|
| |
|
Слаботочка Книги гием капиллярной и гравитационной сил: =--А-Хг, (33) откуда следует, что ( о)тах = а nj-и а = р = 0. При а -}- р = 90° о = 0. Из соотношения (33) в результате замены константы А на cos Р и деления переменных имеем: где и - ордината галтели; v - абсцисса галтели; А - константа инте-гриросания; а - капиллярная константа, связанная с поверхностным натяжением припоя а и его плотностью зависимостью dv = /-(cos,--;;!) du. При равновесной форме жидкости граничные условия следующие: и=0 и = О при у- оо, А = 1. Для расплава припоя в равновесном состоянии граничные условия следующие: и = О и -- = - Ig р при v= Vq (рис. 26, а) А = cos р. Уравнение (33) при этом значении константы интегрировапня в элементарных функциях не выражается, но приводится к эллиптическим интеграла.м, численные значения которых табулированы. Согласно рис. 26, а при у = О U = о и -Х7 ~ - (35) Проинтегрировав левую и преобразовав правую части равенства (35), введем новую переменную ф, связанную с и следующим соотношением: cos р--= (1 -4- cos р) sin2 ф - 1. (36) Зависимость, определяющая значения ординат точек поверхности галтели, имеет вид: ных значениях и. du dv   и при А = = cos Р зависимость (33) определяет - а {/ cos Р - sin а, (34) О 0,2 О,* 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 V Рис. 26. Форма галтели паяного соединения: а - в таврово.м соединении; 6 - при различных краевых углах смачивания; 1 - О; 2 - 10°; 3 - 20°; 4 - 30°; 5 - 40 ; 6 - 45= где выражения 1 - k sin ф и у 1 - ks\n~q>i представляют собой неполные эллиптические интегралы второго рода, а y\-k sin2 ф J l/ 1 - /г2 sin2 ф - неполные эллиптические интегралы первого рода, численные значения которых табулированы в зависимости от параметров ф и /е: <Ро = arccos cos 6 - sin а 1 i- cos р (38) (39) Значения ординат точек поверхности галтели получим из уравнений (36) и (39): и = \/ 2ak CCS ф. (40) При расчете контура поверхности галтели вычисляем параметры а, р и а; Фо и определяем из (38) и (39). По таблицам эллиптических интегралов находят значения J Kr=FsIn2 ф и О С[ф 11 - ;2 5ш2ф соответствующие параметрам фо и k. Задаваясь значениями ф в интервале от Фо до 90°, по таблицам эллиптических интегралов находим значения Ф V ~ kr sin- ф d{f и d(f соответствующие параметрам ф и ft. Подставив значения интегралов и параметров ф и /е в уравнения (37) и (40), получим искомые координаты галтели у и и. Контуры галтелей, рассчитанные по формулам (37) и (40) при условии, что а = Р, а = 1 представлены на рис. 26, б. Поскольку а и у зависят от а линейно, то их значения при а =1= \ находим путем умножения значений, представленных на рис. 26, б, на а. Определение количества припоя, необходимого для формирования полной галтели, находим из соотношения udv. (41) где F - площадь поперечного сечения галтели. Подставив в значения и (40) и dv (37), дифференцируя по ф, а также приняв новые пределы интегрирования, получим F = аЧ JJ-2Fin2 q)) cos£ 1 - ft2 sin2 ф После интегрирования F = 0,5а2 (cos а - sin р). dip. (42) (43) Значения параметров и, а, Р, а, полученные экспериментально на меди с применением различных припоев и флюса № 209 при температуре (800 ± 10) °С и выдержке 5 мин, приведены в табл. 6. Нулевое значение угла Р связано с условиями эксперимента. 6. Значения капиллярной константы а и краевого угла смачивания различных припоев
 Основы фнзнко-химических процессов пайки Процессы формирования паяного соединения Применение расчетных методов оценки галтелей при проектировании изделия позволяет обеспечить формирование полных галтелей при минимальном расходе припоя. Влияние состава припоя и газовой среды в камере пайки на свойства паяных соединений. Изменение свойств паяемого металла происходит не только под влиянием иагрева и взаимодействия с расплавом припоя, но и под действием газовой среды, находящейся в камере пайки. Влия!!ие газовых сред особенно заметно проявляется, когда паяемый металл активно взаи.модей-ствует с газовыми средами. Из конструкционных материалов, применяемых в паяных изделиях, таким свойством обладают титан и сплавы па его основе. Взаимодействие титана с кислородом в атмосферных условиях протекает уже при 20 °С. По мере повышения температуры интенсивность окисления возрастает. При достижении 450 °С параллельно с окислением идет процесс проникновения кислорода в кристаллическую решетку титана и образование газонасыщенного слоя, представляющего собой твердый раствор газа Б металле. При температуре ьыше 600 °С кислород активно диффундирует в титан. Наличие газов в кристаллической решетке титана приводит к ее искажению, являющемуся причиной уменьшения пластических свойств материала. Высокотемпературный нагрев титана на воздухе, а также в среде кислорода приводит к появлению на его поверхности окалины, состоящей глав-iibiM образом из рутила. При окислении титана в парах воды при 800-1200 °С окисная пленка состоит только из фазы ТЮг в модификации рутила; фаз TigOg и ТЮ не обнаруживается. Таким образом, в образовании поверхностных пленок на титане основная рюль отводится кислороду и водяному пару. Из других атмосферных газов в образовании поверхностных пленок на титане при высоких температурах большое значение Hiieer азот. При окислении титана на воздухе азот в составе окалины обнаруживается начиная с температуры 900 С. Отме- чается, что наличие азота в решетке рутила приводит к образованию дырчатой структуры, облегчающей диффузию кислорода в объеме okhchoii пленки. Значения толщин окисных пленок, образующихся при окислении титана ВТ1 на воздухе, приведены в табл. 7. 7. Значения то.пщин окисных пленок при окислении ВТ1 на воздухе, мм Темпе- Время выдержки, ч
Температура. Время выдержки, ч ЯОО 900 1000 0,00.т 0,075 0,25 0,017 0.10 0.30 0,029 0,25 Панку титановых сплавов производят при те-мпературе около 1000 °С, поэтому при наличии окислительной атмосферы взаимодействие кислорода с титаном в процессе пайки протекает с большой интенсивностью. Удаление окисных пленок при пайке титана фактически обеспечивается путем регулирования соотношения скоростей окисления и растворения окислов в паяемо-м металле и в конечно.м итоге достигается за счет применения среды с парциальным давлением кислорода, при котором скорость растворения пленки больше, чем скорость ее роста. Применение аргона или вакуума при панке титана не изменяет механические свойства содинений, выполненных припоями на основе серебра, а также припоями систем титан-никель, титан-никель-медь, титан-никель-кобальт и др. Однако в отдельных случаях применение вакуума приводит к лучшим результатам по сравнению с аргоном. Например, при пайке титана припоем на основе алюминия в вакууме с остаточным давлением 0,133 Г1а растекание лучше, чем в атмосфере аргона. При пайке титана с повышенным содержанием водорода в вакууме достигается не только улучшение условий пайки, но и обезводороживание паяемого металла. В связи с этим утвердилось мнение о предпочтительности вакуума перед нейтральными газами даже в тех стучаях, когда не удается создать высокой степени разрежения, как это имеет место, например при пайке крупногабаритных изделий в печах с использованием механических вакуумных насосов. Применение низкого вакуума с повышенным содержанием примесей приводит к у.мень-шению пластичности металла, что становится особенно опасным при пайке тонколистовых конструкций. В этом случае использование вместо вакуума аргона может снизить содержание примесей. Поэтому, если необходимо .максимальное сохранение пластичности титана, то, несмотря на удовлетворительное протекание процесса пайки в вакууме, вопрос предпочтительности вакуу.ма или аргона следует решать с учетом содержащихся в них вредных при.месей. При сравнении содержания кислорода в вакууме и аргоне имеем О. = W Ог о! -парциальное давление кислорода соответственно в вакууме и аргоне; Cq, с - концентрация кислорода соответственно в воздухе ц аргоне при нормальных условиях; Pv и - остаточное давление вакуума и давление аргона при пайке. Обозначим V.il/Po,- (44) Этой величиной удобно оценивать преимущества одной среды перед другой по содержанию в них вредных примесей. Условие предпочтительности аргона перед вакуумом, вакуума перед аргонои, а также условие равноценности этих сред по содержанию 8 них кислорода запишется соответственно 0.<U /(о>1; Л =1. При с = 0,21 %, а также при использовании аргона марки А по ГОСТ 10157-79, концентрация кислорода в котором составляет 0,00003%, выражение (44) при.мет вид О.=-143.10-(р,/р.). Эта зависимость графически показана на рис. 27, где в качестве осей координат приняты величины рд Pv, о представлен серией наклонных линий. Из графика видно, что если в зоне пайки создать вакуум с остаточным давлением 1,33 Па или   TO\7JJ,/7a Рис. 27. Зависимость коэффициента к. от давления аргона и степени разрежения в камере паГти подвести аргон, давление которого составляет 0,1 МПа, то Kq = 10. Следовательно, парциальное давление кислорода в аргоне в 10 раз выше, чем в вакууме, и применение вакуума в этом случае предпочтительнее аргона. Если же в камере пайки создать вакуум с остаточным давлением 133 Па или подвести аргон, давление которого, как и в первом случае, равно 0,1 МПа, то Kq - 0,1 и применение аргона будет более предпочтительным. Линия, соответствующая Kq = 1, разделяет график на две зоны. Выше этой линии находится область, где предпочтительнее использовать аргон, ниже - область предпочтительного использования вакуума. Для оценки влияния содержания паров воды получена зависимость KiiQ= 1,43-10-  Основы физико-химических процессов пайки Процессы формирования паяного соединения которая установлена при условии, что температура в камере пайки при применении вакууме в исходном состоянии составила 25 С, а концентрация водяных паров при этой температуре равна 21 г/м. Содержание паров воды в аргоне взято равным 0,03 г/м. Значения /Cj Q представлены на рис. 27 теми же линиями, что и Kq, но смещены на порядок. В зависимости от характера взаимодействия металлов при образовании спая и, следовательно, от направленности изменения свойств взаимодействующих металлов может резко изменяться прочность паяемого металла под действием расплавленного припоя. Наименьшие изменения наблюдаются в случае взаимодействия металлов, расположенных рядом в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и образующих непрерывные твердые растворы. Изменение механических свойств ограниченных твердых pacTi о-ров примерно обратно пропорционально предельной растворимости. Значения предельной растворимости компонентов припоев в титане приведены в табл. 8, там же указаны ннте);-металлиды, образующиеся в системах этих металлов с титаном, и их температуры плавления. Ввиду того, что при 20 С растворимость компонентов припоев в ot-Ti значительно ниже предельной, указанной в табл. 8, после пайки припоями, содержащими никель, кобальт, марганец, получить структуру, состоящую из твердого раствора, можно лишь в случае применения весьма продолжительных выдержек и при тол- 8. Растворимость металлов в титане и составы интерметаллидов, образующихся при их взаимодействии
щиие паяемого материала, которая позволяет рассматривать диффузию компонентов припоя в решетку титана как в бесконечное пространство. В большинстве встречающихся на практике случаев образующаяся при диффузионной пайке структура шва двухфазная; твердый раствор a-Ti и интерметаллидные включения. Изменение механических свойств сплавов, имеющих в своем составе интер-металлиды, зависит от особенностей выделения второй фазы и характера дисперсионного механизма упрочнения. В результате дисперсных выделений может иметь место как упрочне-нение, так и разупрочнение сплава. Выделение небольшого количества второй фазы в мелкодисперсном состоянии сопровождается повышением прочности и уменьшением пластичности. Вторая фаза в этом случае вносит искажения в кристаллическую решетку металла. Увеличение количества выделяющейся избыточной фазы может послужить причиной резкого уменьшения пластических и прочностных свойств, если эта фаза выделяется в виде сетчатого каркаса. Менее опасны интерметалл иды в случае их выделения в виде сосредоточенных включений. Уменьшение количества выпадающих Интерметаллических включений, а следовательно, и снижение охрупчивания титана могут быть достигнуты за счет различных приемов. Из них для пайки представляют интерес два: выбор компонентов припоя, которые имеют увеличенную растворимость в a-Ti; использование в качестве припоя многокомпонентных композиций, позволяющих при таком же количестве припоя, вводимого в зону пайки, как и в случае однокомпонёнтного припоя, уменьшить степень пересыщения При применении в качестве припоя многокомпонентных композиций, например при пайке титанового сплава UT4 (ГОСТ 19807-74*), наибольшая прочность наблюдается при голщине медного слоя 8 мкм, а никелевого п т. е. при содержании в риа . 80% Си и 20% Ni С ростом толщины покрытия в диффузионной зоне увеличивается количество интерметаллида TigCu. Увеличением количества интерметаллидов и напряженностью решетки титана объясняется падение его пластичности по мере увеличения толщины покрытия. Исследование влияния условий пайки и компонентного состава припоев на свойства паяных соединений сви- Толщина слоя Си, мкм ij- 1 О 5: 60 О 268/0 Толщина слоя Ni, мкм Рнс. 28. Механические свойства образцов из сплава 0Т4 в зависимости от то.чщины медно-никелевого покрытия: 1 - после выдержки 30 .мин при 1000 °С; 2 - после выдержки 2 ч при 1000 °С детельствует о том, что для обеспечения высокой прочности паяных изделий необходимо оптимальное сочетание компонентного состава паяемого металла и припоя, конструкции соединения, режима и условий пайки. Список литературы 1. Бакши О. А., Шрон Р. 3. Прочность при статическом растяжении сварных соединений с мягкой прослойкой. С арочное производство. 1962 № 5 с. 6-10. 2. Корнилов И. И., Матвеева Н. М., Пряхина Л. И. Металлохи-мические свойства элементов периодической системы Л1.: Наука. 1966. 351 с. 3. Кудииов В. В., Рыкалин Н. Н., Шоршоров М. X. К оценке энергетических условий образования соединения между расплавленными частицами и поверхностью твердого тела. - Физика и химия обработки материалов. 1968, № 4. с. 51 - 58. 4. Куфайкин А. Я. Особенности формирования паяных галтелей паяных соединений таврового типа. - В кн: Надежность и качество паяных изделий. Саратов 1982. 187 с. 1 2 3 4 5 [6] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||