Стыковая сварка

 

Электроконтактная стыковая сварка

 

    Цель работы: изучить технологический процесс электроконтактной стыковой сварки; пайку сопротивлением; определить их различия; ознакомиться с устройством машины МС–301; выполнить сварку образцов, выбрать оптимальные режимы.

 

Содержание работы

    Образование соединения при стыковой сварке происходит в процессе общей пластической деформации нагретых электрическим током торцов деталей при осадке.

   В зависимости от формы и сечения деталей в месте соединения, свойств металла, возможностей производства, требований эксплуатации к качеству сварных соединений, а также от самого типа производства (серийное, массовое и т.д.) сварку выполняют двумя способами: сопротивлением и оплавлением

Схема стыковой сварки
Рисунок 1 - Схема стыковой сварки: а - сопротивлением; б - оплавлением; в - перемычка расплавленного металла при оплавлении; I - стык до сварки; II - стык после сварки.

   Стыковая сварка сопротивлением и оплавлением выполняется практически по одной схеме и состоит из двух этапов - нагрева торцов деталей и осадки.

   Первый этап при стыковой сварке сопротивлением (рис. 1, а) аналогичен процессам, которые происходят в контакте деталь-деталь при точечной сварке до начала плавления. При стыковой сварке оплавлением (рис. 1, б) нагрев деталей происходит до образования на торцах слоя расплавленного металла, в результате локального оплавления и разрушения перемычек. (рис. 1, в). Второй этап сопровождается деформацией нагретых поверхностей - осадкой.

   Основными процессами при стыковой сварке, как и при точечной, являются: нагрев и охлаждение металла, пластическая деформация и удаление оксидных пленок.

   Основные процессы вызывают ряд сопутствующих процессов: изменение структуры и свойств металла, тепловое расширение и усадку металла, массоперенос в контакте электрод-деталь. Процессы теплового расширения металла и массопереноса в контакте электрод-деталь, как правило, несущественно влияют на качество соединений.

   Условия образования межатомных связей определяются состоянием поверхностей и для двух методов разные.

Стыковая сварка сопротивлением

   Сначала детали (1, 2) фиксируют в токоподводящих зажимах-электродах (3, 4) сварочной машины, обеспечивая установленную длину вылета их из зажимов (L1, L2), затем плотно сжимают между собой с усилием Fн и включают электрический ток. Металл нагревается до пластического состояния, после чего усилием сжатия Fос деформируется на заданную величину осадки.

   Нагрев деталей при стыковом соединении происходит за счет выделения тепла на сопротивлении проходящему электрическому току. Количество тепла можно определить, используя уравнение:

формула

   где : iсв(t) - мгновенное значение сварочного тока, rээ(t) - общее сопротивление металла, который находится между электродами в момент времени t

Изменение электрического сопротивления при стыковой сварке сопротивлением.

   Роль сопротивлений, которые входят в это уравнение, при стыковой сварке другая, по сравнению с точечной (рис.2).

   После включения сварочного тока микроконтакты быстро нагреваются, снижается сопротивление металла пластической деформации, облегчаются условия разрушения пленок и при соответствующих критических температурах, характерных для определенного металла rд1д2 снижается практически до нуля, а rэд1, rэд2 - до относительно малых величин.

   В связи с тем, что rэд1, rэд2 находятся далеко от зоны сварки, они на ее нагрев существенно не влияют.

   Контактное сопротивление при стыковой сварке из-за относительно малого давления обычно в 1.5-2 больше, чем при точечной сварке.

    В общем балансе теплоты часть тепла, которая выделяется на контактном сопротивлении между деталями, не превышает 10…15%. Однако она выделяется в узкой приконтактной зоне за небольшой промежуток времени и вызывает быстрое повышение в ней температуры, которая сохраняется после исчезновения rд1д2 до конца цикла сварки, т.к. эта зона нагревается сильнее других участков. Интенсивность тепловыделения в контакте определяется начальным давлением. При снижении давления интенсивность тепловыделения растет, но ухудшается равномерность нагрева в сечении, что связано со случайным расположением участков контакта и является серьезным недостатком этого процесса. Нагрев при сварке сопротивлением можно рассмотреть как наложение двух процессов: 1) нагрев бесконтактного стержня теплом Q1, что равномерно выделяемым на собственном сопротивлении по всей устанавливаемой длине вылета с учетом потерь в электрод и на излучение; 2) дополнительный нагрев теплом, которое выделяется в стыке и распространяется в стороны от него:

формула

   где Iсв - сварочный ток; tсв - продолжительность тока; kп -коэффициент потерь; ?Т -удельное электросопротивление (зависит от температуры нагрева; l0, S - устанавливаемая длина и сечение свариваемых деталей.

   Торцы деталей в приконтактной зоне подогреваются до температуры Tсв, которая ниже температуры плавления металла Tпл (Тсв = 0,8...0,9 Tпл).

   Основная роль пластической деформации состоит в обеспечении электрических контактов (преимущественно на протяжении первого этапа нагрева) и удалении оксидов для образования металлических связей в стыке (второй этап).

   Деформация вызывается действием усилия сжатия, которое создается приводом сварочной машины. Для образования начального электрического контакта достаточно небольшого давления (5..10 МПа), при котором происходит только микропластическая деформация рельефа поверхностей торцов. При малом давлении контактное сопротивление велико и его роль в тепловыделении растет. Для удаления оксидов и образования связей необходима большая пластическая деформация деталей, которая вызывает интенсивное вытеснение преимущественно приконтактных нагретых слоев металла и оксидов из зоны сварки.

   При стыковой сварке в большинстве случаев используется свободная схема объемной деформации, когда металл течет без любого внешнего ограничения.

   Объемную пластическую деформацию в условиях стыковой сварки часто характеризуют коэффициентом площади kпл - отношение конечной и начальной площадей сечения торцов. При мягких режимах сварки увеличивается длина зоны термического влияния и kпл, при жестких режимах kпл, уменьшается, т.к. деформация локализуется на относительно коротком участке свариваемых деталей.

   При сварке сопротивлением допускаемое максимальное значение kпл<4. Такая деформация, как правило не обеспечивает полного удаления оксидов. В тоже время увеличение kпл приводит к нарушению монолитности металла зоны сварки. Значительное увеличение области всестороннего сжатия, активизация вытеснения оксидов и восстановление поверхности для образования металлических связей достигается при использовании схемы принудительного формирования стыка в специальных зажимах, между которыми локализуется деформация.

   В процессе сварки о величине деформации делают вывод по укорочению деталей, вызванного осадкой.

   Усилие осадки Fос растет при увеличении сечения свариваемых деталей, жаропрочности металлов и скорости осадки: чем больше скорость осадки Vос, тем меньше вероятность того, что в стыке останутся оксиды. Чрезмерное увеличение Vос иногда ухудшает качество сварки из-за затрудненной пластической деформации.

   На процесс образования соединения при стыковой сварке огромное влияние имеют оксидные пленки на торцевой поверхности деталей. Они затрудняют межатомное взаимодействие и препятствуют формированию крепких металлических связей. Оксидные пленки должны быть удалены из зоны соединения или разрушены в процессе пластической деформации при осадке.

   При стыковой сварке торцы не защищены от взаимодействия с атмосферой. Условия разрушения и удаления оксидов при стыковой сварке зависят от температуры торцов, градиента температур, свойств оксидов и металлов.

   При сварке сопротивлением вследствие сравнительно малой пластической деформации происходит только частичное разрушение и удаление оксидов. Восстановление поверхности составляет не больше 60-70%, что в общем случае определяет относительно низкую пластичность соединения.

   Подготовка деталей для стыковой сварки состоит в придании их торцам определенной формы и тщательной зачистке поверхностей. Торцевые поверхности обрабатывают мех. резанием при помощи ножниц, резания (на металлорежущих станках) или др. способами.

Циклограмма стыковой сварки сопротивлением:Fст, Fос - усилие сжатия и осадки; Iсв - сварочный ток; tн, tос - продолжительность нагрева, осадки; Sп - перемещение подвижного зажима

Параметры режима стыковой сварки сопротивлением

   Основными параметрами стыковой сварки являются ток сварки Iсв или плотность тока ісв, длительность прохождения тока tсв, усилие сжатия Fн (Fос) или программа изменения усилия во время сварки, устанавливаемая длина вылета деталей из зажимов L, усилие сжатия деталей в зажимах-электродах ,припуск на осадку.

    Ориентировочные значения параметров режима выбирают после анализа образования соединений, особенностей свариваемого материала и формы деталей, а также возможностей сварочного оборудования.

    Сварочный ток или его плотность определяют с учетом площади сечения и свойств свариваемого материала.

    Для определения ісв, tсв используют зависимость:

формула

   где: к - коэффициент, равный для сталей - 8…10, для алюминия - 20, для меди - 27.

   Чрезмерное увеличение ісв может привести к выплеску металла, уменьшение tсв приводит к неравномерному нагреву деталей по площади сечения, а увеличение усиливает окислительные процессы.

   Устанавливаемая длина детали L, как правило, составляет (1,5…2.0)d где d - диаметр свариваемых деталей. При стыковой сварке разнородных металлов с целью обеспечения равномерного нагрева устанавливаемая длина каждой детали разная. Для деталей из металлов с большей теплопроводностью длина должна быть больше.

   где: Усилие сжатия деталей в губках сварочной машины, чтобы предотвратить проскальзывание, должно быть в 2-3 раза больше, чем усилие осадки. Усилие при нагреве выбирают из условия обеспечения оптимального распространения температур в деталях.

   Усилие осадки определяет величина припуска на осадку- величина пластической деформации металлов, а также качество очистки стыков от оксидов. Оно увеличивается при увеличении сечения деталей, жаропрочности металлов и скорости осадки.

Изменение электрического тока при сварке оплавлением

   Скорость осадки назначают с учетом ее влияния на окисление металла. Чем больше скорость осадки Vос, тем меньше вероятность того, что из стыка не будут удалены оксиды. Чрезмерное увеличение Vос иногда ухудшает качество сварки из-за затрудненной пластической деформации. Припуск на осадку содержит в себе припуск на осадку под током и без тока, когда соединение происходит под действием усилия осадки

Стыковая сварка оплавлением

    Сварка оплавлением происходит в два этапа: нагрев металла стыка до оплавления и последующая осадка.

    Сначала детали зажимают в электродах-зажимах, а потом на них подается напряжение от сварочного трансформатора и только после этого медленно перемещают одну из деталей на встречу другой с требуемой скоростью для их столкновения.

   Основная технологическая роль оплавления состоит в нагреве деталей до образования на торцах слоя расплавленного металла , а также соответствующего распределения температур в пришовной зоне для проведения последующей осадки с целью удаления расплава и оксидов в грат.

   Нагрев при оплавлении происходит в основном за счет тепла, которое выделяется в контактном сопротивлении rд1д2 и определяется перемычками расплавленного металла, которые находятся в искровом промежутке. Часть тепла, которое выделяется в собственном сопротивлении деталей rд1, rд2 вследствие относительно малой средней плотности тока небольшая и не учитывается в тепловых расчетах.

   Механизм нагрева при оплавлении обычно реализуют следующим способом: при сближении деталей, при включенном напряжении и малом давлении, между твердыми или жидкими локальными участками поверхности торцов образуются электрические контакты. Нагрев контактов осуществляется током, что вызывает их быстрое оплавление и образование перемычек из жидкого металла. Перемычки быстро разрушаются. Длительность существования перемычек обычно не превышает 0.001…0.005с. Форма и размеры перемычек определяются действием двух основных противоположно направленных сил: сил поверхностного натяжения Fп, которые стремятся при сближении деталей уменьшить зазор между торцами и увеличить диаметр перемычки dп и электромагнитных сил Fэ (пропорциональных квадрату сварочного тока), которые стремятся сжать и разорвать перемычку. Сжатие перемычки вызывает в ней увеличение плотности тока и скорость нагрева. При большой плотности тока металл в центре перемычки переходит в парообразное состояние и происходит ее взрыв. Расплавленный металл выбрасывается из зазора в виде искр (со скоростью больше 60 м/с), что приводит к укорачиванию деталей.

   Перемычки в стадии их формирования до момента разрушения служат источниками нагрева (за счет теплопроводности) металла пришовной зоны. Для процесса оплавления характерны высокая локальная плотность тока в перемычках и малая средняя плотность тока относительно всего сечения деталей.

   В некоторых случаях при высоком напряжении, малой продолжительности существования перемычек, малой работы выхода электронов и большой индуктивности контура машины как дополнительный источник тепла (кроме перемычек) могут стать дуговые разряды, которые нагревают металл до более высоких температур. Они возникают в период полного размыкания торцов. При этом запасенная в магнитном поле энергия вызывает перенапряжение, пробой и появление электрической дуги. Возникновение следующей перемычки шунтирует дугу и она гаснет.

   Обычно в начале оплавления распределение температур на оплавленных торцах неравномерное, причем степень неравномерности по мере нагревания уменьшается .

   Средняя температура на торцах растет постепенно до тех пор, пока их поверхности не покроются более-менее равномерным слоем расплавленного металла. Это обеспечивается при постоянном процессе оплавления, когда перемычки последовательно и многоразово возникают по всей площади торцов деталей.

Циклограмма стыковой сварки оплавлением: Fос - усилие осадки; Iопл, Iос - ток оплавления и осадки; tопл,tос - продолжительность оплавления и осадки; Sп - перемещение подвижного зажима; припуски на оплавление и осадку

   На устойчивость процесса оплавления влияют: эффект саморегулировки, запас электрической мощности машины, предварительный подогрев деталей перед оплавлением, геометрия соединений, локальная интенсивность процесса, род тока (постоянный или переменный) и т.д.

   Саморегулирование является основным условием устойчивого оплавления. Для поддержания устойчивого оплавления, предотвращения короткого замыкания, а также произвольного прекращения оплавления снижение rд1д2 должно быть компенсировано быстрым нарастанием тока и повышением полезной мощности, которая ограничивает возрастание сечения перемычек и облегчает их разрушение. Таким образом, устойчивое оплавление возможно, если изменения сварочного тока и полезной мощности при снижении сопротивления rд1д2 имеют одинаковый знак.

   При оплавлении для сближения деталей в стадии нагрева используют как "жесткие" так и "не жесткие" программы, которые зависят от изменения параметров процесса сварки. Распространение получили преимущественно заранее заданные жесткие программы перемещения подвижной плиты машины.

   При стыковой сварке деформация обычно характеризуется припусками на оплавление и осадку, Fос и скоростью осадки Voc.

Параметры режима сварки оплавлением

   Главными параметрами режима сварки оплавлением является скорость оплавления Vonл и осадки Voc, напряжение холостого хода трансформатора Uхх, плотность тока ісв или ток сварки-оплавления Ісв припуски на оплавление ?Lопл и осадку ?Lос, продолжительность (время) оплавления tопл и осадки под током tос.ст, усилие осадки Fос устанавливаемая длина деталей L.

   Скорость оплавления Vonл зависит от теплофизических свойств металла и условий оплавления; влияет на температурное поле равномерность распределения температур, рельеф поверхности торцов, степень окисления металла торцов, качество соединения. Скорость оплавления выбирают из условий получения необходимого распределения температур в деталях.

   Мгновенная скорость оплавления определяется тепловой мощностью(количество тепла выделяющегося в секунду),которая развивается в искровом промежутке при оплавлении ,она растет с увеличением тепловой и полезной мощности, с уменьшением градиента температур и с увеличением температуры торцов.

   Для устойчивого равномерного оплавления мгновенная скорость сближения деталей должна соответствовать мгновенной скорости оплавления(скорости фактического уменьшения).

   Плотность тока должна обеспечивать процесс устойчивого оплавления, она повышается в случае увеличения ? металла и Vоnл , снижается при сварке с подогревом, а также при сварке деталей с большим сечением.

   Припуск на осадкувыбирают из условий удаления нагретого металла и оксидов из стыков. Величина ?ос должна быть достаточной для полного закрытия зазора, вытеснения окисленного и расплавленного металла и для некоторой пластической деформации нагретого металла с целью удаления кратеров. При этом значение ?ос зависит главным образом от рельефа поверхности торцов. При увеличении сечения деталей увеличиваются размеры перемычек и кратеров, ?ос соответственно увеличивается. При сварке с подогревом деформация распространяется на большую длину деталей и ?ос также увеличивается.

   Давление осадки выбирают в зависимости от свариваемого металла и степени нагрева деталей. Оно увеличивается при увеличении сечения свариваемых деталей, жаропрочности деталей и скорости осадки.

   Скорость осадки выбирают с учетом ее влияния на окисление металла при осадке и удалении оксидов и перегретого металл из стыка, Чем выше скорость осадки Vос, тем меньше вероятность того, что оксиды останутся в стыке. Чрезмерное увеличение Vос, иногда ухудшает качество сварки из-за затрудненной пластической деформации.

   Напряжение холостого хода выбирают минимальным, чтобы обеспечить устойчивое оплавление.

   Устанавливаемая длина деталей

формула

   где ?ос - конечное расстояние между зажимами.

   Для круглых стержней и толстостенных труб L = (0,7…1)d, где d - диаметр свариваемых деталей. Если L мало, имеет место большой отвод тепла в электроды, уменьшение зоны интенсивного нагрева, что требует увеличения давления осадки. С увеличением L увеличивается потребная мощность и уменьшается жесткость деталей.

Технологический процесс пайки металлов сопротивлением

    Пайкой называют процесс соединения металлов в твердом состоянии припоями, которые при температуре пайки смачивают поверхности, которые паяют, заполняют зазор между ними и при кристаллизации образуют паяный шов.

    Технология пайки состоит из комплекса последовательно исполняемых операций, основными из которых являются подготовка поверхностей соединяемых деталей ,сборка, пайка и обработка деталей после пайки. Этот комплекс операций в том или ином объеме присутствует при всех способах пайки. Независимо от способа пайки для получения качественных паяных соединений требуется:

 

  1. Тщательная очистка перед пайкой поверхностей деталей от загрязнения и окисных пленок. Если при сварке загрязнения и окисные пленки в зоне шва приводят только к снижению прочностных и других характеристик сварочного соединения, то при пайке они мешают взаимодействию между расплавленным припоем и основным металлом, и следовательно, образованию спаев.
  2. Придерживаться при сборке деталей под пайку установленных соединительных зазоров.
  3. Удаление окисной пленки с поверхностей основного металла и припоя в процессе пайки. Для получения паянного соединения недостаточно перед процессом пайки очистить поверхности металлов, необходимо также обеспечить надежные условия удаления окисной пленки непосредственно в процессе пайки
  4. Равномерный нагрев поверхностей соединяемых деталей до температуры пайки. Если при сварке плавлением для образования шва необходимо только местное расплавление краев деталей, то при пайке необходимо обеспечить одинаковые условия взаимодействия. С одной стороны между флюсом (газовой средой), припоем и основным металлом, а с другой - между расплавленным припоем и основным металлом.

 

Флюсы и их роль

   Процесс взаимодействия твердого металла, который паяют, с расплавленным припоем может активно происходить только после удаления с их поверхности окисной пленки, которая препятствует образованию между ними металлической связи. Поэтому место пайки очищается механическими и химическими средствами, а в процессе пайки применяются флюсы, которые дополнительно очищают поверхность металла от окисных и жировых пленок, а также предотвращают окисление металла при нагревании.

    Одновременно со способностью удалять окисную пленку и защищать основной металл и припой от окисления, необходимо, чтобы флюс удовлетворял таким требованиям: при температуре пайки имел достаточную текучесть в жидком состоянии, способствовал формированию шва, не изменял свой состав, на протяжении всего процесса сохранял флюсующие свойства, легко удалялся после пайки. Остатки флюса не должны оказывать коррозионного влияния на металл.

    Нанесенный на припой и на соединяемые поверхности, флюс при нагревании плавится, растекается, смачивает их и при некоторой температуре, которая называется минимальной температурой действия флюса, вступает в химические реакции, вследствие чего удаляется окисная пленка. С увеличением температуры интенсивность этого взаимодействия увеличивается. Верхней границей температурного интервала действия флюса является температура, при которой существенно снижается его активность в результате испарения отдельных компонентов и начинается окисление основного металла и припоя под флюсом. Интервал между максимальной и минимальной температурой действия флюса называется температурным интервалом.

Композиция флюсов

   В зависимости от физико-химических свойств металлов, которые паяют, и припоя применяют такие компоненты флюса : соли, кислоты, окиси, а также вещества органического происхождения. Флюсы могут быть однородными веществами, например тетраборнокислый натрий(обезвоженная бура) Na2B4O7 или хлористый цинк ZnCl2 и сложными, которые состоят из двух и более компонентов (основа, растворитель окисной пленки, активное флюсующее вещество).

    В флюсах сложного состава, которые применяются для высокотемпературной пайки, основой чаще являются стойкие при нагреве соли или их системы, например: Na2B4O7, KCl-NaCl, КСl-LiCl и др.

    Флюсы применяемые при пайке, имеют особенную специфику, которая отличают их от флюсов, используемых при плавке и сварке. Паяльный флюс должен иметь флюсующие свойства как относительно основного металла, так и относительно припоя, которые имеют разный химический состав и свойства (взаимодействовать с окисной пленкой на поверхности основного металла и припоя, и в жидком состоянии смачивать их). Этого можно достичь либо подбором веществ, которые флюсуют (активных к окисной пленке основного металла и припоя), или введением нескольких флюсующих веществ. Адгезия расплавленного флюса к основному металлу должна быть меньше, чем расплавленного припоя, что достигается соответствующей композицией флюса.

    Применяемые в наше время флюсы по составу можно разделить на такие группы: 1) флюсы на основе соединений бора; 2) флюсы на основе фтористых соединений металлов; 3) флюсы на основе хлористых соединений металлов; 4) окисные флюсы; 5) Флюсы на основе канифоли и других органичных соединений.

   К первой группе принадлежат флюсы, которые состоят из тетраборнокислого натрия, борной кислоты, борного ангидрида, а также флюсы более сложного состава на основе этих веществ.

   Тетраборнокислый натрий получают путем обезвоживания гидрата тетраборнокислого натрия Na2B4O7-10H2O (буры).Внешне- это бесцветные прозрачные кристаллы. При нагревании до 80°С происходит удаление 80%кристаллизационной воды. Полное обезвоживание наступает при температуре 350…400°С. Тетраборнокислый натрий плавится при температуре около 740°С, но до 800°С он остается вязким, поэтому его применение возможно только при температуре выше 800°С.

Механизм флюсования.

   В соответствии с существующими представлениями механизмы взаимодействия активных компонентов флюсов в процессе пайки сводят к следующему:

 

  1. Химическое взаимодействие между флюсующим веществом и окисной пленкой, в результате чего последняя связывается в растворые соединения, образуя сравнительно легкоплавкие шлаки.
  2. Химическое взаимодействие между активным веществом и металлом, в результате чего происходит разрушение и постепенный отрыв окисной пленки от основного металла и переход ее в шлаки.
  3. Адсорбционное снижение прочности окисной пленки под действием расплавленного припоя и измельчение ее на частички коллоидных размеров.
  4. Растворение окиснловосновного металла и припоя во флюсе.

 

   Если процесс флюсования при пайке рассмотреть схематически, то он проходит в такой технологической последовательности. При нагревании основного металла происходит постепенное разрушение находящейся на его поверхности окисной пленки в результате удаления кристаллизационной воды и разложения нестойких соединений. Окисная пленка при этом немного распушивается. После расплавления флюса происходит смачивание им окисленной поверхности основного металла, создаются условия для взаимодействия активных компонентов флюса с поверхностью основного металла и припоя.

   После растекания и смачивания флюсом основного металла происходит диспергирование окисной пленки. Одновременно из-за неодинаковой способности флюса растворять до окислов разные металлы происходит выборочное их растворение. Она постепенно разрушается флюсом, становится более пористой с сильно развитой поверхностью. Однако, растворение окислов в флюсе происходит постепенно и не приводит к нарушению связи между металлом и окисной пленкой. Для этого необходим более активный процесс, который вызовет либо перестройку в составе окисной пленки, которая находится в контакте с расплавленным флюсом, в результате чего нарушается ее связь с основным металлом, либо отрыв окисной пленки в результате распространения реакции под слой окисной пленки. В первом случае, когда активное флюсующее вещество взаимодействует с окисной пленкой, процесс флюсования происходит одновременно по всей поверхности основного металла и припоя. Такое флюсование характерно для флюсов содержащие бораты. Так тетраборнокислый натрий при флюсовании разлагается с выделением борного ангидрида, который является активным компонентом флюсов:

формула

   При флюсовании он влияет на окисную пленку основного металла и припоя, химически связывая окислы в комплексы по реакции

формула

   Если в процессе флюсования происходит реакция между активным флюсующим веществом, и металлом которым паяют, то окисная пленка удаляется в основном, из-за ее механического разрушения. Флюс проникает в микропоры и микротрещины в пленке и реагирует с основным металлом. В результате этой реакции частицы окисной пленки отрываются и переходят в шлаки.

Состав и свойства припоев

   В качестве припоев для пайки металлов применяют как чистые металлы, так и сплавы. Чтобы удовлетворить условиям процесса пайки и обеспечить получение качественных паянных соединений, припои должны соответствовать таким требованиям: 1) иметь температуру плавления ниже температуры плавления паяемых металлов; 2) при температуре паяния хорошо смачивать основной металл, заполнять соединительные зазоры; 3) обеспечивать получение прочных и коррозионностойких паяных соединений; 4) иметь коэффициент термического расширения близкий к паяемым металлом; 5) по возможности не содержать дефицитных компонентов; 6) иметь общедоступную технологию производства и применения.

   В машиностроении наибольшее распространение получили припои на основе меди, серебра и никеля.

    Недостаток меди, как припоя - сравнительно высокая температура плавления(1083°С), что обусловило ее применение главным образом при грубой пайке стальных изделий.

    Широкое распространение латунных припоев для пайки медных сплавов и сталей объясняется их относительно низкой температурой плавления, узким интервалом кристаллизации, высокой растворимостью цинка в меди и недефицитностью. Температура пайки сталей латунными припоями-850…950°С.

   При пайке стали латунью, которая содержит 60% Си, прочность паяных соединений выше прочности припоя, и повышается с увеличением содержания в шве и припое р- фазы.

    Наибольшее распространение получили латуни Л63 и Л68, их используют для пайки соединений, которые работают в сравнительно напряженных условиях, при которых необходима высокая пластичность.

    Основной недостаток латунных припоев состоит в частичном испарении цинка при пайке вследствие высокого давления его паров. Чистый цинк кипит при температуре 906°С. В латуни температура испарения цинка повышается и равна 1000°С при 59% Си, 1200°С при 75% и 1400°С при 85%

    Из латуни цинк испаряется в виде белого окисла цинка, который имеет температуру плавления 1975°С. Температура испарения цинка из латунных припоев отличается от их температуры плавления всего на 100°С. Перегрев латунных припоев при пайке весьма нежелательное явление, т.к. ухудшаются свойства соединения (появляется пористость). Недостатком этих припоев является испарение цинка при пайке, что ухудшает условия работы с ним и приводит к повышению температуры плавления сплава.

    Недостатком латуни Л63как припоя, кроме пониженной текучести в жидком состоянии и склонности к выгоранию цинка, является также плохое затекание в зазор.

Пайка сопротивлением.

   При этом способе пайки нагрев происходит теплом, которое выделяется электрическим током при прохождении через паяемую деталь и токоподводящие элементы. Пайку сопротивлением можно проводить на точечных, стыковых, роликовых контактных сварочных машинах. Специальные машины для пайки принципиально ничем не отличаются от сварочных.

   Поскольку в контактных сварочных машинах применяется ток низкого напряжения, то твердые флюсы при пайке непригодны, потому что они являются изоляторами. Пайка сопротивлением обычно происходит без флюсов и других средств защиты основного металла и припоя от окисления, потому что нагрев происходит быстро, а припой защищен от окисления основным металлом.

    Качество паяных соединений получается высоким при минимальном короблении деталей. Припой в виде фольги толщиной 0.05…0.15мм наносят на поверхности гальваническим путем, металлизацией и др.

    Преимущество пайки сопротивлением на контактных машинах высокая производительность и возможность наблюдать за процессом формирования паянного соединения. Недостаток - трудности подведения контактных зажимов к месту пайки, что не позволяет применять его к деталям сложной конфигурации.

Циклограмма стыковой сварки: Fсж, Fос - усилие сжатия и осадки; Iсв - ток сварки; tсж, tос - время сжатия и осадки;Sn - перемещение подвижного зажима.

   В данной работе пайка образцов выполняется припоями на машине МС-301. Режим пайки определяется условием нагрева, продолжительностью выдержки при Тп, условиями охлаждения.Тп обычно выбирается выше на 30-50°С Тпл припоя.

    Выдержка при Тп должна быть такой, чтобы припой успел расплавиться и заполнить собой зазоры, образовать галтели. Режим охлаждения выбирается таким, чтобы не допустить сильного окисления металлов и образования трещин от термических напряжений, избежать пористости шва, которая возникает при быстром затвердевании припоя.

   Режим пайки устанавливают опытным путем в зависимости от толщины деталей, свойств основного металла и припоя.

Машина для стыковой сварки МС-301.

    Машина предназначена для стыковой сварки сопротивлением деталей из стали и некоторых цветных металлов и сплавов. На машине также можно выполнять пайку металлов сопротивлением.

Принциповая схема машин МС-301<