Соединение металла с помощью пайки и сварки
Существует несколько методов соединения металлов, включая сварку, пайку и спаивание. В чем разница между сваркой и пайкой? В чем разница между пайкой и спайкой? Давайте рассмотрим различия и сравнительные преимущества, а также общие области применения. Это обсуждение углубит ваше понимание соединения металлов и поможет определить оптимальный подход для вашего применения.
КАК РАБОТАЕТ ПАЙКА
A паяное соединение производится совершенно иначе, чем сварное соединение. Первое существенное отличие заключается в температуре - припой не плавит основные металлы. Это означает, что температура пайки неизменно ниже температуры плавления основных металлов. Температура пайки также значительно ниже, чем температура сварки тех же основных металлов, что позволяет использовать меньше энергии.
Если пайка не сплавляет основные металлы, то как она их соединяет? Она работает за счет создания металлургической связи между присадочным металлом и поверхностями двух соединяемых металлов. Принцип, по которому присадочный металл втягивается в соединение для создания этой связи, - это капиллярное действие. При пайке вы широко применяете тепло к основным металлам. Затем присадочный металл вводится в контакт с нагретыми деталями. Он мгновенно расплавляется под воздействием тепла основного металла и под действием капиллярного эффекта полностью проникает в соединение. Так получается паяное соединение.
Области применения пайки включают электронику/электротехнику, аэрокосмическую промышленность, автомобилестроение, HVAC/R, строительство и многое другое. Примеров множество: от систем кондиционирования воздуха в автомобилях до высокочувствительных лопаток реактивных турбин, от компонентов спутников до изысканных ювелирных изделий. Пайка дает значительное преимущество в тех случаях, когда требуется соединить разнородные цветные металлы, включая медь и сталь, а также неметаллы, такие как карбид вольфрама, глинозем, графит и алмаз.
Сравнительные преимущества. Во-первых, паяное соединение - это прочное соединение. Правильно выполненное паяное соединение (как и сварное) во многих случаях будет таким же или более прочным, чем соединяемые металлы. Во-вторых, соединение выполняется при относительно низких температурах, в диапазоне от 1150°F до 1600°F (620°C-870°C). 
Самое важное, что основные металлы никогда не расплавляются. Поскольку основные металлы не расплавляются, они, как правило, сохраняют большинство своих физических свойств. Такая целостность основного металла характерна для всех паяных соединений, включая соединения тонкого и толстого сечения. Кроме того, более низкий нагрев сводит к минимуму опасность деформации или коробления металла. Также следует учитывать, что при более низких температурах требуется меньше тепла, что является существенным фактором экономии.
Еще одно важное преимущество пайки - простота соединения разнородных металлов с помощью флюса или сплавов с флюсом и покрытием. Если для соединения металлов не нужно их расплавлять, неважно, что их температуры плавления сильно отличаются. Вы можете припаять сталь к меди так же легко, как сталь к стали. Сварка - это совсем другая история, потому что для ее проведения необходимо расплавить основные металлы. Это означает, что если вы попытаетесь сварить медь (температура плавления 1981°F/1083°C) со сталью (температура плавления 2500°F/1370°C), вам придется использовать довольно сложные и дорогие технологии сварки. Полная простота соединения разнородных металлов с помощью традиционных методов пайки означает, что вы можете выбрать любой металл, который лучше всего подходит для выполнения функции сборки, зная, что вы без проблем соедините их, независимо от того, насколько сильно они различаются по температуре плавления.
Также паяное соединение имеет гладкий, благоприятный внешний вид. Сравнение между маленькой аккуратной галтелью паяного соединения и толстой неровной бусиной сварного соединения - день и ночь. Эта характеристика особенно важна для соединений потребительских товаров, где внешний вид имеет решающее значение. Паяное соединение почти всегда можно использовать "как есть", без каких-либо отделочных операций - еще одна экономия средств.
Пайка имеет еще одно существенное преимущество перед сваркой: операторы обычно овладевают навыками пайки быстрее, чем навыками сварки. Причина кроется в неотъемлемом различии между этими двумя процессами. Линейное сварное соединение должно быть прослежено с точной синхронизацией подачи тепла и нанесения присадочного металла. Паяное соединение, с другой стороны, имеет тенденцию "делать себя" за счет капиллярного действия. Фактически, значительная часть мастерства, связанного с пайкой, заложена в дизайне и проектировании соединения. Сравнительная скорость обучения высококвалифицированных операторов является важным фактором стоимости.
Наконец-то, пайка металлов относительно легко поддается автоматизации. Характеристики процесса пайки - широкое применение тепла и простота размещения присадочного металла - помогают устранить возможность возникновения проблем. Существует множество способов автоматического нагрева соединения, множество форм присадочного металла для пайки и множество способов их нанесения, так что операция пайки может быть легко автоматизирована практически для любого уровня производства.
КАК РАБОТАЕТ СВАРКА
Сварка соединяет металлы путем их расплавления и сплавления, обычно с добавлением присадочного металла. Получаемые соединения прочны - обычно настолько же, насколько прочны соединяемые металлы, или даже прочнее. Чтобы сплавить металлы, вы прикладываете концентрированное тепло непосредственно к месту соединения. Это тепло должно иметь высокую температуру, чтобы расплавить основные металлы (соединяемые металлы) и присадочные металлы. Поэтому температура сварки начинается с температуры плавления основных металлов. 
Сварка обычно подходит для соединения крупных узлов, когда оба металлических профиля имеют относительно большую толщину (0,5"/12,7 мм) и соединяются в одной точке. Поскольку фаска сварного соединения неравномерна, она обычно не используется в изделиях, требующих косметических швов. Области применения включают транспорт, строительство, производство и ремонтные мастерские. Примерами могут служить роботизированные узлы, а также изготовление сосудов под давлением, мостов, строительных конструкций, самолетов, железнодорожных вагонов и путей, трубопроводов и т. д.
Сравнительные преимущества. Поскольку сварочное тепло является интенсивным, оно обычно локализовано и точечно; нецелесообразно применять его равномерно на большой площади. Такая точечность имеет свои преимущества. Например, если вам нужно соединить две небольшие полоски металла в одной точке, целесообразно использовать электрическую контактную сварку. Это быстрый и экономичный способ создания прочных, неразъемных соединений, исчисляемых сотнями и тысячами.
Однако если шов линейный, а не точечный, возникают проблемы. Локализованное тепло при сварке может стать недостатком. Например, если вы хотите сварить встык два куска металла, вы начинаете со снятия фаски с краев кусков металла, чтобы обеспечить место для присадочного металла. Затем вы выполняете сварку, сначала нагревая один конец зоны соединения до температуры плавления, а затем медленно перемещая тепло вдоль линии соединения, нанося присадочный металл синхронно с теплом. Это типичная, обычная операция сварки. Правильно выполненное сварное соединение, по крайней мере, настолько же прочно, насколько прочны соединенные металлы.
Однако у такого подхода к сварке линейными швами есть и недостатки. Соединения выполняются при высоких температурах - достаточно высоких, чтобы расплавить как основной, так и присадочный металл. Такие высокие температуры могут вызвать проблемы, включая возможные деформации и коробление основных металлов или напряжения в зоне сварки. Эти опасности минимальны, если соединяемые металлы толстые, но они могут стать проблемой, если основные металлы имеют тонкие участки. Кроме того, высокие температуры требуют больших затрат, поскольку тепло - это энергия, а энергия стоит денег. Чем больше тепла требуется для создания соединения, тем дороже оно обойдется. 
Теперь рассмотрим автоматизированный процесс сварки. Что произойдет, если вы соедините не один узел, а сотни или тысячи узлов? Сварка, по своей природе, представляет проблемы для автоматизации. Сварку сопротивлением, выполненную в одной точке, относительно легко автоматизировать. Однако когда точка превращается в линию - линейное соединение, - снова необходимо проследить линию. Эту операцию можно автоматизировать, например, перемещая линию соединения мимо нагревательной станции и автоматически подавая присадочную проволоку с больших катушек. Однако это сложная и точная установка, которую можно использовать только при больших партиях одинаковых деталей.
Не забывайте, что технологии сварки постоянно совершенствуются. На производстве можно сваривать электронным лучом, конденсаторным разрядом, трением и другими методами. Эти сложные процессы обычно требуют специализированного и дорогостоящего оборудования, а также сложных и трудоемких настроек. Подумайте, практичны ли они для коротких производственных партий, изменений в конфигурации сборки или типичных ежедневных требований к соединению металлов.
Выбор правильного процесса соединения металлов
Если вам нужны прочные и долговечные соединения, вы, скорее всего, остановите свой выбор на сварке. пайка. При сварке и пайке используются тепло и присадочные металлы. 
Они оба могут выполняться на производстве. Однако на этом сходство заканчивается. Они работают по-разному, поэтому запомните эти соображения по пайке и сварке:
Размер сборки
Толщина профилей из основного металла
Требования к точечным или линейным соединениям
Соединяемые металлы
Необходимое количество для окончательной сборки
Другие варианты? Соединения с механическим креплением (резьбовые, на колышках или заклепках) обычно не идут ни в какое сравнение с паяными соединениями по прочности, устойчивости к ударам и вибрациям, а также герметичности. Клеевое соединение и пайка обеспечивают постоянное соединение, но, как правило, ни то, ни другое не может обеспечить прочность паяного соединения - равную или большую, чем прочность самих основных металлов. Как правило, они также не могут обеспечить соединения, устойчивые к температурам выше 200°F (93°C). Когда вам нужны постоянные и прочные соединения металла с металлом, пайка является сильным соперником.