Пайка и сварка: в чем отличия и когда что применять

При сборке, ремонте металлоконструкций или различных изделий из стальных и цветных сплавов применяют два способа соединения элементов: пайку и сварку. Сварка позволяет соединять детали методом сплавления их кромок и присадочного материала, в результате чего образуется сварочный шов. При пайке зазоры между нагретыми изделиями заполняются горячим припоем – чаще всего оловом. Остывшая оловянная пленка надежно удерживает кромки заготовок.

Процесс пайки состоит из 4 этапов:

1. Поверхности деталей очищают от окислов наждачной бумагой.
2. Оловянный разогретый припой жалом паяльника наносится на плоскости заготовок.
3. На границе между жидким припоем и деталями происходит диффузия атомов. Атомы олова проникают в слои кромок спаиваемых заготовок, а атомы кромок растворяются в припое.
4. В зоне пайки образуются новые химические соединения – интерметаллиды, тонкие слои которых становятся прочной связью между припоем и деталями. Эту связь можно нарушить только при повторном нагреве заготовок, механических воздействиях на них или из-за коррозии.

Для пайки используют три типа оборудования. Электрический паяльник – электроприбор, работающий от сети 220 Вольт. Электропаяльники отличаются по мощности – от 25 до 300-350 Вт, чем выше параметр, тем быстрее жало расплавляет олово и разогревает кромки деталей. Ручные паяльники – медные головки различных форм, насаженные на стальные рукоятки. Для их нагрева применяют газовые горелки. Ручные устройства используют, когда требуется запаять детали на объектах без доступа к электричеству. Паяльные станции – профессиональные устройства, состоящие из блока питания с регуляторами температуры, индикаторами. К блоку через кабель подключают паяльник со сменными жалами (насадками) разных форм. Также в некоторых комплектах есть фен для предварительного подогрева заготовок перед пайкой. Преимущество паяльных станций – возможность автоматического поддержания заданной температуры жала в течение всего периода проведения работ. Это позволяет паять микросхемы на печатных платах, не опасаясь их повреждения из-за перегрева.

Чем сварка отличается от пайки

Если пайка деталей потребует только электрического, ручного паяльника или паяльной станции, то для сварки заготовок нужно купить сварочный аппарат, электроды, средства индивидуальной защиты. Процесс сваривания деталей выполняют в следующей последовательности:

1. Кромки заготовок очищают от ржавчины, грязи. При работе с алюминиевыми сплавами необходимо удалить с поверхностей окисную пленку и обезжирить их.
2. На заготовке закрепляют зажим кабеля «массы», в держатель вставляют электрод.
3. При касании кончика электрода к детали возникает короткое замыкание, а при его отводе от поверхности появляется сварочная дуга – электрический разряд высокого тока и низкого напряжения.
4. Электрическая дуга разогревает кромки деталей до нескольких тысяч градусов, в результате между торцами заготовок появляется небольшая ямка – ванна.
5. Металл стержня электрода или присадки заполняет сварочную ванну, перемешиваясь со сплавом заготовок и формируя прочный монолитный шов.

Аналогичные процессы происходят при работе полуавтоматом, только роль электрода играет сварочная проволока, а смеси углекислого газа или аргона защищают ванну и расплавленный металл от окисления. Во время использования аргонодуговой сварки электродом является неплавящийся стержень из вольфрама, а присадку подают в ванну вручную.

В отличие от пайки, при выполнении сварочных работ следует защищать глаза, кожу от воздействий УФ и ИК- излучений. Также во время плавления металлов в воздух поступают вредные соединения, поэтому в производственных цехах устанавливают вытяжные шкафы или организуют проветривание помещений.

Для выполнения электросварочных работ кроме аппарата потребуются:

• маска сварщика хамелеон – защищает лицо и глаза от ультрафиолетового излучения;
• брезентовый комбинезон или специальная роба из огнестойкой ткани – для защиты от брызг расплавленного металла;
• сварочные краги – для предохранения рук;
• ботинки с металлическими носами – позволяют предохранить ноги от травм при падении заготовок.

Когда применяют пайку, а когда сварку

Электросварку выбирают при выполнении работ со стальными, алюминиевыми, медными, титановыми деталями. Преимущества сварки в том, что сварные швы выдерживают высокие статические и динамические нагрузки. Прочность шва, как правило, равна или больше прочности заготовок. Примеры использования электросварки:

• сборка промышленных металлоконструкций – рам, каркасов, трубопроводов, резервуаров;
• производство комплектующих, работающих при высоких температурах – деталей турбин, котлов, доменных печей;
• ремонт массивных заготовок – наплавка, заварка трещин высоконагруженных элементов: катков, роликов, валов.

Недостатки электросварки: техническая сложность выполнения работ (необходимо привлекать квалифицированного сварщика), вредность для сотрудников, которые сваривают детали, а также высокие требования к безопасности, так как искры от электрода могут вызвать пожары, а неправильное подключение аппарата – короткие замыкания в электросети.

Для создания неразъемных соединений потребуются сварочные электроды, проволока или прутки разных типов. Высокая стоимость присадки, защитных газов, флюсов делают электросварку более дорогостоящей технологией и более сложной, чем пайка.

В каких случаях выбирают пайку:

• сборка и ремонт электронных компонентов – печатных плат, соединение проводки электроагрегатов: электромоторов, компрессоров. Преимущества спаивания деталей в том, что относительно низкая температура жала паяльника позволит не повредить полупроводниковые приборы и не нарушит слои лака, которым покрывают обмотку роторов или статоров;
• соединение металлов с разными температурами плавления или структурой – например, медь и сталь при нагреве расширяются по-разному. При использовании электросварки для их соединения возможно появление трещин во швах. Пайка проводится при относительно низких температурах (ниже точки плавления металлов), поэтому оловянный припой после остывания надежно удерживает элементы и не трескается;
• сборка, восстановление тонкостенных и мелких деталей – сварочная дуга вызовет деформацию, прожиг или изменение свойств небольших элементов. Поэтому трубки теплообменников, радиаторы, интеркулеры ремонтируют с применением паяльника.