ММК Спецтехнология ЛА 2013

Предел прочности соединений, паянных оловянно-свинцовыми припоями, составляет 5...7 кгс/мм2. При работе соединения в условиях пониженных температур предел прочности несколько возрастает, но одновременно с этим уменьшается относительное удлинение.

Прочность паяного изделия определяется прочностью ее наиболее слабого элемента. Таким элементом, как правило, является паяный шов, так как прочность припоя в литом состоянии обычно ниже прочности основного металла.

Расчет прочности паяных соединений производится на основе тех же предпосылок, что и сварных. Если элемент паяной конструкции работает на продольную растягивающую силу, то расчетное усилие паяного соединения

где [σ]р - допускаемое напряжение для основного металла изделия при растяжении; F — площадь поперечного сечения наиболее слабого из соединяемых элементов конструкции.

При работе элемента паяной конструкции на сжатие расчетное усилие паяного соединения

где [σ]сж -- допускаемое напряжение для основного материала при сжатии.

При работе элемента паяной конструкции на изгиб расчетный момент

где W — момент сопротивления сечения наиболее слабого из соединяемых элементов.

При расчете разнообразие соединений, применяемых в паяных изделиях, можно свести к трем основным типам: нахлесточные, стыковые и тавровые. Наиболее распространенным соединением при пайке является нахлесточное.

Типы соединений внахлестку приведены на рис. 10.19. Для соединения, представленного на рис. 10.19,a

где [τ]ср допускаемое напряжение в паяном шве на срез; b— ширина шва; l — величина нахлестки.

Величина нахлестки может быть определена из условия равнопрочности соединения.

Допускаемое напряжение для основного материала изделия при растяжении

где F — площадь расчетного сечения основного материала детали.

Эта нагрузка должна восприниматься паяным швом без разрушения. Приравняв приведенные выражения

получим

При использовании стыковых соединений с накладками расчет производится из условия равномерного распределения нагрузки по площади стыкового и нахлесточного швов.

Тавровые соединения применяются в элементах паяных конструкций, работающих на изгиб, например, в сотовых панелях.

Для получения качественных паяных соединений необходимо:

тщательно очищать поверхности соединяемых деталей перед пайкой от загрязнений и окисных пленок;

соблюдать при сборке деталей под пайку установленные чертежом соединительные зазоры с точностью до десятых, а иногда и до сотых долей миллиметра;

удалять окисную пленку с соединяемых поверхностей основного металла и припоя в процессе пайки;

равномерно нагревать соединяемые поверхности деталей до температуры пайки

Если при сварке плавлением для образования шва необходимо лишь местное расплавление кромок соединяемых деталей, то при пайке требуется обеспечить одинаковые условия взаимодействия с одной стороны между флюсом (газовой средой) и основным металлом, а с другой — между расплавленным припоем и основным металлом. Учитывая, что это взаимодействие протекает в соединительном зазоре величиной 0,1...0,2 мм, легко представить, насколько важно при пайке равномерно нагревать поверхности.

Только соблюдение этих общих для всех способов пайки условий гарантирует получение паяных соединений высокого качества.

Подготовка поверхности деталей включает в себя их очистку от загрязнений и окисных пленок, а в некоторых случаях и нанесение покрытий, улучшающих условия пайки или повышающих прочность и коррозионную стойкость паяных соединений. Поэтому перед сборкой под пайку с деталей необходимо удалить консервирующую смазку, загрязнения, краску, окалину, следы коррозии.

Загрязнения жирового происхождения и смазка удаляются с поверхности деталей обезжириванием. Для обезжиривания сталей чаще всего используются горячие щелочные растворы, например, 10%-ный раствор едкого натра при температуре 70... 80°. Обезжиривание деталей из меди и медных сплавов производят в ваннах с более сложным составом.

Окисные пленки с поверхности деталей при подготовке под пайку удаляются механическими или химическими средствами. В качестве механических средств применяют обдувку песком или дробью, обработку режущим инструментом, шлифовальным кругом, металлической проволочной щеткой и др. Чистят механическими средствами главным образом стали, медь и ее сплавы, никель и никелевые сплавы. При подготовке под пайку деталей из алюминия, магния, титана и сплавов на их основе применяется травление. В массовом производстве травление применяется для всех металлов и сплавов. Для большинства металлов методы травления перед пайкой аналогичны методам подготовки деталей к гальваническому нанесению покрытий.

После травления, промывки и сушки детали во избежание окисления должны немедленно поступать на сборку.

Вряде случаев перед пайкой на поверхность соединяемых деталей наносят покрытия технологические, барьерные и покрытия-припои.

Вкачестве технологических покрытий используются легко паяемые металлы, например, медь и никель, которые улучшают процесс смачивания труднопаяемых металлов и в процессе пайки полностью растворяются.

Вкачестве барьерных покрытий применяются такие металлы, которые предохраняют разнородные металлы от активного взаимодействия в процессе пайки, а следовательно, от возникновения хрупких инерметаллидов. в паяном шве. Барьерное покрытие должно хорошо смачиваться расплавленным припоем, но не растворяться в нем, а сохраняться до конца процесса пайки без нарушения сплошности и связи с основным металлом. В качестве барьерных покрытий, например для титана, перед пайкой его с металлами, рекомендуется применять молибден и ниобий, которые не образуют хрупких инерметаллидов ни с титаном, ни с медными или серебряными припоями.

В последние годы начинают находить промышленное применение покрытия-припои, наносимые на соединяемые детали гальваническим путем, испарением в вакууме, металлизацией или другими способами. Иногда используют не припой, а только один из его компонентов. Например, если па медную деталь нанести серебро, то в процессе пайки образуется эвтектика серебро-медь, т. е. стандартный серебряный припой ПСр72.

Перед пайкой производится фиксация отдельных деталей относительно друг друга, установление равномерного соединительного зазора, нанесение флюса и припоя, а также принимаются меры по ограничению растекания припоя по поверхности, не подлежащей пайке. При любых способах пайки в процессе сборки целесообразно закреплять соединяемые элементы в простейших зажимных приспособлениях или фиксировать их с помощью кернения, развальцовки, точечной сварки и другими способами.

Наиболее простые приспособления, применяемые при сборке пайкой, показаны на рис. 10.24.

Рисунок 10.24. Простейшие приспособления, применяемые при сборке пайкой: а, б — одиночные; в — групповые

Правильные фиксация деталей в приспособлениях и дозировка припоя позволяют почти полностью исключить операции по дополнительной механической обработке паяных швов.

В случае сложной конфигурации деталей и при наличии тонкостенных элементов, которые при нагреве могут покоробиться, необходимо применять приспособления, которые надежно фиксируют положение отдельных элементов изделия и позволяют им равномерно нагреваться и охлаждаться в процессе пайки.

Равномерный соединительный зазор между паяемыми деталями обеспечивается с помощью кернения, насечки, прокладок и фиксации в. приспособлении. При пайке тонкостенных конструкций для прижатия элементов изделия и образования равномерного зазора применяют также вакуум, который создается или и тонкостенном контейнере, или непосредственно в объеме паяемой детали (рис. 10.25). При пайке в толстостенных контейнерах равномерный прижим помимо вакуума может быть осуществлен специальным стальным тонкостенным сосудом (мешком), в который подается избыточное давление нейтрального газа, или созданием избыточного давления непосредственно в контейнере.