« Специальные методы сварки

Реферат

Пайка является одним из древнейших процессов обработки металлов. Уже в первых дошедших до нас письменных свидетельствах о ремеслах упоминается о пайке. До конца XIX столетия пайка наряду с кузнечной сваркой была основным способом соединения металлов с применением нагрева. С появлением в конце XIX столетия электрических методов сварки, разработанных русскими инженерами Н. Н. Бенардосом ( 1842 —) и Н. Г. Славяновым ( 1854 —) , интерес к высокотемпературной пайке резко ослабел, и научно-технический прогресс того времени практически не затронул пайку,, которая оставалась на уровне ремесла до тридцатых годов нашего столетия. Лишь с развитием таких новых отраслей, как самолетостроение, моторостроение, ракетостроение, радиоэлектроника, атомная техника, когда с применением сварки оказалось трудно, а в отдельных случаях невозможно решить многие технические задачи, научная мысль вновь обратилась к пайке. В наше время, когда бурными темпами развивается научно-техническая революция, когда происходит все растущее воздействие науки и техники на все стороны жизни, интерес к пайке с каждым годом возрастает.

Пайка, являясь универсальным способом соединения материалов, позволяет:

. Соединять металлы в любом сочетании.

. Соединять металлы в любом температурном интервале начиная от комнатной до температуры плавления паяемого металла.

. Соединять металлы с неметаллическими материалами.

4 стр., 1636 слов

Реферат сварка и пайка

... составов припоя и паяемого металла; Кратковременностью физико-химических взаимодействий между соединяемыми металлами расплавом припоя и газовой средой. Вследствие малого зазора, в процессе пайки между деталями ... 2601-84). Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда началось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена. Газовая сварка применяется во многих ...

. Получать соединения без внутренних напряжений и без коробления изделий.

. Получать легко разъемные паяные соединения.

6. Выдерживать более точно размеры и форму изделий, что достигается отсутствием оплавления основного металла в зоне соединения.

7. Паять одновременно ( за один прием ) большое число изделий и, таким образом, наиболее полно отвечать условиям массового производства.

. Обеспечивать высокую культуру производства при полной механизации и автоматизации технологического цикла получения паяного изделия.

Эти преимущества объясняют причину развертывания в технически развитых странах исследований в области пайки и увеличения числа изобретений по сравнению со сваркой.

Пайкой называется технологический процесс соединения металлических заготовок без их расплавления посредством введения между ними расплавленного промежуточного металла-припоя. Припой имеет температуру плавления более низкую, чем температура соединяемых металлов, и 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. Эта связь может образоваться при растворении металла основы в расплавленом припое с образованием жидкого раствора, распадающегося при последующей кристаллизации ; за счет диффузии составляющих припой элементов в основной твердый металл с образованием твердого раствора ; за счет реактивной диффузии между припоем и основным металлом с образованием на границе интерметаллических соединений ; за счет бездиффузионной связи в результате межатомного взоимодействия.

5 стр., 2268 слов

Дефекты сварных и паяных соединений

... готовых сварных швов, прочность, пластичность, коррозионную стойкость и свойства сварных соединений. Все встречающиеся типы дефектов сварных соединений можно подразделить на ... плавления паяемого металла. Соединение их производится расплавляемым специальным металлом – припоем, имеющим более низкую температуру плавления. В зависимости температуры плавления припоя методы пайки можно подразделить на ...

Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов:

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 ;

Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы. В качестве припоя используются чистые металлы ( они плавятся при строго фиксированной температуре ) и их сплавы ( они плавятся в определенном интервале температур ) .

Разница между температурами начала плавления и полного расплавления называется интервалом кристаллизации. При осуществлении процесса пайки необходимо выполнение температурного условия:

t 1 > t 2 > t 3 > t 4

где t 1 температура начала плавления материала детали

11 стр., 5157 слов

Особенности пайки металлов

... металла, определенные для данного припоя температура плавления и величина температурного интервала кристаллизации. В зависимости от температуры плавления и прочности применяемых припоев различают пайку мягкими припоями (мягкую) и пайку твердыми припоями (твердую). Пайка мягкими припоями При пайке мягкими припоями используют припои ...

t 2 температура нагрева детали при пайке ;

t 3 температура плавления припоя ;

t 4 рабочая температура паянного соединения ;

Для осуществления пайки прежде всего необходимы припой его физический контакт с паяемым металлом в жидком состоянии и физико-химическое взаимодействие между ними при заполнена зазора в процессе нагрева по термическому циклу с последующее: кристаллизацией паяного шва. В соответствии с этим классификационными признаками первой группы способов пайки ( СП1 являются метод получения и полнота расплавления припоя, cnocol заполнения паяльного зазора припоем и условия кристаллизации ] паяного шва.

Припой может быть изготовлен заранее ( готовый припой ) , г может образоваться в процессе пайки в результате контактно реактивного плавления ( контактно-реактивный припой ) , контактного твердогазового плавления ( контактный твердогазовый при пой ) , в результате высаживания жидкого металла из компоненте ! флюса ( реактивно-флюсовый припой ) . В соответствии с этим различают контактно-реактивную пайку, контактную твердогазовую пайку и реактивно-флюсовую пайку.

15 стр., 7062 слов

Технология пайки изделий при подготовке производства

... паяльного зазора припоем и условия кристаллизации паяного шва. Припой может быть изготовлен заранее (готовый припой), а может образоваться в процессе пайки в результате контактно-реактивного плавления (контактно-реактивный припой), контактного твердогазового плавления (контактный твердогазовый припой), в ...

Появление в технике крупногабаритных тонкостенных узлов с большой площадью пайки все более затрудняло возможность сборки деталей с равномерными капиллярными зазорами между криволинейными поверхностями, что приводило к развитию непро- 1 паев, снижению высоты поднятия припоя в зазорах ( вертикальных и наклонных ) и др. В связи с этим получила развитие композиционная пайка пайка с композиционным припоем, состоящим из наполнителя и легкоплавкой составляющей, в частности, металло-керамическим припоем.

По характеру затекания припоя в зазор различают капиллярную ( ширина зазора < 0,5 мм ) и некапиллярную ( ширина зазора ^ 0,5 мм ) пайку. При капиллярной пайке припой заполняет зазор самопроизвольно под действием капиллярных сил.

9 стр., 4266 слов

Аморфные материалы: их свойства, применение в современной технике, ...

... свойства не зависят от направления. У аморфных тел нет фиксированной температуры плавления: плавление происходит в некотором температурном интервале. Переход аморфного вещества из твердого состояния в жидкое ... ленту различной ширины и толщины, проволоку и порошки. Наиболее эффективными способами промышленного производства аморфной ленты являются охлаждение струи жидкого металла на внешней (закалка ...

При некапиллярной пайке использована возможность поднятия жидкого припоя в зазорах под действием гравитации, отрицательного давления в некапиллярном зазоре ( при откачке воздуха из зазора ) , магнитных и электромагнитных и других внешне приложенных сил. \

После заполнения зазора припоем паяный шов затвердевает процессе охлаждения изделия ( кристаллизация при охлажде нии ) При температуре выше температуры солидуса припоя процесс кристаллизации шва может происходить и в результате отвода депрессата или легкоплавкой составляющей припоя и з шва ( диффузионная пайка ) .

Жидкий припой смачивает только чистую поверхность паяемо- г0 металла. В связи с этим при формировании паяного соединения необходимы условия, обеспечивающие физический контакт паяе мого материала и жидкого припоя при температуре пайки. Осуществление такого контакта возможно в местах удаления с поверхности металла оксидных пленок. Удалить оксидные пленки при пайке и осуществить физический контакт конструкционного материала ( Мк ) с припоем ( М п ) можно с применением паяльных флюсов или без них. В последние годы высокие требования по коррозионной стойкости паяных соединений и стремление к сокращению времени технологических операций привели к расширению применения способов бесфлюсовой пайки. Флюсовая пайка наряду с этим остается во многих случаях также широко применяемым процессом. По физическим, химическим и электрохимическим признакам, определяющим процесс удаления оксидов с поверхности основного металла и припоя при пайке, способы пайки объединены в группу СП2.

12 стр., 5562 слов

По химии : «Металлы в ювелирном искусстве»

... золота; незаменим при изготовлении припоев с высокой температурой плавления. Олово Олово мягкий, вязкий, пластичный металл серебристо-белого цвета; корро-зионно устойчив; легко растворяется в концентрированных соляной и азотной ... э.), где из него изготавливали деньги, дорогие украшения, произведения культа и искусства. В России первым золотодобытчиком считается Ерофей Марков, памятник которому стоит ...

Способы пайки по источнику нагрева объединены в группу СПЗ. К способам пайки этой группы, применяемым ранее ( паяльником, горелкой, электросопротивлением, в печи, погружением в расплавы флюса или припоя, индукционному, электролитному ) , добавились новые с использованием источников нагрева в виде света, лазера, теплоты химических реакций, потока ионов в тлеющем разряде, инфракрасного излучения, волны припоя, электрон ного луча, теплоты конденсирования паров и др.

51 стр., 25358 слов

Методы и средства для измерения внутренних и линейных размеров ...

... изделий. 1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ 1.1 Выбор методов и средств измерений размеров в деталях типа “Корпус” и “Вал” В данном проекте при измерении размеров деталей используется метод непосредственного сравнения ... выбираем допускаемую погрешность. Допуск выбирается меньшим или равным данному. 1.1.1 Деталь типа «Корпус» Внутренние размеры: 1) Ø42H6 По ГОСТ 8.051-81 для диапазона размеров свыше ...

Различают низко- и высокотемпературную пайку. За граничную температуру этих способов принята температура 450 °С. Целесообразность такого деления обусловлена тем, что технологические, вспомогательные материалы и оснащение для низкотемпературной и высокотемпературной пайки обычно существенно отличаются. Классификационным признаком четвертой группы способов пайки СП4 является отсутствие при фиксированном зазоре или наличие давления на паяемые детали с целью обеспечения заданной величины паяльного зазора ( прессовая пайка ) .

Классификационным признаком пятой группы способов СПБ служит одновременность или неодновременность выполнения паяных соединений изделия.

На рис. 2 Дана технологическая классификация способов пайки ( ГОСТ 17349 —) .

Рис. 1. Технологическая классификация способов пайки

4 стр., 1856 слов

Восстановление деталей сваркой и наплавкой

... наплавки. Его применяют для восстановления стальных деталей с малыми износами. Технологический процесс восстановления деталей сваркой и наплавкой состоит из трех этапов: подготовки к сварке (наплавке), сварки (наплавки) и термообработки для снятия внутренних напряжений и улучшения свойств детали. Подготовка к сварке (наплавке) ...

По особенностям процесса и технологии пайку можно разделить на капиллярную, диффузионную, контактно-реактивную, реактивно-флюсовую и пайку-сварку.

Далее рассмотрим некоторые способы пайки подробнее.

2 .1 Капиллярная пайка

Припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. На рис.2 показана схема образования шва. Соединение образуется за счет растворения основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. Капиллярную пайку используют в тех случаях, когда применяют соединение внахлестку. Однако капиллярное явление присуще всем видам пайки.

Рис. 2. Схема образования шва

2 .2 Диффузионная пайка

Соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов, причем возможно образование в шве твердого раствора или тугоплавких интерметаллов. Для диффузионной пайки необходима продолжительная выдержка при температуре образования паяного шва и после завершения процесса при температуре ниже солидуса припоя.

2.3 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 рис.3 показана схема контактно-реактивной пайки.

с

а ) перед пайкой ; б ) после пайки

2 .4 Реактивно-флюсовая пайка

Припой образуется за счет реакции вытеснения между основным металлом и флюсом. Например, при пайке алюминия с флюсом

3 ZnCl 2 + 2 Al = 2 AlCl 3 + Zn

восстановленный цинк является припоем.

2 .5 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. Диффузионная пайка и контактно-реактивная более трудоемки, но обеспечивают высокое качество соединения и применяются, когда в процессе пайки необходимо обеспечить минимальные зазоры. Качество паяных соединений ( прочность, герметичность, надежность и т. д. ) зависит от правильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, величины зазоров, типа соединения.

2.6 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.

Этот способ обеспечивает равномерный нагрев соединяемых деталей без заметной их деформации.

Крупные детали паяют в камерных печах с неподвижным подом ; большую партию мелких деталей в печах с сетчатым конвейером или роликовым подом. Пайка в печах позволяет механизировать паяльные работы и обеспечивает стабильное качество изделий и высокую производительность труда.

2.7 Индукционная пайка.

Паяемый участок нагревают в катушке-индукторе. Через индуктор пропускают т. в. ч., в результате чего место пайки нагревается до необходимой температуры. Для предохранения от окисления изделие нагревают в вакууме или в защитной среде с применением флюсов. 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.

Рис. 4. Схемы нагрева

2.8 Пайка сопротивлением.

Соединяемые заготовки нагревают теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через паяемые детали и токопроводящие элементы. Соединяемые детали являются частью электрической цепи. Нагрев сопротивлением можно осуществлять на контактных сварочных машинах. С нагревом в контактных сварочных машинах паяют при изготовлении тонкостенных изделий из листового материала или при соединении тонкостенных элементов с толстостенными.

Рис. 5. Схемы расположения Электрода ( 1 ) , припоя ( 2 ) и паяемых деталей ( 3 )

2.9 Пайка погружением.

Эту пайку выполняют в ваннах с расплавленными солями или припоями. Соляная смесь обычно состоит из 55% KCl и 45% HCl . Температура ванны 700-800 о С. 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. Соляная ванна предохраняет место пайки от окисления. Перед погружением в ванну с расплавленным припоем, покрытые флюсом детали нагревают до 550 о С. 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 стальных, медных и алюминиевых твердых сплавов, деталей сложных геометрических форм. На этот процесс расходуется большое количество припоев. Разновидностью пайки погружением является пайка бегущей волной припоя, когда расплавленный припой подается насосом и образует волну над уровнем расплава. Паяемая деталь перемещается в горизонтальном направлении. В момент касания ванны проходит пайка. Бегущей волной паяют в радиоэлектронной промышленности при производстве печатного радиомонтажа.

Рис.6 . Схемы погружения

2.10 Пайка с радиационным нагревом.

Пайку выполняют за слет 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. 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. При применении лазерного нагрева сосредоточенная в узком пучке тепловая энергия обеспечивает испарение и распыление окисной пленки с поверхности основного металла и припоя, что позволяет получать спаи в атмосфере воздуха без применения искусственных газовых сред. При радиационном способе пайки лучистая энергия превращается в тепловую непосредственно в материале припоя и паяемых деталей. Этот способ пайки непродолжителен.

2.11 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 500 o C .

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.

2.12 Газопламенная пайка.

Паяемые заготовки нагревают и расплавляют припой газосварочными и плазменными горелками. Газовые горелки обладают наибольшей универсальностью. В качестве горючих газов используют ацетилен, природные газы, водород, пары керосина и т.п.

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.

Нагревают также паяльными лампами, которые по существу являются газовыми горелками, работающими на жидком топливе. Паяльные лампы используют для работы в полевых условиях или в ремонтных мастерских.

Плазменной горелкой, обеспечивающей более высокую температуру нагрева, паяют тугоплавкие металлы вольфрам, тантал, молибден, ниобий и т.п.

Рис.7 . Схема паяльной машины: 1 рабочее место ; 2 зона горелок ; 3 вращающийся стол ; 4 устройство для воздушного охлаждения ; 5 съемные детали

2.13 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. Паяльник с периодическим нагревом в процессе работы периодически подогревают от постороннего источника теплоты. Паяльники с постоянным нагревом делают электрическими. Нагревательный элемент состоит из нихромовой проволоки, намотанной на слой асбеста, слюды или на керамическую втулку, устанавливаемую на медный стержень паяльника. Паяльники с периодическим и непрерывным нагревом чаще используют для флюсовой пайки черных и цветных металлов мягкими припоями с температурой плавления ниже 300-350 о С.

Ультразвуковые паяльники применяют для бесфлюсовой низкотемпературной пайки на воздухе и для пайки алюминия легкоплавкими припоями. Окисные пленки разрушаются за счет колебаний ультразвуковой частоты.

Абразивные паяльники. Такими паяльниками можно паять алюминиевые сплавы без флюса. Окисная пленка удаляется в результате трения паяльника об обрабатываемую поверхность. Абразивный паяльник в отличие от электропаяльника имеет рабочий стержень, изготовленный прессованием из порошка припоя и измельченного асбеста.

Для обеспечения эксплуатационных характеристик паяного изделия прежде всего необходимы высокое качество и надежность паяного соединения, которые при неблагоприятных условиях могут стать « слабым звеном » паяной конструкции. При этом важнейшую роль играет правильный выбор типа паяного соединения и совместимость его с технологическим процессом, т. е. со способом пайки, технологическими и вспомогательными материалами и его оснащением.

Тип паяного соединения определяется расположением соединяемых деталей. При расположении деталей внахлестку поверхность спая параллельна их осевой линии ( рис. 8 ) .

Рис. 8. Схемы паяных соединений различных типов

а ) внахлестку ; б )встык ; в )косо-стыковое ; г )соприкасающееся

Пересекающиеся детали могут быть запаяны втавр или в угол. При этом поверхность спая располагается под углом к осевой линии деталей или параллельно одной из них и перпендикулярно к другой.

Соприкасающиеся детали паяют вдоль линии касания или в точке соприкосновения. Поверхность спая во всех рассматриваемых типах соединений может быть плоской или криволинейной.

Соединения внахлестку, встык и вскос деталей, продолжающих одна другую. Соединение пайкой деталей, продолжающих одна другую, получило особенно широкое применение.

Косостыковое соединение ( переходное между соединением встык и соединением внахлестку ) применяют главным образом в тех случаях, когда требуется увеличить прочность шва при стыке ; оно более прочно, чем стыковое, из-за большой поверхности шва, но технологически сложнее и используется редко.

В изделиях, подвергающихся в процессе изготовления после пайки изгибу и штамповке или работающих при больших статических нагрузках, а также в условиях ударных нагрузок или сильной вибрации, стыковые паяные швы, как правило,