Припой образует переходный шов.
Высокотемпературная пайка (ВТ-пайка, англ. brazing) — процесс соединения металлических деталей путем заполнения зазора между ними расплавом другого металла при температурах выше 450 °C. Расплав металла, которым заполняют зазор, должен смачивать поверхности спаиваемых деталей, с тем, чтобы капиллярный эффект затягивал расплав внутрь зазора. Если процесс протекает при температурах, ведущих к расплавлению основного металла соединяемых деталей, то такой процесс называется сварка (англ. welding) или пайка-сварка(англ. braze-welding).
Материал соединяемых деталей называется основным металлом (англ. base metal), расплав, который соединяет спаиваемые детали, называется припой (англ. filler metal). Припой также может называться паечным прутком, цинковым припоем, паечным сплавом (англ. brazing rod, spelter, brazing alloy)
Последующая информация относится в основном к материалам и техникам используемым при пайке велосипедных рам, но может быть применена и к пайке других легких стальных деталей.
Безопасность
При любых высокотемпературных паечных работах выделяются ядовитые пары, а в газовых горелках применяются нестабильные топлива. Обязательно читайте инструкции по безопасности при работе с этими материалами и следуйте этим инструкциям.
Пайка бронзой
Как видно из названия, вт-пайка обычно выполняется при помощи припоев на основе бронзы или латуни, сплавов меди с цинком, оловом и др. металлами. Бронзовые и латунные припои для вт-пайки плавятся при температурах от 800 °C до 1000 °C. Такая температура может привести к отжигу стали, сводя на нет предварительную термообработку деталей для их укрепления. По этой причине термообработанные трубы (например, Reynolds 731) не подвергают вт-пайке бронзой/латунью.
Трубы, не проходившие термообработки (Reynolds 531 или простые трубы из хром-молибденовой стали 4130), вполне подходят для пайки бронзой или латунью. Получаемаые соединения достаточно прочны для нагрузок, которым подвергается велосипедная рама, к тому же цена бронзового припоя заметно ниже, чем цена серебряного. Да и процесс пайки проще и менее требователен к квалификации мастера, точности подгонки деталей и терморежиму. Большая часть массово-производимых паяных велосипедных рам, да и заметная часть заказных рам паяется именно бронзой-латунью. Этот припой — хороший выбор, особенно для начинающего мастера.
Пайка серебром
Пайка серебряными припоями позволяет использовать более низкие температуры и при этом получать более прочные швы. Серебряные припои плавятся и текут при температурах заметно более низких, чембронзовые-латунные, и лучше затекают в тонкие сочленения. Оба этих фактора увеличивают прочность соединения.
Замечание: серебряную вт-пайку (англ. silver brazing) часто путают с низкотемпературной пайкойсеребро-содержащими припоями, использующейся в сантехнических и др. работах. При неясностях, следует детально уточнить марки припоя и температуры пайки.
Обыкновенно припой для серебряной вт-пайки содержит от 60% до 20% серебра, остальное составляет сплав металлов, включающий медь, цинк, никель и олово. Припои, применяемые в серебрянной вт-пайке, плавятся при температурах порядка 620 °C, что сильно уменьшает отжиг и сопутствующее снижение прочности спаиваемых термообработанных деталей. Вблизи спайки остается зона отожженноо металла, но утолщение трубы в этих местах компензирует потерю прочности. На удалении от места пайки отжиг не происходит из-за малого прогрева. В сохранении предварительной термообработки деталей играет роль также квалификация мастера, поскольку более долгий прогрев приводит к более глубокому распространению тепла в деталях.
Серебряные вт-припои часто содержат кадмий, металл, пары которого смертельно ядовиты. Кадмий позволяет снизить температуру процесса вт-пайки и повысить прочностные и другие характеристики изделия, однако применять его следует только при наличии опыта и высокопроизводительной вытяжки. Паятькадмий-содержащими припоями у себя в гараже — крайне вредно для здоровья, так что, если вы хотите паять серебряными припоями в домашних условиях, поищите припои без кадмия.
Серебряные припои также хорошо подходят для пайки нержавеющей стали. Большинство бронзовых припоев не смачивают нержавейку, и даже если смачивают, то качество соединения получается низким. ВТ-пайканержавейки — процесс более сложный и требовательный, чем пайка обычных сталей, в некоторых случаях необходим специальный припой, который предотвращает коррозию между основным металлом и припоем. Для предотвращения коррозии в припой вводится небольшое количество никеля. При пайке обычным припоем соединение может быстро скорродировать.
Никелево-серебряная пайка
Последний класс вт-припоев, который следует упомянуть — никелево-серебряные припои. Несмотря на название, в этих припоях практически нет серебра, состоят они в основном из никеля и меди. У таких припоев температура плавления заметно выше, чем у настоящих серебряных, потому применять их на термоупроченных трубах не следует.
С другой стороны, никель-серебряный припой прочнее, а зачастую и сильно прочнее бронзового, и его хорошо применять для пайки некоторых видов нержавеек. Припой №11 марки All States специально предназначается производителем для пайки велосипедных рам, и соединения с ним получаются очень прочные. У этого припоя очень широкий дипазон рабочих температур — от 650 °C до 970 °C и прочночть на разрыв до 60 кг/кв.мм.
Флюсы
При высоких температурах в процессе вт-пайки большинство металлов быстро окисляется. Окисловая пленка мешает припою смачивать поверхность базовго металла и затекать в соединение. Чтобы предотвратить окисление используются специальные химикаты, которые называются флюсами. Их функция — растворить оксидную пленку и защитить поверхность металла от дальнейшего окисления. Чаще всего флюсы наносятся в виде пасты на поверхности соединяемых деталей внутри соединения и вокруг него, хотя иногда они нанесены на пруток припоя или добавляются прямо в пламя горелки.
Припой обычно не смачивает необработанную флюсом поверхность. Хотя внутри соединения это мешает, вне него может быть полезно — если вы выполняете соединение, размер которого меньше размера пламени горелки, припой будет пытатьтся растечься по все прогреваемой площади. При этом обработанная флюсом зона ограничит растекание припоя, что облегчит последующую очистку. Но не переусердствуйте — вам надо, чтобы внутри соединения присутствовал флюс, и вам не надо, чтобы металл вокруг соединения выгорел. Вы всегда сможете потом удалить излишки припоя напильником, а со временем научитесь контролировать растекание припоя при помощи температуры пламени.
Разные флюсы обеспечивают защиту при разных температурах, поэтому важно использовать флюс, который подходит к используемому вами припою. Обычно флюсы разрабатываются либо для серебряного, либо для бронзового припоя, и они не взаимозаменяемы. Существуют также специальные флюсы, обеспечивающие лучшую защиту при пайке нержавеек, или при длительном нагреве.
Информацию о том, для каких температур, базовых металлов и припоев разработан флюс надо искать у производителя флюсов.
Методы вт-пайки
Обычно, заказные рамы паяются вручную. Детали рамы сводятся вместе на стенде, и мастер пропаивает узлы сочленения последовательно с помощью ручной кислород-ацетиленовой горелки. Такие же горелки используются для сварки, но при вт-пайке процесс несколько отличается, т.к. базовый металл не расплавляется.
В прошлом, многие рамы паялись методом прогрева над печью, а не горелкой. При объемном прогреве использование стенда было затруднительно, потому предварительная сборка узлов рамы осуществлялась прихватыванием сваркой или пайкой, а затем узлы последовательно прогревались в открытом пламени. Этот устаревший метод оставался в ходу у консервативных изготовителей рам вплоть до 1970−х годов, но был вытеснен более простым и точным методом ручной газовой пайки.
