Сварка и пайка реферат

Обновлено: 02.07.2024

Пайка является одним из древнейших процессов обработки металлов. Уже в первых дошедших до нас письменных свидетельствах о ремеслах упоминается о пайке. До конца XIX столетия пайка наряду с кузнечной сваркой была основным способом соединения металлов с применением нагрева. С появлением в конце XIX столетия электрических методов сварки, разработанных русскими инженерами Н. Н. Бенардосом (1842—1905) и Н. Г. Славяновым (1854—1897), интерес к высокотемпературной пайке резко ослабел, и научно-технический прогресс того времени практически не затронул пайку,, которая оставалась на уровне ремесла до тридцатых годов нашего столетия. Лишь с развитием таких новых отраслей, как самолетостроение, моторостроение, ракетостроение, радиоэлектроника, атомная техника, когда с применением сварки оказалось трудно, а в отдельных случаях невозможно решить многие технические задачи, научная мысль вновь обратилась к пайке. В наше время, когда бурными темпами развивается научно-техническая революция, когда происходит все растущее воздействие науки и техники на все стороны жизни, интерес к пайке с каждым годом возрастает.

Пайка, являясь универсальным способом соединения материалов, позволяет:

1. Соединять металлы в любом сочетании.

2. Соединять металлы в любом температурном интервале начиная от комнатной до температуры плавления паяемого металла.

3. Соединять металлы с неметаллическими материалами.

4. Получать соединения без внутренних напряжений и без коробления изделий.

5. Получать легко разъемные паяные соединения.

6. Выдерживать более точно размеры и форму изделий, что достигается отсутствием оплавления основного металла в зоне соединения.

7. Паять одновременно (за один прием) большое число изделий и, таким образом, наиболее полно отвечать условиям массового производства.

8. Обеспечивать высокую культуру производства при полной механизации и автоматизации технологического цикла получения паяного изделия.

Эти преимущества объясняют причину развертывания в технически развитых странах исследований в области пайки и увеличения числа изобретений по сравнению со сваркой.

1. ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ПАЙКИ

Пайкой называется технологический процесс соединения металлических заготовок без их расплавления посредством введения между ними расплавленного промежуточного металла-припоя. Припой имеет температуру плавления более низкую, чем температура соединяемых металлов, и заполняет зазор между соединяемыми поверхностями за счет действия капиллярных сил. При охлаждении припой кристаллизуется и образует прочную связь между заготовками. В процессе пайки наряду с нагревом необходимо удаление окисных пленок с поверхности паяемых металлов.

Образование соединения без расплавления кромок обеспечивает возможность распая, т. е. разъединения паяемых заготовок без нарушения исходных размеров и формы элементов конструкции.

Качество паяного шва во многом зависит от прочности связи припоя с металлом основы. В результате смачивания твердой металлической поверхности между припоем и основным металлом возникает межатомная связь. Эта связь может образоваться при растворении металла основы в расплавленом припое с образованием жидкого раствора, распадающегося при последующей кристаллизации; за счет диффузии составляющих припой элементов в основной твердый металл с образованием твердого раствора; за счет реактивной диффузии между припоем и основным металлом с образованием на границе интерметаллических соединений; за счет бездиффузионной связи в результате межатомного взоимодействия.

Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов:

А) Предварительная подготовка паяемых соединений;

Б) Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей;

В) Удаление окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса;

Г) Введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя;

Д) Взаимодействие между паяемыми деталями и припоем;

Е) Кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми деталями;

Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы. В качестве припоя используются чистые металлы (они плавятся при строго фиксированной температуре) и их сплавы (они плавятся в определенном интервале температур).

где t₁ – температура начала плавления материала детали

t₂ – температура нагрева детали при пайке;

t₃ – температура плавления припоя;

t_{4 –} рабочая температура паянного соединения;

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ ПАЙКИ

Для осуществления пайки прежде всего необходимы припой его физический контакт с паяемым металлом в жидком состоянии и физико-химическое взаимодействие между ними при заполнена зазора в процессе нагрева по термическому циклу с последующее: кристаллизацией паяного шва. В соответствии с этим классификационными признаками первой группы способов пайки (СП1 являются метод получения и полнота расплавления припоя, cnocol заполнения паяльного зазора припоем и условия кристаллизации] паяного шва.

Припой может быть изготовлен заранее (готовый припой), г может образоваться в процессе пайки в результате контактно реактивного плавления (контактно-реактивный припой), контактного твердогазового плавления (контактный твердогазовый при пой), в результате высаживания жидкого металла из компоненте! флюса (реактивно-флюсовый припой). В соответствии с этим различают контактно-реактивную пайку, контактную твердогазовую пайку и реактивно-флюсовую пайку.

Появление в технике крупногабаритных тонкостенных узлов с большой площадью пайки все более затрудняло возможность сборки деталей с равномерными капиллярными зазорами между криволинейными поверхностями, что приводило к развитию непро- 1 паев, снижению высоты поднятия припоя в зазорах (вертикальных и наклонных) и др. В связи с этим получила развитие композиционная пайка — пайка с композиционным припоем, состоящим из наполнителя и легкоплавкой составляющей, в частности, металло-керамическим припоем.

По характеру затекания припоя в зазор различают капиллярную (ширина зазора 1 2 3 4

Паяное соединение неоднородно по строению и составу. Паяный шов включают в себя спаи, диффузионные зоны и место припоя кристаллизовавшегося в зазоре между деталями с прикристаллизованными ионами.

Спай – переходный слой, образующийся в результате вследствие физико- химического взаимодействия расплавленного припоя с паяемым металлом.

Контактная поверхность плавится в результате теплообмена с припоем.

Диффузионная зона – результат взаимной диффузии припоя и паяемого металла.

Прикристаллизованная зона – результат концентрирования в области спая тугоплавких компонентов при кристаллизации расплава.

Прочностные характеристики паяного соединения определяется возникновением химических связей между пограничными слоями припоя и паяемого металла (адгезией), а также сцеплением частиц внутри припоя или паяемого металла между собой (когезией).

Особенности процесса кристаллизации вызваны:

. Малым зазором (0,05…0,07 мм) между деталями;

. Различием химических составов припоя и паяемого металла;

. Кратковременностью физико-химических взаимодействий между соединяемыми металлами расплавом припоя и газовой средой.

Вследствие малого зазора, в процессе пайки между деталями образуется незначительное количество жидкого припоя, активно взаимодействующего с паяемыми металлами. В жидкий припой, вследствие диффузии, попадают примеси, а в металл переходят некоторые компоненты припоя. Изменение жидкой фазы приводит к изменению структуры металла шва и температуры кристаллизации.

Кристаллизацию шва рассматривают как двустороннее, направленное к центру, заращивание зазора. Характер кристаллизации определяется скоростью остывания и величиной зазора.

При пайке получают соединения с межатомными связями с помощью нагрева их до температуры ниже температуры их автономного плавления, смачиванием поверхностей расплавом припоя с дальнейшим затеканием его в зазор и кристаллизацией. При этом имеет место взаимодействие:

Паяемый материал- расплав припоя – расплав флюса при температуре ниже плавления паяемых материалов.

2. Технология пайки

Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов:

A. Предварительная подготовка паяемых соединений;

B. Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей;

C. Удаление окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса;

D. Введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя;

E. Взаимодействие между паяемыми деталями и припоем;

F. Кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми деталями;

Разница между температурами начала плавления и полного расплавления называется интервалом кристаллизации. При осуществлении процесса пайки необходимо выполнение температурного условия: t1 > t2 > t3 > t4 где t1 – температура начала плавления материала детали t2 – температура нагрева детали при пайке; t3 – температура плавления припоя; t4 – рабочая температура паянного соединения;

Флюсы применяются для удаления окисной пленки с поверхности основного металла и припоя, а также для недопущения окисления при пайке. Флюсы могут быть: a) Твердыми: b) Жидкими; c) Пастообразными;

В процессе нагревания соединяемых металлов твердый флюс плавится, смачивает поверхности деталей и припоя и взаимодействует с окисной пленкой.

Флюс должен взаимодействовать с окисной плёнкой прежде, чем расплавится припой.

Флюсы могут содержать вещества, которые:

. Вступают во взаимодействие с окисной пленкой, образуя шлаки, легко растворимые во флюсы;

. Растворяют окисную пленку

. Вступают в реакцию замещения с окислами труднопаяемого металла и образуют оксиды легкорастворимые во флюсе.

Флюсы классифицируют по признакам:

- температурному интервалу пайки на низкотемпературные

- Природе растворителя на водные и неводные;

- Природе активатора на канифольные, галогенидные, фтороборатные, анилиновые, кислотные и т.д.;

- По агрегатному состоянию на твердые, жидкие и пастообразные

Для низкотемпературной пайки меди используют канифоль.

Канифоль - твёрдое стекловидно6е вещество с температурой плавления 1250С, получаемое из сосновой смолы. Флюсовый эффект связан с содержанием в ней абиетиновой кислоты, растворяющей окислы меди. При температуре 300-4000С канифоль разлагается с выделением углерода и водорода. Вследствие этого окислы меди интенсивно восстанавливаются.

Припоями называются металлы и их сплавы, применяемые для пайки и лужения (лужение- процесс нанесения на паяемые детали тонкого слоя припоя для улучшения смачиваемости деталей при пайке) и имеющие температуры плавления паяемых металлов.

Припои должны отвечать следующим требованиям:

- Обладать высокой жидкотекучестью и смачивающей способностью;

- Интенсивно проникать в зазор между деталями;

- Обеспечивать прочную связь металлов в зоне спая при статических и знакопеременных нагрузках;

- Иметь высокую коррозийную стойкость.

Припои классифицируют по следующим признакам: a) Химическому составу; b) Температуре плавления; c) Технологическим свойствам;

По химическому составу припои делятся на свинцово-оловянные, серебряные, медно-фосфорные, цинковые, титановые и др.

По температуре плавления делятся на низкотемпературные t4500C.

По техническим свойствам делятся на самофлюсующиеся (частично удаляют окислы с поверхности металла) и композиционные (состоят из тугоплавких и легкоплавких порошков, позволяющих производить пайку с большими зазорами между деталями).

Применение различных типов припоев:

Свинцовые припои с содержанием серебра до 3% имеют термостойкость, чем свинцово-оловянистые и применяются при пайке медных и латунных деталей, работающих при температуре до1500С.

Серебряные припои с медью и цинком применяются при высокотемпературной пайке стали, меди и её сплавов. Они обладают повышенной тепло- и электропроводностью и высокой пластичностью, прочностью и коррозионной устойчивостью.

Медно-фосфорные припои применяются как заменители серебряных припоев при пайке стали и меди. Они обладают высокой жидкотекучестью и самофлюсующимися свойствами. Швы прочные, но не эластичные в условиях низких температур.

Для высокотемпературной пайки стали и меди также применяются также медно- цинковые припои. Стали можно паять чистой медью и сплавами на основе никеля.

4.1 Пример припоя

Для низкотемпературной пайки широко используются свинцово- оловянистые припои, обладающие высокими технологическими свойствами и обеспечивающие высокую прочность и коррозионную стойкость соединения.

5.Подготовка деталей к пайке и пайка.

1. Механическая обработка (подгонка деталей друг к другу и создание шероховатости с помощью шкурки)

2. Обезжиривание поверхностей, подготавливаемых для пайки (едким натром (5-10 г/л), углекислым натрием (15-30г/л), тирнатрийфосфатом (30-60 г/л), эмульгатор ОП-7 (0,5 г/л)). Детали в растворе выдерживают при температуре 50-600С в течение 15-20 минут. После обработки щелочью детали последовательно промывают горячей и холодной водой, а затем сушат.

3. Нагрев и пайка осуществляется паяльником, паяльными клещами, газовым пламенем, в печах, током ВЧ, электронным или лазерным лучом (паяльником можно паять только тонкостенные детали при температуре до 3500С).

Та прочность, которая достигается при соединении деталей твердым припоем, для многих целей является недостаточной. Поэтому детали из одинаковых или подобных материалов сваривают вместе, добавляя вспомогательный материал или без него. Полученное таким приемом соединение является неразъемным.

а) Газовая сварка. Для нее применяется сварочная горелка, работающая в большинстве случаев на ацетилене и кислороде. Не так давно для лабораторий выпущен небольшой генератор ацетилена с емкостью около 1 кг карбида, кроме того, в продаже имеются небольшие стальные баллоны с ацетиленом, обеспечивающие еще более чистое выполнение работ. Установка пригодна, между прочим, и для многих жестяных работ. Она не требует наличия каких-либо особых знаний или приготовлений, дешева в изготовлении и в эксплуатации.

При сварке поступают следующим образом: после выбора соответствующей горелки прежде всего закрывают краны горелки. Вслед за этим открывают ацетиленовый кран на генераторе или на стальном баллоне, а затем -- кислородный кран. После этого несколько приоткрывают ацетиленовый кран на горелке, зажигают вытекающий из него газ и поворачивают кислородный кран на горелке, открывая его до тех пор, пока у выхода горелки не возникает маленький острый конус пламени. Теперь горелка готова к работе. Свариваемую деталь сначала обрабатывают на некотором расстоянии вокруг места сварки, после чего легким прикосновением конуса пламени начинают расплавлять шов и, добавляя материал в виде сварочной проволоки, постепенно заполняют весь шов целиком. Чтобы приобрести некоторую уверенность в этих работах, начинающим следует попросить опытного сварщика показать им все операции сварки.

Этим способом могут быть сварены почти все железосодержащие материалы.

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого (ГОСТ 2601-84). Различают два вида сварки: сварку плавлением и сварку давлением.

Сущность сварки состоит в том, что металл по кромкам свариваемых частей оплавляется под действием теплоты источника нагрева. Сущность сварки давлением состоит в пластическом деформировании металла по кромкам свариваемых частей путем их сжатия под нагрузкой при температуре ниже температуры плавления.

К сварке плавлением относится также газовая сварка, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки

(ГОСТ 2601-84). Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда началось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена.

Газовая сварка применяется во многих отраслях промышленности при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали, сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни и других цветных металлов и их сплавов. Разновидностью газопламенной обработки является газотермическая резка, которая широко применяется при выполнении заготовительных операций при раскрое металла. Контактная сварка занимает ведущее место среди механизированных способов сварки. Особенность контактной сварки – высокая скорость нагрева и получение сварного шва, это создает условия применения высокопроизводительных поточных и автоматических линий сборки узлов автомобилей, отопительных радиаторов, элементов приборов и радиосистем.

Сварку плавлением в зависимости от различных способов, характера источников нагрева и расплавления свариваемых кромок деталей можно условно разделить на следующие основные виды:

- электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга;

- электрическая сварка, где источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток;

- электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление металла производится потоком электронов;

- лазерная, при которой нагрев и расплавление металла происходит сфокусированным мощным лучом микрочастиц – фотонов;

- газовая, при которой нагрев и расплавление металла происходит за счет тепла пламени газовой горелки.

Контактная поверхность плавится в результате теплообмена с припоем.

Диффузионная зона – результат взаимной диффузии припоя и паяемого металла.

Особенности процесса кристаллизации вызваны:

. Малым зазором (0,05…0,07 мм) между деталями;

. Различием химических составов припоя и паяемого металла;

Паяемый материал- расплав припоя – расплав флюса при температуре ниже плавления паяемых материалов.

Контактная поверхность плавится в результате теплообмена с припоем.

Диффузионная зона – результат взаимной диффузии припоя и паяемого металла.

Особенности процесса кристаллизации вызваны:

Малым зазором (0,05…0,07 мм) между деталями;
Различием химических составов припоя и паяемого металла;
Кратковременностью физико-химических взаимодействий между соединяемыми металлами расплавом припоя и газовой средой.

Паяемый материал- расплав припоя – расплав флюса при температуре ниже плавления паяемых материалов.

Технология пайки изделий при подготовке производства

. осуществления пайки, прежде всего, необходимы припой, его физический контакт с паяемым металлом в жидком состоянии и физико-химическое взаимодействие между ними при заполнении зазора в процессе нагрева по термическому циклу с последующей кристаллизацией .

2. Технология пайки

Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов:

A. Предварительная подготовка паяемых соединений;
B. Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей;
C. Удаление окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса;
D. Введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя;
E. Взаимодействие между паяемыми деталями и припоем;
F. Кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми деталями;
Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы. В качестве припоя используются чистые металлы (они плавятся при строго фиксированной температуре) и их сплавы (они плавятся в определенном интервале температур).

В процессе нагревания соединяемых металлов твердый флюс плавится, смачивает поверхности деталей и припоя и взаимодействует с окисной пленкой.

Флюс должен взаимодействовать с окисной плёнкой прежде, чем расплавится припой.

Флюсы могут содержать вещества, которые:

Вступают во взаимодействие с окисной пленкой, образуя шлаки, легко растворимые во флюсы;
Растворяют окисную пленку
Вступают в реакцию замещения с окислами труднопаяемого металла и образуют оксиды легкорастворимые во флюсе.

Флюсы классифицируют по признакам:

температурному интервалу пайки на низкотемпературные

Природе растворителя на водные и неводные;
Природе активатора на канифольные, галогенидные, фтороборатные, анилиновые, кислотные и т.д.;
По агрегатному состоянию на твердые, жидкие и пастообразные

Для низкотемпературной пайки меди используют канифоль.

Канифоль — твёрдое стекловидно6е вещество с температурой плавления 1250С, получаемое из сосновой смолы. Флюсовый эффект связан с содержанием в ней абиетиновой кислоты, растворяющей окислы меди. При температуре 300-4000С канифоль разлагается с выделением углерода и водорода. Вследствие этого окислы меди интенсивно восстанавливаются.

Припои должны отвечать следующим требованиям:

Обладать высокой жидкотекучестью и смачивающей способностью;
Интенсивно проникать в зазор между деталями;
Обеспечивать прочную связь металлов в зоне спая при статических и знакопеременных нагрузках;
Иметь высокую коррозийную стойкость.

Особенности пайки металлов

. металла, определенные для данного припоя температура плавления и величина температурного интервала кристаллизации. В зависимости от температуры плавления и прочности применяемых припоев различают пайку мягкими припоями (мягкую) и пайку твердыми припоями (твердую). Пайка мягкими припоями При пайке мягкими припоями используют припои .

По химическому составу припои делятся на свинцово-оловянные, серебряные, медно-фосфорные, цинковые, титановые и др.

По температуре плавления делятся на низкотемпературные t4500C.

Применение различных типов припоев:

4.1 Пример припоя

5.Подготовка деталей к пайке и пайка.

1. Механическая обработка (подгонка деталей друг к другу и создание шероховатости с помощью шкурки)

Детали в растворе выдерживают при температуре 50-600С в течение 15-20 минут. После обработки щелочью детали последовательно промывают горячей и холодной водой, а затем сушат.

Сварка цветных металлов и сплавов

. сварки химически активных металлов (высоколегированные стали и цветные металлы). В среде защитных газов применяется ручная и механизированная сварка неплавящимся электродом, а также автоматическая и . усилие осадки и детали свариваются. Время сварки в зависимости от толщины и вида сварочного . и атомами паров металлов приводит к их ионизации. В результате дуговой промежуток становится электропроводным и .

При сварке поступают следующим образом: после выбора соответствующей горелки прежде всего закрывают краны горелки. Вслед за этим открывают ацетиленовый кран на генераторе или на стальном баллоне, а затем — кислородный кран. После этого несколько приоткрывают ацетиленовый кран на горелке, зажигают вытекающий из него газ и поворачивают кислородный кран на горелке, открывая его до тех пор, пока у выхода горелки не возникает маленький острый конус пламени. Теперь горелка готова к работе. Свариваемую деталь сначала обрабатывают на некотором расстоянии вокруг места сварки, после чего легким прикосновением конуса пламени начинают расплавлять шов и, добавляя материал в виде сварочной проволоки, постепенно заполняют весь шов целиком. Чтобы приобрести некоторую уверенность в этих работах, начинающим следует попросить опытного сварщика показать им все операции сварки.

Этим способом могут быть сварены почти все железосодержащие материалы.

Различают два вида сварки: сварку плавлением и сварку давлением.

Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда началось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена.

электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга;
электрическая сварка, где источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток;
электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление металла производится потоком электронов;
лазерная, при которой нагрев и расплавление металла происходит сфокусированным мощным лучом микрочастиц – фотонов;
газовая, при которой нагрев и расплавление металла происходит за счет тепла пламени газовой горелки.

Примеры похожих учебных работ

Восстановление деталей сваркой и наплавкой

. процесс восстановления деталей сваркой и наплавкой состоит из трех этапов: подготовки к сварке (наплавке), сварки (наплавки) и термообработки для снятия внутренних напряжений и улучшения свойств детали. Подготовка к сварке (наплавке) состоит .

Восстановление деталей сваркой и наплавкой (2)

. способ заварки неразделанных трещин поперечными швами. Поперечный сварочный шов, остывая, стягивает трещину так плотно, что трещина становится водонепроницаемой при давлении воды до 2943-102 Па. Для сварки и наплавки .

Принципы и приборы аргонной сварки

. инертных газовGTAW - Gas Tungsten Arc Welding - газовая дуговая сварка вольфрамом Общие характеристики аргонно-дуговой сварки Аргон практически не вступает в химические взаимодействия с расплавленным металлом и .

Особенности пайки металлов

. Активированные флюсы на основе канифоли применяют для пайки металлов и сплавов, плохо поддающихся пайке с канифолевым флюсом; они также ускоряют процесс пайки меди и медных сплавов. В качестве .

« Специальные методы сварки

. последующей кристаллизации ; за счет диффузии составляющих припой элементов в основной твердый металл с образованием твердого . др. В связи с этим получила развитие композиционная пайка — пайка с композиционным припоем, состоящим из наполнителя и .

Читайте также: