3. Материалы и оборудование

Материалы

1. Образцы из Ст3.

2. Фольга из меди М1.

3. Навеска Zn (чда) в гранулах.

4. Древесно-угольный карбюризатор.

5. Песок.

6. Ацетон технический.

7. Вата техническая.

8. Наждачная бумага (средней зернистости).

Оборудование

1. Штангенциркуль.

2. Пинцет.

3. Струбцина для сборки образцов.

4. Ключи гаечные рожковые.

5. Разборный контейнер.

6. Приспособление для установки и выгрузки контейнера.

7. Электрическая печь СНОЛ-1,6 с потенциометром.

8. Подставка из шамотного кирпича.

9. Разрывная машина УММ-5.

4. Программа работы

1. Подготовить к пайке заготовки образцов (4 шт.) – зачистить шкуркой, обезжирить ацетоном.

2. Собрать образцы внахлестку в приспособлении для сборки и пайки (величина нахлестки должна быть равна одной – полутора толщинам образца). Уложить в зазор припой-заготовку из медной фольги, длиной равной ширине образца.

3. Поместить приспособление с образцами в контейнер. Туда же поместить тигель с цинком (Р_Zn≈1 г) и карбюризатор (m_карб≈30 г), закрыть крышкой, уплотнить затвор: насыпать слой песка ~1 см, слой карбюризатора и снова слой песка, чтобы отношение количества карбюризатора и песка составляло 1:1 (рис. 3.15).

4. Загрузить контейнер с образцами в печь, нагретую до 1050 °С, выдержать после выхода на температуру 950 °С 15 минут (10 минут на прогрев контейнера с образцами и 5 минут - при температуре образцов 950 °С), выгрузить из печи на специальную подставку и охладить до температуры ~50 °С.

5. Вынуть и разобрать приспособление, провести визуальный контроль образцов.

6. Провести замеры и испытать образцы на разрыв.

Рис. 3.15. Схема размещения образцов для пайки в контейнере с затвором из песка:

1 – корпус; 2 – крышка; 3 – струбцина; 4 – графитовый тигель с навеской цинка;

5 – нахлесточные образцы с припоем из меди М1; 6 – карбюризатор; 7 – песок

5. Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Программа работы.

3. Материалы и оборудование.

4. Схема размещения образцов для пайки в контейнере с затвором из песка.

5. Эскиз образца для механических испытаний.

6. Результат механических испытаний (характер разрушения, разрушающая нагрузка, удельная прочность).

7. Выводы (достоинства и недостатки бесфлюсовой пайки сталей в парах цинка, область применения).

6. Вопросы для самоконтроля

1. Какие газы – восстановители применяются при пайке?

2. Чем обусловлен недостаток латунных припоев?

3. Какова роль паров цинка при пайке латунями в контейнере с уплотняемым затвором?

4. Для чего помещают карбюризатор внутрь контейнера при пайке в парах цинка?

5. За счет чего, и для каких сталей возможна бесфлюсовая пайка в парах цинка в контейнере с уплотняемым затвором?

Лабораторная работа № 9

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ФЛЮСОВАЯ ПАЙКА АЛЮМИНИЯ

1. Цель работы

Изучить особенности технологии высокотемпературной флюсовой пайки алюминия эвтектическим силумином и определить предел прочности при сдвиге паяных соединений с применением припоя АЛ2.

2. Флюсы для высокотемпературной пайки алюминия

Сложность пайки алюминия и его сплавов определяются прежде всего трудностями удаления и разрушения оксидной пленки, имеющейся на поверхности паяемых деталей. Оксид алюминия имеет температуру плавления 2050 °С, что значительно выше температуры плавления самого алюминия – 660 °С. Оксид алюминия обладает высокой химической стойкостью и нерастворим не в твердом, не в жидком металле. Удаляют или разрушают оксидную пленку в процессе пайки алюминия и его сплавов с помощью ультразвука, механическим – с помощью абразива, путем контактно-реактивного плавления в системе алюминий – тонкий слой вспомогательного покрытия, например, из меди или серебра и т. д. Наиболее простой способ удаления оксидной пленки – нагрев с применением флюсов.

Флюсом для пайки называют неметаллическое вещество, применяемое для удаления оксидной пленки с поверхности припоя и паяемого металла, для предотвращения ее образования при пайке, для улучшения смачивания, растекания и затекания припоя в паяемые зазоры и в некоторых случаях для высаживания металлического слоя на поверхность паяемого металла с целью облуживания или в качестве припоя (реактивные флюсы). В результате действия флюса обеспечивается возникновение физического контакта и образование химической связи между атомами на границе раздела жидкий припой – твердый паяемый металл. Флюс должен иметь температуру расплавления ниже температуры солидуса припоя, должен хорошо смачивать поверхность паяемого металла и припоя, затекать в паяемые зазоры, сохранять активное действие до конца пайки, быть легче припоя и хорошо вытесняться припоем, как с паяемой поверхности, так и из зазоров.

При высокотемпературной пайке алюминия используют флюсы на основе солевых систем, содержащих хлориды и фториды калия, натрия, лития, цинка, олова, кадмия, алюминия, бария и других металлов. Флюсы, содержащие хлориды цинка, олова, кадмия относят к реактивным. Флюсы, как правило, содержат фториды щелочных металлов, которые на микроучастках отслаивают оксидную пленку от поверхности металла в результате химических и электрохимических процессов на границах оксидная пленка – флюс, оксидная пленка – металл. Остатки флюсов, особенно содержащих хлориды, - гигроскопичны, растворимы в воде, легко гидролизуются и поэтому коррозионноактивны. После пайки их необходимо тщательно удалять.

Флюсы находят широкое применение при газопламенной, электроконтактной, индукционной, печной пайке, пайке погружением и других способах.

Необходимость удаления коррозионно-активных остатков флюсов путем промывки изделия после пайки затрудняет применение этого способа для конструкционно-сложных, крупногабаритных и массивных изделий из-за ненадежности или невозможности такой операции. Тем не менее, отсутствие эффективных способов бесфлюсовой пайки для ряда конструкционных материалов при выбранных режимах пайки, большая стоимость специального оборудования, например, вакуумных печей для предприятий единичного и мелкосерийного производства, является причиной широкого применения флюсовой пайки.

В последнее время предложены новые составы флюсов для высокотемпературной пайки алюминия и его сплавов на основе только фторидов с температурой плавления 562-600 °С. Так, флюс «NOCOLOC» (некоррозионно-активный, локального действия) приготавливают сплавлением смеси KF (46 % вес.) и AlF₃ (54 % вес.). основой флюса является наиболее легкоплавкая эвтектика солевой системы KF – AlF₃, состоящая из K₃AlF₆ и KAlF₄, имеющая температуру плавления 562 °С и позволяющая осуществлять пайки при 580 – 620 °С припоями системы Al – Si. Печная пайка с этим флюсом возможна в среде азота, водорода или диссоциированного аммиака. При пайке на воздухе необходим быстрый нагрев из-за потери активности флюса. Флюс применяется в виде водной суспензии с 5 – 10% сухого порошка. Остатки флюса прочно сцепляются с паяемым металлом, но не вызывают коррозии паяных соединений, не требуют смывки и на них можно наносить лакокрасочные покрытия.