Лекция 5 Сварка
Сварка – это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями путем местного или общего нагрева, пластическим деформированием или совместном действии обоих факторов. (ГОСТ 2601-74)
Классификация
Классификация сварки металлов определяется (ГОСТ 2601-74) и разделяет по физическим, техническим и технологическим признакам.
Выделяется три основных класса сварки по физическим признакам, которые разделяются на виды:
Термический: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, ионно-лучевая, тлеющим разрядом, световая, индукционная, газовая, термитная, литейная.
Термомеханический: контактная, диффузионная, индукционно-прессовая, газопрессовая, термокомпенсационная, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитнопрессовая, печная.
Механический: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением, магнитно-импульсная.
В свою очередь каждый вид разделяется на типы. Так , например, контактная сварка – это сварка с применением давления, при которой нагрев производится теплом, выделяемым при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части. Классификация контактной сварки по технологическим признакам предполагает выделение трех ее типов:
1. По форме сварного соединения: точечная, шовная, стыковая, рельефная, шовно-стыковая, по методу Игнатьева.
2. По роду сварного тока: постоянным, переменным и пульсирующим током.
3. По виду источника энергии: конденсаторная, аккумуляторная, энергией, накопленной в магнитном поле, и энергией, накопленной в маховых массах мотор-генераторной системы.
Неразъемные неподвижные соединения, полученные сваркой имеют ряд преимуществ по сравнению клепанными.
Повышенная механическая прочность шва, так как отсутствуют отверстия, ослабляющие материал.
Практически не увеличивается масса конструкции.
Проще обеспечивается герметичность.
Снижается трудоемкость.
Недостатки:
Сложно, а иногда невозможно, сваривать разнородные материалы.
Недостаточно хорошо работают при вибрационной и динамической нагрузках, иногда требуется термообработка для снятия внутренних напряжений.
Выделяющееся тепло может повредить соседние элементы.
Однако широко применяется в авиаприборостроении.
Существует большое разнообразие видов и способов сварки. В микроэлектронике сварка вытесняет пайку.
При выборе способа сварки учитывают материал деталей, конструктивные особенности детали и шва, требования к точности, прочности, герметичности.
Контактная - детали нагретые электрическим током механически сдавливают.
Рисунок 10
Конденсаторная – сварка запасенной энергией в конденсаторе, кратковременным сварочным импульсом (импульсами).
Рисунок 11
Ультразвуковая – образуется соединением при совместном воздействии на детали мех. колебаний высокой частоты и небольших сдавливающих усилиях. Прочность выше контактной.
Рисунок 12
Холодная – сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева.
Рисунок 13
Диффузионная – в вакууме за счет взаимной диффузии атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии температуры и незначительной пластической деформации.
вакуум
Рисунок 14
Дуговая сварка неплавящимся электродом. Дуга горит между угольным или графитовым электродом и свариваемыми металлами.
Электронно-лучевая сварка. Для сварки используют остросфокусированный пучок электронов, движущихся с большой скоростью в вакуумной камере.
Рисунок 15
Пайка
Это процесс соединения 2 или нескольких деталей с помощью расплавленного припоя (присадочного материала), tºпл которого ниже tºпл материала соединяемых деталей. По сравнению со сваркой пайка позволяет:
Расширить номенклатуру соединяемых металлов;
Исключить деформирование деталей;
Сохранить внутреннюю структуру металла;
Выполнять внутренний электрический монтаж высокой плотности без повреждения элементов за счет перегрева;
Производить демонтаж без разрушения собираемых деталей;
Процесс поддается автоматизации.
Недостатки:
Ограниченная механическая прочность соединения;
Значительная стоимость припоя;
Необходимость специальных мероприятий по ТБ (испарение флюсов, припоя и др.).
В зависимости от tº в месте контакта соединяемых материалов пайка подразделяется на низкотемпературную <450ºС и высокотемпературную. В качестве припоя используют цветные материалы и их сплавы.
Особолегкоплавкие tºпл≤145ºС, сплав Вуда tºпл=60ºС (Pb=12%, Sn=12%, Cd=12%,Bi-ост), сплав Розе tºпл=94ºС (Pb=25%, Sn=25%,Bi-ост), ПОСК tºпл=145ºС (Sn=50%, Cd=18%,Pb-ост).
Легкоплавкие 145º<tºпл≤450ºС, ПОС 90 (Sn=90, Pb -ост) tºпл=220ºС, ПОС61 (Sn=61, Pb -ост) tºпл=238ºС, ПОС 40 (Sn=40, Pb -ост) tºпл=315ºС.
Cреднеплавкие 450º<tºпл≤1100ºС, ПСр 72 (Ag=72%, Cu -ост) tºпл=723ºС,. ПСр 70 (Ag=70%, Cu=26%,Zn -ост) tºпл=770ºС/
Высокоплавкие 1100º<tºпл≤1850ºС, ПН25 (Ni=25, Cu=75)/ Пайка деталей из молибдена и вольфрама.
Оловянно – свинцовые припои находят основное применение при монтажной пайке. Припои выпускаются в виде слитков, стержней, прутков, а также монолитной или трубчатой проволоки с сердцевиной из канифольного флюса.
Флюсы в зависимости от температурного интервала, также как и припои, делятся на 2 группы: флюсы для пайки мягкими (t<300ºС) и твердыми припоями. По химическому составу низкотемпературные – канифольные, кислотные, галогенидные, анилиновые, стеариновые, фтороборатные и др.; высокотемпературные – галогенидные, боридные и др. активные (восстанавливающие окислы), пассивные (защита от окисла).
При пайке монтажных соединений кислотные флюсы не применяют из-за последующего коррозионного воздействия.
Процесс пайки заключается в следующем: в зазор между нагретыми соединяемыми деталями вводят жидкий расплавленный припой, который при охлаждении затвердевает и соединяет спаиваемые детали. Соприкасающиеся поверхности перед спаиванием очищают от грязи, жира окисной пленки. Чтобы удалить окисную пленку, образующуюся на деталях при паянии, и создать необходимые условия для смачивания спаиваемых поверхностей припоем, применяют спец. химические вещества – флюсы. Пайку применяют для соединения металлических деталей, реже керамических, из стекла, а также металла со стеклянными деталями.
ТП пайки включает в себя следующие основные этапы:
Подготовка поверхностей деталей. Она заключается в механическом удалении загрязнений, коррозии, оксидных и жировых пленок, иногда дополнительным обезжириванием (бензином, спиртом, и др. растворителями).
Подготовленные поверхности покрывают флюсом непосредственно перед лужением и пайкой.
Лужение заключается в прогреве мест соединения и их покрытие тонкой пленкой припоя.
Собственно пайка заключается в прогреве мест соединения после нанесения припоя и сохранение их в сжатом состоянии до полного затвердевания припоя.
Очистка и защита шва. Для удаления остатков флюса после пайки поверхность шва промывают спиртом, бензином. Для защиты шва от коррозии рекомендуется покрыть нитролаком АК-20 различного цвета, лаком на эпоксидной основе.
Контроль осуществляется внешним осмотром. Шов должен быть ровным и гладким, без пропусков, трещин и раковин. Шов должен быть защищен от коррозии.
Способы пайки:
Паяльником, газоплавленная, электродуговая, электросопротивлением, индукционная, плазменной горелкой, электронным лучом, лазером, инфракрасными лучами, в печи, погружением в расплавленную соль, нагрев расплавленного припоя, волной припоя, в нагретых штампах.