Контактные металлургические процессы при пайке
| Листать книгу |
|---|
| Листать |
| Страницы:
1 ... 23 ... 69 ... 97 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 скачать книгу Контактные металлургические процессы при пайке Рассмотрены контактные процессы смачивании, растекания и эатскання припоев в капиллярный зазор в не-изотермическнх условиях и иекапиллярный зазор под действием электромагнитных сил ... Приведены процессы активирования поверхностных слоев металлов, роста прослоек химических соединений, развития диффузионной пористости в процессах системы пайки ... Во многих случаях на границе твердого паяемого металла и припоя устанавливается состояние локального равновесия, которое является основой саморегулирования технологического процесса лайки ... Изучение конкретных контактных процессов позволяет не только оптимизировать технологический процесс пайки, но н выявить новые закономерности таких процессов в условиях взаимодей-стаия многокомпонентных материалов в неравновесных условиях ... Контактные процессы между металлами и нереактивными флюсами, ие содержащими солей тяжелых металлов, требуют специального рассмотрения н в данной книге обсуждаются весьма кратко ... В частности, процесс взаимодействия жидкого алюминия с твердым титаном с целью соединения или наращивания титана алюминием называют иногда сваркой плавлением и наплавкой вместо пайки и напайки соответственно ... В частных случаях иалайка может иметь специальное название: напайка оловом и его сплавами — лужение, напайка цинком — цинкование, алюминием — алнтирование и др ... Разъединение твердых тел при распайке происходит в результате общего нагрева соединения и локального автономного плавления паяного шва с последующим удалением жидкой фазы из зазора или нарушением ее сплошности путем относительного перемещения деталей ... При пайке вследствие относительной легкоплавкости припоев прочность паяного шва в большинстве случаев понижена и получение равнопрочных соединений особенно затруднено ... Однако потенциальные возможности пайки большие и можно ожидать, что достижение равнопрочиостн паяных соединений возможно, особенно в связи с развитием новых ее способов ... Однако, как показали исследования, обеспечение равнопрочиостн соединений, выполненных диффузионной пайкой, становится возможным лишь при устранении нлн предотвращении развития диффузионной пористости в шве, обусловленном нескомпенсц-рованностыо процессов диффузии ... В частности, процесс взаимодействия жидкого алюминия с твердым титаном с целью соединения или наращивания титана алюминием называют иногда сваркой плавлением и наплавкой вместо пайки и напайки соответственно ... Соединения однородных или разнородных веществ по характеру связи элементарных самостоятельных частиц атомов, ионов, молекул (кристалл можно считать бесконечной молекулой) с внешними электронами можно разделить на три типа: 1) с физической связью — без обмена элементарными частицами и электронами; 2) с хемосорбциои-ной связью — без обмена элементарными частицами, но с обменом электронами; 3) с когезионной саязью — с обменом элементарными частицами и электронами ... В паяном соединении различают участки (ГОСТ 17325—71):1)паяный шов — участок паяного соединения с лнтон структурой, закристаллизовавшийся в процессе пайки;2)галтель паяного шва — участок паяного «шва, образовавшийся у края зазора на наружных поверхностях соединяемых деталей под действием капиллярных сил;3)диффузионная зона паяного соединения — участок паяного соединения, характеризующийся измененным химическим составом основного материала, образовавшийся в результате диффузии компонентов припоя и паяемых материалов;4)зона термического влияния — участок паяного соединения с входящими в него диффузионными зонами, характеризующийся измененными структурой, химическим составом, свойствами основного материала ... Поверхность, отделяющая диффузионную зону от зоны контактного плавления паяемого материала, образовавшуюся в результате взаимодействия его с жидким припоем ... Поверхность, отделяющая зону контактного плавления-основного материала (зону химической эрознн) от зоны шва, в которой происходило перемешивание жидкого припоя а контактно-расплавившегося основного материала ... Слабыми звеньями могут быть:1)непропан, иеспан и недопустимая газовая пористость как результат плохого смачивания лаяемого материала жидким припоем и затекания в зазор;2)хрупкие прослойки химических соединений на границе шва и основного материала, образующиеся при пайке или высокотемпературной длительной эксплуатации как результат слишком сильной химической связи компонентов паяемого материала и припоя;3)недопустимое уменьшение толщины паяемого материала в результате интенсивно развивающейся при пайке химической или кавитацнонной эрозин в жидком припое;4)диффузионная пористость по границе шва н основного материала в результате нескомпеиснрованной диффузии их компонентов через приграничные области соединения;5)трещины в паяемом металле в местах контакта с жидким припоем, образующиеся вследствие охрупчнвающего действия последнего;6)пониженная пластичность напаяного материала;7)трещины в паяных соединениях или в соединяемых материалах, образовавшихся прн значительных внутренних напряжениях нз-за значительной разницы коэффициента линейного расширения и низкой пластичности соединяемых материалов;8)низкая коррозионная стойкость паяных соединений;9)отсутствие вакуумной плотности паяных швов;10)щелевая коррозия по границе шва и основного материала;11)пониженная прочность и пластичность паяемого материала при его нагреве в интервалах температр недопустимых структурных превращенийПоявление «слабых звеньев во многом определяется развитием контактных процессов на межфазных границах при пайке, которые усложняются специфическими условиями: протеканием нх в капиллярных зазорах, чаще всего при неизотермн-ческом контакте фаз, незавершенностью процессов фнзико-хн-мнческого взаимодействия, локальностью и метастабильностыо характера контакта фаз, в частности обусловленной наличием на металле окисиых пленок, а также сравнительно большими скоростями перемещения жидкой фазы ... Однако применение других способов пайки по формированию паяного шва, иагреву или удалению окисной пленки может обеспечить совместимость материалов, и требуемое качество, надежность и долговечность паяных изделий ... Анализ показывает, что эти работы прежде всего можно разделить на две группы:/1) паяемый металл и припой находятся в контакте в условиях нагрева до температуры пайки (неизотермнческий контакт);2) паяемый металл и жидкий припой вводятся в контакт только прн температуре пайки (изотермический контакт) ... Прн пайке в печах электросопротивления н индукционным способом паяемый металл н припой нагреваются в контакте от комнатной температуры; при нагреве паяльником, горелками, погружением — от температуры выше ликвидуса припоя до температуры пайки ... Мало изучены особенности растекания и затекания припоев в зазор в неизотермнческнх условиях нагрева и влияние характера взаимодействия паяемого материала на ... Недостаточно изучено влияние ряда факторов на растекание припоев: подготовки поверхности, ряда конструктивных факторов, технологических стенок, мест расположения припоя у переменного по величине зазора и др ... УСЛОВНЫЙ ДИАМЕТР КАПЛИ И КРАЕВОЙ УГОЛ СМАЧИВАНИЯ** Среднее значение результатов трех параллельных опытовДальнейшее увеличение объема флюса до 400 мм3 не влияет на время растекания и краевой угол ... Схем иіменоння угла см чи ввнмн в н условнее диаметра ,лш й во времени прн рестеканни в услоьи их непрерывного натревя н охлаждения: і — по первому типу: 3 — по второмурис ... Очевидно, количество цннка, вытесняемого из флюса в единицу времени, прн прочих равных условиях пропорционально количеству галогенида цинка во флюсе и температуре процесса ... Площадь под растекшейся каплей припоя, дозированной по объему, зависит при прочих равных условиях от контактного угла смачивания при растекании и поэтому может быть принята за один из критериев смачивания ... Однако при наличии газов в жидком прнлое и материале образца по месту несмачиваиия возникают, растут, отрываются от поверхности и переходят в жидкую фазу газовые поры ... Поэтому важным критерием смачиваемости является коэффициент —! XХЮ0%, где So — площадь растекающегося 'припоя, S2—суммарная площадь, занятая газовыми порами илн участками не-смачнвання под растекшейся каплей ... Для усреднения влияния некоторых неконтролируемых переменных прн проведении экспериментов порядок проведения опытов был рэндомизнроваи с помощью таблицы случайных величииБыли построены адекватные математические модели, опи~ сывающие в закодированном виде влияние изучаемых факторов, на кинетику растекания:1 ... Коэффициент при факторе температуры оказывается статистически значимым то сравнению с этим же этапом прн растекании олова, однако он влияет в меньшей степени, чем флюс и шероховатость ... Одновременное увеличение степени перегрева над температурой ликвидуса припоя и применение флюса Прима 3 неблагоприятно сказывается на контактном угле смачивания при растекании олова; при растекании ПОС61 предпочтительнее использовать верхние уровни этих факторов ... Через сквозное отверстие в центре подложки проходила хромель-алюмелевая термопара, горячий спай которой закрепляли в глухом отверстии нижней пластины образца при его загрузке ... Поэтому припой сначала смачивает ииж-нюю пластину с контактным углом, определяемым точкой / на кривой Огв, верхняя менее нагретая пластина смачивается прн этом с большим контактным углом вгп, определяемым точкой 2 (рис ... При нагреве и верхней пластины до температуры лайки образуется симметричный мениск с контактным углом, определяемым точкой 3 и углом вг-Стадия стационарного затекания припоя характеризуется постоянным значением угла смачнвання 62, равным для нижней и верхней пластин, а следовательно, симметричным мениском и непрерывным заполнением ... Заметное повышение температуры жидкой фазы при входе ее в капилляр наблюдается в случае начального расположения припоя ПОС61 при сборке иа некотором расстоянии от зазора ... При иэдзотср-мическо-м контакте паяемого материала и припоя перегрев выше температуры ликвидуса припоя почти не влияет иа процесс заполнения зазора, так как процесс формирования паяного шва заканчивается раньше, чем пластины прогреваются до температуры лайки ... Применение флюса Прима 3 способствует улучшению смачиваемости паяемого металла припоем, быстрому образованию почти симметричного мениска, ускорению процесса заполнении зазора л формированию плавной галтели ... Шероховатость поверхности также оказывает заметное влияние на кинетику заполнения зазора припоем, но в меньшей стспенн, чем флюс- Для этого фактора предпочтительнее применение верхнего уровня т е ... Поры н участки несмачивания могут быть обнаружены при отдире припаянных пластин при температуре немного ниже температуры распайки или при рентгеновском просвечивании шва ... Поэтому за второй критерий затекаемости припоя в зазор может быть взят коэффициент пористости;где 5Э—площадь проекции капиллярного участка паяного, шва;5и — общая площадь пор ... Кроме того, вследствие большого объема жидкой фазы в таких галтелях может развиваться недопустимая химическая эрозия паяемого металла, стыки зерен в галтели более обогащены ликватом и по «им может развиваться усадочная пористость, задерживаться развитие процесса диффузионной пайки и скапливаться хрупкие структурные составляющие, ослабляющие прочность соединений ... ВЫСОТУ И РАДИУС ГАЛТЕЛИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГОПо данным, приведенным в работе [31], такой случай имел место при пайке медн Sn — РЬ припоями при пятикратном объеме припоя, требуемом для заполнения галтсльного участка шва ... Прн выходе припоя из зазора контактный угол резко увеличивается до 63 (точка 4), как и при затекании в равномерный горизонтальный зазор, а затем снижается до 6* прн образовании галтели ... Контактный гол затекания в зазор припоя при укладке его у широкой части зазора в 1,5- 2 раза больше, а угол Оз при выходе из зазора меньше, чем при укладке припоя возле узкой части переменного зазора ... Т СОКРащениязазора припой ^г^Г^» Я- ^Затекание припоя в вертикальный зазорНа кинетику подъема жидкого припоя в вертикальном зазо^ ре прн введении его в контакт с паяемым материалом прн температуре пайки решающее влияние оказывает ширина зазора ... При наличии технологической стенки жидкий припой смачивает ее и стекает по ней, входя в зазор под действием составляющей поверхностного натяжения между твердым металлом и окружающей газовой среды (о?—г) и силы тяжести ... С технологической же стенкой жидкий свинец заполняет зазор, но за больший промежуток времени, чем припон ПОС61 и ОВЧООО, и с заметным запаздыванием начала процесса ... Зависимость высоты затекания припоев и в верткнальпый зазор 6=0 5 мм сверху от времени пайкн Сеэ технологической стенки (а) и с использованием послед НЄЙ (б:I — олово мирки ОВЧООО ... При этом сразу же после расплавления припой затекает в вертикальный зазор, перетекает в нижнюю его часть и заполняет ее на максимально возможную высоту, излишек припоя вытекает из зазора наружу (см ... Поэтому при пайке изделий с вертикальными зазорами и затеканием предварительно уложенного припоя сверху высота зазора не должна превышать максимальную возможную высоту подъема припоя в условиях пайки ... При растекании и затекании в зазор с образованием ореола припой может перетекать с горизонтальной плоскости на вертикальные, а при образовании жидкой каймы — полностью смачивать пластину ... Для возможности наблюдения и съемки процесса заполнения зазора жидким припоем был применен образец, представляющий собой сплющенную медную или латунную трубку диаметром 6мм с толщиной стенки 1 мм ... Перед испытанием образец располагали вертикально, закрепив его конец в переходнике, соединенном с ванной жидкого припоя, помещенной в электромагнитном поле установки ... Для возможности раздельного нагрева припоя и паяемого образца до температуры испытания с помощью нихро-мовой спирали, переходник изготавливали из асботермоенлика-та ... Скорость заполнения капиллярного зазора под действием электромагнитных сил на порядок больше, чем при капиллярном его заполнении и может регулироваться величиной электромагнитного давления ... Поэтому уменьшение силы, приложенной к массе жидкого припоя, должно вести к увеличению времени, соответствующему максимальному значению мгновенной скорости заполнения ... Увеличение зазора соответствует снижению гидравлических потерь ДНг и росту давления массы жидкого припоя Лрж- При этом высота заполнения по офлюсованной паяемой поверхности уменьшается по сравнению с заполнением капиллярных зазоров под действием максимального электромагнитного давления (рис ... Высота заполнения и максимальное значение мгновенной скорости заполнения некапиллярных зазоров под действием минимального электромагнитного давления резко уменьшаются ... Использование в качестве паяемого материала латуни Л62 вместо меди М1 также приводит к снижению высоты и мгновенной скорости заполнения, Это можно объяснить наличием на поверхности латуни более стойких окислов, чем на меди, снижающих величину капиллярного давлении ... Этот зародыш может расти под влиянием нагрева, проникновения в него растворенных в твердой и жидкой фазах газов и при испарении с поверхности элементов с большим давлением пара ... Газы, растворенные в металлах, а также компоненты с большим давлением пара, выходящие на такую поверхность раздела, накапливая и создавая местное давление, могут относительно легко создавать ... Особенно значительное количество иесплошиостей в швах наблюдается после флюсовой газопламенной пайки высокотемпературными (серебряными) припоями крупногабаритных латунных изделий ... Образование пористости и непропаев может привести к существенному ухудшению прочностных, коррозионных, радиотехнических характеристик паяных соединений и их герметичности ... Прн послойном снятии металла шва параллельно плоскости слоя было обнаружено, что крупные несплошности неправильной формы иногда граничат с иеоблу-женными участками паяемой поверхности ... Поэтому применение печной пайкн с флюсом 209, при которой, несмотря на резкое снижение пористости в паяных швах, не обеспечи-ается товарный вид изделия, часто нецелесообразно ... |
Современные средства защиты сварщиков
Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений
Технология и оборудование контактной сварки. Учебное пособие для машиностроительных и политехнических втузов
Контактные металлургические процессы при пайке
Диффузионная сварка разнородных материалов: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений
Сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродом (Рекомендации для «чайников»)
Технология металлов и конструкционные материалы: Учебник для машиностроительных техникумов