Технологии пайке |

Часть 5

Пятница, 11 Сен 2009

Кроме того, течение расплавленного припоя в зазоре зависит от характера предшествующей механической обработки, состояния поверхности основного металла, величины и равномерности зазора, способа удаления окисной пленки в процессе пайки и т. д. Так как влияние всех этих факторов теоретически трудно учесть, то на практике высоту h поднятия припоя в зазоре для каждого конкретного сочетания основной металл — припой определяют путем трудоемких экспериментов, результаты которых оформляют в виде графиков h = / (а), где а — величина зазора. Это создает большие неудобства.

При оценке капиллярных свойств припоев следует иметь в виду, что прямой зависимости между высотой поднятия расплавленного припоя в зазоре и краевым углом смачивания им основного металла нет. Меньшему краевому углу смачивания не всегда соответствует большая высота поднятия припоя в зазоре. Так, краевой угол смачивания при введении в медно-серебряные припои индия уменьшается, однако высота подъема этих припоев в зазоре в случае пайки меди в вакууме не повышается, а снижается. Припои, имеющие больший краевой угол смачивания, обычно лучше текут при увеличенных зазорах (0,2—0,5 мм).

С изменением состава атмосферы, в которой производится пайка, меняется и высота подъема припоя. Для медно-серебряных припоев, легированных палладием, замена вакуума (10£ мм рт. ст.) водородной средой при пайке меди увеличивает высоту подъема припоя как при малых, так и при увеличенных зазорах. Подобная же замена при применении припоя медь-золото практически не влияет на высоту подъема припоя. Как правило, водородная среда обеспечивает более благоприятные условия для течения припоев в зазоре, чем вакуум.


Часть 4

Пятница, 11 Сен 2009

Количество растворенного вещества в поверхностном слое зависит от концентрации его в объеме и температуры. Для припоев зависимости изменения поверхностного натяжения от распределения в них растворенных веществ не исследованы, но и в случае их исследования вычисление поправки к величине а не дало бы удовлетворительных результатов, если величину поднятия припоя в зазоре определять по первому закону капиллярности, который не учитывает условий течения припоев. В реальных условиях:

в процессе заполнения зазора происходит взаимодействие припоя с основным металлом, что приводит к увеличению вязкости расплава и, следовательно, к нарушению исходных условий течения;

расплав припоя в процессе заполнения зазора изменяет температуру, что наблюдается при неодинаковом нагреве соединяемых деталей, в результате условия взаимодействия основного металла с припоем и течение последнего будут неравномерными. Аналогичное положение может иметь место вследствие неравномерного растворения основного металла припоем;

при течении припоев сложного состава в зазоре компоненты его избирательно взаимодействуют с поверхностью основного металла, что вызывает перемещение частиц припоя в направлении, перпендикулярном к потоку. Отдельные компоненты основного металла также избирательно взаимодействуют с припоем;

в случае термического или концентрационного переохлаждения, а также взаимодействия с основным металлом происходит образование в расплаве и на границе с основным металлом отдельных кристаллов, что нарушает общую закономерность течения припоя в зазоре.


Часть 3

Пятница, 11 Сен 2009

По формуле между глубиной затекания припоя и величиной зазора прямая зависимость, которая на практике не соблюдается. При прочих равных условиях наибольшая глубина затекания припоя в зазор будет при оптимальном значении последнего. Кроме того, глубина затекания, согласно выведенному уравнению, не ограничивается, если имеется расплав припоя, В действительности же за счет растворения основного металла в расплаве припоя свойства его могут настолько изменяться, что течение в зазоре прекратится, несмотря на то, что имеется избыток припоя.

Если при горизонтальном расположении шва, согласно динамической теории, припой может течь беспредельно при наличии перепада давления, то в случае вертикального расположения течение припоя прекращается, как только вес столба его уравновесит разность давлений.

Из последней зависимости следует, что с уменьшением зазора максимальная высота подъема припоя будет непрерывно расти, что на практике не соблюдается.

Течение расплавленных припоев в реальных условиях пайки отличается от течения идеальных жидкостей. Это отличие состоит в том, что припои, как правило, являются многокомпонентными сплавами, которые при пайке вступают в сложные взаимодействия с основным металлом. В процессе течения их в зазоре происходит растворение в них основного металла, флюса, газовых сред. Известно, что поверхностные свойства жидких растворов зависят от характера распределения в объеме и в поверхностном слое растворенных элементов. Если взаимодействие между атомами растворенного вещества и атомами растворителя меньше, чем взаимодействие между атомами растворителя, то растворенные вещества будут преимущественно выталкиваться из объема на поверхность. Накопление их в поверхностном слое приведет к уменьшению атомного взаимодействия, в результате чего поверхностное натяжение с ростом концентрации растворенных веществ падает. С другой стороны, под действием диффузии во всех участках раствора концентрация стремится стать равномерной. Равновесие в распределении элементов в объеме и в поверхностных слоях жидкости достигается в результате действия этих противоположных процессов.


Часть 2

Пятница, 11 Сен 2009

При изучении капиллярного течения припоев в зазоре пользуются, с одной стороны, статической теорией, рассматривающей форму жидкости, находящейся, на поверхности твердого тела, в условиях наименьшей свободной поверхностной энергии системы и, с другой — динамической, рассматривающей течение жидкостей. На основе первой теории можно оценить силы, под действием которых происходит течение припоев в процессе пайки. Вторая теория применяется для установления причин, от которых зависит заполнение шва припоем.

В обоих случаях, если вес жидкости, находящейся в зазоре, превышает результирующую   капиллярных сил, то эти силы не могут удержать ее, и она будет опускаться до такого уровня, при котором вес ее уравновешивается капиллярными силами. В условиях пайки это приводит к тому, что участки паяного шва, расположенные выше определенного уровня, остаются не заполненными припоем, и, следовательно, соединение оказывается пропаянным не по всей площади.

Согласно динамической теории, скорость течения расплавленного припоя зависит от нахлестки и зазора, разности давлений на входе и выходе из зазора, а также от вязкости припоя. Поскольку динамическая теория не учитывает наличия взаимодействия припоя с основным металлом в процессе пайки, а исходит из условия непрерывного движения в капиллярном зазоре невзаимодействующих жидкостей, то результаты ее значительно отличаются от получаемых экспериментально.


Часть 1

Пятница, 11 Сен 2009

Опытами установлено, что прямой зависимости между растеканием и течением припоя в зазоре нет. Так, припои на алюминиевой основе хорошо растекаются по поверхности сплава АМгб, но не затекают в капиллярный зазор. С другой стороны, припои системы никель — хром — кремний плохо растекаются по поверхности стали Х18Н9Т и сплава ЭИ437Б, но хорошо затекают в капиллярные зазоры. Это связано с характером взаимодействия расплавленного припоя с основным металлом. В капиллярном зазоре расплавленный припой интенсивно насыщается компонентами основного металла, что ведет к потере способности течь. На различие в процессах растекания и течения в зазоре может влиять наличие в расплаве отдельных кристаллов и кристаллических образований. Если размеры их в расплаве будут превышать величину капиллярного зазора, то течения припоя в нем не будет. Наряду с этим течение припоя в зазоре зависит еще от целого ряда факторов. При определении характера и глубины затекания низкотемпературных припоев системы олово — свинец в зазор между стальными пластинами при флюсовании водным раствором хлористого цинка установлено, что чистое олово затекает на глубину, равную трети глубины затекания сплавов олово — свинец, содержащих 20—60% олова. При этом глубина затекания меняется в зависимости от состава флюса. Так, для припоя, состоящего из равных долей олова и свинца при переходе от неорганического флюса на основе хлористого цинка на органические (молочная кислота, смеси смол), глубина затекания между стальными пластинками снижается приблизительно в 10 раз. При пайке погружением в расплавленные припои на течение в зазоре большое влияние оказывает предварительный подогрев деталей. При низкотемпературной пайке в газовых средах капиллярное течение припоев в сильной степени зависит от природы и количества применяемого активирующего компонента газовых сред.