Конструювання паяних з’єднань

КОНСТРУЮВАННЯ ПАЯНИХ З’ЄДНАНЬ

Скріплення виробів перед пайкою. Частини збірних виробів перед пайкою повинні бути міцно скріплені один з одним, щоб запобігти перекоси і відносне зміщення. Спосіб скріплення підбирають експериментально в залежності від конструкції виробу. Для скріплення застосовують різні допоміжні жорсткі пристосування, підтримуючі пристрої; використовують точкове зварювання, розвальцювання, обтискача, клепку, насічку, щільну посадку.

При виборі способу скріплення деталей перед паянням слід виходити з вимог, які будуть пред'явлені до Паяного шву. Якщо наприклад, потрібно точне з'єднання двох деталей, то скріплення їх власною вагою неможливо, так як при пайку в тому випадку можливе зміщення однієї деталі щодо іншої. Якщо паяний шов повинен бути абсолютно герметичним, то не можна скріплювати деталі точковим зварюванням, так як при зварюванні утворюється окалина видалити яку з шва не вдається. Примір дротяних з'єднань виробів перед пайкою показані на рис. 18.

Розміщення припою перед панкою. Залежно від призначення припої готують у вигляді дроту, прутків, штампованих кілець. Форма припою визначається величиною і формою зпаюваних виробів, доступністю місця, куди укладають припой, кількістю припою, зовнішнім виглядом після пайки і трудомісткістю розміщення припою на деталі. При пайку вручну припой зазвичай подають до паяемому шву із зовнішнього боку, при автоматичній пайку або при пайку в печах, або в соляних ваннах припой попередньо укладають близько зони з'єднання. У деяких випадках буває зручно перед паянням нанести припій на сполучаються деталі заздалегідь, наприклад зануренням в розплавлений припій, гальванічним і хімічним покриттям або металізацією. Товщина покриття при цьому повинна бути такою, щоб після складання вузла і нагріву його до температури плавлення припой міг повністю заповнити шов.

Для отримання надійної пайки припой бажано розташовувати над паяемим швом, в цьому випадку після розплавлення він втягується в зазор капілярними силами і силою тяжіння. Якщо при цьому припой розтікається по заплічників, кільце кілька піднімають над швом; тоді припой по мірі розплавлення буде стікати по циліндричної частини і весь йти у зазор. При розташуванні його горизонтально кільце має бути дуже щільно притиснуті до зазору, щоб капілярні сили могли втягнути в нею розплавлений припой. При пайку із заздалегідь покладеним припоєм, крім усього іншого, враховують метод нагрівання. Зовнішнє розташування, наприклад, у вигляді кільця на зовнішньому діаметрі доцільно застосувати при пайку в печах або при індукційному нагріванні, а внутрішнє розташування - при пайку в соляних ваннах або при газополум'яному нагріванні.

Попередньо покладений припой слід розміщувати так, щоб при розплавлені він міг витісняти із зазору флюс і повітря. Припій у вигляді фольги перед паянням закладають безпосередньо всередину шва. Шов при цьому повинен бути обов'язково відкритим, а зпаювані деталі під час розплавлення припою повинні переміщатися одна відносно іншої.

Для пайки поздовжніх швів може бути використаний припой у вигляді прутка або прямий дроту. Шов при такій пайку розташовують горизонтально; при вертикальному розташувань шва дуже важко отримати доброякісну пайку, так як припій під дією сили тяжіння витече і не заповнить шов. Кількість припою слід брати таке, щоб у місці з'єднання утворилася жолобник

Приклади розміщення припою при пайку виробів наведені на рис. 19 і 20.

Вплив величини зазору на міцність паяного шва. Механічна міцність паяних з'єднань залежить від власної міцності припою у шві, міцності зв'язку його з металом основи, міцності металу основи в зоні шва після впливу на нього розплавленого припою і підвищеної температури, типу паяного шва і величини зазору.

Міцність припою визначається в основному його хімічним складом. Механічна міцність припою безпосередньо у шві дещо відрізняється від його справжніх механічних властивостей, отриманих при випробуваннях на зразках. Це пояснюється частково тим, що в процесі пайки основний метал може частково розчинитися у припої і тим самим змінити його склад, а отже, і механічні властивості.

Міцність зчеплення припою з металом залежить від характеру інтерметалічних сполук, що утворюються на межі між ними в результаті їх взаємодії. Ці сполуки відрізняються підвищеною крихкістю, яка призводить до значного ослаблення паяного шва. Щоб уникнути утворення великої зони крихкого з'єднання між припоєм і металом основи, процес пайки слід вести швидко і без зайвого перегріву шва.

Для отримання якісної пайки досить нагріти шов на 20-50 ° С вище температури повного розплавлення припою (точки ліквідусу). У деяких випадках при

використанні припоїв з широким інтервалом кристалізації процес пайки можна вести навіть при температурі на 20-30 ° С нижче температури повного розплавлення припої.

При пайці, особливо якщо для цієї мети застосовують середньо плавкі припої, основний метал в зоні паяного шва зазнає значне нагрівання, при цьому властивості його можуть значно змінитися. Значно тепловий вплив процесу пайки позначається на властивостях термообробних або нагартованих сплавів, так як в зоні нагріву відбувається відпал нагартованих сплавів або відпустку і старіння термообробних сплавів. Міцність паяних з'єднань може знижуватися і в результаті фізико-хімічної дії рідкого припою на метал, що паяється. При нанесенні припоїв, що містять досить велику кількість олова, на зразки з міді, а також з мідних і деяких алюмінієвих сплавів, що знаходяться в напруженому стані, часто спостерігається утворення тріщин, що поширюються з поверхні в глиб основного металу. Ці тріщини виникають в результаті проникнення рідкого припою по межах зерен паяемого сплаву. З огляду на те, що в зразках, що знаходяться в ненапруженому стані, такого явища звичайно не спостерігається, штамповані деталі перед паянням попередньо відпалюють. Падіння міцності металу основи при взаємодії його з розплавленим припоєм може бути викликано проникненням припою по межах зерен основи не тільки під впливом звичайної дифузії, але і в результаті можливого виникнення евтектичній або перитектической реакції.

Міцність паяних з'єднань може знизитися також при виникненню в Паяний шві великих напружень в результаті різниці коефіцієнтів термічного стиску припою і зпаюваних металів. Це спостерігається, наприклад, при напайки пластин з твердого сплаву на сталеві державки. Щоб уникнути можливих руйнувань припой повинен бути досить пластичним У табл. 244 - 250 наведені механічні властивості з'єднань, паяних різними припоями.

Значною мірою міцність паяного сполук, його щільність і герметичність залежать від величини зазору Величина зазору залежить від матеріалу паяемого виробу, його маси, температури пайки, складу а припою, розташування паяного шва, конструкції чистоти обробки з'єднуються матеріалів Величину зазору в кожному конкретному випадку підбирають досвідченим шляхом. При підборі необхідно враховувати термічне розширення сплавів при нагріванні, у результаті чого зазори при температурі пайки будуть значно відрізнятися від початкових розмірів при 20 ° С.

Зразкові розміри зазорів рекомендованих при пайку деяких сплавів, наведено в табл. 251

Вплив температури пайки на міцність з'єднання. При будь-якого поєднання основного металу з припоєм і флюсом існує оптимальна температура пайки, при якій виходить найвища міцність з'єднання.

Особлива роль в цьому належить до флюсу. Вживаний флюс при температурі пайки повинен володіти достатньою активністю і плинністю, необхідної для того, щоб припой не витікав із зазору. Наприклад, для хлористого цинку оптимальна робоча температура 280 ° С, для каніфолі 300 ° С

Властивості паяних з'єднань при різних температурах. При низьких температурах властивості легкоплавких і тугоплавких припоїв змінюються так само, як і у інших металів, т е. межі плинності і міцності зростають а ударна в'язкість, відносне подовження і поперечне стиснення падають. З підвищенням температури межа міцності на розрив і на зріз різко зменшується. З цієї причини легкоплавкі припої зазвичай не застосовують для з'єднання деталей, що працюють при підвищених температурах.

Механічні властивості паяних з'єднань залежно від температури випробування наведено в табл. 252-254.

Розрахунок необхідної кількості припою. Щоб уникнути зайвої витрати припою, необхідно забезпечити точну його дозування. Завдяки обмеженню кількості припою знижується вартість і поліпшується якість виробу.

Необхідну кількість припою, його розміри і форму визначають зазвичай дослідним шляхом або за допомогою найпростіших розрахунків і номограм. При розрахунку визначають максимальний обсяг зазору паяемого вузла з урахуванням освіти галтелі. Для цього на кожну жолобник додається 20-30% об'єму. Твір отриманого обсягу на щільність дасть кількість припою в грамах. Якщо щільність припою невідома, її визначають дослідним шляхом або підраховують за формулою

де а, b, е - процентне відношення металу в сплаві; , , - відповідні щільності металів, г/см³.

У виробничих умовах часто застосовують припій у вигляді кільця. Діаметр кільця (мал. 21) визначають з рівняння

де -глибина шва, мм; с - величина зазору, мм.

Підрахунок діаметра дроту припою значно спрощується, якщо цю формулу представити у вигляді номограми (рис. 22). Діаметр дротяного припою визначають у наступному порядку: від величини зазору с (вісь ординат) проводять пряму лінію до точки перетину з кривою, що позначає ширину зазору , потім від точки перетину проводять вертикальну лінію до осі абсцис і визначають по ній потрібний діаметр дроту припою. Якщо необхідно, щоб паяні з'єднання мало галтелі, вибирають наступний за величиною (більший) діаметр дроту.

Визначення довжини напустку паяних з'єднань, що працюють на зріз. Довжину напуску зазвичай беруть в 3-8 разів більше товщини основного металу. За більшої довжини збільшується витрата припою, а міцність при цьому не підвищується. Межа міцності основного металу в з'єднанні внахлестку двох прямокутних зразків (рис. 23, а) товщиною s і шириною визначають з рівнянь

або

де Р₁ - сила розриву, кгс; - межа міцності при розтягуванні основного металу, кгс/мм².

Межа міцності паяного з'єднання визначають з рівнянь

або

де Р₂ - сила розриву, кгс; l - ширина напустку, мм; t - довжина напустку, мм.

З умови рівноміцності основного металу і паяного з'єднання визначають довжину перепуску t:

При пайці телескопічних трубних з'єднань (мал. 23, б) можливі два варіанти: найбільш слабкий перетин розташований на охоплюваній або на охоплюючій трубах.

У першому випадку з умови рівноміцності труби і паяного з'єднання маємо

але

Виконавши підстановку, отримаємо

У другому випадку із умови рівноміцності труби і паяного з’єднання маємо

і після заміни отримуємо

В загальному вигляді ці рівняння можна записати так

Обмеження розтікання припою. Для попередження розтіканя припою по поверхні виробу поза зоною пайки іноді роблять виточки, в яких накопичується припой. У деяких випадках поверхню паяемого виробу навколо шва покривають незмочувальним покриттям: рідким склом, графітової мастилом або одним з складів, наведених у табл 255

Для запобігання розтікання тугоплавких припоїв застосовують пасту, що складається з дрібних порошків алюмінію, гідроксиду магнію, замішаних на спирті, лаку, акрилової смолі або просто на воді. При пайку алюмінію застосовують суміш, що складається з рівних частин машинного масла, дрібного порошку графіту і бензину.

Видалення припою з поверхні паяних виробів. З поверхні паяних виробів надлишки припою видаляють механічною обробкою травленням в кислотах, електролітичним способом, вакуумірованям або видуванням. Так, надлишки олов'яно-свинцевих припоїв на сталі, міді та її сплавах видаляють занурення вироби на 5 - 10 хв в один з розчинів, наведених у табл 256.

Широке застосування отримує метод вакуумного відсмоктування розплавленого припою або його видування струменем повітря. Для цієї співали застосовують паяльники з каналом в наконечнику Канал з'єднаний через уловлює камеру з вакуумом або з джерелом стисненого повітря так, щоб після нагріву з'єднання припой можна було видалити одним із двох способів.

Дата добавления: 2015-10-21