рассказ к презентации

20 Февраль 2014 →

Современные технологии пайки

(слайд 1) Пайкой называется технологический процесс соединения металлических заготовок без их расплавления посредством введения между ними расплавленного промежуточного металла-припоя. Припой ДОЛЖЕН иметь температуру плавления более низкую, чем температура соединяемых металлов. Он заполняет зазор между соединяемыми поверхностями за счет действия капиллярных сил. При охлаждении припой кристаллизуется и образует прочную связь между заготовками. В процессе пайки наряду с нагревом необходимо удаление окисных пленок с поверхности паяемых металлов. Образование соединения без расплавления кромок обеспечивает возможность распая, т. е. разъединения паяемых заготовок без нарушения исходных размеров и формы элементов конструкции.

Качество паяного шва во многом зависит от прочности связи припоя с металлом основы. В результате смачивания твердой металлической поверхности между припоем и основным металлом возникает межатомная связь за счет диффузии.

Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов: (указать на слайде)

А) Предварительная подготовка паяемых соединений;

Б) Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей;

В) Удаление окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса;

Г) Введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя;

Д) Взаимодействие между паяемыми деталями и припоем;

Е) Кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми деталями;

(Слайд 2) По особенностям процесса и технологии пайку можно разделить на капиллярную, диффузионную, контактно-реактивную, реактивно-флюсовую и пайку-сварку. (Указать каждый вид пайки на слайде)

(Слайд 3) Капиллярная пайка.

Припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. (указать результат действия капиллярных сил, т.е. направление распространения пайки в шве) . Соединение образуется за счет растворения основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. Капиллярную пайку используют в тех случаях, когда применяют соединение внахлестку.

(Слайд 4) Диффузионная пайка.

Соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов, причем возможно образование в шве твердого раствора или тугоплавких интерметаллов.

(Слайд 5) Контактно-реактивная пайка.

При пайке между соединяемыми металлами или соединяемыми металлами и прослойкой другого металла в результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при кристаллизации образует паяное соединение. На слайде (Указать) показана схема контактно-реактивной пайки.

(Слайд 6) Реактивно-флюсовая пайка.

Припой образуется за счет реакции вытеснения между основным металлом и флюсом. Например, при пайке алюминия с флюсом 3ZnCl2 + 2Al = 2AlCl3 + Zn восстановленный цинк является припоем.

Пайка-сварка.

Паяное соединение образуется так же, как при сварке плавлением, но в качестве присадочного металла применяют припой.

Наибольшее применение получила капиллярная пайка и пайка-сварка.

(слайд 7) Материалы для пайки.

Припой. Припои для пайки, заполняющие зазор в расплавленном состоянии между соединяемыми заготовками, должны отвечать следующим требованиям:

температура их плавления должна быть ниже температуры плавления паяемых материалов;

они должны хорошо смачивать паяемый материал и легко растекаться по его поверхности;

должны быть достаточно прочными и герметичными;

коэффициенты термического расширения припоя и паяемого материала недолжны резко различаться;

иметь высокую электропроводность при паянии радиоэлектронных и токопроводящих изделий.

Припои классифицируют по следующим признакам:

А) Химическому составу;

Б) Температуре плавления;

В) Технологическим свойствам;

По химическому составу припои делятся на свинцово-оловянные, серебряные, медно-фосфорные, цинковые, титановые и др.

Все припои по температуре плавления подразделяют на низкотемпературные (tпл<500оС), и высокотемпературные (tпл>500оС) припои.

К низкотемпературным, относятся оловянно-свинцовые. К высокотемпературным припоям относятся медные, медно-свинцовые, медно-никелевые, с благородными металлами (серебром, золотом, платиной).

По техническим свойствам делятся на самофлюсующиеся и композиционные Изделия из алюминия и его сплавов паяют с припоями на алюминиевой основе с кремнием, медью, оловом и другими металлами.

Паяльные флюсы. Эти флюсы применяют для очистки поверхности паяемого металла, а также для снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания и смачиваемости жидкого припоя.

Флюс (кроме реактивно-флюсовой пайки) не должен химически взаимодействовать с припоем. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя.

3. Способы пайки.

Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. Наиболее распространены в промышленности пайка в печах, индукционная, сопротивлением, погружением, радиационная, горелками, экзофлюсовая, паяльниками, электронагревательными металлами и блоками.

(Слайд 8) Способы пайки.

Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. Наиболее распространены в промышленности пайка в печах, индукционная, сопротивлением, погружением, радиационная, горелками, экзофлюсовая, паяльниками, электронагревательными металлами и блоками.

(Слайд 9) Пайка в печах.

Нагревают соединяемые заготовки в специальных печах: электросопротивления, с индукционным нагревом, газопламенных и газовых. Припой заранее закладывают в шов собранного изделия, на место пайки наносят флюс и затем помещают в печь, где это изделие нагревают до температуры пайки. Припой расплавляется и заполняет зазоры между соединяемыми заготовками. Процесс пайки продолжается несколько часов.Крупные детали паяют в камерных печах; большую партию мелких деталей – в печах с сетчатым конвейером или роликовым подом. Пайка в печах обеспечивает высокую производительность труда.

(Слайд 10) Индукционная пайка.

Паяемый участок нагревают в катушке-индукторе. Через индуктор пропускают ток высокой частоты, в результате чего место пайки нагревается до необходимой температуры. Индуктор выполнен в виде петли или спирали из красной меди. Формы и размеры индуктора зависят от конструкции паяемого изделия. Различают две разновидности пайки с индукционным нагревом: стационарную и с относительным перемещением индуктора или детали.

Пайка сопротивлением.

Соединяемые заготовки нагревают теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через паяемые детали и токопроводящие элементы. Соединяемые детали являются частью электрической цепи.

(Слайд 11) Пайка погружением.

Эту пайку выполняют в ваннах с расплавленными солями или припоями. Температура ванны 700-800оС. На паяемую поверхность, предварительно очищенную от грязи и жира, наносят флюс, между кромками или около места соединения размещают припой, затем детали скрепляют и погружают в ванну (Показать на слайде) Соляная ванна предохраняет место пайки от окисления. Перед погружением в ванну с расплавленным припоем, покрытые флюсом детали нагревают до 550оС. Поверхности, не подлежащие пайке, предохраняют от контакта с припоем специальной обмазкой из графита с добавками небольшого количества извести. Пайку погружением в расплавленный припой используют для деталей сложных геометрических форм. На этот процесс расходуется большое количество припоев.

(Слайд 12) Пайка с радиационным нагревом.

Пайку выполняют за счет излучения кварцевых ламп, расфокусированного электронного луча или мощного светового потока от квантового генератора (лазера). Конструкцию, подлежащую пайке, помещают в специальный контейнер, в котором создают вакуум (показать на слайде). После вакуумирования контейнер заполняют аргоном и помещают в приспособление, с двух его сторон устанавливают для обогрева кварцевые лампы. После окончания нагрева кварцевые лампы отводят, а приспособление вместе с деталями охлаждают.

Экзофлюсовая пайка.

В основном этим способом паяют коррозионно-стойкие стали. На очищенное место соединения наносят тонкий порошкообразный слой флюса. Соединяемые поверхности совмещают, на противоположные стороны заготовок укладывают экзотермическую смесь. Смесь состоит из разных компонентов, которые укладывают в форме пасты или брикетов толщиной в несколько миллиметров. Собранную конструкцию устанавливают в приспособлении и помещают в специальную печь, в которой происходит зажигание экзотермической смеси при 500oC.

В результате экзотермических реакций смеси температура на поверхности металла повышается и происходит расплавление припоя. Этим методом паяют соединения внахлестку и готовые блоки конструкций небольших размеров.

(Слайд 13) Газопламенная пайка.

Паяемые заготовки нагревают и расплавляют припой газосварочными и плазменными горелками. При использовании газового пламени припой можно заранее помещать у места пайки или вводить в процессе пайки вручную. На место пайки предварительно наносят флюс в виде жидкой пасты, разведенной водой или спиртом; конец прутка или припоя также покрывают флюсом. Плазменной горелкой, обеспечивающей более высокую температуру нагрева, паяют тугоплавкие металлы – вольфрам, тантал, молибден, ниобий и т.п.

(Слайд 14) Пайка паяльниками.

Основной металл нагревают и припой расплавляют за счет теплоты, аккумулированной в массе металла паяльника, который перед пайкой или в процессе ее подогревают. Для низкотемпературной пайки применяют паяльники с периодическим нагревом, с непрерывным нагревом, ультразвуковые и абразивные. Рабочую часть паяльника выполняют из красной меди. Паяльники с периодическим и непрерывным нагревом чаще используют для флюсовой пайки черных и цветных металлов мягкими припоями с температурой плавления ниже 300-350оС.

Ультразвуковые паяльники применяют для бесфлюсовой низкотемпературной пайки на воздухе и для пайки алюминия легкоплавкими припоями.

Абразивные паяльники. Такими паяльниками можно паять алюминиевые сплавы без флюса. Окисная пленка удаляется в результате трения паяльника об обрабатываемую поверхность.

(Слайд 15) Типы паяных соединений.

Основными типами паяных соединений являются стыковые и внахлестку. Остальные разновидности соединений являются комбинациями перечисленных. Например, плоские элементы могут быть соединены внахлестку (показать на слайде) (рис. 3,а), ступенчатым (рис. 3,б), гребенчатым (рис. 3,в), косостыковым (рис 3,г), стыковым (рис.3,д) и тавровым (рис. 3,е) соединениями.

Стыковое соединение применяют в тех случаях, когда изделие работает не в жестких условиях и от него не требуется герметичности; соединение внахлестку – во всех остальных случаях

Современные технологии пайки в условиях российского производства

Состояние и современный уровень производства присадочных материалов в пайке и сварке – важная составляющая модернизации технологий, возможности применения автоматизации и механизации. На многих предприятиях машиностроения уровень технологий и оборудования соответствует 50-60 годам прошлого века. А при внедрении современного импортного оборудования возникают проблемы с новыми материалами, а именно, поиска отечественных качественных сплавов или перехода на импорт. Поэтому иногда приходится жертвовать технологией, чтобы оставаться в рынке отечественных материалов.

Роль пайки в современном машиностроении. Пайка получила бурное развитие в 50х - 60х годах ХХ столетия, когда человечество устремило свои взгляды на покорение воздушного и космического пространства. Для реализации идей требовались новые материалы со способностью работать в экстремальных режимах, а также технологии их соединения. В этот период пайка превращается из технологии ремесленников в самостоятельное научно-технологическое направление.

Применение пайки открыло перед учеными и технологами новые возможности конструирования соединения, новые материалы и сплавы для их производства. В основном главными инициаторами и потребителями новых решений являлись авиационная отрасль и ракетостроение. Главными достижениями пайки являлись создание прочных соединений, обеспечивающих высокую герметичность, возможность соединения разнородных материалов, которые часто нельзя соединить другими методами.

Поэтому пайка в современном мире широко используется в транспорте, в частности, в автомобилестроении, а также в энергетике, холодильной и криогенной технике, производстве приборов и электронных схем, горнодобывающего и металлорежущего инструмента, теплообменной аппаратуры и т.п.

Получить одно и то же соединение можно различными материалами, технологиями нагрева и применяя различное оборудование.

(Слайд 16) Особенности пайки обусловили следующие мировые тенденции в ее развитии:

Создание крупных автоматизированных производств;

Высокая степень стандартизации материалов и процессов;

Снижение роли человеческого фактора;

Расширение сферы пайки разнородных и композиционных материалов;

Локализация и обособление производства припоев и флюсов.

(Слайд 17) Особенности внедрения технологий пайки в российской промышленности:

Литература в области пайки, написанная в 60-70е годы ХХ века, изобилует идеями и результатами многочисленных новаторских исследований. Однако, к сожалению, в настоящее время большинство из этих процессов не используется в российской промышленности.

Состояние технологий пайки в России отличается следующими чертами:

Огромный научно технологический багаж по созданию паяных соединений;

Устаревшее оборудование и технологии;

Отсутствие стандартизованных правил применения материалов и проведения процессов;

Отсутствие современной методической литературы;

Дефицит специалистов;

Примитивизация промышленного производства;

Исчезновение и деградация производств некоторых сплавов.

Исходя из этого при необходимости создания или расширения производств, включающих процесс пайки, возможны два варианта развития событий.

Для сохранения отечественного производства припоев, надо следовать следующим принципам:

Достижение уровня качества продукции западных аналогов;

Разработка материалов для альтернативных технологических решений;

Адаптация импортируемых технологий к отечественным материалам;

Кооперация инжиниринговых фирм с университетами в сфере разработок и обучения.

Примерами успешного решения задач создания гибких среднесерийных производств может явиться использование современных российских установок для индукционного нагрева. Применение процессорного управления и программирования нагрева, охлаждения позволяют создавать производства, заменяющие использование громоздких проходных печей с восстановительной атмосферой.

Заключение.

Таким образом, для сохранения собственного производства паяных конструкций, исключения простого заимствования импортных технологий и материалов необходимо движение в следующем направлении:

Сохранение самостоятельности производства отечественных припоев – основа импортозамещения материалов и технологий;

Комплексное решение проблемы за счет объединения усилий инжиниринговых, производственных фирм и университетской базы;

На основе знаний и опыта осуществлять взаимную адаптацию материалов и технологий пайки;

Совершенствование технологии получения припоев для приближения качества материалов к современным мировым аналогам.

Перечисленные направления будут способствовать развитию технологических линий для серийного и массового производства изделий, содержащих паяные соединения, с учетом специфики отечественной промышленности на базе технологического потенциала, накопленного за все предшествующие годы.


See also:
Для студента
Похожие записи

Комментарии закрыты.