3. Материалы и оборудование

Материалы

1. Заготовки образцов из меди M1 60x15x2 мм.

2. Припои ПСр72 или ПСр68.

3. Наждачная бумага.

4. Ацетон технический.

5. Вата техническая.

Оборудование

1. Электропечь СНОЛ.

2. Вакуумный насос типа ВН.

3. Вакуумный контейнер.

4. Струбцины для сборки образцов.

5. Потенциометр группы ХА с термопарой.

6. Вакуумметр ВТ-2.

7. Пинцеты.

8. Ключи гаечные рожковые 12x14 и 14x17.

9. Ножницы хозяйственные.

10. Штангенциркуль.

4. Программа работы

1. Подготовить к пайке два нахлесточных образца из меди Ml, снять заусенцы, обезжирить образцы и заготовки припоя, зачистить поверхности, подлежащие пайке. Подготовить припой ПСр72 (или ПСр68), вырезав заготовки фольги требуемого размера, определив величину нахлестки из условия равнопрочности.

2. Собрать образцы с припоем в приспособление, установить рядом с образцами термопару.

3. Установить приспособление с образцами в контейнер, закрыть крышку, включить вакуумный насос и откачать воздух до давления не выше 1·10^-1 мм рт. ст. (рис. 3.3).

4. Загрузить контейнер с образцами в печь, нагретую до температуры 840…850 ºС, выдержать после нагрева образцов до указанной температуры в течение 5...7 минут и вынуть контейнер из печи.

5. Охладить контейнер до температуры на образцах 80...100 °С, выключить вакуумный насос, открыть контейнер и вынуть образцы.

6. Проверить качество пайки внешним осмотром, провести механические испытания образцов.

Рис. 3.3. Принципиальная схема установки для пайки в вакууме:

1 – электропечь СНОЛ; 2 – струбцина с образцами; 3 – вакуумный контейнер;

4 – вакуумный насос; 5 – вакуумная термопарная лампа; 6 – вакуумметр; 7 – потенциометр

5. Содержание отчета

1. Характеристики использованных материалов и припоев.

2. Эскизы образцов, приспособлений и описание использованного оборудования.

3. Описание технологии пайки с указанием температуры и других технологических параметров.

4. Результаты механических испытаний образцов и внешнего осмотра до и после механических испытаний, занесенных в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Результаты измерений

Материал образца и марка припоя

№ образца

Ширина образца, мм

Длина нахлестки, мм

Площадь нахлестки, мм2

Разрушающая нагрузка Р, Н

τср, МПа

Характер разрушения

6. Вопросы для самоконтроля

1. Каковы основные преимущества бесфлюсовых способов пайки?

2. Каков механизм удаления окислов при вакуумной пайке?

3. Чем определяется возможность осуществления вакуумной пайки для данного металла или сплава и степень необходимого вакуума? Привести примеры.

4. Описать использованные для вакуумной пайки оборудование и приборы.

Лабораторная работа № 4

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ПАЙКА АЛЮМИНИЯ

1. Цель работы

Изучить оборудование и технологию ультразвуковой пайки алюминия низкотемпературным слабоокисляющимся припоем.

2. Ультразвуковая пайка

Необходимым условием получения качественных паяных соединений является обеспечение физического контакта между паяемым металлом и припоем.

При пайке наличие окисных пленок на поверхности припоя и паяемого металла препятствует возникновению такого контакта. Структура, толщина и прочность связи окисных пленок с металлом зависит от свойств металла и от условий образования окислов. В обычных условиях на поверхности металлов образуются окисные пленки толщиной от нескольких десятков до сотен ангстрем. При нагреве под пайку без достаточной защиты происходит интенсивный рост слоя окислов. Для удаления окисных пленок и предотвращения их образования при пайке используют способы: механические, физические, химические и физико-химические. При двух первых способах удаление окисных пленок проводится непосредственным механическим или физическим воздействием под слоем жидкого припоя, который защищает очищенную поверхность паяемого металла от воздействия воздуха, смачивает и вступает с ним в физико-химическое взаимодействие. В этом случае сначала производят облуживание паяемой поверхности легкоплавким припоем, а затем осуществляют собственно пайку по облуженной поверхности путем прижима и нагрева до полного расплавления слоя полуды.

Использование для облуживания слабоокисляющихся припоев позволяет последующую пайку вести на воздухе без флюса. К способам с физическим удалением окисной пленки относится ультразвуковая пайка. Ультразвуковыми называются упругие колебания с частотой более 20 кГц. Получают их с помощью специальных генераторов, которые ток низкой частоты преобразуют в ток ультразвуковой частоты, последний подается на излучатель, являющийся источником упругих продольных ультразвуковых колебаний. В качестве таких источников используют магнитострикционные и электрострикционные (пьезоэлектрические) излучатели, в которых УЗК, возникают в результате способности некоторых веществ под действием магнитного (магнитострикционные) или электрического (электрострикционные) полей изменять свои размеры.

Магнитострикционным эффектом обладают некоторые сплавы на основе никеля и железа (инвар - 36% никеля, 64% железа; монель – 68% никеля, 32% кобальта; пермаллой – 45% никеля; 55% железа; пермендур – 50% никеля, 50% кобальта и др.).

Электрострикционным эффектом обладают кристаллы кварца, сегнетовой соли, титаната бария и др.

Для пайки обычно используют магнитострикционные излучатели, так как они могут работать при сравнительно высоких температурах. Так излучатели из пермендура могут работать при температуре до 400 °С. Удаление окисных пленок с помощью УЗК происходит благодаря явлению кавитации, возникающему в жидком припое. Под действием упругих ультразвуковых колебаний в жидкости возникают продольные волны, вызывающие в определенных точках переменное сжатие и растяжение. Если при растяжении жидкости гидростатическое давление в ней упадет ниже давления насыщенного пара, то в жидкости образуются разрывы или кавитационные пузырьки. Под действием сжимающего давления при изменении фазы колебания и под действием сил поверхностного натяжения разрывы или пузырьки захлопываются, что может сопровождаться явлениями, подобными взрыву. Местные давления в жидкости в этот момент достигают сотен атмосфер, образуются сильные ударные волны, способные разрушать поверхность твердых тел. Интенсивность разрушения возрастает с увеличением плотности жидкости и с уменьшением частоты колебаний. При пайке обычно применяют УЗК с частотой от 16 до 25 кГц. В настоящее время для ультразвуковой пайки применяют:

1. ультразвуковые паяльники, которые создают ультразвуковые колебания в расплаве припоя, нанесенного на основной металл;

2. ультразвуковые ванны, в которых облуживание производится погружением.

Применение ультразвукового лужения ограничено габаритами изделия и сравнительно низкой предельной температурой действия источников УЗК (Т_max=400 °С).

Этот способ нашел применение при пайке алюминия и его сплавов легкоплавкими припоями, для которых до сих пор нет достаточно эффективных способов химического удаления окисной пленки, а также для некоторых неметаллических материалов. Ультразвуковое лужение возможно также для низколегированных сталей и медных сплавов, но практически не используется из-за имеющихся более эффективных способов пайки.