Классификация сварки (1016822), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Преимущества флюсовой пайки - возможность осуществлять про­цесс в атмосфере, применять универсальное оборудование и инст­румент (газопламенные горелки, паяльники).

Недостатки флюсовой пайки - агрессивность ряда флюсов; не­возможность достаточно надежно удалять поверхностные оксиды не­которых металлов (например, оксиды титана); экологические про­блемы - загрязнение атмосферы и сточных вод. В этой связи пред­почтительной следует считать пайку без флюсов — в контролируе­мых атмосферах: в вакууме, аргоне, гелии.

В последнее время разрабатывают так называемые самофлюсую­щиеся припои, которые при высоких температурах пайки могут раст­ворять свои оксиды, отнимая этим самым кислород от оксидов, об­разовавшихся на поверхности металла. Такие припои содержат в ка­честве раскислителей бор, алюминий и другие активные элементы. Удалению оксидных пленок с поверхности металла содействует ультразвук (рис. 3.72), нарушающий их сплошность, и его часто ис­пользуют на производстве (например, при пайке алюминия ультра­звуковыми паяльниками). Магнитостриктор 2 паяльника, излучает колебания, передающиеся наконечнику 3. Возбужденные в расплав­ленном припое колеблющимся наконечником кавитационные пузырь­ки 5 эффективно разрушают оксидные пленки 6. Обмотка магнитостриктора подключается к высокочастотному генератору /, выраба­тывающему импульсы частотой 15-20 кГц. Нагревается наконечник спиралью 4, через которую пропускается электрический ток. При лу­жении наконечник располагается как можно ближе к детали, не ка­саясь ее. Облуженные таким образом детали можно паять обычным электрическим паяльником без флюса с применением оловянно-цинковых или оловянно-свинцовых припоев.

При изготовлении паяных изделий особенно важно качество сбор­ки под пайку, при которой обязательно должны быть сделаны зазоры

Рис. 3.72. Схема пайки ультразвуко­вым паяльником

д ля заполнения их жидким припоем. При широко применяемой так называемой капиллярной пайке используют способность жидкостей самопроизвольно подниматься в тонкие капилляры (трубочки) или плоские щели силами поверхностного натяжения при наличии сма­чивания жидкостью твердой поверхности. На рис. 3.73 приведена схема взаимодействия жидкости с твердой поверхностью щели или капилляра в зависимости от угла смачивания 8.

Если зазоры оставлены большие, то припой в них не затечет и получатся непропаи, т. е. низкого качества паяный шов. Если зазоры очень малы, то скорость проникновения в них жидкого металла так­же очень мала, и могут получиться непропаи. Таким образом, существуют оптимальные размеры зазоров, обеспечивающие хорошее качество паяных соединений. В производственных условиях особые трудности представляет сборка деталей изделия под пайку по опти­мальным зазорам, от чего зависит качество паяного изделия (проч­ность, электропроводимость, коррозионная стойкость). При пайке изделий, собранных с некапиллярным или неравномер­ным зазором, для удержания жидкой фазы припоя в зазоре и управле­ния растеканием его по поверхности используют композиционные при­пои, которые содержат наполнитель для образования в паяльном зазоре

системы капилляров. Такие припои получают, например, спеканием порошка или воло­кон тугоплавкого материала с последующей пропиткой жидкой легкоплавкой фазой (рис. 3.74).

Для соединения разно­родных металлов, например титана со сталью, алюминия с медью, применяется кон­тактно-реактивная пайка, при которой припой образу­ется в результате контактно-реактивного плавления. Она

основана на способности некоторых металлов образовывать в месте контакта сплавы (эвтектики или твердые растворы), температура плав­ления которых ниже температуры плавления любого из соединяемых металлов. Когда соединяемые металлы не образуют между собой по­добного типа сплавы или при пайке однородных металлов, используют промежуточную прослойку или наносят покрытие на соединяемые по­верхности напылением, гальваническим либо каким-то другим спосо­бом. Металл прослойки или покрытия подбирают так, чтобы он взаи­модействовал с каждым из соединяемых металлов, образуя более лег­коплавкие сплавы. К таким сплавам относятся эвтектики - твердые ра­створы с минимумом на диаграмме состояния (рис. 3.75).

Процесс контактного плавления начинается с образования физи­ческого контакта между соединяемыми поверхностями по активным центрам. В них в твердом состоянии происходит взаимная диффузия

металлов и непрерывное измене­ние их концентрации в точке контакта. При некоторой темпе­ратуре происходит расплавление и образуется зона расплава, ко­торая будет увеличиваться и ра­створять в своем объеме взаимо­действующие металлы. Количе­ство таких контактов будет воз­растать по мере осуществления процесса пайки.

При контактно-реактивной пайке детали необходимо сдавливать, чтобы создать лучший физический контакт между деталями и выда­вить избыток жидкой фазы. Вместе с избытками жидкости удаляют­ся частицы оксидов, присутствие которых в паяном шве может сни­жать их прочность. Следует отметить, что жидкая прослойка, обра­зующаяся при контактно-реактивной пайке, более активна, чем вносимый в зазор готовый припой: она лучше смачивает основной металл и более интенсивно его растворяет.

При реактивно-флюсовой пайке припой образуется в результате восстановления металлов из компонентов флюса. Например, пайка алюминия с флюсом из хлористого цинка основана на способности алюминия вытеснять цинк из расплавленной соли при 400°С:

Образовавшийся цинк и является припоем, соединяющим детали из алюминия.

В ряде случаев продукт взаимодействия основного металла с флю­сом не является припоем, однако он покрывает поверхность в месте пайки и улучшает смачиваемость дополнительным припоем, кото­рый вводится в зазор. Например, с помощью флюса AgCl можно осу­ществлять реактивно-флюсовое лужение (покрытие) титана серебром:

Ti + 4AgCl = TiCl₄ + 4Ag.

При 350-400 °С хлорид титана в виде газа улетучивается с повер­хности титана, разрушая при этом оксидную пленку TiO₂, а восста­новленное серебро покрывает чистую поверхность титана, которую затем можно подвергать пайке другими методами.

Рис. 3.74. Примеры размещения наполни­теля 2 и легкоплавкой составляющей 1 композиционного припоя между паяе­мыми пластинами 3

Рис. 3.75. Диаграмма состояния спла­ва с эвтектикой

Паяные соединения имеют очень малый уровень остаточных напря­жений, так как все изделие подвергается одновременно нагреву и ох­лаждению. Однако довольно длительный термический цикл пайки (на­грев, выдержка, охлаждение) может разупрочнять основной металл из­делия, особенно при высокотемпературной пайке (1000-1200 °С).

Пайку в машиностроении и приборостроении применяют очень широко, начиная от пайки узлов реактивных двигателей (рис. 3.76) и кончая микромодульными схемами современных элементов элект­роники (рис. 3.77). В последнее время пайку стали применять и в строительстве: при соединении, например, оцинкованных труб и листов, мачт электропередач.

Рис. 3.76. Зона паяного соединения (а) и общий вид блока камер сгорания ЖРД (б)

Р ис. 3.77. Паяные изделия электронной техники

3.17. НАПЛАВКА И НАПЫЛЕНИЕ

Процессы наплавки занимают важное место в сварочном произ­водстве при ремонте и восстановлении первоначальных размеров

изношенных деталей и при изготовлении новых изделий для полу­чения поверхностных слоев, обладающих повышенной твёрдостью, износостойкостью, жаропрочностью, кислотостойкостью и другими специальными свойствами.

Наплавку осуществляют нанесением расплавленного металла на поверхность изделия, нагретую до оплавления или до температуры надёжного смачивания жидким наплавляемым металлом. В резуль­тате взаимодействия расплавленного металла с оплавленной (или достаточно подогретой) поверхностью детали между ними образу­ются металлические связи.

Толщина наплавленного металла может быть различной: от 0,5 до 10 мм. Такие слои можно наносить на наружные поверхности деталей, например валов, валков прокатного оборудования (рис. 3.78, а), или внутренние поверхности изделий - корпусов химических и энергети­ческих реакторов, оборудования химических производств (рис. 3.78, б).

Наплавка значительно увеличивает срок службы деталей и сокра­щает расходы дефицитных материалов на их изготовление. Часто ока­зывается целесообразным всё изделие изготавливать из более де­шёвого и достаточно работоспособного металла для конкретных ус­ловий эксплуатации, и только на поверхностях, работающих в осо­бых условиях, иметь необходимый по толщине слой другого матери­ала. В этом случае для изготовления деталей обычно применяют от­носительно простые и дешёвые материалы (например, низкоуглеро­дистые стали), а на рабочие поверхности наплавляют, например, брон­зу, заменяя целиком бронзовую деталь. При восстановлении (ремонте) де­талей наплавку выполняют тем же или близким по составу металлом, из кото­рого изготовлено изделие. Если при наплавке однородных металлов процесс получения доброкачественно­го соединения между наплавленным и основным металлом не вызыва­ет затруднений, то при наплавке материалов, значительно отличающихся по химическому составу от материала основы, задача получения такого соединения значительно осложняется и может перерасти в проблему.

При наплавке поверхностных слоев с заданными свойствами дол­жен выполняться ряд требований.

Таким требованием является прежде всего минимальное разбав­ление наплавленного слоя основным металлом, расплавленным при наложении валиков. Поэтому в процессе наплавки необходимо по­лучение наплавленного слоя с минимальным проплавлением основ­ного металла, так как в противном случае возрастает доля основного металла в формировании наплавленного слоя (рис. 3.79). Для умень­шения доли основного металла в наплавленном слое наплавку сле­дует проводить с небольшим шагом.

При наплавке необходимо обеспечить минимальную зону термичес­кого влияния и минимальные остаточные напряжения и деформации.

При наплавке разнородных материалов (например, высоколеги­рованных мартенситных, аустенитных сталей на низкоуглеродистые) возможно образование, например, хрупких прослоек промежуточ­ного состава, зон с выделением твёрдых и малопластичных интерметаллидов, зон с охрупченными границами зёрен.

При наличии таких прослоек возможны хрупкие разрушения - об­разование трещин, отслаивание наплавленного металла от основного ещё в процессе изготовления изделия. В этом случае нужно применять усложнённую технологию: предварительно подбирать и наплавлять подслой (промежуточный слой) из другого металла, который образует твёрдые растворы как с ос­новным, так и с наплавляемыми металлами.

Рис. 3.78. Схемы наплавки в защитном газе цилиндрических наружных (а) и внутренних (б) поверхностей.

Рис. 3.79. Влияние шага на­плавки на долю основного металла в поверхностном слое:

а - большой шаг; б-малый шаг; т - шаг наплавки; b - ширина валика

Р ис. 3.80. Электрошлаковая наплавка поверхностей: а- плоской; б- цилиндрической; е- конической; / - наплавляемая деталь; 2 - наплавленный слой; 3 ~ формирующее устройство; 4 ~ электроды; 5 -токоподвод; 6 - жидкий шлак

Иногда необходимость подслоя может вызываться и другими при­чинами. Например, при эксплуатации наплавленной детали в усло­виях частых теплосмен из-за неодинаковых коэффициентов линей­ного расширения основного металла и наплавленного металла в зоне сплавления могут возникать большие термические напряжения, вы­зывающие после воздействия определенного числа циклов разруше­ния в результате термической усталости. В этом случае целесообраз­но предварительно на основной металл наплавлять подслой с про­межуточным коэффициентом линейного расширения.

В качестве источника тепла можно использовать ацетилено-кисло-родное пламя (при этом процесс наплавки будет аналогичен процессу газовой сварки, см. рис. 2.9, а); теплоту, выделяющуюся при прохож­дении электрического тока по расплавленному шлаку (рис. 3.80); но наиболее часто применяют электрическую дугу (рис. 3.81).

Характеристики

Список файлов лекций