевая сварка позволяет получать соединения стальных деталей толщиной от долей миллиметра до 120 мм, а деталей из алюминия и титана толщиной до 200 мм за один проход. Многопучковые лучи обеспечивают высококачественную сварку труб в трубные решетки за один импульс. За доли секунды девятипучковый луч сваривает сепаратор шарикоподшипника. Производство изделий новой техники связано с применением световой, лазерной, диффузионной и прессовой сварки. При сварке разнородных металлов, плакировании и резке все шире применяют энергию взрыва. Ультразвуковую сварку наряду с получением соединений из металлов и пластмасс применяют даже в медицине.

2. Пайка углеродистых, нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов.

К этой группе материалов относятся стали, основу которых составляет железо, и жаропрочные сплавы на никелевой основе, легированные хромом, алюминием и титаном.

Максимальная температура нагрева углеродистых сталей при пайке может быть ограничена температурами 1100-1150° С или ниже. Максимальная температура пайки нержавеющих и жаропрочных сплавов, при которой сохраняются их исходные свойства, составляет 920-1250° С.

Основные трудности, возникающие при пайке углеродистых, нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов, заключаются в обеспечении смачивания их поверхности расплавленными припоями. На поверхности нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов имеются окисные пленки сложного состава, содержащие окислы хрома, алюминия и титана. Низкотемпературную пайку указанных материалов выполняют оловянно-свинцовыми припоями с наиболее активными кислотными флюсами.

Для улучшения смачивания в некоторых случаях низкотемпературную пайку проводят по гальваническим покрытиям меди и никеля, наносимым предварительно на паяемые поверхности. Пайку ведут различными способами: электрическим паяльником, с применением плиток, ванн с расплавленным припоем, паяльных ламп, газовых горелок, светового луча и др.

Высокотемпературную пайку углеродистых сталей осуществляют медными, медно-цинковыми и серебряными припоями, чаще всего с нагревом в печах в среде водорода или диссоциированного аммиака. Для пайки медными и медно-цинковыми припоями на воздухе в качестве флюса используют буру, ББ1, № 200 и № 201.

Серебряные припои обладают малой активностью по отношению к углеродистым и нержавеющим сталям, поэтому для пайки применяют более активные флюсы № 209, 284, чем при пайке медью и медно-цинковыми припоями.

Серебряные припои при различных способах активации поверхности хорошо смачивают и заполняют зазоры при пайке, но рабочие температуры паяных соединений составляют 500-600° С. Припои на основе меди технологичны, но не обеспечивают нужной прочности при высоких температурах.

Для пайки нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов применяют кроме серебряных припои на основе никеля, марганца, палладия.

При пайке припоями систем никель - хром - марганец, никель - хром - палладий можно получить соединения с высокими прочностными и антикоррозионными свойствами.

Для изделий из нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов с большими зазорами применяют металлокерамическую пайку порошковыми припоями с наполнителем, близким по составу к паяемым металлам. При пайке порошковыми припоями получены высокие значения прочности паяных соединений из жаропрочных сплавов, работающих до температур 900-1000° С.

Нагрев при высокотемпературной пайке осуществляют в вакууме и активной среде газообразного флюса в смеси с аргоном различными источниками энергии.

Сложность пайки алюминия и его сплавов определяется прежде всего трудностью удаления и разрушения окисной пленки, имеющейся на поверхности паяемых деталей. Окись алюминия имеет температуру плавления 2050° С и нерастворима ни в твердом, ни в жидком металле.

В связи с разницей в коэффициентах термического расширения алюминия и его окисла при нагреве в окисной пленке возникают мельчайшие трещины, однако в контакте с атмосферой, содержащей кислород, сплошность пленки снова восстанавливается.

Окисная пленка, имеющаяся на поверхности алюминия, защищает металл от коррозии, поэтому применение активных флюсов, разрушающих окисную пленку, вызывает опасность коррозии паяных соединений.

Последующая промывка соединений от остатков флюса не всегда эффективна и возможна. В связи с этим заслуживают внимания процессы пайки алюминия без применения флюсов. Разработаны процессы пайки по барьерным покрытиям из меди, никеля, серебра, наносимым гальваническим и химическим способами, напылением и плакированием. Пайку по покрытиям ведут, применяя малоактивные флюсы.

Перед низкотемпературной пайкой или лужением без флюса окисную пленку удаляют абразивом, трением, ультразвуком.

Без флюса можно паять алюминий и его сплавы припоями, содержащими галлий. Галлий обладает высокой проникающей способностью, и при нарушении сплошности пленки легко проникает в мельчайшие трещины, создавая условия для растекания припоя.

Для высокотемпературной пайки применяются припои на основе алюминия, содержащие медь, кремний, цинк. Наиболее широко применяют припой 34А и сплав алюминия с 11% кремния (силумин) с температурами плавления 525 и 577° С. Для этих припоев используют флюсы на основе хлористых солей и щелочных металлов, например флюс 34А.

Прочность соединений, паяных с флюсами, невысока: при пайке силумином максимальная прочность на отрыв составляет 7-9 кгс/мм², при пайке припоем 34А – 8-11 кгс/мм².

Бесфлюсовую высокотемпературную пайку проводят в глубоком вакууме с разрежением 10^-6-10^-8 мм рт. ст. и в парах магния. При пайке в парах магния процесс ведут в герметичных контейнерах, наполненных аргоном, куда закладывают или вешают листы магния или его сплавов. При нагреве магний испаряется и разрушает окисную пленку, проникая в ее пары и трещины, что обеспечивает смачивание паяемой поверхности расплавленным припоем. Чаще всего в качестве припоя применяют сплав силумин. Пайкой в парах магния получают паяные соединения с высокой прочностью и коррозионной стойкостью.