 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Совместимость паяемого металла и припоя
Лекция 1 Физическая сущность процесса пайки. Совместимость паяемого металла и припоя
Пайка является одним из самых первых способов соединения металлов. В истории развития пайки можно выделить три периода, которые связаны с развитием источников нагрева и особенностями развития техники. Первый период начался в бронзовом веке, когда человечество начало изготовлять из бронзы бытовые вещи, оружие, украшения. Источником нагрева при паяльных работах служило биологическое топливо. Второй период в развитии пайки связан с применением электрических источников нагрева. Третье, современное развитие пайки, началось с 1930 – 1940-х годов, когда возникли проблемы с освоением техники из новых металлов и их сплавов – алюминиевых, титановых, циркония, вольфрама, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов. Во второй половине ХХ века были разработаны принципиально новые способы пайки. Знания о сущности техники пайки были известны практикам в течение всего исторического периода развития процессов пайки, и только последние полвека пайка интенсивно изучается и разрабатывается научными работниками. В настоящее время технические возможности пайки значительно расширились, и во многих случаях технология пайки является единственно возможной технологией соединения новых материалов. В настоящее время технология пайки является высокоразвитой технологией изготовления изделий различного назначения из разнообразных металлов и сплавов. Пайка находит использование в разных отраслях для соединения как мельчайших деталей, например, в электронных приборах, так и узлов крупногабаритной техники в ракетостроении, энергетике и других отраслях. В создании новых материалов, оборудования и технологий пайки значительный вклад сделали ученые ведущих научных школ, которые образовались в научно-исследовательских институтах, учебных заведениях, отраслевых лабораториях разных стран. В Украине материалы и технику пайки разрабатывали и продолжают разрабатывать в Институте электросварки имени Е.О.Патона и Институте проблем материаловедения имени И.М. Францевича, в других научно-исследовательских институтах и лабораториях и учебных заведениях. Пайка становится в настоящее время практически единственным способом получения надежного соединения между материалами, которые обладают малой пластичностью или не могут быть нагреты до высокой температуры. Речь идет о соединении полупроводниковых кристаллов, керамики, стекла и сочетаний металлов, образующих при нагреве интерметаллические соединения, либо обладающих резко отличающимися температурой плавления (например, соединения алюминий – сталь, медь – титан, цирконий – алюминий) и коэффициентами термического расширения.
Из определения следует, что процесс образования паяного соединения связан с нагревом. Однако, для получения спая наряду с нагревом необходимо обеспечить еще два основных условия: – удалить с поверхности металлов в процессе пайки окисную пленку; – ввести в соединительный зазор между ними расплавленный связующий металл. При кристаллизации вступившего во взаимодействие с паяными металлами более легкоплавкого связующего металла образуется паяное соединение. Материалы, подвергаемые пайке, называются паяемыми, соединяемыми или основными. Вводимый между ними для соединения металл или сплав, имеющий более низкую температуру плавления, называется припоем. Процесс пайки металлов имеет много общего со сваркой и прежде всего, со сваркой плавлением: 1 НагревÞ2 ФлюсованиеÞ3 Ведение присадочного металлаÞ4 Плавление присадки и взаимодействие с основным металломÞ5 Кристаллизация. Несмотря на некоторое сходство, между ними имеются принципиальные различия: – если при сварке плавлением свариваемый и присадочный металл в сварочной ванне находятся в расплавленном состоянии, то при пайке паяемый метал не плавится. Образование соединения без расплавления кромок паяемых деталей является основной особенностью процесса пайки; – при пайке формирование шва происходит путем заполнения припоем капиллярного зазора между соединяемыми деталями, т.е. процесс пайки связан с капиллярным течением присадочного металла, что не имеет места при сварке плавлением. – пайка, в отличие от сварки плавлением, может быть осуществлена при любых температурах ниже температуры плавления металла. При пайке не происходит плавления основного материала, т.к. процесс осуществляется при нагреве ниже температуры его солидуса – А¢–2–В¢ (рис. 1). Паяемый металл и припой находится в различных агрегатных состояниях и представляют собой неравновесную термодинамическую систему. Неравновесная система, так как на границе раздела существует градиент концентраций и энергий.
Рисунок 1 – Простейшая диаграмма состояний с непрерывными рядами жидких и твердых растворов В отличие от автономного плавления – одностадийного процесса, который протекает в объеме при температуре, равной или выше температуры солидуса соединяемых материалов, контактное плавление того же материала протекает при контактном равновесии по поверхности контакта с твердым, жидким или газообразным телом, иным по составу; Контактное плавление– это многостадийный процесс, при котором на различных этапах происходит смачивание, растворение, диффузия, испарение компонентов паяемого металла и припоя; жидкая фаза при контактном плавлении твердого тела образуется ниже его температуры солидуса. Преимущества пайки как технологического процесса и преимущества паяных соединений обусловлены главным образом возможностью формирования паяного шва ниже температуры автономного плавления соединяемых материалов. Такое формирование шва происходит в результате неавтономного, контактного плавления паяемого металла в жидком припое, который может быть внесен в соединительный зазор извне, либо быть восстановленным из солей флюса, или образовываться при контактно-реактивном плавлении металлов, контактирующих прослоек или паяемых металлов с прослойкам. Поэтому возникает возможность осуществлять общий нагрев паяемого узла или всего изделия до температуры пайки, а это позволяет получать соединения в скрытых и малодоступных узлах конструкции и изготавливать сложные конструкции за один прием, сокращая их металлоемкость, повышая коэффициент использования материала. Технологические процессы пайки позволяют соединять при необходимости детали не по контуру, а одновременно по всей поверхности, обеспечивая высокую производительности процесса и прочность соединений. При пайке возможно соединять разнородные металлические и неметаллические материалы, возможно предотвращать развитие значительных термических деформаций и обеспечивать получение изделия без нарушения его формы, осуществлять групповую пайку, широкую механизацию и автоматизацию процесса. Еще одним преимуществом пайки является возможность разъединения при необходимости деталей и узлов путём их распайки ниже температуры автономного плавления паяемого материала и ремонтировать изделия в полевых условиях. Для получения прочных, бездефектных и работоспособных в условиях продолжительной эксплуатации паяных соединений следует учитывать следующие факторы: физико-химические, технологические, конструкционные, эксплуатационные. К физико-химическим факторам относятся физико-химические характеристики паяемого металла и припоя; характер физико-химического взаимодействия припоя и паяемого металла на границе раздела фаз; влияние флюсующих сред на припой и паяемый металл; условия и характер кристаллизации при пайке. Физико-химическое взаимодействие паяемого металла и расплава припоя – это многостадийный процесс, который сопровождается изменением состава и свойств жидкой и твердой фаз. Конструкционные факторы: тип паяного соединения, его геометрические параметры и расположение паяных соединений в изделии. Основными технологическими факторами являются: подготовка поверхности соединений к сборке и пайке; способ обработки поверхности перед пайкой и в процессе пайки; способ и режим нагрева; обработка соединений после пайки. К эксплуатационным факторам относятся условия эксплуатации соединений и характер нагружения изделия. Возможность образования спая между паяемым материалом и припоем характеризуется паяемостью, т.е. способностью паяемого материала вступать в физико-химическое взаимодействие с расплавленным припоем и образовывать паяное соединение. Практически пайкой можно соединить все металлы, металлы с неметаллами и неметаллы между собой. Необходимо только обеспечить такую активацию их поверхности, при которой стало бы возможно установление между атомами соединяемых материалов и припоем прочных химических связей. С точки зрения физико-химических процессов паяемость определяется типом связей, образующихся между твердым и жидким металлом, и зависит от природы паяемого металла и припоя. С точки зрения технологии паяемость – это реакция соединяемых материалов и припоя на основные процессы, происходящие при пайке: нагрев, плавление, смачивание, капиллярное течение, растворно-дифузионное взаимодействие, кристаллизация, охлаждение нагретого металла, деформация, взаимодействие металлов с газами, флюсами, шлаками. Отсутствие паяемости или плохая паяемость с этой точки зрения характеризуется отсутствием или слабой связью в зоне спаев, нежелательными изменениями физико-химических свойств паяемого металла в зоне паяного соединения, склонностью паяемого металла к образованию горячих и холодных трещин. Итак, паяемость зависит не только от физико-химической природы соединяемых материалов и припоя, но и от способа и режима пайки, от флюсующих сред, условий подготовки поверхности под сборку и пайку. Паяемость того или иного материала нельзя рассматривать как способность его подвергаться пайке различными припоями. Можно рассматривать только конкретную пару паяемый металл и используемый припой, и в конкретных условиях пайки. При физической возможности образования спая (физической паяемости) уже в какой-то мере гарантирована паяемость с технологической точки зрения при обеспечении соответствующих условий проведения процесса пайки.
Рисунок 2 – Схема строения паяного соединения
Лекция 2 |
