|
|
Г л а в а 8 |
ДРУГИЕВИДЫ |
СОЕДИНЕНИЙ |
|
8.1. Паяные соединения |
||
Общие сведения. |
Пайкой называется способ соединения эле- |
|
ментов конструкций с помощью припоя путем нагрева соединяемых деталей ниже температуры плавления материалов деталей соединения, смачивания их расплавленным припоем, затекания припоя в зазор между деталями соединения и последующей его кристаллизацииприохлаждении .
Паяные соединения подобны сварным; отличие пайки от сварки — отсутствие расплавления или высокотемпературного нагрева соединяемых деталей, поскольку припои имеют более низкую температуруплавления ,чем материалы соединяе мых деталей.
Связь в паяном шве основана на растворении металла деталей в расплавленном припое, взаимной диффузии элементов припоя и металласоединяемых деталей ,бездиф фузионнойатомной связи .
Наряду с использованием пайки как основного способа получения соединений в радиоэлектронной и электротехнической аппаратуре, паяные соединения распространены и в изделиях машиностроения.
Современные методы пайки [21] значительно расширили техническиевоз можностивыполнения соединений. Пайку применяют при изготовлении камер сгорания жидкостных реактивных двигателей, лопаток турбин, топливных и масляных трубопроводов, деталей ядерных реакторов и других конструкций из тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, тантала, вольфрама), плохо поддающихсясварке .
Преимущества паяных соединений: возможность соединять детали не только из однородных, но и из разнородных материалов, например стали со сплавами цветных металлов, металлы с графитом, ферритом, фарфором и др.; повышенная технологичность благодаря возможностиосуществлять пайку в малодоступныхместах конструкции, изготовлятьсложные узлы за один прием, паятьне поконтур у, а
149
Глава8. |
Другиевиды соединений |
одновременно по всей поверхности соединения; подбирая соответствующиеприпои , можновыбрать температуру пайки так , чтобыпри нагреве под пайку у предварительно термообработанных материалов сохранялись механические свойства в изделии (в готовом соединении) или чтобы нагрев под пайку одновременно обеспечивал и термическую обработку деталей соединения; возможность распайки соединения.
Недостатки: сравнительно низкая прочность паяного соединения при сдвиге и очень низкая прочность при отрыве, высокая трудоемкость изготовленияизделий методамивысокотемперат урной пайки.
Следует отметить, что прочность паяного шва выше (иногда существенно) прочности припоя благодаря растворению в слое припоя материала деталей и стесненному напряженному состоянию слоя припоя, находящегося между соединяемыми деталями.
Характеристики наиболее часто применяемых в машиностроении способов пайки приведены в табл. 8.1, а основные типы паяныхсоединений —в табл. 8.2.
|
|
Таблица 8.1 |
|
Характеристикиспособов пайки |
|
Способпайки |
Характеристикаспособа |
|
Паяльником |
Универсальныйручнойспособ |
низкотемперату р- |
|
нойпайки |
|
Газовойгорелкой |
Универсальныйручнойспособ |
высокот емператур- |
|
нойпайки |
|
Индукционная |
Дляизделий небольших размеров , быстрый нагрев, |
|
|
возможностьмеханизации и автоматизации процесса |
|
Впечах сфлюсом |
Минимальноедеформирование изделий , равномер- |
|
|
ныйнагрев , возможностьрегулирования и механи- |
|
|
зации |
|
Впечах иконтейне - рах с инертнымга - зом; вакуумных печах
Универсальныйспособ высокотемпературной пай - ки; минимальноедеформирование изделий , отсутствиеокисления и флюсана изделиях после пайки , возможностьобъекти вногоконтроля режи мапайки
Сканирующимэлек - Короткийци кл, возможностьло кализации нагрева, троннымлучом механизациии автоматизации процесса
Погружением в расВысокаяпроизводительн ость, быстрыйнагрев и плавленныйприпой точноерегулирование темп ературы илифлюс
150
8.1. Паяные соединения
Таблица 8.2
Основныетипы и сеченияпаяных соединений
Соединение |
Сечение |
Соединение |
Сечение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стыковое
Нахлесточное
Косостыковое 
Телескопическое
Тавровое
Соприкасающееся
Угловое
Пайкой соединяют детали различной формы: листы, стержни трубы и др. В последнее время находят применение сотовые паяные конструкции: вобшивке самолетов листы из малопрочных алюминиевых сплавов заменяют паяными высокопрочными и жесткими панелями (рис. 8.1) из тонких стальных листов с сотовым (рис. 8.1, а) или гофровым (рис. 8.1, б) промежуточным заполнителем.
151
|
|
|
|
|
|
|
|
Глава8. |
Другиевиды соединений |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 8.1. Сотовые паяные конструкции
Паяныесоединения предпочтительно выполнять нахлесточными; площадь перекрытия (площадь пайки) следует назначать так, чтобы прочностьпа яногос оединениябыла равнапрочности целойдета ли.
Стыковые соединения, имеющие ограниченную паяную площадь, менее прочны, чем нахлесточные. При действии значительных нагрузок применять стыковые соединения не рекомендуется; в случае необходимости при повышенных нагрузках вместо стыковых соединений можно рекомендовать косостыковые (табл. 8.2), укоторых больше площадь пайки и выше несущая способность.
Соприкасающиеся соединения допустимы для изделий, паяные швыкоторых ра ботают насжатие при весьма малых нагрузках.
При любом типе паяного соединения между деталями необходим зазор порядка 0,01мм...0,40 , чтобы в него мог затекать расплавленный припой. Зазоры зависят от вида припоя и материалов деталей соединения и в значительной степени определяют прочность соединений. Их уменьшение до некоторого предела повышаетпрочность паяных соединений.
Перед пайкой требуются более точные по сравнению со свар-
коймеханическая |
обработка и сборкадеталей соединения . |
|
Припои. |
Припои подразделяют на |
высокотемпературные |
с температурой плавления tпл 450 С° |
и низкотемпературные |
|
с tпл 450 °C. Основными компонентами высокотемпературных припоев являются медь (Cu), никель (Ni) и серебро (Ag), а низкотемпературных — олово (Sn) и свинец (Pb). В табл. 8.3 приведены основныеприпои и рекомендации по их применению [21].
Хорошее соединение пайкой можно получить лишь при исключительно чистых поверхностях соединяемых деталей, поэтому непосредственно перед пайкой поверхность очищают от грязи и масел,удал яютоксидные пленки и т.п.
152
8.1. Паяные соединения
|
|
|
|
Таблица 8.3 |
|
|
Припои и рекомендациипо |
их применению |
|||
Марка |
Система |
Температура |
|
||
плавления tпл, °С |
Примерыизделий |
||||
припоя |
припоя |
||||
|
|
|
|||
|
начальная |
конечная |
|
||
|
Высокотемпературныеприпои |
||||
ВПр1 |
Cu–Ni |
1080 |
1120 |
Трубопроводы и другиеиз - |
|
ВПр2 |
Cu–Mn–Ni |
960 |
970 |
делияиз коррозион но-стой- |
|
ВПр4 |
Cu–Ni–Mn |
940 |
980 |
койстали |
|
Л63 |
Cu–Zn |
900 |
905 |
Стальныеизделия неот - |
|
|
|
|
|
ветственногоназначения |
|
ПСр 25Ф |
Cu–Ag–P |
645 |
725 |
Деталииз меди и еесплавов |
|
ПСр 25 |
Cu–Zn–Ag |
740 |
775 |
Трубопроводы |
|
ПСр 40 |
Ag–Cu–Zn |
590 |
610 |
Деталииз стали и меди |
|
ПСрМИн 63 |
Ag–Cu–In |
750 |
760 |
Деталииз сплавов титана |
|
|
Низкотемпературныеприпои |
||||
О2, О3 |
Sn |
232 |
232 |
Деталидля любых климати - |
|
|
|
|
|
ческихусловий без покры - |
|
|
|
|
|
тий |
|
ПОС 90 |
Sn–Pb |
183 |
220 |
Детали с гальваническими |
|
|
|
|
|
покрытиями (серебрение, |
|
|
|
|
|
золочение) |
|
ПСр 2,5 |
Ag–Sn–Pb |
295 |
300 |
Детали и электромонтажные |
|
|
|
|
|
соединения, работающие |
|
|
|
|
|
при t 200 С° |
|
Для уменьшения окисления поверхностей деталей применяют специальные флюсы, которые подразделяют на низкотемпературные с tпл 450 °С( канифольные, кислотные и др.) и высокотем-
пературные с tпл 450 °С (боридные, боридно-угл екислые и пр.).
Расчет паяных cтыковых и нахлесточных соединений на прочность. Этот расчет аналогичен расчету сварных соединений.
Стыковые паяные соединения рассчитывают на прочность как целые детали по номинальному сечению соединяемых деталей, посколькусечения соединя емыхдеталей и сечениепайки иденти чны. Естественно, что допускаемые напряжения определяют прочность примененногоприпоя табл( . 8.4) [21].
153
Глава8. |
Другиевиды соединений |
Таблица 8.4
Допускаемыенапряжения дляпаяных соединений
|
|
|
Допускаемыенапряжения |
||
Материалпа яемых |
|
Способ |
длясоединений , МПа |
||
Припой |
|
|
|||
элементов |
нагрева |
стыковых |
нахлесточ- |
||
|
|||||
|
|
|
|
ных |
|
Латунь |
Олово |
Паяльником |
40...50 |
30...40 |
|
Медь |
ПОС 40 |
|
60...70 |
40...50 |
|
|
ПОС 18 |
|
80...90 |
25...40 |
|
|
ПСр 45 |
Впечи |
300...320 |
240...300 |
|
Низкоуглеродистая |
Олово |
Паяльником |
80 |
40 |
|
сталь |
ПОС 40 |
|
100 |
50 |
|
|
|
||||
|
ПОС 18 |
|
105 |
60 |
|
|
ПСр 45 |
Впечи |
220...240 |
170...180 |
|
|
ВПр |
|
300...400 |
250...300 |
|
|
М1 |
|
350...400 |
180...200 |
|
При действии на соединение центральной растягивающей силы F и изгибающего момента M( рис. 8.2, а) условие прочности стыковогосоединения проверяют по формуле
F M [ ], ls W
где — действующие напряжения; W — момент сопротивления сечения деталей соединения в месте пайки; [ ] — допускаемые напряжениярастяжения для паяных соединенийсм( .табл . 8.4).
Рис. 8.2.Расче тные схемы паяных стыковых (а) и нахлесточныхсоединений (б)
154