3. Способы пайки по удалению оксидной пленки

Флюсовая пайка. Для обеспечения удаления окислов с по­верхности паяемых металлов и припоя, а также для предупрежде­ния образования новых окислов при нагреве в процессе пайки при­меняются паяльные флюсы. Пайка с применением флюса называ­ется флюсовой. Флюсы могут быть твердыми (порошкообразные смеси различных солей), жидкими (водные растворы хлористых со­лей или спиртовые растворы органических соединений), а также газообразными. Интенсивность воздействия флюсов на оксидную пленку ограничена их температурным интервалом активности. Ниж­ний предел этого интервала — минимальная температура, при ко­торой флюс вступает во взаимодействие с оксидами. С повышени­ем температуры активность флюса возрастает. По достижении мак­симальной температуры активность флюса значительно снижается из-за выгорания, испарения или улетучивания отдельных его ком­понентов.

Механизм воздействия флюса на оксиды металлов сложен, мно­гообразен и включает в себя: растворение оксидной пленки основ­ного металла и припоя во флюсе; химические взаимодействия флю­са с оксидной пленкой, в результате чего образуются легкоплавкие шлаки; химическое взаимодействие флюса с основным металлом, в результате чего происходит постепенное разрушение оксидной плен­ки, отрыв ее от основного металла и перевод в шлак; восстановле­ние оксидной пленки.

В реальных условиях пайки эти процессы зачастую взаимосвяза­ны или протекают параллельно.

Пайка в активной газовой среде. В качестве восста­новительной газовой среды применяется водород или его замените­ли: оксид углерода, азотно-водородная смесь, получаемая посред­ством диссоциации аммиака при нагреве выше 808 К: 2NH₃ = N + ЗН₂. Восстановление оксидов идет по реакции МеО + Н₂ = Me + Н₂0. Необходимо отметить, что вследствие взрывоопасное™ водород применяют редко и, как правило, в печах малого размера.

Пайка в нейтральной газовой среде. В качестве ней­тральных газовых сред используются аргон, гелий, азот. Инертные газы предохраняют паяемый металл и припой от окисления в про­цессе пайки. Если же в пространство печи или контейнера, в кото­рых ведется пайка, аргон постоянно подавать под некоторым давле­нием, т. е. пайку вести в проточной нейтральной среде, то часть кислорода вместе с воздухом вытесняется, и парциальное давление его в контейнере или печи становится меньше. Тем самым создаются условия для непрерывного самопроизвольного распада оксидов — диссоциации.

Чтобы активизировать нейтральные газовые среды, в них часто добавляют газообразные флюсы: фторид водорода HF, трифторид бора BF₃ и другие, которые, взаимодействуя с оксидной пленкой, способствуют ее удалению.

Пайка в вакууме. Бесфлюсовая пайка с применением раз­реженного газа при давлении ниже 10" Па называется пайкой в вакууме. При создании в печи или контейнере вакуума с опреде­ленной степенью разрежения парциальное давление кислорода ста­новится ниже упругости диссоциации оксидов. Эти условия необ­ходимы для диссоциации (самопроизвольного распада) оксидов и предупреждения повторного окисления поверхностей паяемых де­талей при нагреве в процессе пайки. В вакууме обычно паяют медь, никель, вольфрам, титановые сплавы, высоколегированные и жаро­прочные стали. Сплавы, содержащие в своем составе значительное количество алюминия или хрома, при пайке в низком и среднем вакууме требуют дополнительного флюсования, так как оксиды алю­миния и хрома очень устойчивы, имеют малое давление пара и на­чинают испаряться при высоких температурах, близких к темпера­турам их плавления. протекают параллельно.

Пайка в активной газовой среде. В качестве восста­новительной газовой среды применяется водород или его замените­ли: оксид углерода, азотно-водородная смесь, получаемая посред­ством диссоциации аммиака при нагреве выше 808 К: 2NH₃ = N + ЗН₂

Восстановление оксидов идет по реакции МеО + Н₂ = Me + Н₂0

Необходимо отметить, что вследствие взрывоопасное™ водород применяют редко и, как правило, в печах малого размера.

Пайка в нейтральной газовой среде. В качестве ней­тральных газовых сред используются аргон, гелий, азот. Инертные газы предохраняют паяемый металл и припой от окисления в про­цессе пайки. Если же в пространство печи или контейнера, в кото­рых ведется пайка, аргон постоянно подавать под некоторым давле­нием, т. е. пайку вести в проточной нейтральной среде, то часть кислорода вместе с воздухом вытесняется, и парциальное давление его в контейнере или печи становится меньше. Тем самым создаются условия для непрерывного самопроизвольного распада оксидов — диссоциации.

Чтобы активизировать нейтральные газовые среды, в них часто добавляют газообразные флюсы: фторид водорода HF, трифторид бора BF₃ и другие, которые, взаимодействуя с оксидной пленкой, способствуют ее удалению.

Пайка в вакууме. Бесфлюсовая пайка с применением раз­реженного газа при давлении ниже 10" Па называется пайкой в вакууме. При создании в печи или контейнере вакуума с опреде­ленной степенью разрежения парциальное давление кислорода ста­новится ниже упругости диссоциации оксидов. Эти условия необ­ходимы для диссоциации (самопроизвольного распада) оксидов и предупреждения повторного окисления поверхностей паяемых де­талей при нагреве в процессе пайки. В вакууме обычно паяют медь, никель, вольфрам, титановые сплавы, высоколегированные и жаро­прочные стали. Сплавы, содержащие в своем составе значительное количество алюминия или хрома, при пайке в низком и среднем вакууме требуют дополнительного флюсования, так как оксиды алю­миния и хрома очень устойчивы, имеют малое давление пара и на­чинают испаряться при высоких температурах, близких к темпера­турам их плавления.

Ультразвуковая пайка. Для удаления оксидов с поверх­ности некоторых металлов (например алюминия) при низкотемпе­ратурной пайке нашел применение способ их ультразвукового раз­рушения. Он основан на свойстве упругих механических колебаний ультразвуковой частоты при прохождении через жидкости вызывать кавитацию. Ультразвуковые колебания создаются в расплавленном припое, нанесенном на паяемый металл специальным паяльником.

Билет 21

1. ЛВМ-это процесс получения отливок в неразъемных разовых огнеупорных формах, изготавливаемых с помощью моделей из легкоплавящихся, выжигаемых или растворяемых составов. Используют как оболочковые (керамические), так и монолитные (гипсовые формы).

Сущность технологии литья по выплавляемым моделям состоит в том, что по неразъемной легкоплавкой модели изготавливают неразъемную разовую форму. В пресс-формы (обычно металлические) запрессовывают модельный состав, который после затвердевания образует модели деталей и литниковой системы. Модельный состав удаляют, чаще всего выплавляя его в горячей воде (отсюда и название способа — литьё по выплавляемым моделям). Полученные оболочки прокаливают при температуре 800—1000°С и заливают металлом.

Способом ЛВМ изготавливают сложные отливки сложного качества, например, турбинные лопатки из жаропрочных сплавов, постоянные магниты с определенной кристаллографической ориентацией структуры, художественные изделия и т. д.

2. Гибка- образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы. Гибку осуществляют с помощью различных опор, приспособлений и в подкладных штампах.

Гибка- формовка- Основным методом изготовления деталей второй технологической группы является гибка резиной на гидропрессах. При этом, помимо деформаций, характерных для операции гибки, на участках с криволинейными бортами происходит деформация металла, свойственная операции вытяжки. Из-за частичных деформации вытяжки гибку заготовок (деталей) с криволинейными бортами называют формовкой. Изгиб с растяжением- придание заготовке изогнутой формы с применением растяжки.

3. Пайка готовым полностью расплавляемым припоем-пайка, при которой используется заранее изготовленный припой.

Пайка композиционным припоем-при этом способе ипользуется припой, содержащий в своем объеме наполнитель. Под наполнителем следует понимать материал, который применяется для образования в паяльном зазоре системы капилляров или для обеспечения спец свойств паяного соединения.

Контактно-реактивная пайка- припой образуется в результате контактно- реактивного плавления. Она основана на способности некоторых металлов образовывать в месте контакта сплавы, температура плавления которых ниже температуры плавления любого из соединяемых металлов. Если соединяемые металлы не образуют подобного типа сплавы, то применяют промежуточную прослойку или наносят покрытие на соединяемые поверхности напылением.

Реактивно- флюсовая пайка- припой образуется в результате разложения компонентов флюса. Например, пайка Аl флюсом из хлорида Zn.

Билет 22

1. В промышленности Алюминий получают электролизом глинозема Аl2О3, растворенного в расплавленном криолите NasAlF6 при температуре около 950° С. Используются электролизеры трех основных конструкций: 1) электролизеры с непрерывными самообжигающимися анодами и боковым подводом тока, 2) то же, но с верхним подводом тока и 3) электролизеры с обожженными анодами. Электролитная ванна представляет собой железный кожух, футерованный внутри тепло- и электро-изолирующим материалом - огнеупорным кирпичом, и выложенный угольными плитами и блоками. Рабочий объем заполняется расплавленным электролитом, состоящим из 6-8% глинозема и 94-92% криолита (обычно с добавкой AlF3 и около 5-6% смеси фторидов калия и магния). Катодом служит подина ванны, анодом - погруженные в электролит угольные обожженные блоки или же набивные самообжигающиеся электроды. При прохождении тока на катоде выделяется расплавленный Алюминий, который накапливается на подине, а на аноде - кислород, образующий с угольным анодом CO и CO2. К глинозему, основному расходуемому материалу, предъявляются высокие требования по чистоте и размерам частиц. Присутствие в нем оксидов более электроположительных элементов, чем Алюминий, ведет к загрязнению Алюминия. При достаточном содержании глинозема ванна работает нормально при электрическом напряжении порядка 4-4,5 В. Ванны присоединяют к источнику постоянного тока последовательно (сериями из 150-160 ванн). Современные электролизеры работают при силе тока до 150 кА. Из ванн Алюминий извлекают обычно с помощью вакуум-ковша. Расплавленный Алюминий чистотой 99,7% разливают в формы. Алюминий высокой чистоты (99,9965%) получают электролитическим рафинированием первичного Алюминия с помощью так называемых трехслойного способа, снижающего содержание примесей Fe, Si и Сu. Исследования процесса электролитического рафинирования Алюминия с применением органических электролитов показали принципиальную возможность получения Алюминий чистотой 99,999% при относительно низком расходе энергии, но пока этот метод обладает низкой производительностью. Для глубокой очистки Алюминий применяют зонную плавку или дистилляцию его через субфторид.

2. хз

3. Капиллярная спайка- расплавленный припой заполняет паяльный зазор и удерживается в нем преимущественно поверхностным натяжением. (необходимо наличие зазора).

Некапиллярная спайка- расплавленный припой заполняет зазор преимущественно под действием своей массы или прилагаемой к ней силе.

Билет 23

1. Литье в кокиль-процесс получения отливок посредством свободной заливки расплавленного металла в многократно используемые металлические формы- кокили. Способ литья деталей из чугуна, сталей и цветных деталей. Отливки имеют мелкозернистую структуру, повышенные механические характеристики, минимальные припуски на мех.обработку. Применяются в массовом и крупносерийном производстве разнообразных несложных по конфигурации отливок массой до 5 т.

Литьё металлов под давлением — способ изготовления отливок из сплавов, при котором сплав приобретает форму отливки, быстро заполняя пресс-форму под высоким давлением от 7 до 700 МПа. Этот способ применяется для сплавов цветных металлов (на основе цинка, алюминия, меди, магния, сплав олово-свинец) из-за их низкой температуры плавления, а также для некоторых сталей. Изделия могут быть массой от десятков граммов до десятков килограммов.

2. Объемная формовка – формообразование изделий путем заполнения металлом полости штампа. Она производится в открытых штампах, где излишки металла вытекают в специальную полость для образования облоя, и в закрытых штампах, где облой не образуется. Формовку в закрытых штампах применяют реже из-за больших сложности и стоимости получения заготовок точного объема, необходимости использования более мощного оборудования и меньшей стойкости штампов. В закрытых штампах получают в основном детали из цветных металлов.

Выдавливание – операция по формообразованию сплошных или полых изделий, благодаря пластическому течению металла из замкнутого объема через отверстия соответствующей формы. Особенностью процесса является образование в очаге деформации схемы трехосного неравномерного сжатия, повышающего технологическую пластичность материала. В зависимости от направления течения металла различают:

прямое выдавливание – применяется для получения сплошных удлиненных поковок;

обратное выдавливание – применяется для получения пустотелых поковок;

боковое выдавливание – применяется для получения поковок с отростками;

комбинированное выдавливание.

Калибрование применяется для получения точных размеров и ровной, чистой и гладкой поверхности деталей, изготовленных объемной штамповкой или горячим прессованием. Калибрование выполняется в штампах на прессах ударного действия — фрикционных или чеканочных. Различают плоскостное и объемное калибрование.

Холодная высадка – операция холодной объёмной штамповки – получение деталей (заготовок) с местными утолщениями путём уменьшения длины части заготовки (местная осадка) без нагрева металла. Высадка – кузнечная операция, заключающаяся в деформации заготовки частичной осадкой с целью создания местных утолщений за счёт уменьшения длины заготовки. Высадка производится в нагретом или холодном состоянии.

Чеканкой образуется выпукло-вогнутый рельеф на поверхности детали за счет незначительного перемещения металла. Во многих случаях чеканка заменяет гравирование на металле. При чеканке заготовка сдавливается между двумя формующими частями штампа и получает на поверхности оттиск его рельефа. Для сохранения размеров и формы детали чеканка выполняется обычно в закрытых штампах без вытеснения металла из рабочей полости матрицы. Производится она на чеканочных прессах, обеспечивающих большое давление и точную настройку зазора между торцом пуансона и дном матрицы.

3. Пайка в печи- применяют печи с подогревом электросопротивлением, индукционные, газопламенные.

Индукционная пайка- пайка дает возможность осуществлять локаль¬ный нагрев, обеспечивая большую скорость нагрева места пайки и, следова¬тельно, высокую производительность (это ее основное отличие от других типов пайки).

Пайка электросопротивлением- при этом методе пайки можно использовать машины для контактной сварки и сварочные трансформаторы. В обоих случаях нагрев осуществляется в результате выделения теплоты в месте контакта между деталями, где величина сопротивления максимальна.

Электролитная пайка. Электролитная пайка (рис. 29.5) осуществляется при контакте паяемых деталей с водным электролитом, через который пропускается постоянный электрический ток. В качестве электролита используются 10—15%-ные водные растворы Na2C03.

Пайка погружением. Существуют две основные разновидности пайки погружением в зависимости от среды, которая используется в качестве источника нагрева: пайка погружением в расплавленную соль и пайка по¬гружением в расплавленный припой. В обоих случаях температура жидкой ванны на 30—50 °С выше температуры плавления припоя.

Пайка волной. Сущность этого процесса состоит в том, что пода¬ваемый в специальное сопло механическим или магнитным способом и по¬стоянно перемешиваемый припой образует над поверхностью ванны непрерывную волну. Детали, например радиоэлементы, установленные на печатной плате, вместе с ней перемещают над волной припоя. Касаясь припое, выводы деталей запаиваются. Пайка волной припоя широко распространена в производстве печатного радиомонтажа.

Пайка световыми лучами. При пайке световым лучом с помощью ламп обеспечивается нагрев с малой тепловой инерционностью.

Электронно-лучевая пайка. Электронно-лучевой нагрев применяется для локальной пайки, в том числе импульсной, пайки изделий электронной и радиотехнической промышленности, пайки деталей из тугоплавких металлов.

Лазерная пайка. Нагрев паяемых деталей с помощью лазера является весьма перспективным, особенно при пайке микроминиатюрных деталей, контактов и т. п.

Газопламенная пайка. Для высокотемпературной пайки могут применяться газовые горелки, в которых тепловая энергия образуется в ре¬зультате сгорания какого-либо горючего газа, например ацетилена С2Н2, в струе кислорода.

Плазменная пайка. При использовании плазменных горелок пай¬ка существляется плазмой, образуемой в плазматроне. Плазменная горелка позволяет за счет изменения силы тока, диаметра сопла регулировать в ши¬роких пределах как общее количество вводимой в детали теплоты, так и ве¬личину поверхности нагрева.

Пайка паяльником. С помощью паяльников производится пайка низкотемпературными припоями. Перенос теплоты в зону пайки осуществ¬ляется вследствие контакта рабочей части паяльника с паяемыми поверхностями.

Билет 24

1. Преимущества.

- конфигурация 1…6 групп сложности

- возможность механизировать производство

- дешевизна изготовления отливок

- возможность изготовления отливок большой массы

- отливки изготовляют из всех литейных сплавов, кроме тугоплавких

Недостатки.

- плохие санитарные условия

- большая шероховатость поверхности

- толщина стенок > 3мм

- вероятность дефектов больше, чем при др. способах литья.

2. Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла – облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе. Штамповкой в открытых штампах можно получить поковки всех типов.

Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процесс деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нем облоя не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют. Например, нижняя половина штампа может иметь полость, а верхняя – выступ (на прессах), или верхняя – полость, а нижняя – выступ (на молотах). Закрытый штамп может иметь две взаимно перпендикулярные плоскости разъема. При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого. Отрезка заготовок должна обеспечивать высокую точность.

3. Сварка взрывом, или взрывная сварка — метод сварки на основе использования энергии взрыва; разновидность обработки металлов взрывом.

При сварке взрывом привариваемая (метаемая) деталь располагается под углом к неподвижной детали-мишени (основанию) или параллельно ей (в большинстве случаев) и приводится в движение контролируемым взрывом, в результате чего с большой скоростью соударяется с ней; соединение образуется за счет совместной пластической деформации поверхностей.Сварка взрывом применяется для соединения деталей из разнородных металлов, в частности для плакирования.

Магнитно-импульсная сварка- ударная сварка, при которой импульс тока большой величины протекает по катушке, окружающей заготовки, и создает магнитное поле, вызывающее сварочное усилие.

Билет 25

1. Огнеупорные материалы (огнеупоры) — это материалы, изготовляемые на основе минерального сырья и отличающиеся способностью сохранять без существенных нарушений свои функциональные свойства в разнообразных условиях службы при высоких температурах. Применяются для проведения металлургических процессов (плавка, отжиг, обжиг, испарение и дистилляция), конструирования печей, высокотемпературных агрегатов (реакторы, двигатели, конструкционные элементы и др). Огнеупоры бывшие в употреблении называются огнеупорным ломом и используются в переработке.

2. Магниетермический метод, заключающийся в хлорировании ТiO2, получении TiCl4 и восстановлении его магнием. Для получения губки титана с малым содержанием кислорода и азота и некоторых других вредных примесей TiCl4 перед восстановлением подвергается тщательной очистке путем многократной фракционной перегонки с одновременной химической очисткой. Восстановление ТiCl4 производится в специальных реакторах в атмосфере аргона при температуре 700—950°. Губка титана затем очищается от MgCl2 и Mg методом вакуумной дисцилляции или путем выщелачивания. Второй способ значительно дешевле, но приводит к насыщению губки титана водородом до 0,05%. Водород удаляется при последующей плавке губки в вакууме. Вместо магния в качестве восстановителя применяется также и натрий. Это позволяет получать титан в виде порошка и облегчает производство гомогенных сплавов титана.

Гидридно-кальциевый метод, основанный на получении гидрида титана и последующем разложении его на Ti и Н2 путем нагрева в высоком вакууме. Образующийся СаО отмывается разбавленными кислотами.

Электролизный метод, заключающийся в разложении электрическим током ТiO2 или ТiСl4, (растворенных в расплавленных солях хлоридов и фторидов щелочных и щелочно-земельных металлов, при 700—800° в атмосфере инертных газов.

Иодидный метод, основанный на термической диссоциации иодида титана TiJ4, который предварительно получают путем реакции металлического титана низкой чистоты с парами иода.

3. При пайке детали соединяются металлом с температурой плавления намного меньше чем металлы деталей, при сварке происходит расплавление краев деталей и они соединяются металлом, схожим по температуре плавления.

Билет 26