Пайка механических соединений.

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 27Следующая ⇒

Конструкционная пайка выполняется низко-, средне- и высокотемпературными припоями. Низко- и средне-температурная пайка применяется в производстве прецизионных паяных соединений, так как уменьшение нагрева существенно снижает деформацию деталей, а высокотемпературная – при изготовлении крупногабаритных конструкций, для которых требуется высокая механическая прочность и термостойкость.

Процесс конструкционной пайки аналогичен процессу выполнения монтажной, меняются только типы паяных соединений (рис. 8.9) и повышаются требования к жесткости фиксации деталей перед выполнением соединения. Наибольшей механической прочностью обладают соединения внахлестку и встык с накладкой, а повышенной точностью – ступенчатое. Для крепления деталей применяют штифтовое соединение, прихватку сваркой, развальцовку, отбортовку, точечное обжатие, кернение, специальные конструктивные элементы (гнезда, уступы, буртики) и т. д.

Рис.4.9.Типы паяных соединений.

Поступающие на сборку детали должны удовлетворять требованиям технологичности и иметь в закрытых объемах отверстия диаметром 0, 5–1, 5 мм для выхода воздуха и газов в процессе пайки, технологические припуски 1–2 мм на длину во фланцевых соединениях для улучшения условий формирования галтели, покрытия с хорошей паяемостью.

Выбор припоя и флюса определяется требованиями, предъявляемыми к аппаратуре. Основные типы высокотемпературных припоев и флюсов, а также области их применения приведены в справочной литературе и отраслевых стандартах.

Высокотемпературную пайку механических соединений выполняют в поле токов высокой частоты, в печи или в ванне с расплавленной солью.

Индукционная пайка основана на разогреве паяемых деталей под действием электромагнитного излучения. Вследствие поверхностного эффекта тепловая энергия локализуется в тонком слое, толщина которого определяется глубиной проникновения токов ВЧ. Учитывая габаритные размеры и материал соединяемых деталей, подбирают частотный режим пайки. Для толстостенных изделий применяют низкочастотный нагрев в диапазоне 10–60 кГц, для тонкостенных– высокочастотный в диапазоне 200–1000 МГц.

Технологической оснасткой для пайки токами ВЧ является индуктор, представляющий собой катушку, изготовленную из высокопроводящего трубчатого материала, через которую интенсивно прокачивается охлаждающая жидкость.

Индукционная пайка применяется для соединения СВЧ-элементов (волноводных звеньев, магнетронов, ламп бегущей и отраженной волн), герметизации микросборок в металлических корпусах. Она позволяет проводить процессы с высокой скоростью, одно временно паять несколько швов сложной пространственной конфигурации. Предварительный подогрев деталей обеспечивает повышение скорости процесса из-за быстрого выравнивания температуры по всему соединению и улучшение его качества за счет устранения теплового удара. Качество соединений повышается при проведении процесса в вакууме или среде очищенных газов (водород, азот либо их смесь). Процесс легко автоматизируется в конвейерных линиях сборки. Дозированное нанесение припоя на собранные в держателе или кассете детали осуществляется программируемым манипулятором. Его существенным недостатком является необходимость изготовления специальной оснастки для каждой сборки.

Пайка в печи с контролируемой атмосферой обеспечивает равномерность нагрева, точность поддержания температуры и времени выдержки, стабильность качества, легко поддается автоматизации, устраняет операции флюсования и последующей очистки. Нагрев паяемых деталей осуществляется в активной газовой среде, подвергнутой специальной очистке и осушению (водород, диссоциированный аммиак, водяной газ), в инертной среде или вакууме. Правильный выбор режима пайки позволяет совместить ее с последующей термообработкой соединения.

Пайка в ваннах с расплавленной солью применяется для сборки крупногабаритных изделий. Состав расплава подбирается таким образом, чтобы он обеспечивал требуемую температуру и оказывал флюсующее действие на соединяемые поверхности. Это в основном хлористые соединения калия, лития, натрия, бария, кальция. Собранные под пайку узлы (зазор 0, 05-0, 1 мм) предварительно нагревают в печи до температуры, на 80-100°С ниже температуры плавления припоя. Такая подготовка снижает коробление деталей и не нарушает температурный режим ванны. После выдержки в расплаве в течение 0, 5 -3 мин детали вместе с приспособлением извлекают из ванны и после охлаждения тщательно промывают для удаления остатков флюса.

Конструкционная сварка.

Конструкционной сваркой соединяют антенные мачты, зеркала радиотелескопов, каркасы, стойки, шасси, волноводы, кожухи аппаратуры, изготовленные из стали, алюминиевых, титановых и медных сплавов. Сварные конструкции, обладая всеми необходимыми эксплуатационными качествами, должны быть изготовлены с минимальной трудоемкостью, экономичным расходом материалов и высокой стабильностью качества.

Надежность сварной конструкции во многом зависит от свариваемости материала. Понятие свариваемости — комплексное, оно зависит от пригодности материала к сварке, технологических условий сварки и в свою очередь определяет надежность сварной конструкции (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Взаимосвязь факторов сварки.

В радиоэлектронике при изготовлении элементов конструкций применяют разнообразные черные и цветные металлы, каждый из которых характеризуется определенной способностью к сварке. Свариваемость – это свойство материала в однородной или разнородной системе под воздействием активирующей энергии обеспечивать надежное сварное соединение.

Свариваемость сталей зависит от химического состава, структуры, температуры и интервала плавления, склонности к поглощению газов. С увеличением степени легирования (особенно углеродом) растет их чувствительность к нагреву, увеличивается опасность возникновения трещин в шве. Поэтому критерием свариваемости сталей является эквивалентное содержание углерода:

где С, Mn, Si, Ni, Cr, Mo, V – химические элементы.

В зависимости от эквивалентного содержания углерода различают группы сталей по свариваемости (табл. 8.3).

Таблица 3. Свариваемость сталей.

Свариваемость алюминия и его сплавов определяется их высокими теплопроводностью, термическим расширением, сродством к кислороду, тугоплавкостью оксидной пленки и фазовыми превращениями при сварке, приводящими к охрупчиванию при 350 – 400°С. Травление деталей перед сваркой и защита жидкой ванны от контакта с атмосферой обеспечивают отсутствие пор при сварке чистого алюминия и литейных сплавов. Массивные детали перед сваркой подогревают до 200–400 °С. Сварные соединения из дюралюминов (термически упрочняемых сплавов) склонны к образованию трещин, поэтому их подвергают естественному (5–10 сут) или искусственному (200°С, 2–10 ч) старению.

Свариваемость меди определяется ее повышенной жидкотекучестью, теплопроводностью и химической активностью, наличием примесей свинца, кислорода, серы, висмута, которые не растворяются в ней. Нагревание меди до температуры выше 400°С приводит к интенсивному окислению металла и его примесей, расплавленный металл хорошо растворяет газы, особенно водород с образованием паров воды. Пары воды при нагревании создают большое давление, под действием которого образуется сеть микротрещин и пор (водородная болезнь). Поэтому для изготовления сварных конструкций применяют специальную раскисленную медь, в которой нет кислородных включений. Медь и ее сплавы соединяют газовой, дуговой или контактной сваркой.

Свариваемость разнородных металлов определяется их диаграммой состояния, разницей значений коэффициента линейного теплового расширения, упругостью паров, температурой плавления и другими характеристиками. Наилучшей свариваемостью при прочих равных условиях обладают металлы с полной взаимной растворимостью. При сварке металлов, образующих хрупкие интерметаллиды, необходимо ограничивать время существования жидкой фазы и ее температуру. Для преодоления трудностей, связанных со сваркой разнородных металлов, применяют биметаллические переходники, компенси-рующие или барьерные прокладки.

На качество сварных соединений оказывают влияние не только правильный выбор материалов, разработка оптимального варианта ТП, но и особенности конструкции соединения и всего изделия. Основные требования, предъявляемые к конструкции, следующие:

– расположение деталей должно обеспечивать свободный доступ инструмента в зону соединения;

– швы в изделии рекомендуется располагать таким образом, чтобы весь процесс сварки был выполнен в одном положении изделия;

– стыки всех элементов желательно располагать в одной плоскости, избегая прохождения нескольких швов через одну точку;

– расстояние между параллельными швами рекомендуется выдерживать не менее 10 мм для деталей толщиной до 2 мм, а для остальных – в 4–5 раз больше толщины деталей;

– нецелесообразно располагать окна, отверстия на близком расстоянии от швов;

– рекомендуется соблюдать пропорции между высотой элементов и расстоянием между ними (рис. 4.11, а);

– кромки деталей под сварку разделываются, как показано на рис. 4.11, б.

Рис.4.11. Примеры рекомендуемых соотношений в сварных конструкциях.

Неравномерный нагрев деталей при сварке приводит к различным дефектам (табл. 4.4).

Основные методы получения металлоконструкций, каркасов, рам, стоек, оснований РЭА – контактная, электродуговая, холодная, диффузионная и газовая сварка. Вне зависимости от метода для уменьшения деформации изделий детали закрепляют в приспособлении и стремятся обеспечить минимальный объем металла в сварочном шве, использовать прерывистый точечный шов, выдержать сборочные зазоры.

При изготовлении каркасов до 90 % работ выполняется контактной сваркой . Более пригодны для этого вида сварки металлы, имеющие высокие электросопротивление, пластичность и малую окисляемость, а именно: никель и его сплавы (ковар), платинит, низкоуглеродистая сталь и др. Схема установки для контактной (конденсаторной) сварки с трансформаторной связью приведена на рис. 4.12.

Рис.4.12. Схема конденсаторной сварки.

1-электроды; 2-свариваемые детали.

На качество сварного соединения оказывают влияние энергия сварочного импульса, усилие сжатия электродов, площадь сечения и состояние поверхности электродов, форма импульса сварочного тока. Форма импульса сварочного тока и длительность его прохождения зависят от емкости сварочных конденсаторов С, напряжения их зарядки U, коэффициента трансформации К_тр, индуктивности L и суммарного активного сопротивления контура R_Σ. В зависимости от соотношения параметров разрядного контура наблюдаются три формы импульсов сварочного тока (рис. 4.13).

Рис. 4.13. Формы импульсов сварочного тока:

а - кривая апериодического типа; б - критического затухания; в - колебательного типа.

Рабочей является апериодическая форма тока. При переходе в колебательный режим процесс становится неустойчивым и требует регулировки параметрами К_тр и С. Производительность процесса зависит от постоянных времени заряда и разряда конденсаторов.

Аргонно-дуговая сварка обеспечивает высокое качество соединений деталей из нержавеющих сталей, алюминиевых и титановых сплавов. Основными параметрами ТП являются: сила тока, напряжение на электродах, вид и полярность тока, диаметр электродов. Увеличение силы сварочного тока приводит к увеличению глубины провара и применяется при повышенных толщинах деталей. Напряжение линейно связано с шириной шва и не сказывается на глубине провара. При сварке постоянным током обратной полярности («-» на изделии) глубина провара на 40–50 % выше, чем при сварке током прямой полярности, и на 15–20 % выше, чем при сварке переменным током. Использование аргона при дуговой сварке обеспечивает чистоту химического состава литого металла и создает благоприятные условия для формирования структуры шва.

Холодная сварка (рис. 4.14) осуществляется за счет пластической деформации соединяемых деталей под действием больших механических усилий.

Рис.4.14. Схема холодной сварки.

1 – пуансон; 2 – прижим; 3 – свариваемые детали.

Удельное давление при соединении одноименных материалов определяется по формуле:

где σ _т – предел текучести;

S – ширина рабочей части пуансона;

h_ост – остаточная толщина металла.

Метод применяется для соединения внахлестку тонких (до 1 мм) деталей.

Диффузионная сварка основана на соединении деталей в результате ползучести под действием приложенного давления в контролируемой атмосфере. Основными параметрами процесса являются температура Т, давление Р и время t, которые для взаимно растворимых металлов связаны следующим соотношением:

где т, В – константы для данного металла;

А– энергия активации ползучести;

е– основание натурального логарифма;

R – универсальная газовая постоянная.

Диффузионная сварка позволяет сваривать разнородные материалы, обеспечивает высокую точность, прикладываемые усилия колеблются в пределах 5–20 МПа. Недостатками метода являются высокая энергоемкость и низкая производительность (соединение длится 5–20 мин).

Газовая сварка применяется для сварных соединений из тонколистовой стали с целью предупреждения прожогов, для соединения деталей из легких сплавов с минимальными деформациями. В качестве горючей смеси используют ацетилен или природный газ и кислород.

⇐ Предыдущая 11 12 13 14 151617 18 19 20 Следующая ⇒