Лабораторная работа № 6. изучение технологических основ проектирования паяных соединений
⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6
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
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
Таблица П2 Химический состав и температура плавления малосеребряных припоев
Таблица П3 Химический состав и температура плавления медных и серебряных припоев
Таблица П4 Состав и характеристика флюсов для низкотемпературной пайки черных и цветных металлов
Продолжение табл. П4
Продолжение табл. П4
Таблица П5 Состав и характеристика флюсов для высокотемпературной пайки черных и цветных металлов и сплавов на их основе
Продолжение табл. П5
Таблица П6 Зазоры, применяемые при пайке
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.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|