Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Лабораторная работа № 6. изучение технологических основ проектирования паяных соединений




 

6.1 Общие сведения

 

6.1.1 Общие вопросы технологии пайки

 

В основу разработки технологии пайки принимаются требования к свойствам соединений, определяющиеся из условий работы паяных изделий. Требованиями может регламентироваться прочность при нор­мальной и повышенной температурах, герметичность паяного шва, коррозионная стойкость в различных средах, тепло- и электропровод­ность и др.

Одним из главных вопросов при разработке технологии является выбор системы и состава припоя и флюса.

При выборе припоя кроме прочностных и коррозионных характе­ристик учитывается его способность к взаимодействию с паяемым материалом и температурные границы процесса пайки. Нижней грани­цей температуры пайки обычно служит температура плавления припоя, а верхней – допустимая температура нагрева паяемых материалов.

Особенности взаимодействия припоя с металлом и температурные границы пайки определяют выбор способа пайки.

С учетом этих факторов припои разделяют на две большие группы:

· низкотемпературные, пайка которых ведется при температуре на­грева паяемых деталей до 450 оС;

· высокотемпературные, пайка осуществляется при температуре на­грева свыше 450 °С.

К первой группе относятся припои оловянно-свинцовые (ПОС) и малосеребряные (ПСр с содержанием серебра не более 10%).

Высокотемпературными припоями являются медно-фосфорные (МФ), серебряные (ПСр с содержанием серебра более 10%) и др.

На практике нашли применение 16 типов припоев (оловянно-свинцовые, серебряные, медные и др.), каждый из которых насчитывает от 4 до 20 марок, отличающихся процентным содержанием элемен­тов и, соответственно, свойствами и назначением.

К основным свойствам флюсов относят их химическую активность. Хотя флюс не участвует непосредственно в образовании связи припоя с металлом, его компоненты дважды вступают в химические реакции:

· перед взаимодействием припоя с металлом флюсы растворяют либо восстанавливают окисные и другие загрязняющие пленки, подготав­ливая чистую металлическую поверхность для пайки;

· при непол­ном удалении остатков активных флюсов после пайки они во время эксплуатации вызывают коррозионное действие.

В зависимости от температурного интервала активности паяльные флюсы разделяют на низкотемпературные (до 450 °С) и высоко­температурные (свыше 450 °С).

По природе вещества, определяющего действие флюса, низкотемпературные флюсы бывают канифольные, кислотные и др., а высокотемпературные – боридные, фторборатные, боридно-углекислые и др.

По природе растворителя различают флюсы водные и спиртовые.

По основному механизму действия флюсы бывают пассивные, т.е. только защищающие от окисления, и активные, не только защищающие, но и очищающие паяемые поверхности от окисной пленки.

В зависимости от способа пайки, характера производства (единичное, серийное, массовое), конструкции и размеров изделия и соединения флюсы могут использоваться в виде порошка, пасты или раствора, а также в газообразном виде.

В табл. П4-П5 приведены характеристики и рекомендации по применению некоторых флюсов, получивших широкое распространение в практике пайки различных металлов.

Достаточно широко, особенно в радиоэлектронной промышленности, используют пайку в водороде или его смесях с азотом и аргоном при пониженном содержании водорода.В настоящее время в практике нашли применение более 30 марок различных флюсов, в том числе и газообразных.

Подготовка деталей к пайке включает следующие операции:

· механическую обработку и очистку поверхности деталей;

· сборку деталей;

· укладку припоя.

Механическую обработку деталей часто производят с целью обеспечения зазоров требуемой величины при последующей сборке, реже – для удаления окисных плёнок.

Очистка поверхности деталей обычно заключается в обезжиривании ее путем протирки органическими растворителями: спиртом, бензином, ацетоном, четырёххлористым углеродом, дихлорэтаном и др. При массовом производстве для обезжиривания поверхностей используют обработку в ваннах различных составов. Для этих целей в практике нашли применение ванны щелочных составов и ванны для электрохимического и ультразвукового обезжиривания.

При сборке деталей под пайку необходимо выполнить два усло­вия:

· обеспечить требуемое взаимное расположение деталей и за­фиксировать их в атом положения, исключив возможность их случай­ного смещения в процессе пайки;

· выдержать определенные соеди­нительные зазоры (см. табл. П6) между деталями в собранном состоянии.

Эти задачи решаются применением приспособлений соответствующей конструкции. К конструкции приспособлений предъявляются следующие основ­ные требования:

· с целью уменьшения теплоотвода площадь контакта приспособления с паяемыми деталями и его масса должны быть минимально возможными. Это особенно важно при общем нагреве деталей в пе­чах;

· при пайке с местным нагревом деталей зажимы приспособле­ния должны быть выведены из зоны нагрева источником тепла. Это учитывается всегда при проектировании приспособлений для пайки высокочастотным нагревом;

· при изготовлении приспособлений и паяемых деталей из разных материалов должны быть учтены коэффициенты линейного теп­лового расширения;

· при пайке нахлесточных соединений, особенно телескопических, приспособление должно обеспечить одинаковый зазор между де­талями.

 

6.1.2 Конструирование паяных соединений

 

Для получения высокого качества паяных соединений необходимо правильно конст­руировать соединяемые детали, обеспечивать нужный зазор, допусти­мую величину нахлестки, удобную укладку припоя и его фиксацию.

На­иболее распространенным типом соединения является соединение внахлестку. Оно обеспечивает наибольшую прочность, не требует до­полнительных подгоночных операций, удобно для выполнения.

Равнопрочность паяных нахлесточных швов с основным металлом дости­гается изменением длины нахлестки

 

, (6.1)

 

где S – площадь поперечного сечения паяемого элемента;

[s]р допускаемое напряжение паяного шва при растяжении;

b – ширина соединяемых элементов;

[t]ср допускаемое напряжение при срезе паяного шва.

Исходя из условия равнопрочности при пайке высокотемпературными припоями, рекомендуемая длина нахлестки должна составлять до трех толщин соеди­няемых деталей, а при пайке низкотемпературными припоями, вследствие малой прочности припоя, до пяти толщин. Увеличение длины нахлестки сверх этих пределов сопровождается повышением массы паяемых узлов и деталей, а прочность соединений практически не растет. К тому же пайка больших площадей, осо­бенно при наличии остатков флюса, повышает количество дефектов.

Стыковые и тавровые соединения встречаются редко, они не характерны для пайки.

Телескопические соединения применяют для пайки трубчатых и стержневых конструкций. В таких соединениях длина нахлестки определяется при растягивающих усилиях из соотношения:

 

, (6.2)

 

где R – радиус трубчатого элемента.

Одним из решающих факторов, влияющих на прочность и герме­тичность телескопического соединения, является величина техноло­гического сборочного зазора. Для каждого конкретного случая пайки (свойств паяемого металла, припоя, флюса, температуры и времени пайки и др. факторов) имеется свой оптимальный зазор, при увеличении или уменьшении которого прочность соединения падает. Оптимальную величину зазо­ра обычно определяют опытным путем.

 

6.2 Цель работы

 

Изучить технологические основы проектирования паяных соединений, установить зависимость прочности паяного соединения от величины нахлестки.

 

6.3 Оборудование и материалы

 

6.3.1 Электрический паяльник мощностью 90 Вт.

6.3.2 Разрывная машина РТ-250М.

6.3.3 Заготовки пластинок из низкоуглеродистой стали размером 50´8 мм, толщиной (0,8¸1,0) мм в количестве 16 штук.

6.3.4 Припой ПОС 40.

6.3.5 Флюс для низкотемпературной пайки – 50%-ный водный раствор хлористого цинка, пипетка для флюса.

6.3.6 Ацетон технический.

6.3.7 Наждачная бумага, бязь хлопчатобумажная, фильтровальная бумага.

6.3.8 Инструменты (напильник плоский с мелкой насечкой, плоскогубцы, штангенциркуль, набор маркеров, молоток, тиски, металлическая линейка, чертилка).

6.3.9 Цифровой фотоаппарат.

 

 

6.4 Методика выполнения работы

 

6.4.1 Все пластинки попарно промарки­ровать одинаковым номером, соответствующим номеру опыта (табл. 6.1). Маркировка наносится маркерами по центру пластинок.

Таблица 6.1

Форма записи результатов исследований

№ образца Величина нахлестки, мм Прочность соединения, даН
образца средняя
  встык    
  встык  
       
     
       
     
       
     

 

6.4.2 Пластинки должны быть тщательно отрихтованы и обработаны напильником, чтобы не иметь по краям заусенцев.

6.4.3 Поверхности соединяемых концов пластинок с одной стороны, на длине несколько превышающей величину будущей нахлестки, тщательно зачистить наждачной бумагой (поверхности пластинок, предназначенных для пайки встык, не обрабатывать). Обработать поверхности техническим ацетоном.

6.4.4 Обработанные поверхности пластинок на длине, несколько превышающей величину будущей нахлестки, залудить (на пластинках, предназначенных для пайки встык, залудить только торцы).

6.4.5 На луженой поверхности пластинки (одной из каждой пары) с помощью штангенциркуля, металлической линейки и чертилки нанести риску, соответствующую требуемой величине нахлестки (табл. 6.1).

6.4.6 На луженые поверхности пластинок нанести пипеткой каплю флюса.

6.4.7 Наложив попарно друг на друга лужеными поверхностями пластинки с требуемой величиной нахлестки, произвести пайку каждого соединения. Во время нагрева жало паяльника необходимо плотно прижимать к верхнему образцу по всей площади нахлестки до тех пор, пока из зазора между пластинками не появится жидкий припой.

6.4.8 Провести испытание каждого паяного соединения на срез на разрывной машине РТ-250М, результаты испытаний занести в табл. 6.1. При разрушении образцов следует обратить внимание на поверхность нахлестки. Указать вид разрушения образца (по паяному шву или по основному металлу).

6.4.9 Сфотографировать поверхности деталей в местах зоны пайки после разрушения образцов.

6.4.10 Построить зависимость прочности паяного соеди­нения от величины нахлестки.

 

6.5 Содержание отчета

 

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

Ø цель работы;

Ø методику выполнения работы;

Ø таблицу результатов исследований;

Ø фотоснимки поверхности пластин в местах зоны пайки после разрушения образцов;

Ø графики зависимости прочности паяного соеди­нения от величины нахлестки;

Ø выводы по работе.

 

6.6 Контрольные вопросы

 

6.6.1. Назовите марки припоев, предназначенных для низкотемпературной пайки. Дайте характеристику припоям различного типа.

6.6.2 Назовите марки флюсов, предназначенных для низкотемпературной пайки. Дайте характеристику флюсам различного типа.

6.6.3 В чем заключается особенность подготовки деталей к пайке?

6.6.4 Перечислите требования, предъявляемые к сборке деталей под пайку.

6.6.5 Перечислите требования, предъявляемые кконструкции приспособлений, используемых для сборки деталей под пайку.

6.6.6 Объясните характер зависимости прочности паяного соединения от величины нах­лестки.

6.6.7 Как повысить прочность паяного соединения, если увеличе­ние нахлестки не дает желаемых результатов?

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Специальные методы сварки и пайки: Учеб. для ср. спец. учеб. зав. / В.В. Пешков и др.; Под ред. В.А. Фролова. – М.: Интермет Инжиниринг, 2003. – 184 с.

2. Технологические основы сварки и пайки в авиастроении: Учеб. для вузов / В.А. Фролов, В.В. Пешков, А.Б. Коломенский, В.А. Казаков. – М.: Изд-во «Интермет Инжиниринг», 2002. – 456 с.

3. Лабораторный практикум по курсу «Технологические основы сварки и пайки в авиастроении»: Учеб. пособие / В.А. Саликов, М.Н. Шушпанов, В.В. Пешков, А.Б. Коломенский, В.А. Фролов, В.А. Казаков. – Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2004. – 311 с.

4. Лашко С.В., Лашко Н.Ф. Пайка металлов. – М.: Машиностроение, 1988. – 376 с.

5. Краткий справочник паяльщика / И.Е. Петрунин, И.Ю. Маркова, Л.Л. Гржимальский и др.; Под общ. ред. И.Е. Петрунина. – М.: Машиностроение, 1991. – 224 с.

6. Проектирование технологии пайки металлических изделий: Справочник / С.В. Лашко, Н.Ф. Лашко, И.Г. Нагапетян и др. – М.: Металлургия, 1976. – 264 с.

7. Подлесных В.Г. Пайка изделий электронной техники. – М.: МИЭМ, 1983. – 74 с.

8. Кузнецов А.А., Почалов А.И. Прочность паяных соединений. – М.: Машиностроение, 1987. – 112 с.

 

ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ

 

Приступая к выполнению лаборатор­ных работ по пайке, каждый студент обязан изучить необходимые инструкции по технике безопасности, пройти инструктаж и расписаться в соответ­ствующем журнале.

Непосредственно перед лабораторной работой и в процессе ее выполнения необхо­димо соблюдать следующие основные правила безопасности:

· Неправильная эксплуатация электрооборудования может привести к поражению электрическим током.

· Большинство установок, применяемых для пайки, содержат источники энергии, полностью или частично находящиеся под напряжением во время работы, поэтому работу на установках можно проводить только при наличии заземления. Включение установок следует произ­водить с разрешения преподавателя или учебного мастера.

· Включение собранных электрических схем для исследования производится только с разрешения преподавателя или учебного мастера.

· Все изменения в схемах следует производить только после отключения от электрической сети.

· В перерывах в работе обязательно отключать электрооборудо­вание от питающей электрической сети.

· Источники, применяемые при различных способах пайки и лужения, обеспечивают нагрев паяемых деталей и припоя до высокой температуры, поэтому неправильная эксплуатация оборудования для пайки может привести к ожогам.

· Несоблюдение мер безопасности при пайке и лужении может привести к попаданию капель расплавленного припоя, флюсов и продуктов их реакции с паяемым металлом и припоем на открытые участки тела и одежду.

· При механических испытаниях установку и съем образцов необходимо выполнять при полностью отключен­ном механизме нагружения.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

Таблица П1

Химический состав, температура плавления и область

применения оловянно-свинцовых припоев

  Марка припоя   Температура, оС Химический состав, % (Pb – остальное)   Область применения
солидус ликвидус Sn Sb
Бессурьмянистые
ПОС 90     89¸91 - Лужение и пайка внутрен­них швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры
ПОС 61     60¸62 - Лужение и пайка электро-и радиоаппаратуры, печат­ных схем, приборов, где недопустим перегрев
ПОС 40     39¸41 - Лужение и пайка электро­аппаратуры, деталей из оцинкованного железа с герметичными швами
ПОС 10     9¸11 - Лужение и пайка контакт­ных поверхностей электри­ческих аппаратов, прибо­ров, реле
Малосурьмянистые
ПОССу 61-05     60¸62   0,2¸0,5 Лужение и пайка электро­аппаратуры обмоток элек­трических машин, оцинко­ванных радиодеталей
ПОССу 40-05     39¸41 Лужение и пайка белой жести, обмоток электриче­ских машин, пайка оцин­кованных деталей
ПОССу 30-05     29¸31 Лужение и пайка листового цинка, радиаторов
ПОССу 25-05     24¸26 Лужение и пайка радиаторов
Сурьмянистые
ПОССу 40-2     39¸41     1,5¸2,0 Лужение и пайка холодильных устройств, припой ши­рокого назначения
ПОССу 30-2     29¸31 Лужение и пайка в холодильном аппаратостроении
ПОССу 25-2     24¸26 Пайка в автомобильной про­мышленности
ПОССу 5-1     4¸5 0,5¸1,0 Лужение и пайка деталей, работающих при повышен­ных температурах
             

Таблица П2

Химический состав и температура плавления

малосеребряных припоев

 

Марка припоя Химический состав, % Температура, оС
Sn Pb Ag Cd солидус ликвидус
ПСр2     2,0 5,0    
ПСр3 -   3,0 -    

 

 

Таблица П3

Химический состав и температура плавления

медных и серебряных припоев

 

Марка припоя Химический состав, % Примеси (не более) Температура,оС
Cu Zn P Ag Sn Si Ni солидус ликвидус
Медно-цинковые
ПМЦ36 34¸38   остальное           0,6    
ЛК62-05 60,5¸63,5       0,5¸ 0,7   0,3 -  
ПМЦ54 54¸59           0,6    
ЛОК62-06-04 60,5¸ 63,5     0,4¸ 0,6 0,3¸ 0,4   0,3    
Л63 60,5¸ 63,5           0,23    
Л 68 67¸70           0,13    
МЦН48-10 46¸50         9¸10   -  
ЛКН56-03-6 55¸ 57,5       0,25¸ 0,3 5,5¸ 6,0   -  
Медно-фосфорные
МФ1     остальное   8,5¸         0,4    
МФ2   8,5¸10         0,8    
МФ3   7¸8,5         1,0    
МФОЦ7-3-2 1¸3 5¸7   2,5¸ 3,5     1,0    
Серебряные
ПСр 15 остальное   4,5¸ 5,1 14,5¸15,5       0,3    
ПСр 40 16¸17,4 16,2¸17,8   39¸41 Cd остальное 0,1¸ 0,5 0,3    
ПСр 50 остальное     49,5¸50,5       0,15    
ПСр 72 остальное     71,5¸72,5       0,15    
                       

 

Таблица П4

Состав и характеристика флюсов для низкотемпературной пайки черных и цветных металлов

 

  Компонента Содержание (массовая доля), % Темпера­турный интервал активности, °С Назначение и характеристика флюса
Флюс Прима 2 Хлористый цинк Вода     290¸350   Пайка углеродистых и низколегированных ста­лей, меди, никеля и их сплавов
Хлористый цинк Хлористый аммоний Вода     150¸320
Хлористый аммоний Хлористый цинк Соляная кислота Вода     150¸400   Пайка сплавов меди и железа
30—40%-ный водный раствор хлористого цин­ка Соляная кислота   2* 1*   180¸330 Пайка коррозионностой­ких сталей типа 12X18Н9Т
Флюс ЗИЛ1 Цинк хлористый Олово двухлористое Медь хлорная Кислота соляная Вода   0,5 3,5     —   Пайка стали, железа, чу­гуна (припои с большим содержанием свинца)
Флюс ФКСп Канифоль Спирт этиловый     150¸300   Пайка меди припоями с содержанием олова 30%; для пайки латуней и бронз менее эффективен
Канифоль Стеарин Спирт этиловый     180¸300
Флюс ЛМ-1 Ортофосфорная кислота (плотн. 1,6—1,7) Канифоль Спирт этиловый или этиленгликоль         200¸240     Пайка хромоникелевых, коррозионностойких ста­лей припоями с содержа­нием олова 30%; для пайки меди и ее сплавов не рекомендуется
Флюс ЛК-2 Хлористый аммоний Хлористый цинк Канифоль Спирт этиловый       200¸360
Канифоль Анилин солянокислый Спирт этиловый     200¸350 Пайка меди, латуни и оцинкованного железа

 

Продолжение табл. П4

  Компонента Содержание (массовая доля), % Темпера­турный интервал активности, °С Назначение и характеристика флюса
Вазелин технический Канифоль Глицерин Хлористый цинк Парафин       180¸300   Пайка медных электротехнических приборов, флюс-паста
Флюс ВТС Вазелин Салициловая кислота Триэтаноламин Спирт этиловый       180¸300   Пайка меди, серебра, зо­лота и их сплавов
Глицерин Гидразин солянокислый Вода     250¸350 Пайка меди и ее спла­вов, никеля, серебра, уг­леродистых сталей
Флюс Ф10 Вода Глицерин Хлористая медь Хлористое олово   47,9 0,1 5,0     200¸300     Пайка углеродистых ста­лей
Флюс Ф16 Вода Хлористый кадмий Глицерин Хлористое олово       200¸290
Вода Глицерин Хлористое олово Хлористый кадмий Соляная кислота       200¸300     Пайка сталей
Флюс 38М Этиленгликоль или гли­церин (или их смесь 1:1) Диэтиламин солянокис­лый Ортофосфорная кислота           Пайка нихрома, бериллиевой бронзы, константана, коррозионностой­кой стали
Флюс Прима 1 Хлористый цинк Глицерин Хлористый аммоний Метиловый спирт Вода   7,3 2,7 Остальное     150¸400   Пайка меди и ее сплавов и металлов платиновой группы
Паста Нисо Глицерин Вазелин Хлористый цинк     200¸360   Пайка меди

 

Продолжение табл. П4

  Компонента Содержание (массовая доля), % Темпера­турный интервал активности, °С Назначение и характеристика флюса
Флюс 54А Триэтаноламин Фторборат кадмия Фторборат аммония     150¸320 Пайка алюминиевой и сплава АМц с медью и сталью припоями на основе сплава олово-цинк и цинк-кадмий
Флюс ФДФс Диэтиламин солянокислый Этиленгликоль Кислота ортофосфорная   20¸25 60¸60 20¸26     200¸400     Сталь, нихром, ковар, медь и её сплавы припоями ПОС
Флюс ЛТИ-120 Канифоль Диэтиламин Солянокислый триэтиламин Спирт этиловый   20¸25 3,0¸5,0 1,0¸2,0   76¸68     160¸350     Сталь, оцинкованная сталь, цинк, серебро, медь и ее сплавы
* Массовые доли.

 

 

Таблица П5

Состав и характеристика флюсов для высокотемпературной пайки черных и цветных металлов и сплавов на их основе

 

  Компонента Содержание (массовая доля), % Темпера­турный интервал активности, °С Назначение и характеристика флюса
Флюс ПВ200 Бура (Na2B4О7) Оксид бора (В3О3) Фтористый кальций (CaF2)   18¸20 65¸67 14¸16     800¸1200 Пайка коррозионностой­ких и конструкционных сталей, жаропрочных сплавов
Флюс ПВ201 Бура Оксид бора Фтористый кальций Лигатура (Аl — 48%, Си—48%, Mg —4%)   11¸13 76¸78 9,5¸10,5 0,9¸1,1   800¸1200 Пайка коррозионностой­ких и конструкционных сталей, жаропрочных сплавов высоко- и среднеплавкими припоями
Флюс ПВ209 Калий фтористый Оксид бора Тетрафторборат калия (KBF4)   41¸43 34¸36 22¸24     700¸900 Пайка коррозионностой­ких и конструкционных сталей

 

Продолжение табл. П5

  Компонента Содержание (массовая доля), % Темпера­турный интервал активности, °С Назначение и характеристика флюса
Флюс ПВ284 Борная кислота Гидрат окиси калия Фтористоводородная кислота   29¸31 25¸27 43¸45     700¸900 Пайка коррозионностой­ких и конструкционных сталей, меди и медных сплавов среднеплавкими припоями
Флюс 18В Фтористый калий (обезвоженный) Борная кислота       550¸850 Пайка сталей, никелевых, медных сплавов серебря­ными припоями
Флюс 16ВК Хлористый калий Хлористый литий Хлористый натрий Фтористый калий Фтористый алюминий       580¸620 Пайка алюминия и его сплавов припоями на алюминиевой основе

 

Таблица П6

Зазоры, применяемые при пайке

 

Основной металл Припои Зазор, мм
  Углеродистая сталь Медь 0,05¸0,10
Латунь 0,05¸0,30
Серебряные 0,05¸0,15
  Коррозионно-стойкая сталь Медь 0,02¸0,15
Латунь 0,05¸0,30
Серебряные 0,05¸0,15
Никель-хромовые 0,05¸0,20
  Медь и медные сплавы Медно-цинковые 0,10¸0,30
Медно-фосфористые 0,02¸0,15
Серебряные 0,03¸0,15
Титан Серебро 0,05¸0,10
Серебряно-марганцевые 0,05¸0,1
Алюминий На алюминиевой основе 0,10¸0,30

 

Примечание. Припои на железной основе обеспечивают равнопрочность соединения при значительно больших зазорах. Аналогичный эффект достигается при применении композиционных припоев, обеспечивающих пайку при зазоре до 1 мм.

 

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...