12.1.4.Термическая обработка сварных изделий.

Металл шва имеет литую структуру, кроме того, изменяется структура и основного металла вблизи шва под влиянием сварочного нагрева. К сварному шву прилегает зона теплового воздействия (ЗТВ), ее ширина меняется в пределах 6…25 мм в зависимости от способа сварки – источника нагрева.

Нагрев до высоких температур и последующее охлаждение является источником напряжений, которые могут вызвать не только деформации, но даже появление трещин.

Термическая обработка сварных деталейнеобходима в связи с фазовыми превращениями, происходящими в стали, остаточными сварочными напряжениями. Кроме того, некоторые участки этой зоны нагрева характеризуются крупнозернистым строением. Таким образом, назначение термической обработки сварных заготовок - снижение или устранение остаточных напряжений и улучшение структуры свойств металла в ЗТВ.

Первая задача решается за счет отпуска при температурах 620…700°С для разных сталей. Вторая – нормализацией. Применение той или иной термической обработки зависит от марки стали, из которой изготовлена сварная деталь, ее конструкции и назначения. Для деталей малых габаритов, не испытывающих нагрузок при эксплуатации, термическая обработка не обязательна.

12.2. Резка металлов.

Помимо сварки термические методы применяются для разделительных операций – резки металлов, которая основана на плавлении металла и удаления расплавленного металла из зоны реза. В качестве источников тепла используют газовое пламя, плазменную дугу, электроннолучевой и лазерный лучи.

12.3. Пайка металлов.

Пайка – это соединение материалов с помощью припоя, который, находясь в жидком состоянии, смачивает соединяемые материалы, а затем при кристаллизации образует неразъемное соединение путем образования межатомных связей между припоем и соединяемыми материалами. При пайке (в отличие от сварки плавлением) соединяемые материалы находятся в твердом состоянии, т.к. температура нагрева ниже температур их плавления.

Соединение заготовок методом пайки позволяет изготавливать детали сложной конфигурации, состоящие из нескольких заготовок. При этом возможно соединение разнородных металлов, а также металлов с неметаллами.

Паяные соединения могут быть разобраны (распаяны) расплавлением припоя без повреждения материала спаиваемых деталей. Это важно, например, в радиоэлектронике, когда возникает необходимость демонтажа при настройке или замене дефектных элементов.

12.3.1. Припои и флюсы.

Припой - это материал, соединяющий заготовки. Температура плавления припоя должна быть ниже, чем у паяемых материалов. Флюсы являются вспомогательными материалами, они защищают от окисления соединяемые металлы и припой в процессе пайки (аналогично действию флюса при сварке). В состав образующегося паяного соединения флюсы не входят.

Флюсы используют не во всех случаях. При пайке в защитных атмосферах (аргоне) или вакууме они не нужны, т.к. отсутствует контакт припоя и паяемых заготовок с атмосферой.

Различают низкотемпературную и высокотемпературную пайку с температурой, соответственно, ниже и выше 450°С.

Для низкотемпературной пайки используют припои на основе легкоплавких металлов - галлий (t_пл=29,78°С), индий (t_пл=156,4°С), олово (t_пл=231,9°С), висмут (t_пл=271,3°С), свинец (t_пл=327°С), кадмий (t_пл=321°С), цинк (t_пл=419°С).

Среднеплавкие (t_пл = 450…1100°С) и высокоплавкие припои (t_пл = 1100…1850°С) используют в тех случаях, когда изделие при эксплуатации может нагреваться до температур, превышающих температуры пайки легкоплавких припоев. Прочность этих припоев значительно выше, чем легкоплавких.

К среднеплавким относятся алюминиевые (t_пл - 440…590°С) и серебряные (t_пл - 780…950°С) припои. Среди алюминиевых наиболее широкое применение получил силумин - сплав системы «Al - Si» эвтектического состава – содержащий 11,7% Si с температурой плавления 577°С и сплавы на его основе. Алюминиевые припои могут быть легированы магнием, цинком, медью, марганцем и др. Припои на основе серебра содержат медь, увеличение ее количества снижает температуру плавления (t_пл составляет 890°С и 645°С припоев ПСр92 и ПСр71; содержание серебра в которых 92 и 71%, соответственно, остальное – медь).

В качестве высокоплавких припоев могут быть использованы сплавы систем «Cu - Ni», «Cu – Ni - Si» (например, припой ПМН10 – 90% Cu, 10%Ni, t_пл=1140°С).

Флюсы для низкотемпературной и высокотемпературной пайки различны. Для низкотемпературной пайки в качестве флюса широко используют канифоль (пайка меди и сплавов на ее основе, сталей). Основной составной частью канифоли является абиетиновая кислота С₂₀Н₃₀О₂, плавящаяся при 173°С.

Для высокотемпературной пайки медных сплавов и сталей применяют буру Na₂B₄O₇·10H₂O (температура применения - 850…1050°С). Для высокотемпературной пайки алюминия применяют флюсы, содержащие хлориды калия, натрия, лития, цинка с добавками фторидов.